Brevet FR2765681A1 — publié le 19990108

La présente invention concerne une sonde de mesure du niveau d'un liquide conducteur de l'électricité dans un réservoir, du type comportant une électrode conductrice destinée à être disposée dans le réservoir suivant la hauteur de celuici, laquelle électrode comporte des moyens de connexion à un circuit électronique de traitement, lesquels moyens de connexion sont prévus à l'extrémité supérieure de l'électrode et forment la sortie de la sonde. L'invention concerne en outre un dispositif de mesure de niveau d'un liquide conducteur de l'électricité dans un réservoir, du type comportant une sonde de mesure de niveau et un circuit électronique de traitement auquel est reliée ladite sonde. De tels sondes et dispositifs de mesure sont utilisés par exemple dans des réservoirs de circuits d'eau de refroidissement de moteur thermique, dans des réservoirs d'appareils de production de vapeur. Dans de nombreuses applications, il n'est pas nécessaire de connaitre le niveau exact du liquide dans le réservoir et seul le résultat de la comparaison du niveau de liquide par rapport à un niveau de seuil présente un intérêt. Dans ce cas, il est connu d'utiliser une sonde comportant une unique tige métallique disposée verticalement à l'intérieur du réservoir depuis le couvercle de celuici. La longueur de la tige depuis le haut du réservoir jusqu'à son extrémité libre inférieure correspondant au niveau de seuil du liquide par rapport auquel le niveau réel doit être comparé. Dans ces dispositifs, la tige de ia sonde est reliée à un circuit électronique de traitement comportant par exemple un relais commandé par un circuit en boucle dans lequel est intégrée la tige de métal. Une source de tension est prévue sur la boucle de commande du relais entre la sonde et une borne de commande de celuici. L'autre borne de commande du relais est reliée au liquide contenu dans le réservoir, lequel liquide est maintenu à un potentiel de référence. Ainsi, lorsque le niveau de liquide dans le réservoir est insuffisant pour que l'extrémité libre de la sonde soit en contact avec le liquide, le cir cuit de commande du relais est ouvert. Au contraire, lorsque le niveau du liquide dans le réservoir est suffisant pour immerger la tige constituant la sonde sur une partie au moins de sa longueur, le circuit de commande du relais est fermé. L'état du relais indique si le niveau du réservoir est supérieur ou inférieur au niveau de seuil prédéterminé qui est défini par la position de l'extrémité libre de la tige conductrice dans le réservoir. Ce type de sonde et de dispositif de mesure présente l'inconvénient de ne permettre de comparer le niveau du liquide dans le réservoir qu'à un unique niveau de seuil. Dans les cas où il est nécessaire de comparer le niveau réel du liquide dans le réservoir à plusieurs niveaux de seuil1 le réservoir est équipé de plusieurs sondes analogues ayant des tiges de longueurs différentes de sorte que les extrémités de ces tiges se situent à des niveaux différents à l'intérieur du réservoir. Cette solution présente l'inconvénient de nécessiter la mise en place de plusieurs sondes, ce qui implique un encombrement important à l'intérieur du réservoir et nécessite la réservation d'une grande surface pour la fixation des sondes. L'invention a pour but d'apporter une solution à ce problème d'encombrement, en proposant une sonde unique permettant de comparer le niveau réel de liquide dans un réservoir à au moins deux niveaux de seuil différents. A cet effet, I'invention a pour objet une sonde de mesure du niveau d'un liquide conducteur de l'électricité dans un réservoir, du type précité, caractérisée en ce que ladite électrode comporte suivant sa hauteur depuis lesdits moyens de connexion des plages conductrices successives, reliées électriquement en série les unes aux autres suivant la hauteur de la sonde, lesdites plages étant exposées suivant la hauteur de la sonde pour être en contact avec le liquide dans le réservoir en fonction du niveau de liquide dans le réservoir, et en ce que la résistance de l'électrode entre les moyens de connexion et un point de l'une des plages conductrices varie suivant la position de la plage sur la hauteur de l'électrode. Suivant des modes particuliers de réalisation, la sonde peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - I'électrode comporte au moins deux tronçons conducteurs de l'électricité constituant chacun une plage, les tronçons successifs étant reliés deux à deux par l'intermédiaire d'une résistance calibrée - la ou chaque résistance est confinée dans un espace clos, étanche au liquide, délimité par une paroi latérale isolante reliant entre eux les deux tronçons successifs - ladite paroi est délimitée par un manchon dans le passage duquel est logée ladite résistance, les extrémités en regard de deux tronçons successifs étant reçues dans le passage dudit manchon; - un ressort est interposé entre la résistance et l'une des extrémités d'un tronçon conducteur; - la résistance est une résistance bobinée; - elle comporte une électrode auxiliaire destinée à être immergée dans le liquide du réservoir et ladite électrode auxiliaire comporte des moyens de connexion à un potentiel de référence; - l'électrode comporte, entre deux plages conductrices successives suivant sa longueur, un tronçon à surface latérale isolante; et - ledit tronçon à surface latérale isolante est réalisé en '7éflon" ou en bakélite. L'invention a en outre pour objet un dispositif de mesure de niveau de liquide dans un réservoir, de type précité, caractérisé en ce que ladite sonde est une sonde telle que définie ci-dessus, et en ce que le circuit électronique de traitement comporte des moyens pour mettre le liquide du réservoir à un potentiel de référence, une résistance calibrée montée en série en sortie de ladite sonde, une source de tension alimentant la sonde au travers de ladite résistance calibrée, des moyens d'évaluation de la tension aux bornes de la sonde et des moyens de traitement de cette tension évaluée aux bornes de la sonde pour en déduire le niveau de liquide dans le réservoir. Suivant un mode particulier de réalisation, les moyens de traitement comportent un ensemble de comparateurs reliés en parallèle, lesquels comparateurs sont reliés en sortie de ladite sonde et sont adaptés chacun pour comparer la différence de potentiel entre la sortie de la sonde et la tension de référence à une tension de seuil prédéterminée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une sonde de mesure selon l'invention adaptée pour comparer le niveau de liquide à deux seuils de niveau; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une sonde selon l'invention adaptée pour comparer le niveau de liquide à trois seuils de niveau; - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une variante de réalisation du capteur de la figure 2; et - la figure 4 est une vue schématique du dispositif de mesure du niveau de liquide selon l'invention. La sonde 10 représentée sur la figure 1 est destiné à être disposé dans un générateur de vapeur d'eau ou tout autre réservoir contenant un liquide conducteur de l'électricité. La sonde est cylindrique d'axe X-X et est destinée à etre disposée suivant la hauteur du réservoir. Elle comporte essentiellement un corps de support 12 et une électrode de mesure 14 supportée par le corps 12. L'électrode 14 comporte deux tronçons conducteurs successifs, notés 14A, 14B, formés par des tiges métalliques reliées électriquement l'une à l'autre uniquement par l'intermédiaire d'une résistance 16. La résistance 16 est avantageusement une résistance bobinée. Les tiges 14A, 14B sont réalisées par exemple en INCONEL 600. Elles sont disposées coaxialement l'une à l'autre suivant l'axe X-X de la sonde. Leurs surfaces latérales extérieures sont exposées et forment des plages conductrices adaptées pour être en contact avec le liquide dans le réservoir. Les deux tiges 14A 14B sont reliées mécaniquement par un manchon isolant 18 dans le passage axial duquel sont emmanchées en force les extrémités en regard des tiges 14A et 14B. La résistance 16 est reçue à l'intérieur du manchon 18 entre les extrémités des tiges 14A, 14B. Ainsi, le manchon 18 forme une paroi délimitant un logement 19 de confinement de la résistance 16. Le manchon 18 est réalisé dans un matériau isolant par exemple du "Téflon" ou de la Bakélite. II a une longueur axiale par exemple égale à celle de la surface exposée de la tige inférieure 14A et notamment égale à 3 cm. Cette longueur est choisie suffisante pour éviter que le liquide conducteur retenu sur la surface de la sonde ne puisse établir une liaison électrique entre les deux tronçons successifs 14A et 14B lorsque la sonde est partiellement hors du liquide. Des cerclages 20A, 20B entourent extérieurement les extrémités du manchon dans la partie de celuici recouvrant les extrémités des tiges 14A, 14B afin de garantir l'étanchéité de la liaison mécanique entre le manchon et les tiges. Ainsi, le logement 19 est clos et imperméable au liquide. Afin d'améliorer l'étanchéité, des joints toriques non représentés peuvent être prévus autour des tiges. Ils sont reçus dans des gorges ménagées sur la paroi intérieure du manchon. Un ressort hélicoïdal conducteur 22 est interposé dans le logement 19. 11 est maintenu comprimé entre l'extrémité libre de la tige 14A et la borne en regard de la résistance 16. Ainsi, le ressort maintient la borne inférieure de la résistance 16 en contact avec l'extrémité de la tige 14B et assure la liaison électrique de l'autre borne de la résistance avec la tige 14A. Dans le mode de réalisation représenté, le corps de support 12 forme un bouchon fileté destiné à être engagé dans un passage taraudé du couvercle du réservoir. Ainsi, après montage, l'électrode s'étend vers le bas depuis le couvercle du réservoir. Le corps 12 comporte un manchon de fixation 24 présentant extérieurement dans sa partie inférieure un filetage 26 et dans sa partie supérieure un six-pans 28 adapté pour son entraînement en rotation. Le manchon est traversé par un passage épaulé 30 dans lequel est reçue une garniture d'étanchéité 32. Celle-ci est traversée par un passage axial dans lequel est retenue l'extrémité supérieure de la tige 14A. La garniture 32 comporte dans sa partie supérieure une collerette 34 appliquée contre l'épaulement du passage 30. Une rondelle tronconique 36 recouvre la collerette 34. La paroi latérale d'extrémité du manchon 24 est rabattue sur la rondelle 36 et forme ainsi une mièvre rentrante 38 assurant la retenue et la liaison étanche de la tige 14A et de la garniture 32 à l'intérieur du manchon 24. La tige supérieure 14A traverse de part en part le corps 12. Son extrémité supérieure comporte des moyens 40 de connexion à un circuit électronique de traitement non représenté sur la figure 1. Le circuit de traitement sera décrit en détail en regard de la figure 4. Ce circuit électronique de traitement comporte notamment des moyens pour mettre le liquide du réservoir à un potentiel de référence, une résistance montée en série en sortie de la sonde, un générateur de tension alimentant la sonde au travers de ladite résistance calibrée, des moyens d'évaluation de la tension aux bornes de la sonde et des moyens de traitement de cette tension pour en déduire le niveau de liquide dans le réservoir. En particulier, les moyens de traitement permettent de comparer le niveau de liquide dans le réservoir à deux niveaux de seuil définis par les extrémités inférieures exposées des tiges 14B et 14A respectivement. Ces niveaux de seuil sont désignés par les références Si et S2 sur la figure 1. La variante de réalisation de la sonde représentée sur la figure 2 comporte un tronçon métallique supplémentaire, noté 14C, prolongeant axialement le tronçon 148. Le tronçon 14C est relié mécaniquement au tronçon intermédiaire 14B par l'intermédiaire d'un manchon 22 confinant de manière étanche une résistance 46 et un ressort 48. Les liaisons électriques et mécaniques entre les tronçons 14B et 14C sont effectuées de manière analogue aux liaisons entre les premier et second tronçons 14A, 148. On conçoit qu'une telle sonde est adaptée pour la comparaison du niveau réel de liquide dans le réservoir à trois niveaux de seuil désignés par S1, S2 et S3, chaque seuil correspondant à l'extrémité inférieure exposée du tronçon conducteur respectivement 14C1 148 et 14A. La sonde représentée sur la figure 3 est en tout point analogue à la sonde représentée sur la figure 2. Toutefois, elle comporte en outre une électrode auxiliaire 50, formée par un tube métallique entourant sur toute sa longueur l'électrode 14. L'électrode auxiliaire 50 est solidaire axialement du manchon 24. Elle comporte un évent 52 dans sa partie supérieure afin de permettre l'échappement du gaz contenu dans le tube lors de la montée du niveau du liquide à l'intérieur de celui-ci. L'électrode auxiliaire 50 est reliée par des moyens de connexion non représentés au circuit électronique de traitement et en particulier à une source de tension de référence, notamment la masse. Sur la figure 4 est schématisé le dispositif de mesure de niveau. Il comporte une sonde 60 du type de celles représentées sur les figures 1 à 3 et d'autre part un circuit de traitement 62 relié aux moyens de connexion de la sonde. La sonde 60 comporte cinq tronçons successifs formant des plages conductrices destinées à entrer en contact avec le liquide contenu dans le réservoir R. Ces tronçons successifs sont désignés depuis la partie supérieure de la sonde par les références 64A, 648, 64C, 64D et 64E. Ils sont deux à deux reliés entre eux en série par l'intermédiaire de résistances 66A, 66B,66C et 66D. Ces résistances ont respectivement des valeurs notées r1, r2, r3 et r4. L'extrémité supérieure du tronçon métallique 64A est reliée par des moyens de connexion au circuit électronique de traitement 62. Ce dernier comporte une source de tension en créneau 68 ayant une fréquence, par exemple de 1 kHz et une amplitude d'environ 1 V pour une alimentation de 12 V. Ce générateur délivre un signal de forme rectangulaire ayant un rapport cyclique sensiblement égal à 20 %, de sorte que la tension est nulle pendant 80 % du temps. Le faible rapport cyclique permet d'éviter une dégradation prématurée de la sonde sous l'action d'une action électrolytique. La source 68 est reliée à la sonde 60 par une résistance calibrée 70 ayant une résistance notée R. En outre, la sonde 60 est reliée à un détecteur de crête 72, adapté pour produire, en sortie, une tension continue dont la valeur est égale à l'amplitude du signal en créneau prélevé en sortie de la sonde 60. A la sortie du détecteur de crête 72, sont reliés en parallèle cinq comparateurs, notés respectivement 74A, 74B, 74C, 74D, 74E. Ils sont associés chacun à une plage de la sonde formée par un tronçon métallique. Chaque comparateur est adapté pour comparer la tension de sortie du détecteur de crête 72 à une tension de seuil notée, respectivement V1, V2, V3, V4 et Vs. Les tensions de seuil V1 à Va sont fixes et sont données par la relation dans laquelle est l'amplitude de la tension en créneau fournie par la source 68, et s est une tension positive faible non nulle correspondant à la plage d'incertitude du capteur. g est par exemple égale à 0,05 . Enfin, la tension de référence appliquée au comparateur 74F est fixée à une valeur légèrement inférieure à la valeur de l'amplitude du signal fourni par la source 68. En outre, le circuit électronique de traitement 62 comporte des moyens pour mettre le liquide contenu dans le réservoir noté R à un potentiel de référence, et notamment à la masse. Ces moyens ne sont pas représentés en détail sur la figure 4. Ils comportent par exemple une électrode supplémentaire reliée à la masse du circuit 62 et baignant dans le liquide du réservoir. En variante, le réservoir lui-même constitue les moyens de mise à la masse, si celui-ci est réalisé dans un matériau conducteur de l'électricité et qu'une partie intérieure de celui-ci est en contact avec le liquide. Dans ce cas, le réservoir est relié à la masse du circuit 62. Enfin, dans le cas où la sonde utilisée est analogue à celle représentée sur la figure 3, la sonde auxiliaire 50 est reliée à la masse du circuit 62 et constitue le moyen de mise au potentiel de référence du liquide. Les comparateurs 74A à 74E sont adaptés pour comparer la différence de potentiel mesuré entre la sortie de la sonde 60 et le tronçon métallique de la sonde le plus haut dont au moins une partie est immergée. Dans l'exemple représenté sur la figure 4, ce tronçon est le tronçon 64C. Ainsi, le circuit défini entre la source 68 et le liquide mis à la masse constitue un pont diviseur de tension formé par la résistance calibrée 70 et l'ensemble des résistances 66A, 66B séparant des tronçons métalliques non totalement immergés. La tension prélevée au point milieu du pont diviseur de tension par le détecteur de crête 72 est comparée aux tensions de seuil appliquées à chacun des comparateurs. Lors de la variation du niveau de liquide dans le réservoir, la résistance de la sonde 60, définie entre sa sortie et le niveau du liquide, varie, puisque les résistances séparant les tronçons au moins partiellement immergés sont court-circuitées. Ainsi, la tension appliquée aux comparateurs varie de manière correspondante. On conçoit que suivant le niveau de liquide dans le réservoir, l'un ou plusieurs des comparateurs 74A à 74F sature. Le nombre de comparateurs saturés permet de déterminer le niveau de seuil immédiatement inférieur au niveau du liquide dans le réservoir. Le nombre de tronçons conducteurs formant des plages successives destinées à entrer en contact avec le liquide est déterminé en fonction du nombre de niveaux de seuil par rapport auxquels il convient de comparer le niveau réel du liquide dans le réservoir. Le nombre de comparateurs est adapté en fonction du nombre de tronçons conducteurs, afin qu'un comparateur corresponde à chaque tronçon conducteur. En variante non représentée, l'électrode de la sonde est formée par une piste résistive disposée suivant la hauteur du réservoir. Dans ce cas, la résistance entre la sortie de la sonde et un point de la piste varie linéairement de sorte que les plages successives en contact avec le liquide sont formées par des tronçons élémentaires de la piste résistive. Dans ce mode de réalisation, la tension en sortie de la sonde évolue continuement avec le niveau du liquide dans le réservoir, alors qu'avec des plages successives discrétisées (mode de réalisation des figures 1 à 3), la tension évolue sous la forme de paliers successifs. Quel que soit le mode de réalisation, plusieurs niveaux peuvent être mesurés dans le réservoir grâce à une seule sonde ne nécessitant qu'un fil unique pour son raccordement au circuit de traitement. Cette caractéristique permet de réduire considérablement l'encombrement des moyens de mesure installés sur le réservoir. REVENDICATIONS 1.- Sonde de mesure du niveau d'un liquide conducteur de ,'électri- cité dans un réservoir (R), du type comportant une électrode conductrice (14) destinée à être disposée dans le réservoir (R) suivant la hauteur de celuici, laquelle électrode (14) comporte des moyens (40) de connexion à un circuit électronique de traitement (62), lesquels moyens de connexion (40) sont prévus à l'extrémité supérieure de l'électrode et forment la sortie de la sonde, caractérisée en ce que ladite électrode (14) comporte suivant sa hauteur depuis lesdits moyens de connexion (40) des plages conductrices successives (14A, 148, 14C; 64A, 64B, 64C, 64D, 64E), reliées électriquement en série les unes aux autres suivant la hauteur de la sonde, lesdites plages étant exposées suivant la hauteur de la sonde pour être en contact avec le liquide dans le réservoir en fonction du niveau de liquide dans le réservoir, et en ce que la résistance de l'électrode entre les moyens de connexion (40) et un point de l'une des plages conductrices varie suivant la position de la plage sur la hauteur de l'électrode. 2.- Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'électrode (14) comporte au moins deux tronçons (14A, 14B, 14C) conducteurs de l'électricité constituant chacun une plage, les tronçons successifs étant reliés deux à deux par l'intermédiaire d'une résistance calibrée (16; 46 ; 66A, 66B, 66C, 66D). 3.- Sonde selon la revendication 2, caractérisée en ce que la ou chaque résistance (16; 46) est confinée dans un espace clos (19), étanche au liquide, délimité par une paroi latérale isolante (18) reliant entre eux les deux tronçons successifs (14A, 14B). 4.- Sonde selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite paroi est délimitée par un manchon (18) dans le passage duquel est logée ladite résistance (16 ; 46), les extrémités en regard de deux tronçons successifs (14A, 148) étant reçues dans le passage dudit manchon (18). 5.- Sonde selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce qu'un ressort (22) est interposé entre la résistance (16) et l'une des extrémités d'un tronçon conducteur (14A). 6.- Sonde selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que la résistance (16; 46) est une résistance bobinée. 7.- Sonde selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une électrode auxiliaire (50) destinée à être immergée dans le liquide du réservoir (R) et en ce que ladite électrode auxiliaire comporte des moyens de connexion à un potentiel de référence. 8.- Sonde selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'électrode comporte, entre deux plages conductrices successives suivant sa longueur, un tronçon (18) à surface latérale isolante. 9.- Sonde selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit tronçon à surface latérale isolante est réalisé en "Téflon" ou en bakélite. 10.- Dispositif de mesure du niveau d'un liquide conducteur de l'électricité dans un réservoir (R), du type comportant une sonde de mesure de niveau et un circuit électronique de traitement (62) auquel est reliée ladite sonde, caractérisé en ce que ladite sonde est une sonde (60) selon l'une quelconque des revendications précédentes, et en ce que le circuit électronique de traitement (62) comporte des moyens pour mettre le liquide du réservoir à un potentiel de référence, une résistance calibrée (70) montée en série en sortie de ladite sonde (60), une source de tension (68) alimentant la sonde (60) au travers de ladite résistance calibrée (70), des moyens d'évaluation (72) de la tension aux bornes de la sonde (60) et des moyens (74A, 74B, 74C, 74D, 74 E) de traitement de cette tension évaluée aux bornes de la sonde (60) pour en déduire le niveau de liquide dans le réservoir (R). 11.- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens de traitement comportent un ensemble de comparateurs (74A,74B, 74C, 74D, 74 E) reliés en parallèle, lesquels comparateurs sont reliés en sortie de ladite sonde (60) et sont adaptés chacun pour comparer la différence de potentiel entre la sortie de la sonde et la tension de référence à une tension de seuil prédéterminée.