Brevet FR2868532A1 — publié le 20051007

DISPOSITIF POUR MESURER LA QUANTITE D'UN LIQUIDE La présente invention concerne un dispositif pour mesurer la quantité d'un liquide, ce dispositif comportant plusieurs ensembles de transducteurs montés pour être immergés dans un liquide et un processeur agencé pour alimenter ces ensembles et pour recevoir les signaux de sortie de ces ensembles de transducteurs. Pour certaines applications telles que les jauges de niveau pour l'aviation, il est nécessaire de déterminer la masse du liquide présent dans les réservoirs et pas seulement le poids et le volume. Dans ces applications il est habituel de mesurer la hauteur en divers emplacements, de calculer le volume sur la base de la connaissance de la forme du réservoir et ensuite de calculer la masse du liquide qu'il contient en utilisant une indication de la densité de ce liquide. Dans les systèmes de jauge à ultrasons, l'indication de la densité peut également être utilisée dans le calcul de la hauteur car la vitesse de propagation des ondes ultrasoniques dans le liquide varie en fonction de sa densité. L'indication de densité peut être fournie par un densitomètre monté à l'intérieur du réservoir. Bien que le densitomètre puisse fournir une indication précise de la densité, il peut uniquement fournir cette indication à l'endroit où est situé le densitomètre. II peut y avoir des variations considérables de densité en raison de la variation de température à l'intérieur du liquide, suite à une stratification de la température ou à d'autres conditions physiques, telles que des variations du contenu d'eau ou de la composition chimique du liquide à différents niveaux. Un des objets de la présente invention est de fournir un nouveau procédé et nouveau dispositif pour mesurer la quantité de liquide contenu dans un réservoir. Selon la présente invention, le dispositif pour mesurer la quantité d'un liquide, tel que défini ci-dessus est caractérisé en ce que le processeur est agencé pour tirer des ensembles de transducteurs acoustiques des signaux indicatifs de la densité en divers emplacements à l'intérieur du liquide et des signaux indicatifs du niveau de liquide à divers emplacements, à l'aide desquels la masse peut être calculée. Le processeur peut être agencé pour déterminer la fréquence de résonance de certains ensembles de transducteurs, ce processeur étant agencé pour tirer les signaux indicatifs de la densité les signaux à partir de la fréquence de résonance. Les signaux indicatifs du niveau du liquide et les signaux indicatifs de la densité peuvent être tirés des mêmes ensembles de transducteurs. En variante, les signaux indicatifs du niveau du liquide et les signaux indicatifs de la densité peuvent être tirés de différents ensembles des ensembles de transducteurs. Les ensembles de transducteurs fournissant les signaux indicatifs de la densité peuvent être disposés de façon adjacente à ceux qui fournissent des signaux indicatifs du niveau. Les ensembles de transducteurs fournissant les signaux indicatifs de la densité peuvent être connectés en parallèle avec les ensembles de transducteurs fournissant les signaux indicatifs du niveau. Les ensembles de transducteurs fournissant des signaux indicatifs du niveau peuvent être disposés chacun à l'extrémité inférieure d'un puits de tranquillisation correspondant. Les ensembles de transducteurs fournissant les signaux indicatifs de la densité peuvent être montés à des hauteurs différentes et le processeur peut être agencé pour moduler la variation de la densité en fonction de la hauteur et pour utiliser cette modulation dans le calcul de la masse de liquide. Un dispositif pour mesurer la quantité d'un liquide dans un réservoir d'avion, sera décrit ci-dessous à titre d'exemple en référence aux dessins annexés ans lesquels: la figure 1 représente schématiquement le dispositif selon l'invention, 2868532 3 la figure 2 est un graphique illustrant la variation de la densité en fonction du niveau, - la figure 3 représente une variante du dispositif de la figure 1, et la figure 4 représente l'interconnexion des transducteurs dans la variante de la figure 3. En référence à la figure 1, un réservoir de carburant 1 pour un avion est représenté avec un fond 2 incliné et contenant trois sondes acoustiques de mesure du niveau 3, 4 et 5, du type à ultrasons, disposées en divers endroits du réservoir. Chaque sonde 3 à 5 comporte un puits de tranquillisation tubulaire 30, 40 et 50 monté de manière à se projeter sensiblement verticalement depuis le fond 2 et un ensemble transducteur ultrasonique piézo-électrique 31, 41 et 51 monté à l'intérieur du puits de tranquillisation, à son extrémité inférieure. Le puits de tranquillisation 30 à 50 est ouvert pour qu'il puisse être rempli de carburant au même niveau que le carburant qui se trouve dans le réservoir 6. Chaque transducteur 31 à 51 est monté de manière à être immergé dans tout carburant présent et pour que, lorsqu'il est alimenté en énergie, il transmette une salve d'énergie ultrasonique vers le haut du puits de tranquillisation 30 à 50. Lorsque cette salve d'énergie rencontre l'interface air/carburant, à la surface du carburant 7, une majeure partie de cette énergie est réfléchie vers le bas du puits de tranquillisation 30 à 50 où elle arrive sur le transducteur 31 à 51 et produit un signal de sortie. Le temps entre la transmission de l'énergie et la réception de sa réflexion fournit une indication du niveau du carburant dans le réservoir. Les transducteurs 31 à 51 de chaque sonde 3 à 5 sont reliés à une unité de traitement 20 qui est agencée pour alimenter les sondes et pour calculer les niveaux h3, h4 et h5 du carburant 6 respectivement à chaque sonde 3, 4 et 5. L'unité de traitement 20 est également agencée pour mesurer la fréquence de résonance de chaque ensemble de transducteurs 31 à 51. L'unité de traitement 20 comprend une mémoire 21 qui contient une table de consultation liant la fréquence de résonance et la densité et, en utilisant cette table, elle détermine la densité d3, d4 et d5 à l'emplacement de l'ensemble de transducteurs 31 à 51 respectivement dans chaque sonde 3, 4 et 5. L'unité de traitement 20 fournit alors une modélisation, du type représenté par la figure 2, de la variation de la densité d avec la hauteur S du transducteur par rapport au fond du réservoir. L'unité de traitement 20 utilise cette information à la fois dans les calculs du niveau du carburant, pour compenser les variations de la vitesse des ondes acoustiques avec la densité, et dans le calcul de la masse totale du carburant après la détermination de son volume. De cette manière, la précision de la mesure de la masse de liquide peut être améliorée sans le recours à des densitomètres distincts. L'unité de traitement 20 fournit une valeur de sortie représentative de la masse de carburant à un dispositif d'affichage ou à tous autres moyens d'utilisation 22. Il n'est pas essentiel que les mêmes transducteurs qui sont utilisés pour mesurer le niveau du liquide soient également utilisés pour mesurer la densité. Au contraire, comme cela est représenté par la figure 3, chaque sonde 3', 4' et 5' pourrait être associé avec un ensemble de transducteurs de mesure de la densité 32', 42' et 52' en plus de l'ensemble de transducteurs de mesure du niveau 31', 41' et 51'. Les ensembles de transducteurs 32', 42' et 52' sont montés à l'extérieur des puits de tranquillisation 30', 40' et 50' et sont directement adjacents à l'extrémité inférieure de la sonde où les ensembles de transducteurs de mesure du niveau 31' à 51' sont disposés, pour que la densité soit mesurée de façon aussi proche que possible des transducteurs de mesure du niveau. Toutefois, il n'est pas essentiel que les ensembles de transducteurs pour la mesure de la densité soient disposés de façon adjacente aux sondes. Ils peuvent être espacés de ces sondes. Comme le montre la figure 4, les ensembles de transducteurs pour la mesure de la densité 32' à 52' sont de préférence connectés en parallèle avec les ensembles de transducteurs de mesure du niveau 31' à 51' pour que la l'alimentation vers et de l'ensemble de sondes 3' à 5' incluant le transducteur de mesure de la densité puisse être effectuée par un câble. Cet arrangement permet d'utiliser deux ensembles de transducteurs différents, l'un pouvant être plus adapté pour la mesure des niveaux et l'autre ayant une plus grande variation de la fréquence de résonance en fonction de la densité. Les ensembles de transducteurs montés en paires parallèles peuvent opérer à des fréquences différentes, permettant ainsi à l'unité de traitement de choisir entre les deux ensembles de transducteurs. Il n'est pas essentiel que les sondes aient des puits de tranquillisation du fait qu'elles peuvent être utilisées dans une configuration ouverte sans tube comme le décrit le brevet US 5 670 710. Dans ce type d'arrangements, les ensembles de transducteurs de mesure du niveau pourraient être utilisés pour la mesure de la densité, ou l'on pourrait utiliser des ensembles de transducteurs différents. La présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisation préférées décrites, mais peut subir différentes modifications ou variantes 20 évidentes pour l'homme du métier. Revendications 1. Dispositif pour mesurer la quantité d'un liquide, ce dispositif comportant plusieurs ensembles de transducteurs acoustiques (31, 41, 51, 31', 41', 51', 32', 42', 52') montés pour être immergés dans un liquide (6) et un processeur (20) agencé pour alimenter ces ensembles et pour recevoir les signaux de sortie de ces ensembles de transducteurs, caractérisé en ce que le processeur (20) est agencé pour tirer des ensembles de transducteurs acoustiques (31, 41, 51, 31', 41', 51', 32', 42', 52') des signaux indicatifs de la densité en divers emplacements à l'intérieur du liquide (6) et des signaux indicatifs du niveau de liquide (h3, h4, h5) à divers emplacements, à l'aide desquels la masse peut être calculée. 2. Dispositif pour mesurer la quantité d'un liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que le processeur (20) est agencé pour déterminer la densité à partir de la fréquence de résonance des ensembles de transducteurs (31, 41, 51, 32', 42', 52'). 3. Dispositif pour mesurer la quantité d'un liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que les signaux indicatifs du niveau (h3, h4, h5) de liquide (6) et les signaux indicatifs de la densité sont tirés des mêmes ensembles de transducteurs (31, 41, 51). 4. Dispositif pour mesurer la quantité d'un liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que les signaux indicatifs du niveau (h3, h4, h5) de liquide (6) et les signaux indicatifs de la densité sont tirés d'ensembles de transducteurs (31', 41', 51' et 32', 42', 52') différents. 5. Dispositif pour mesurer la quantité d'un liquide selon la revendication 4, caractérisé en ce que les ensembles de transducteurs (32', 42', 52') fournissant les signaux indicatifs de la densité sont disposés de façon adjacente à ceux (31', 41', 51') qui fournissent des signaux indicatifs du niveau. 6. Dispositif pour mesurer la quantité d'un liquide selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les ensembles de transducteurs (32', 42', 52') fournissant les signaux indicatifs de la densité sont connectés en parallèle avec les ensembles de transducteurs (31', 41', 51') fournissant les signaux indicatifs du niveau. 7. Dispositif pour mesurer la quantité d'un liquide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les ensembles de transducteurs (31, 41, 51, 31', 41', 51') fournissant les signaux indicatifs du niveau sont disposés chacun à l'extrémité inférieure d'un puits de tranquillisation correspondant (30, 40, 50, 30', 40', 50'). 8. Dispositif pour mesurer la quantité d'un liquide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les ensembles de transducteurs (31, 41, 51, 32', 42', 52') fournissant les signaux indicatifs de la densité sont montés à des hauteurs différentes, et en ce que le processeur (20) est agencé pour moduler la variation de la densité en fonction de la hauteur et pour utiliser cette modulation dans le calcul de la masse de liquide.