Brevet FR2827379A1 — publié le 20030117

La présente invention se rapporte à un dispositif de mesure de la masse de liquide présente dans un réservoir. De manière conventionnelle, la mesure de la masse d'un liquide contenue dans un réservoir, par exemple, du carburant dans un réservoir d'un véhicule, est réalisée au moyen d'un flotteur dont le bras constitue le curseur d'un potentiomètre ou d'une résistance variable. Cependant, le mouvement du carburant dans le réservoir provoqué par le déplacement du véhicule nécessite la mise en place d'un système d'écrêtage afin de pouvoir fournir un signal stable à l'utilisateur. De plus, les réservoirs ayant souvent des formes géométriques complexes, la mesure de la quantité de liquide est généralement extrapolée à partir d'une mesure du niveau du liquide, avec des erreurs inhérentes. On connaît du document FR 2 457 478 un dispositif de visualisation du niveau d'un fluide contenu dans un réservoir dans lequel le réservoir est partiellement délimité par une membrane souple, le déplacement de la membrane en fonction de la masse de liquide présent dans le réservoir provoquant le déplacement d'un deuxième liquide dans une jauge. Ainsi, la hauteur du deuxième liquide est fonction de la masse de liquide présent dans le réservoir. On connaît également du document EP 0 630 603 un dispositif destiné à signaler à un utilisateur que la quantité d'un liquide dans un réservoir est descendu à un seuil prédéterminé. Un réservoir est libre de coulisser dans une chambre au fond de laquelle est disposée une enveloppe fermée contenant un liquide. La pression exercée sur la paroi de l'enveloppe est fonction de la masse du liquide présent dans le réservoir. Une paroi de l'enveloppe s'appui sur un moyen d'interrupteur qui est agencé pour s'ouvrir dès que la pression exercée descend en dessous d'un seuil prédéterminé. Ces deux dispositifs présentent des inconvénients dans la mesure où ils ne sont pas adaptés pour fournir à tout moment une indication précise de la masse de liquide restant dans le réservoir. La demanderesse s'est fixé pour objectifs de surmonter les difficultés et les inconvénients rencontrés dans l'art antérieur en proposant un dispositif de mesure de la masse de liquide présente dans un réservoir qui soit fiable et de construction simple et qui fournit à tout moment une indication précise. Aussi, la présente invention a trait à un dispositif de mesure de la masse de liquide présente dans un réservoir, le réservoir étant muni d'une membrane souple qui divise le réservoir de manière étanche en une chambre supérieure destinée à recevoir un liquide, et une chambre inférieure caractérisé en ce que la chambre inférieure est emplie d'un gaz sous pression, le dispositif comprenant de plus des moyens de mesure de la pression du gaz et des moyens de déterminer la masse du liquide à partir de cette pression. Ce type de dispositif permet de s'affranchir des problèmes dynamiques et statiques liés à une mesure ponctuelle et à la géométrie complexe du réservoir. De préférence, les moyens de mesure de la pression du gaz comprennent un capteur de pression différentielle. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention vont maintenant être décrits de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés donnés à titre illustratif et non limitatif et dans lesquels : -la Figure 1 est une section schématique d'un dispositif de mesure de la masse de liquide présente dans un réservoir selon l'invention ; et -la Figure 2 est une section schématique du dispositif de la Figure 1, lorsqu'il est plein. Sur la Figure 1 est représenté schématiquement un dispositif de mesure de la masse de liquide présente dans un réservoir. Un réservoir 10, de géométrie complexe est muni d'un conduit de remplissage 12. Selon l'invention, le réservoir 10 est muni d'une membrane souple 14 qui le divise, de manière étanche, en une chambre supérieure 16 et une chambre inférieure 18. La membrane 14 est positionnée dans le réservoir en un plan correspondant à la surface maximale de celui-ci. De préférence, la périphérie de la membrane est montée sur la paroi 20 du réservoir par une soudure 22 afin d'assurer l'étanchéité entre les deux chambres 16,18. De manière alternative, la membrane peut être disposée dans une nervure (non représentée) dans la paroi 20. Un capteur de pression 24 qui, de préférence, est un capteur différentiel, est monté à l'extrémité d'un conduit 26 qui s'ouvre dans la chambre inférieure 18. Un deuxième conduit 28 s'étend du capteur 24 vers la chambre supérieur 16. La chambre inférieure 18 est emplie, au moyen d'un orifice d'emplissage 30, d'un gaz sous pression. De préférence ce gaz est un gaz rare (Hélium, Néon, Argon, Krypton, Xénon), mais d'autres gaz peuvent être utilisés, par exemple de l'air ou de l'azote. Dans l'exemple illustré sur la Figure 1, la chambre supérieure 16 du réservoir est emplie de liquide jusqu'à un niveau 32. Lorsque l'on remplit le réservoir, la membrane souple 14 se déplace sous la pression du liquide dans la chambre supérieure, ce qui fait diminuer le volume da la chambre inférieure 18et augmenter la pression du gaz. Le point d'équilibre est atteint lorsque la pression dans la chambre inférieure 18 compense la pression du liquide dans la chambre supérieure 16. La variation de la pression du gaz dans la chambre inférieure 18 est proportionnelle à la masse de liquide présente dans la chambre supérieure 16. Le gaz étant compressible et n'ayant pas de volume propre, la mesure est globale. La membrane souple 14 est étanche aux gaz et aux liquides, mais n'a pas de caractère élastique afin que l'ensemble des efforts appliqués par le fluide soit repris par le gaz et non pas par la membrane. De préférence, la membrane est formée de matériau plastique, par exemple du PEHD, mais d'autres matériaux peuvent être envisagés, par exemple du polypropylène. La méthode de calcul de la masse de liquide présente dans la chambre supérieure sera maintenant développée. Afin de disposer de mesures précises, la pression du gaz dans la chambre inférieure 18 est telle que réservoir plein ou vide, la membrane 14 soit maintenue en équilibre par la pression du gaz, c'est à dire qu'aucun effort n'est repris au niveau de la ligne de soudure 22. Ceci suppose que l'on injecte une quantité de gaz prédéterminée correspondant au volume de la chambre inférieure, réservoir vide, sous une pression compensant la pression due à la membrane. Pour mémoire le nombre de moles de gaz injectées est : où : n : nombre de moles de gaz injecté Pm : pression due à la membrane Pa (t) : pression atmosphérique à l'instant t Vv : volume de la chambre inférieure correspondant au réservoir vide R : constante des gaz parfaits T (t) : Température à l'instant t Dans l'hypothèse où les conditions de mise en oeuvre de la membrane sont respectées, en un point (x, y, z) quelconque de la membrane, à un instant t, la condition d'équilibre s'écrit (fig 3) Où : Pc (x, y, z, t) : pression dans la chambre inférieure au point de coordonnées (x, y, z), à l'instant t pr (t) : pression des gaz présents dans le réservoir, à l'instant t (ne dépend pas du point considéré) pm : pression exercée par la membrane sur le gaz de la chambre inférieure (ne dépend pas du point considéré, ni du temps) pf (x, y, z, t) : pression exercée par le fluide au point de coordonnées (x, y, z), à l'instant t (dépend de la masse volumique et de la hauteur du fluide) On peut réécrire (2) sous la forme suivante : où : pf (x, y, z, t) : masse volumique du fluide à l'instant t au point considéré (on supposera dans la suite que pf est constant dans le volume du fluide) g : accélération liée à la pesanteur h (x, y, t) : hauteur du fluide au point considéré à l'instant t La pression dans la chambre inférieure, à l'instant t, correspond alors à : L'expression (4) montre que la pression régnant dans la chambre inférieure est la somme d'un terme inconnu pr dépendant du temps, d'un terme constant pm correspondant à la présence de la membrane et d'un terme proportionnel à la masse de fluide contenue dans le réservoir. Pour éliminer p, (t), un capteur de pression différentielle 24 est utilisé. Le signal V (t) issu du capteur 24 sera donc proportionnel à : L'équation (5) montre que pour profiter au maximum de la dynamique du capteur, il est judicieux de choisir une membrane la plus légère possible (soit pu = 0) L'utilisation d'un capteur de pression différentielle offre l'avantage de s'affranchir d'éventuelles surpressions liées à la présence de gaz dans la chambre supérieure 16, par exemple, lorsque le réservoir est rempli de carburant. La Figure 2 représente le réservoir 10 lorsque la chambre supérieure 16 est complètement remplie de liquide. La membrane 14 étant souple mais pas élastique, ses dimensions sont choisies afin qu'elle épouse la surface inférieure de la chambre inférieure 18 lorsque la chambre supérieure 16 est pleine. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de la masse de liquide présente dans un réservoir (10), le réservoir étant munie d'une membrane souple (14) qui divise le réservoir de manière étanche en une chambre supérieure (16) destinée à recevoir un liquide, et une chambre inférieure (18) caractérisé en ce que la chambre inférieure (18) est emplie d'un gaz sous pression, le dispositif comprenant de plus des moyens (24) de mesure de la pression du gaz et des moyens de déterminer la masse du liquide à partir de cette pression. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de mesure de la pression du gaz comprennent un capteur de pression différentielle (24). 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les dimensions de la membrane souple (14) sont choisies afin qu'elle épouse la surface inférieure de la chambre inférieure (18) lorsque la chambre supérieure (16) est pleine.