Brevet FR2800872A1 — publié le 20010511

La présente invention concerne un capteur pour déterminer la constante diélectrique d'un fluide en écoulement. Plus particulièrement, le fluide en question est un mélange de carburants alimentant un moteur à combustion interne. II est déjà connu de mélanger, à des hydrocarbures, des proportions relativement importantes d'alcool (tel que le méthanol et I ou l'éthanol) pour alimenter des moteurs à combustion interne. Les réglages du moteur, pour un rendement optimal et une pollution minimale, doivent varier en fonction de la composition du mélange de carburant. II est donc important de pouvoir déterminer en continu la composition du mélange de carburants. On sait que la constante diélectrique d'un mélange hydrocarbures I alcool dépend de sa composition et varie de façon à peu près linéaire avec la teneur en alcool. Des appareillages basés sur cette observation ont déjà été proposés. DE- -3.923.992 décrit un capteur comprenant un condensateur composé d'une électrode centrale cylindrique pleine et d'une électrode périphérique cylindrique creuse et coaxiale à l'électrode centrale. Les deux électrodes sont placées dans une chambre traversée par le mélange qui s'écoule perpendiculairement à l'axe des électrodes. L'électrode périphérique présente deux fentes longitudinales diamétralement opposées pour permettre au mélange passer entre les électrodes. Un tel capteur est compliqué à réaliser et présente l'inconvénient d'être placé de manière transversale par rapport à la direction d'écoulement du mélange. Ceci crée une perte de charge non négligeable dans la canalisation de carburant. FR 683 909 (au nom de la demanderesse) décrit quant à lui un capteur placé dans le sens d'écoulement du mélange, afin notamment de diminuer les pertes de charges. Cependant, ce type de capteur nécessite des connexions électriques avec chacune des électrodes. Comme ces électrodes sont en contact direct avec le mélange, la réalisation des connexions électriques est délicate et nécessite d'assurer une étanchéité rigoureuse. En outre, comme le carburant est un liquide corrosif, la longévité des électrodes est faible. Le de la présente invention est de créer capteur mesurant en continu la constante diélectrique d'un carburant pour en déterminer la composition, ceci de manière simple et peu coûteuse. outre, on cherche à supprimer problèmes d'étanchéité et d'usure (due à la corrosion) des électrodes. A cet effet, la présente invention concerne un capteur pour déterminer la constante diélectrique d'un fluide en écoulement du type comportant un tube électriquement isolant à l'intérieur duquel circule un fluide dont la constante diélectrique est à déterminer en fonction d'une capacité entre deux électrodes, le dit capteur étant caractérisé en ce que - les électrodes de détermination de la constante diélectrique du fluide sont disposées toutes les deux à l'extérieur du tube ne sont pas en contact avec le fluide dont la constante diélectrique est à mesurer. Grâce à ces dispositions, les connexions électriques sont facilitées, puisque électrodes sont placées toutes les deux à l'extérieur du tube dans lequel circule le fluide. Aucune connexion électrique avec une électrode interne n'est donc nécessaire. De même, les problèmes d'étanchéité ne se produisent plus car électrodes ne sont plus en contact direct avec le fluide. Les problèmes d'usure prématurée des électrodes dus au contact avec le fluide sont également supprimés. Selon un second mode de réalisation, la valeur de la capacité à mesurer est avantageusement augmentée par l'interposition d'une électrode à potentiel flottant, dans le tube, entre les électrodes externes. Cette electrode n'est bien sûr pas connectée aux autres électrodes, ni à un dispositif de traitement du signal. Là encore, les problèmes d'étanchéité et d'usure des électrodes sont éliminés. Avantageusement, la mesure de la capacité intrinsèque du tube (nécessaire pour la détermination de la constante diélectrique du fluide) est réalisée par mesure directe de la capacité entre deux électrodes de reférence, disposées de part et d'autre d'une extension de la matière constituant le tube, cette matière n'étant traversée par aucun liquide. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention, ressortiront d'ailleurs de la description qui suit à titre d'exemple non limitatif et référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une vue schématique en perspective d'un tube muni d'électrodes selon l'invention, - Les figures 2a et 2b représentent respectivement les électrodes selon l'invention et leur schéma électrique équivalent, - La figure 3, est une vue schématique représentant variante de réalisation du capteur selon l'invention, - La figure 4 est une vue en coupe longitudinale de variante représentée à la figure 3, et - La figure 5 est une vue schématique d'un capteur selon l'invention muni d'électrodes de référence. Selon la forme de réalisation représentée à la figure 1, le capteur 10 selon l'invention se compose essentiellement de deux électrodes externes 11, disposées en regard l'une de l'autre autour d'un tube cylindrique 12, dans lequel circule un fluide F. Ce fluide est par exemple un carburant constitué par un mélange d'hydrocarbures et d'alcool (méthanol et / ou éthanol, etc.). Le tube 12 est réalisé en matériau électriquement isolant, par exemple en céramique, en verre, en polymère, etc. Les électrodes 11 sont de formes semi-circulaires (dans l'exemple représente à la figurel) et sont disposées dans le sens longitudinal du tube, en regard l'une de l'autre, sur la paroi externe du tube. Ces électrodes ne sont donc pas en contact avec le fluide F. De ce fait, les connexions électriques 17 entre les électrodes 11 et un dispositif de traitement du signal 18 sont extrêmement simples ' réaliser et ne nécessitent pas de protection particulière ni la réalisation d'une quelconque étanchéité. Les figures 2a et 2b illustrent le fonctionnement du capteur 10 selon l'invention. La figure 2a représente schématiquement un tube (dans le cas représenté à section rectangulaire) 12' pris en sandwich entre deux électrodes 11 reliées à un dispositif de traitement du signal 18. fluide F circule à l'intérieur du tube 12'. La figure 2b est le schéma électrique équivalent au montage représenté à la figure 2a. On y trouve une première partie équivalente aux parties référencées 1 à la figure 2a, cette partie est constituée par un condensateur présentant une capacité fixe Cf équivalente celle de la matière constituant le tube. La deuxième partie de cette figure représente le schéma électrique équivalent à la partie référencée 2 à la figure 2a. Cette seconde partie présente une capacité C entre les armatures 11. La capacité variable CV mesurée entre les armatures 11 est la somme des capacités Cf (partie 1) et C (partie 2). Cette capacité C est donnée par la formule suivante dans laquelle, s est une constante, S est la surface des électrodes 11, di est l'épaisseur totale des parois du tube 12', d2 est l'épaisseur de la veine fluide (voir figure 2b), ci est la constante diélectrique de la matière constituant le tube (cette constante est connue ou en tous cas peut être déterminée) et s2 est la constante diélectrique du fluide. En mesurant C" il est donc possible de déterminer la constante diélectrique E2 du fluide F. La formule (1) est appliquée à un moyen de détermination de la constante diélectrique (18), de maniere à obtenir la valeur s2. De manière classique (non détaillée ici), la connaissance de cette constante diélectrique F2 permet de déterminer la composition du mélange du carburant et notamment la proportion d'alcool dans ce mélange. Ainsi, en plaçant simplement deux électrodes autour du tube 12 et en mesurant la capacité entre ces électrodes, il est possible de déterminer la constante diélectrique du fluide, ceci sans placer les électrodes au contact du fluide. La capacité C, mesurée est en général faible. Le dispositif de traitement associé à ce capteur doit en conséquence etre très performant pour déterminer avec une précision suffisante la composition du mélange. Pour pallier ce problème, il est possible d'augmenter la valeur de la capacité à mesurer en plaçant à l'intérieur du tube une électrode 13 (figure 3) à potentiel flottant. Cette électrode à potentiel flottant n'est pas reliée électriquement au dispositif de traitement du signal associé au capteur. L'électrode 13 est simplement interposée à l'intérieur du tube entre les électrodes 11. Comme on peut le voir à la figure 4, cette électrode flottante 13 est disposée longitudinalement à l'intérieur du tube par l'intermédiaire d'entretoises 14. Dans un tel mode de réalisation, lorsque l'on mesure la capacité C entre les armatures 11, on mesure en fait une série de capacités (figure 3). A savoir tout d'abord, une capacité Ct du tube, puis la capacité CX existant entre la paroi interne du tube et l'électrode interne 13 (c'est à dire la capacité du fluide), puis de nouveau la capacité CX et de nouveau la capacité du tube Ct. En effet, comme l'électrode interne constitue une ligne à potentiel constant, on est sûr que la capacité Cx mesurée d'un côté de l'électrode flottante est la même que celle mesurée de l'autre côté de cette électrode. Il en résulte que la capacité équivalente C mesurée entre les armatures 11 répond à la formule suivante dans le cas où Ct est très supérieure à Cx, (Ct CX) cette relation (2) se simplifie pour donner On note ainsi qu'en mesurant la capacité entre les armatures 11, il est très facile de déterminer Cx, c'est à dire la capacité du fluide. Connaissant cette capacite, on en déduit la constante diélectrique du fluide et donc la composition du fluide (comme indiqué dans le premier mode de réalisation). Ce second mode de réalisation permet avantageusement d'augmenter la valeur de la capacité à mesurer et ainsi nécessite un dispositif de traitement du signal classique et non un dispositif très performant (donc plus cher). La figure 5 illustre un moyen de détermination de la capacité intrinsèque de la matière constituant le tube. A cet effet, pour déterminer cette capacité, on place deux électrodes dites de référence 15 en regard l'une de l'autre, de part et d'autre d'une extension 16 de la matière constituant le tube. La matière constituant cette extension n'est traversée par aucun liquide. La détermination de la capacité du tube est ainsi réalisée de maniere directe et tient compte de toute modification de cette capacité en fonction de la température notamment. Bien entendu, la détermination de la capacité intrinsèque du tube est réalisée en continu. On notera que le tube 12, 12' dans lequel circule le fluide peut être de toute forme (cylindrique, parallélépipèdique ou autre), l'important réside dans le fait qu'il est directement coiffé par une paire d'électrodes externes placées en regard l'une de l'autre, aucune de ces électrodes n'étant en contact avec le fluide. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes réalisations ci-dessus décrits, mais englobe toute variante à la portée de l'homme de REVENDICATIONS 1. Capteur (10) pour déterminer la constante diélectrique d'un fluide (F) en écoulement du type comportant un tube (12, 12') électriquement isolant à l'intérieur duquel circule un fluide dont la constante diélectrique est à determiner en fonction d'une capacité entre deux électrodes, le dit capteur étant caractérisé en ce - les électrodes (11) de détermination de la constante dielectrique du fluide sont disposées toutes les deux à l'extérieur du tube et ne sont pas en contact avec le fluide (F) dont la constante dielectrique est à mesurer. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes (11) de determination de la constante diélectrique sont deux électrodes externes semi-circulaires disposées dans le sens longitudinal du tube, en regard l'une de l'autre, sur la paroi externe du tube. 3. Capteur selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comporte en outre - une électrode à potentiel flottant (13) disposée longitudinalement à l'intérieur du tube entre les deux électrodes externes (1 ), - un moyen de mesure de la capacité (C) régnant entre les deux électrodes externes, et - un moyen de détermination de la constante diélectrique liquide circulant à l'intérieur du tube en fonction de la capacité mesurée. 4. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen (15) de détermination de la capacité intrinsèque du tube. 5. Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen de détermination de la capacité intrinsèque du tube est constitué par deux électrodes (15) dites de référence, disposées de part et d'autre d'une extension (16) de la matière constituant le tube (12), cette matière n'étant traversée par aucun liquide.