Brevet FR2808086A1 — publié le 20011026

La présente invention concerne le domaine technique de la mesure d'un niveau de liquide au sens général et elle vise plus précisément la mesure du niveau d'un liquide notamment à caractère froid en particulier cryogénique. Dans l'état de la technique, il est connu de déterminer le niveau d'un liquide par l'intermédiaire d'un dispositif comportant notamment un capteur résistif relié à un conditionneur traduisant sous la forme d'un signal électrique les variations d'impédance du capteur. Classiquement, un tel capteur est monté à un niveau déterminé à l'intérieur du contenant du liquide pour être en contact avec le liquide lorsque ce dernier atteint le niveau déterminé. Le capteur résistif est placé dans un pont résistif dont le déséquilibre intervient lorsque le capteur est en contact avec liquide. Un tel dispositif présente un inconvénient majeur dans la mesure où capteur résistif doit présenter une valeur déterminée de résistance. Or, les capteurs résistifs présentent des grandes dispersions de valeur de résistance, notamment à température de 4 K, ce qui impose de trier les capteurs. De plus, l'évolution de la fabrication des capteurs déplace la valeur de fonctionnement pour la température de K, en dehors de la plage de fonctionnement, ce qui nécessite de réaliser de nouveaux conditionneurs. Enfin, la longueur des fils de raccordement entre le capteur le conditionneur associé, influence le fonctionnement de ce dernier. L'objet de l'invention vise donc à remédier aux inconvénients énoncés dessus en proposant une technique pour déterminer le niveau d'un liquide notamment cryogénique en mettant en oeuvre un capteur résistif dont les dispersions de valeur 'influencent pas les mesures et susceptible d'être interchangeable avec conditionneurs associés dont le fonctionnement n'est pas modifié par la longueur fils de raccordement. L'objet de l'invention vise donc à proposer un procédé pour déterminer niveau d'un liquide froid maintenu dans un contenant, caractérisé en ce qu'il consiste - à monter fixement à l'intérieur du contenant au moins un capteur résistif, - pendant une phase de chauffage, à alimenter le capteur résistif afin d'assurer l'élévation de sa température, - pendant une phase de mesure consécutive à la phase de chauffage, à mesurer la variation de la tension aux bornes du capteur résistif, due au refroidissement dudit capteur, - et à comparer la variation de la tension mesurée avec au moins une variation référence de tension en vue de déterminer le niveau du liquide Un autre objectif l'invention est d'offrir un dispositif pour déterminer le niveau d'un liquide froid maintenu dans un contenant, caractérisé en ce qu'il comporte # au moins un capteur résistif destiné à être monté dans le contenant, # et un système mesure comportant - des moyens d'alimentation du capteur par un courant de chauffage jassurant l'elévation de la température dudit capteur, - des moyens d'alimentation du capteur par un courant de mesure de valeur inférieure au courant de chauffage, - des moyens de mesure de la variation de la tension aux bornes du capteur, au refroidissement dudit capteur, - des moyens de contrôle permettant de commander les moyens pour alimenter le capteur par un courant de chauffage, pendant une phase de chauffage, les moyens pour mesurer la variation de tension, pendant une phase de mesure consécutive à la phase de chauffage, - et des moyens de comparaison permettant de comparer la variation de la tension mesurée avec au moins une variation de référence de tension de déterminer le niveau du liquide. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci- dessous en référence dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La Fig. 1 est vue schématique montrant un exemple d'application du dispositif de mesure conforme à l'invention. La Fig. 2 est schéma bloc fonctionnel décrivant le dispositif de mesure conforme à l'invention. Fig. 3 est une vue schématique d'un autre exemple d'application de l'objet de l'invention. que cela apparaît plus précisément à la Fig. 1, l'objet de l'invention concerne un dispositif 1 adapté pour déterminer le niveau d'un liquide 2 maintenu dans un contenant 3 au sens général. Le liquide 2 présente un caractère froid notamment cryogénique et peut être constitué par exemple par de l'hélium liquide ou de l'hydrogène liquide. Le dispositif 1 comporte au moins un capteur 4 monté à l'intérieur du contenant 3 afin d'être contact avec le liquide lorsque ce dernier atteint niveau auquel le capteur 4 est placé. Le capteur 4 est relié à un système 5 de mesure par l'intermédiaire d'une liaison électrique 6. Dans l'exemple illustré à la Fig. 1, le contenant 3 est équipé de deux capteurs 4 montés pour détecter les niveaux bas et haut du liquide 2 à l'intérieur du contenant 3. Tel que cela apparaît plus précisément à la Fig. 2, le dispositif 1 comporte au moins un capteur 4 du type résistif Un tel capteur 4 peut être réalisé exemple par l'intermediaire d'une résistance carbone aggloméré du type "Hallen Bradley". Bien entendu, il peut être envisagé d'utiliser d'autres types de capteur résistif. capteur 4 est relié par la liaison 6 au système de mesure 5 qui comporte des moyens 7 assurant l'alimentation électrique du capteur 4 par l'intermédiaire d'un courant chauffage permettant 'élévation de la température du capteur 4. Il est à noter que l'élévation de la température du capteur résistif 4 conduit à une diminution de la valeur de sa résistance. système de mesure 5 comporte aussi des moyens 8 assurant l'alimentation electrique du capteur 4 par un courant de mesure de valeur inférieur au courant de chauffage. Le système de mesure 5 comporte également des moyens 9 assurant la mesure de la variation de la tension apparaissant aux bornes du capteur 4. En effet, un refroidissement du capteur 4 conduit à une augmentation de la valeur de sa résistance, pouvant être détectée par la mesure de la différence de tension apparaissant à ses bornes. Par exemple, les moyens de mesure 9 peuvent être constitués par un circuit 91 permettant d'effectuer une mesure de tension à un instant donné notamment initial et par un circuit assurant une mesure de tension à un instant différent ou final. Ces circuits mesure 9,, 92 sont reliés en sortie à un circuit différentiateur 93 donnant la différence de tension aux bornes du capteur 4, entre les deux instants de mesure. Le système de mesure 5 comporte également des moyens de contrôle 11 constitués par exemple, par une horloge 11, associée à un circuit base de temps 112. Ces moyens de contrôle 11 sont reliés aux moyens 7 délivrant le courant chauffage et aux moyens de mesure 9. Ces moyens de contrôle 11 permettent de commander, d'une les moyens 7 pour alimenter le capteur 4 par un courant chauffage pendant une phase chauffage, et d'autre part, les moyens 9 pour mesurer l'évolution ou la variation de la tension pendant une phase de mesure consécutive à phase de chauffage. Le système de mesure 5 comporte des moyens de comparaison reliés à la sortie des moyens de mesure 9, à savoir le circuit différentiateur 93 dans l'exemple illustré. moyens de comparaison 12 permettent de comparer la variation de la tension mesurée avec au moins une variation de référence de tension en vue de déterminer niveau du liquide. Le système de mesure 5 comporte des moyens d'indication 13 de tous types connus en soi par exemple d'affichage ou d'avertissement lumineux ou sonore. Ces moyens d'indication 13 sont reliés aux moyens de comparaison 12 permettent d'indiquer le niveau du liquide. Le fonctionnement du dispositif 1 selon l'invention découle directement de la description qui précède. Le fonctionnement du dispositif 1 selon l'invention décompose essentiellement en une phase de chauffage suivie par une phase de mesure. Pendant la phase chauffage, les moyens de contrôle 11 permettent que les moyens 7 assurent l'alimentation du capteur 4 par un courant de chauffage par exemple de 10 mA, en vue d'assurer l'élévation de la température du capteur 4. Cette élévation de la température du capteur 4 conduit à une diminution de la valeur de sa résistance. Cette phase de chauffage d'une durée de 40 ms par exemple, est suivie par une phase de mesure d'une durée de 40 ms par exemple. Au cours de cette phase de mesure, moyens de contrôle 11 pilotent les moyens 9 pour mesurer la variation de la tension aux bornes du capteur résistif 4, due au refroidissement dudit capteur 4. Au moins pendant cette phase de mesure, les moyens 8 assurent l'alimentation du capteur 4 par un courant de mesure par exemple de l'ordre de ImA. Les moyens de mesure 9 procèdent à des mesures de la tension aux bornes du capteur résistif 4, exemple, au début et à la fin de la phase de mesure. La variation de la tension mesurée donne une image de l'augmentation la résistance du capteur 4, consécutive au refroidissement du capteur 4 entre le début et la fin de cette phase de mesure. Il apparaît ainsi une différence de tension qui caractéristique de l'environnement dans lequel est placé le capteur 4. Ainsi dans le cas d'un liquide cryogénique, la différence de tension mesurée pour le capteur 4 placé dans la phase gazeuse du liquide est nettement distincte de la différence de tension mesurée pour le capteur 4 placé dans le liquide. Par exemple, pour de l'hélium liquide, il apparaît entre le capteur 4 situé dans le gaz et le capteur 4 en contact avec l'hélium liquide, des différences de tension distinctes d'un facteur d'ordre 3. Dans le même sens, pour de l'hydrogène liquide, la variation de tension lorsque le capteur 4 est placé dans le gaz est inférieure facteur par rapport à la différence de tension lorsque le capteur 4 est placé dans l'hydrogène liquide. Ainsi, pour chaque type de liquide 2, il est défini une variation référence tension correspondant au capteur 4 en position immergée par le liquide ou au capteur 4 en position non immergée ou baigné éventuellement par la phase gazeuse liquide. De telles variations de référence de tension dépendent des conditions de fonctionnement et sont déterminées une seule fois lors d'une phase mise au point du dispositif de mesure 1. Ainsi, il est possible de changer le capteur résistif par un autre capteur résistif de même type sans influencer les mesures effectuées. Le procédé consiste ensuite à comparer par l'intermédiaire des moyens comparaison 12, la variation de la tension mesurée avec au moins une variation de référence tension, en vue de déterminer le niveau du liquide. Le résultat de cette comparaison permet de déterminer si le niveau du liquide atteint ou non le capteur. Ainsi, ' variation de la tension mesurée est sensiblement égale à la variation référence de tension correspondant au capteur 4 en position non immergée, il peut être déduit que le niveau du liquide n'a pas atteint le capteur 4. Si la variation de tension mesurée est sensiblement égale à la variation de référence de tension correspondant au capteur 4 en position immergée, il peut être déduit que le niveau liquide a atteint le capteur 4. Bien entendu, il peut être prévu de comparer la variation de la tension mesurée avec une valeur de seuil indiquant que le niveau du liquide n'est pas arrivé au niveau du capteur 4 tant que la valeur de la variation tension mesurée n'a atteint cette valeur de seuil. Les moyens d'affichage 13 permettent d'indiquer le niveau du liquide c'est-à-dire si le niveau a atteint ou non celui du capteur 4. De préférence, il est envisagé de recommencer successivement la phase de chauffage et la phase de mesure pour confirmer ou non les résultats obtenus. Aussi, il peut etre prévu de comparer les résultats d'au moins deux phases de mesure successives afin d'apprécier l'évolution des résultats et de confirmer la position du niveau du liquide. Le dispositif 1 selon l'invention présente l'avantage s'affranchir des disparités des valeurs de résistance du capteur résistif 4 dans la mesure où le principe d'un tel dispositif prend en compte une variation de tension aux bornes du capteur et une valeur de tension. De plus, le dispositif 1 selon l'invention présente une conception simple pouvant être facilement réalisée par l'homme métier à l'aide de composants électroniques classiques. Tel que cela ressort de la Fig. 3, il peut être prévu monter en série, bornes du système de mesure 5, une pluralité de capteurs résistifs 4 disposés de manière superposée à l'intérieur du contenant 3 en vue de déterminer le niveau du liquide par une mesure pseudo-continue du niveau. Dans ce cas, la variation de la tension mesurée aux bornes de la série de capteurs 4 est comparée à des variations de référence de tension préalablement déterminées et correspondant ' des niveaux de liquide pour chacun desquels un nombre différent de capteurs est immergé. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS - Procédé pour déterminer le niveau d'un liquide froid (2) maintenu dans un contenant (3), caractérisé en ce qu'il consiste - à monter fixement à l'intérieur du contenant (2) au moins un capteur résistif (4), - pendant une phase de chauffage, à alimenter le capteur résistif (4) afin d'assurer l'élévation de sa température, - pendant une phase de mesure consécutive à la phase de chauffage, à mesurer la variation de la tension aux bornes du capteur résistif (4), due au refroidissement dudit capteur, - et à comparer la variation de la tension mesurée avec au moins une variation de référence de tension en vue de déterminer niveau du ,liquide. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce consiste à monter en série une pluralité de capteurs résistifs (4) disposés de manière superposée à l'intérieur contenant (3) en vue de déterminer le niveau du liquide une mesure pseudo-continue. - Procédé selon la revendication 1. caractérisé en ce consiste à comparer la variation de la tension mesurée avec une variation de référence de tension correspondant à un capteur (4) en position immergée par le liquide ou non immergée, en vue de déterminer si le niveau de liquide atteint ou non le capteur. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à répéter successivement la phase de chauffage et la phase de mesure, et à détecter si les résultats de comparaison des variations de tension, d'une phase de mesure à l'autre, évolue ou non. 5 - Procédé, selon la revendication 1 ou 4, caractérisé en ce qu'il consiste, pendant la phase de mesure, à alimenter le capteur résistif (4) par un courant de mesure de valeur inférieure au courant de chauffage. 6 - Dispositif pour déterminer le niveau d'un liquide froid (2) maintenu dans un contenant (3), caractérisé en ce qu'il comporte # au moins un capteur résistif (4) destiné à être monté dans le contenant (3), e et un système de mesure (5) comportant - des moyens (7) d'alimentation du capteur par un courant de chauffage assurant l'élévation de la température dudit capteur, - des moyens (9) de mesure de la variation la tension aux bornes du capteur, due au refroidissement dudit capteur, - des moyens de contrôle (11) permettant de commander D les moyens (7) pour alimenter le capteur par un courant de chauffage, pendant une phase de chauffage, v les moyens (9) pour mesurer la variation de tension, pendant une phase de mesure consécutive à la phase de chauffage, - et des moyens de comparaison (12) permettant de comparer la variation de la tension mesurée avec au moins une variation de référence de tension en vue de déterminer le niveau du liquide. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé qu'il comporte une pluralité de capteurs résistifs (4) montés en série. - Dispositif selon la revendication 6, 7 caractérisé en ce que chaque capteur résistif (4) est constitué par une résistance de carbone aggloméré. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé que les moyens de comparaison (12) comparent la variation de la tension mesurée avec au moins une variation référence de tension préalablement définie pour capteur en position immergée ou non par le liquide. 10 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé ce que les moyens de comparaison (12) sont reliés à des moyens d'indication (13) permettant d'indiquer le niveau du liquide. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé ce que le système de mesure (5) comporte des moyens (8) d'alimentation du capteur (4) par un courant de mesure valeur inférieure au courant de chauffage, au moins pendant la phase de mesure. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé ce que les moyens de mesure (4) comporte des circuits (91, 92) permettant d'effectuer une mesure de tension à des instants différents, reliés en sortie à un circuit différentiateur (93) donnant la différence de tension aux bornes du capteur (4), entre les deux instants de mesure. 13 - Dispositif selon l'une des revendications 6 à 12, caractérisé en ce que le liquide est de l'hydrogène ou de l'hélium liquéfié.