Brevet FR2829240A1 — publié le 20030307

entrées (E''1, E''3-E',16) de cette vanne. 1 2829240 CIRCUIT DE MESURE DE LA CAPACITE La présente invention concerne un circuit de mesure de la capacité du type comportant une première capacité à mesurer et une deuxième capacité servant de référence. L'invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement des systèmes de mesure de la valeur de la capacité de sondes pour jeuges de niveau de liquides. La hauteur du carburant dans les réservoirs d'avions est habituellement mesurée au moyen de sondes capacitives. Elles ont la forme de tubes concentriques séparés les uns des autres par un espace annulaire qui est rempli de carburant qui s'élève au même niveau qu'à l'extérieur de la sonde. Lorsque le niveau du carburant monte ou descend, les propriétés diélectriques du carburant et de 1'air modifient la capacité de la sonde. De façon habituelle on utilise un circuit du type à pont de mesure pour déterminer la valeur fournie par la sonde. Le circuit du pont de mesure comporte une capacité de référence qui est ajustée de manière à minimiser la tension de sortie. Alternativement les tensions appliquées aux deux capacités sont ajustées pour assurer l'équilibre du pont de mesure. Il y a cependant des problèmes de mesure de la capacité avec des sondes de mesure de ce type. Le câble de connexion des sondes avec le circuit de mesure a souvent une capacité qui dépasse la capacité des sondes proprement dites. En outre, I'environnement dans les avions génère des niveaux de bruit électrique élevés. De plus, en raison de la présence de gaz potentiellement inflammables au-dessus du niveau du carburant, il est important d'éviter que des courants parasites puissent pénétrer dans les réservoirs à travers les systèmes de mesure. On évite habituellement ces problèmes au moyen de barrières à diodes Zener montées dans le circuit, qui ont pour effet d'augmenter l'impédance et d'accro^'tre la sensibilité aux capacités parasites dues aux câbles. Des décalages de phases peuvent se produire résultant de cette combinaison de barrières de diodes Zener et de capacités parasites dues aux câbles. 2 2829240 La présente invention se propose de pallier les inconvénients des dispositifs existants en réalisant une autre forme de circuit de mesure de la capacité. Ce but est atteint par un circuit de mesure de la capacité tel que défini en préambule et caractérisé en ce que le circuit comporte une première source de tension et une deuxième source de tension ainsi qu'un dispositif de commutation agencé pour être commandé de manière à charger et décharger la première et la seconde capacités, le circuit étant agencé de telle manière que des charges de sens contraires de la première et la seconde capacités sont additionnées et que les signaux de sortie de la première et la seconde sources de tensions sont transformés l'un par rapport à l'autre de manière à minimiser la somme de ces charges, et en ce que le dispositif est agencé pour produire un signal de sortie représentatif de la valeur de la première capacité en accord avec les valeurs relatives des tensions des sources de tensions. Ce circuit de mesure de la capacité peut comporter des paires de commutateurs actionnés en opposition de phase l'un par rapport à l'autre de telle manière que l'un connecte une source de tension à une capacité et que l'autre connocte une capacité à la terre. Ce circuit de mesure de la capacité comporte avantageusement un amplificateur et un dispositif de commutation agencé pour redresser et pour appliquer la somme des charges à l'amplificateur. D'une manière préférentielle le dispositif de commutation comporte une paire de commutateurs actionnés en opposition de phase, I'un d'eux étant connecté à l'amplificateur et i'autre étant connecté à la terre. Le circuit de mesure est de préférence agencé pour ce qu'un signal de sortie de l'amplificateur soit utilisé pour commander la valeur relative des tensions des sources de tensions. 3 2829240 La capacité à mesurer est de préférence une sonde capacitive agencoe pour mesurer un niveau de liquide. Selon un mode de réalisation avantageux, le circuit de mesure de la capacité comporte un cable capacitif qui connecte la sonde dans le circuit de mesure. La présente invention et ses avantages seront mieux compris en référence à la description d'une jauge de mesure du niveau de carburant dans un réservoir d'avion, donnée à titre d'exemple non limitatif, et aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'une forme de réalisation d'une jeuge de niveau selon l'invention, et - la figure 2 illustre le diagramme de fonctionnement du circuit de mesure associé à cette jauge de mesure. En référence à la figure 1, la jauge de niveau comporte plusieurs sondes capacitives 1 de type courant montées verticalement à différents emplacements dans un réservoir 2 de carburant d'un avion, de telle manière qu'elles soient immergées dans tout le carburant 3 présent dans le réservoir. Les sondes sont connectées au moyen de cables 4 à un circuit de mesure 5 qui transmet un signal de sortie à un dispositif d'affichage 6 ou à d'autres moyens d'utilisation du signal, représentatif de la quantité de carburant, généralement sous la forme d'une indication de la masse. La figure 2 représente plus en détail le circuit de mesure 5 connecté à une des sondes capacitives 1. Les valeurs fournies par les différentes sondes peuvent étre mesurées par des circuits de mesure séparés ou en les connectant à tour de rôle dans un circuit commun. Le circuit 5 comporte deux sources de tension et 51 dont les valeurs des tensions sont V, et V:, raccordées aux cotés opposés d'un rail 52 de mise à la tension 0 appelé par la suite rail de terre. Une électrode de la sonde 1 est connectée à la première source de tension 50 par l'intermédiaire d'un premier commutateur 53, son autre électrode étant connectée à un dispositif additionneur 54. Un deuxième commutateur 57 est S connecté d'un coté entre la sonde 1 et le premier commutateur 53, et du coté opposé au rail de terre 52. Ces deux commutateurs 53 et 57 sont activés en opposition de phase de sorte que lorsque l'un est ouvert l'autre est fermé. Le circuit 5 montre les capacités 55 et 56 connoctées entre le rail de terre 52 et les électrodes opposoes de la sonde, qui représentent la capacité parasite du cable 4 Le circuit 5 inclut également une capacité de référence 60 de valeur constante dont une borne est connectée au dispositif additionneur 54 et son autre borne est connectée à la seconde source de tension 51 par l'intermédiaire d'un troisième commutateur 61. Un quatrlème commutateur 62 est raccordé, à une extrémité entre la capacité de référence 60 et le troisième commutateur 61 et à l'autre extrémité au rail de terre 52. Les deux commutateurs 61 et 62 sont activés en opposition de phase de sorte que lorsque l'un est ouvert l'autre est fermé. Un amplificateur 63 comportant une entrée à basse impédance est connocté au dispositif additionneur 54 par l'intermédiaire d'un cinquième commutateur 64. Celui-ci est couplé avec un sixième commutateur 65 connecté d'un coté entre le rail de terre 52 et du coté opposé entre le dispositif additionneur 54 et le cinquième commutateur. Ces deux commutateurs 64 et 65 sont activés en opposition de phase de sorte que lorsque l'un est ouvert l'autre est fermé. La sortie de l'amplificateur 63 est connectée à une unité de traitement 66. L'unité de traitement appelée par la suite le processeur 66 est connectée pour commander les entrées des deux sources de tension 50 et 51 et également pour fournir le signal de sortie du dispositif d'affichage 6. 2829240 En fonctionnement, les commutateurs 53 et 62 sont initialement fermés et les commutateurs 57 et 61 sont ouverts de sorte que la capacité de la sonde 1 et la capacité de référence 60 soient chargées en sens opposé par leur source de tension respective 50 et 51. Une charge q, circule vers le dispositif additionneur S 54 depuis la capacité de la sonde 1, de sorte que q, = C, x V. De façon analogue une charge opposée q2 circule vers le dispositif additionneur 54 depuis la capacité de référence 60, de sorte que q2 = C2 x V2. Les commutateurs 64 et sont synchronisés pour actionner les autres commutateurs 53, 57, 61 et 62 et les demi ondes red ressent la charge additionnée par le dispositif add itionneu r 54, de sorte qu'une composante de courant continu de la charge additionnée soit présentée à l'entrée de l'amplificateur 63. Le signal résultant à ia sortie de l'amplificateur 63 est utilisé par le processeur 66 pour modifier les valeurs relatives V et V2 des sources de tension 50 et 51 de telle manière que la charge résultant de l'addition par le dispositif additionneur 54 soit minimale. Le processeur 66 calcule la valeur de la capacité de la sonde 1 à partir de l'expression: C = C2 x V2N Les capacités 1 et 60 sont de ce fait chargées en sens contraire suite à la fermeture des commutateurs 57 et 61 et l'ouverture des commutateurs 53 et 62. La réalisation selon la présente invention est insensible aux capacités des câbles 55 et 56 et permet de mesurer de façon précise des capacités même en présence de capacités de câbles variables selon une plus grande amplitude. La présente invention a également l'avantage, du fait de l'utilisation de diodes Zener ou de composants similaires, d'empêcher la circulation de courants de fuite ou parasites vers la capacité de mesure, du fait que les charges commutées uti lisoes da n s la p résente réal isati on sont transm ises à travers de tels fi ltres de façon plus précise sans distorsion de phase. Les commutateurs utilisés dans le cadre de la présente invention pour contrôler la charge sont relativement insensibles au bruit électrique. Du fait que des charges précises peuvent être générées directement par la tension continue, il n'est pas nécessaire de générer et de démoduler des ondes sinusodales comme avec les dispositifs antérieurs. 6 2829240 Dans la réalisation décrite ci-dessus, les commutateurs sont actionnés à vitesse constante. Toutefois s'ils sont utilisés dans un environnement o il y a du bruit électrique dont la fréquence est proche de la fréquence de commutation ou d'une de ses harmoniques, il peut être nécessaire de moduler la vitesse de commutation pour réduire les erreurs dues au bruit. Des formes de modulations appropriées peuvent inclure les modulations de forme sinusodale, triangulaire, carrée ou des modulations aléatoires ou pseudo aléatoires. La présente invention n'est pas limitée à des applications pour les jauges de niveau de carburant ou les jauges de niveau de liquides, mais peut être utilisée pour toutes les mesures de capacités. 7 2829240 REVENDICATIONS 1. Circuit de mesure de la capacité comportant une première capacité (1) à mesurer et une seconde capacité de référence (60), caractérisé en ce que le circuit comporte une première source de tension (50) et une deuxième source de tension (51) ainsi qu'un dispositif de commutation (53, 57, 61, 62) agencé pour être commandé de manière à charger et décharger la première et la seconde capacités (1 et 60), le circuit étant agencé de telle manière que des charges de sens contraires de la première et la seconde capacités (1 et 60) sont additionnées et que les signaux de sortie de la première et la seconde sources de tensions (50 et 51) sont transformés l'un par rapport à l'autre de manière à minimiser la somme de ces charges, et en ce que le dispositif est agencé pour produire un signal de sortie représentatif de la valeur de la première capacité (1) en accord avec les valeurs relatives des tensions des sources de tension (50 et 51). 2. Circuit de mesure de la capacité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de commutation comporte des paires de commutateurs (53 et 57, 61 et 62) actionnés en opposition de phase l'un par rapport à l'autre de telie manière que l'un (53,61) connecte une source de tension (50, 51) à une capacité (1, 60) et que l'autre (57, 62) connecte une capacité (1, 60) à la terre (52). 3. Circuit de mesure de la capacité selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un amplificateur (63) et un dispositif de commutation (64, 65) agencé pour redresser et pour appliquer la somme des charges à l'amplificateur. 4. Circuit de mesure de la capacité selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de commutation comporte une paire de commutateurs (64 et ) actionnés en opposition de phase, I'un d'eux étant connecté à l'amplificateur (63) et l'autre étant connecté à la terre (52). 8 2829240 5. Circuit de mesure de la capacité selon les revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'un signal de sortie de l'amplificateur (63) est utilisé pour commander la valeur relative des tensions des sources de tensions (50, 51). s 6. Circuit de mesure de la capacité selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la capacité à mesurer est une jauge capacitive (1) agencée pour mesurer un niveau de liquide (3). 7. Circuit de mesure de la capacité selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un câble capacitif (4) qui connecte la sonde (1) dans le circuit de mesure.