Brevet FR3025310A1 — publié le 20160304

JAUGE DE CARBURANT La présente invention concerne une jauge de carburant ainsi que son procédé de fabrication. Il est connu de réaliser une jauge de carburant sous la forme de deux cylindres, respectivement interne et externe, chacun en matériau composite à base de fibres de carbone conductrices électriquement, et disposés fixement l'un à l'intérieur de l'autre sans contact électrique direct entre les cylindres. Alors la valeur de capacité pour le condensateur qui est formé par les cylindres est représentative d'un niveau du carburant existant entre les cylindres. De telles jauges présentent un avantage en termes de poids qui est réduit, par rapport à des jauges dont la géométrie et le principe de fonctionnement sont identiques, mais pour lesquelles les deux cylindres sont chacun à base de feuille d'aluminium. Par ailleurs, il est aussi connu de réaliser une jauge de carburant sous la forme de deux cylindres qui sont chacun en matériau composite à base de fibres de verre. Le cylindre interne comporte alors un premier revêtement de métallisation sur sa face externe, et le cylindre externe comporte un second revêtement de métallisation sur sa face interne. De telles jauges de carburant présentent aussi l'avantage de la réduction pondérale, mais les deux revêtements de métallisation sont longs et onéreux à réaliser. Par contre, le fait que la surface externe du cylindre externe de la jauge soit isolante électriquement, présente un avantage en termes de sécurité. En effet, il n'y a alors aucun risque d'étincelle possiblement explosive au cas où cette surface externe entrerait accidentellement en contact avec un autre élément conducteur électriquement à l'intérieur du réservoir de carburant. Le risque lié à un tel contact accidentel qui se produirait avec la surface externe du cylindre interne de la jauge est moins important, car cette autre surface est moins exposée puisqu'elle est entourée par le cylindre externe. Un besoin existe encore à ce jour, pour une jauge de carburant qui présenterait simultanément les trois avantages qui viennent d'être cités : 3025310 - 2 - réduction pondérale, prix de fabrication qui est réduit, et sécurité par rapport à un contact accidentel avec un élément externe qui serait conducteur électriquement. La présente invention a alors pour but de répondre à ce besoin. 5 Pour cela, un premier aspect de l'invention propose une jauge de carburant qui comprend encore deux cylindres, respectivement interne et externe, chacun en matériau composite à base de fibres conductrices électriquement et enrobées dans une matrice, le cylindre interne étant disposé fixement à l'intérieur du cylindre externe sans contact électrique direct entre les 10 cylindres, de sorte qu'une valeur de capacité pour un condensateur qui est formé par les cylindres soit représentative d'un niveau du carburant existant entre les cylindres. Dans une telle jauge de carburant selon l'invention, le cylindre externe comporte un revêtement isolant électriquement qui est agencé sur la surface externe du cylindre externe, tournée à l'opposé du cylindre 15 interne. Une telle jauge de carburant possède à la fois un poids réduit, un coût réduit, et l'avantage de sécurité au cas où un élément conducteur électriquement viendrait en contact avec la surface externe du cylindre externe, accidentellement à l'intérieur d'un réservoir de carburant dans lequel la jauge a 20 été installée. Dans des réalisations préférées de l'invention, le revêtement isolant du cylindre externe, sur la surface externe de celui-ci, peut comprendre lui-même une couche d'un matériau composite à base de fibres isolantes électriquement et enrobées dans une matrice aussi isolante électriquement. Le revêtement 25 isolant qui est ainsi constitué participe alors à la rigidité et la solidité du cylindre externe. En particulier, ce matériau composite du revêtement isolant du cylindre externe peut être à base de fibres de verre. Avantageusement, les fibres conductrices électriquement du matériau composite du cylindre externe et les fibres isolantes électriquement du matériau composite du revêtement isolant peuvent être enrobées sous forme de deux couches superposées de fibres dans une même matrice qui est commune à ces deux couches, pour former chaque matériau composite. 3025310 - 3 - Préférablement, les fibres conductrices électriquement de l'un au moins des cylindres interne et externe peuvent comprendre des fibres de carbone. De plus, la jauge de carburant peut aussi comprendre un bloc 5 électrique qui est connecté électriquement aux deux cylindres, et adapté pour produire un signal représentatif de la valeur de capacité. Avantageusement, ce bloc électrique peut être connecté à chaque cylindre séparément par une broche conductrice électriquement dédiée, chaque broche étant enfoncée dans une borne électrique qui est fixée rigidement sur le cylindre correspondant en 10 étant en contact électrique avec ce cylindre. Un tel assemblage est particulièrement fiable pendant toute la durée d'utilisation de la jauge de carburant, et permet des opérations de montage et de démontage qui sont faciles et rapides. Dans des modes de réalisation avantageux, la borne électrique du 15 cylindre externe peut comprendre une plaquette conductrice électriquement qui traverse ce cylindre externe, avec une première partie de la plaquette qui est appliquée contre une surface interne du cylindre externe, et une seconde partie de la plaquette qui est située sur le revêtement isolant électriquement pour recevoir la broche qui connecte le bloc électrique au cylindre externe. 20 Un second aspect de l'invention concerne un réservoir de carburant qui est équipé d'une jauge de carburant conforme au premier aspect. En particulier, un tel réservoir de carburant peut être du type réservoir pour aéronef. Un troisième aspect de l'invention concerne un procédé de fabrication 25 d'une jauge de carburant, dans lequel la jauge de carburant comprend deux cylindres, respectivement interne et externe, chacun en matériau composite à base de fibres conductrices électriquement et enrobées dans une matrice. Le procédé comprend les étapes suivantes qui sont exécutées pour chaque cylindre : 30 /1/ enrouler au moins une fibre conductrice électriquement, par exemple une fibre de carbone, sur un mandrin entrainé en rotation ; 3025310 - 4 - /2/ traiter thermiquement un matériau de matrice qui est disposé en enrobage ou imprégnation de la fibre enroulée, pour former le matériau composite ; et /3/ retirer le cylindre obtenu du mandrin. 5 Puis le cylindre interne est disposé fixement à l'intérieur du cylindre externe sans contact électrique direct entre les cylindres, de sorte qu'une valeur de capacité pour un condensateur qui est formé par les cylindres soit représentative d'un niveau du carburant existant entre les cylindres. Selon l'invention, le procédé comprend en outre de former un 10 revêtement isolant électriquement sur une surface externe du cylindre externe, cette surface externe du cylindre externe étant tournée à l'opposé du cylindre interne dans la jauge de carburant. Préférablement, la formation du revêtement isolant électriquement sur la surface externe du cylindre externe peut comprendre l'étape supplémentaire 15 suivante exécutée pour le cylindre externe, après l'étape /1/ : /4/ enrouler au moins une fibre de matériau isolant électriquement sur le mandrin entrainé en rotation, par-dessus la fibre conductrice électriquement déjà enroulée. De façon avantageuse, cette étape /4/ peut être exécutée entre les 20 étapes /1/ et /2/, et l'étape /2/ est exécutée ensuite de façon à traiter thermiquement le matériau de matrice qui est disposé en enrobage ou en imprégnation à la fois sur la fibre conductrice électriquement enroulée et sur la fibre enroulée de matériau isolant électriquement, le matériau de matrice étant isolant électriquement. 25 Un procédé de fabrication qui est conforme au troisième aspect de l'invention fournit une jauge de carburant qui est elle-même conforme au premier aspect de l'invention. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non 30 limitatifs, en référence aux dessins annexés suivants : 302 5 3 10 - 5 - - la figure 1 est une vue en perspective d'une jauge de carburant conforme à l'invention ; - la figure 2 illustre un réservoir de carburant qui est équipé de la jauge de la figure 1 ; et 5 - la figure 3 est une vue grossie et tronquée d'une partie de la figure 1, sous une direction de perspective différente. Pour raison de clarté, les dimensions des éléments qui sont représentés dans ces figures ne correspondent ni à des dimensions réelles ni à des rapports de dimensions réels. 10 Les références qui sont indiquées dans les figures ont les significations suivantes : 100 jauge de carburant désignée globalement 1 cylindre interne 2 cylindre externe 15 E espace intermédiaire entre les cylindres 1 et 2 SE2 surface externe du cylindre externe 2 SI2 surface interne du cylindre externe 2, opposée à la surface externe SE2 21 revêtement isolant qui est disposé sur la surface externe SE2 20 3 bloc électrique 31 broche issue du bloc électrique 3 et réalisant un contact avec le cylindre interne 1 32 broche issue du bloc électrique 3 et réalisant un contact avec le cylindre externe 2 25 33 borne de contact sur le cylindre 1 33a et 33b rivets de fixation de la borne 33 sur le cylindre 1 34 borne de contact sur le cylindre 2 34a et 34b rivets de fixation de la borne 34 sur le cylindre 2 3025310 -6 200 réservoir de carburant 201 paroi supérieure du réservoir 200 202 paroi inférieure du réservoir 200 203 volume interne du réservoir 200, dans lequel est installée 5 rigidement la jauge de carburant 100 S surface libre du carburant liquide à l'intérieur du réservoir 200 Les cylindres 1 et 2 peuvent être en fibre de carbone imprégnées de résine, par exemple de résine époxy. Le matériau composite qui est ainsi constitué est conducteur électriquement, du fait des fibres de carbone qui sont 10 elles-mêmes conductrices et forment une trame quasi-continue à l'intérieur de chaque cylindre. Les cylindres 1 et 2 constituent ainsi chacun une armature d'un condensateur électrique, dont la valeur de capacité dépend du milieu diélectrique qui est présent entre eux. Pour cela, les deux cylindres 1 et 2 n'ont pas de contact électrique direct entre eux, mais sont maintenus l'un à l'intérieur 15 de l'autre par des supports appropriés (non représentés). Par exemple, les cylindres 1 et 2 peuvent être coaxiaux. Lorsque la jauge 100 ainsi constituée est placée avec une orientation déterminée à l'intérieur du réservoir de carburant 200 (voir figure 2), par exemple un réservoir de carburant pour avion, la valeur de la capacité varie en fonction du niveau de remplissage par le 20 carburant, de l'espace intermédiaire E qui sépare les cylindres 1 et 2. Autrement dit, la valeur de capacité varie en fonction de la hauteur de la surface libre S entre les parois 201 et 202 du réservoir. Un tel fonctionnement capacitif de la jauge 100 est connu, si bien qu'il n'est pas nécessaire de le répéter ici. 25 La surface externe SE2 du cylindre 2 est donc tournée à l'opposé du cylindre 1. Le cylindre 2 est recouvert, sur cette surface externe SE2, par le revêtement isolant électriquement 21. Le revêtement 21 peut avoir des compositions et des modes de réalisation très variés. Par exemple, le revêtement 21 peut être un vernis isolant qui est appliqué par enduction sur le 30 cylindre 2 puis séché. Selon un mode de réalisation préféré du revêtement 21, celui-ci est 3 0 2 5 3 1 0 - 7 - aussi en matériau composite, mais avec une composition qui le rend isolant électriquement. Par exemple, le revêtement 21 peut être en fibre de verre imprégnée de résine époxy. La réalisation du revêtement 21 peut alors être économique, avec des étapes de fabrication qui sont partagées avec le 5 cylindre externe 2. Par exemple, une fibre de carbone est d'abord enroulée sur un mandrin dont le diamètre correspond au diamètre interne du cylindre 2, de façon à former une première couche. Puis, une fibre de verre est enroulée sur le mandrin à la suite de la fibre de carbone, par-dessus celle-ci, de façon à 10 former une seconde couche. Les deux couches de fibres peuvent ensuite être imprégnées avec une solution contenant des monomères de résine époxy, puis sont séchées. La résine époxy est ainsi solidifiée définitivement, et maintient rigidement toutes les spires de fibres, de carbone et de verre, conformément à leurs dispositions initiales. Le mandrin peut alors être extrait axialement. Les 15 deux couches qui constituent respectivement les matériaux composites du cylindre 2 et de son revêtement 21 peuvent avoir chacune une épaisseur de un ou quelques dixièmes de millimètre, par exemple. Dans un procédé alternatif de fabrication de la jauge, les fibres utilisées, conductrices et/ou isolantes électriquement, peuvent être initialement 20 pré-imprégnées ou enrobées avec les monomères de résine époxy. Dans ce cas, les deux couches de fibres, de carbone et de verre, peuvent être chauffées directement après avoir été enroulées l'une après l'autre sur le mandrin. Les fibres pré-imprégnées ou enrobées sont ainsi transformées en matériaux composites rigides qui constituent le cylindre externe et son 25 revêtement isolant électriquement. Dans la jauge de carburant 100, le cylindre 2 remplit la fonction d'armature électrique externe du condensateur, et le revêtement 21 constitue une gaine externe qui est isolante électriquement pour cette armature externe. Le cylindre 1 peut être réalisé d'une façon qui est similaire à celle du 30 cylindre 2, mais sans nécessairement utiliser de fibre de verre à la suite de la fibre de carbone. Le cylindre 1 remplit la fonction d'armature électrique interne de la jauge de carburant 100. 3 0 2 5 3 1 0 - 8 - Le bloc électrique 3 contient un circuit électrique qui est connecté électriquement aux deux cylindres 1 et 2. Par exemple, le circuit électrique comprend un circuit RLC-série, dont C est la capacité du condensateur qui est constitué par les cylindres 1 et 2, L et R respectivement une inductance et une 5 résistance fixes. Les caractéristiques électriques d'un tel circuit sont sensibles aux variations de la valeur de la capacité C, et donc aux variations du niveau de remplissage du réservoir de carburant 200. D'autres types de circuit de détection peuvent être utilisés alternativement. Dans tous les cas, au moins deux connexions électriques relient le circuit du bloc électrique 3 séparément 10 au cylindre 1 et au cylindre 2. D'une façon préférée, ces connexions peuvent être réalisées sous la forme de broches à enfoncement, faciles à assembler et qui sont particulièrement fiables tout au long de la durée d'utilisation de la jauge 100. La figure 3 montre un exemple possible de connexion du bloc 15 électrique 3 aux cylindres 1 et 2. La borne 33 peut avoir la forme d'une plaquette métallique qui est munie d'un trou calibré pour enfoncer la broche 31. La borne 33 peut être fixée sur la surface externe du cylindre interne 1 par les rivets 33a et 33b, si le cylindre 1 n'est pas recouvert d'une couche isolante électriquement sur cette 20 surface. Un trou cylindrique TR peut être ménagé à travers le cylindre externe 2 et le revêtement 21, au droit de la borne 33, pour que la broche 31 puisse être introduite à travers le trou TR et enfoncée dans la borne 33 sans contact avec le cylindre 2. Ainsi, la broche 31 produit une connexion électrique entre le bloc électrique 3 et le cylindre interne 1. 25 La borne 34 peut aussi avoir la forme d'une plaquette métallique qui est munie d'un trou calibré, mais pour y enfoncer la broche 32. La borne 34 peut être fixée sur le cylindre externe 2 par les rivets 34a et 34b, mais une partie de la plaquette métallique est agencée à l'intérieur du cylindre 2, contre sa surface interne SI2, afin de réaliser le contact électrique avec le cylindre 2 30 malgré la présence du revêtement isolant 21 sur la surface externe SE2. Ainsi, la broche 32 produit une connexion électrique entre le bloc électrique 3 et le cylindre externe 2. 302 5 3 10 - 9 - D'autres modes de fixation que des rivets peuvent être utilisés alternativement pour fixer les bornes 33 et 34 sur les cylindres 1 et 2. Les broches 31 et 32 peuvent être rigidement solidaires du bloc électrique 3, afin que la connexion du bloc 3 aux cylindres 1 et 2 puisse être 5 opérée simplement en pressant sur le bloc 3, pour enfoncer simultanément les deux broches 31 et 32 dans les bornes 33 et 34. Eventuellement, les broches 31 et 32 peuvent avoir des diamètres différents, pour imposer un sens de connexion déterminé. Evidemment, d'autres méthodes pratiques peuvent être mises en 10 oeuvre alternativement, pour connecter électriquement le bloc électrique 3 aux cylindres 1 et 2, à travers le revêtement isolant 21 qui est introduit par l'invention. Enfin, des fibres conductrices électriquement autres que des fibres de carbone peuvent être utilisées alternativement pour former les cylindres interne 15 et/ou externe. De même, la résine époxy qui a été prise en exemple peut être remplacée par tout autre matériau de matrice, qui est isolant électriquement lorsqu'il participe à la composition du revêtement du cylindre externe. REVENDICATIONS1. Jauge de carburant (100) comprenant deux cylindres, respectivement interne (1) et externe (2), chacun en matériau composite à base de fibres conductrices électriquement et enrobées dans une matrice, le cylindre interne étant disposé fixement à l'intérieur du cylindre externe sans contact électrique direct entre les cylindres, de sorte qu'une valeur de capacité pour un condensateur qui est formé par les cylindres soit représentative d'un niveau du carburant existant entre les dits cylindres, caractérisée en ce que le cylindre externe (2) comporte un revêtement isolant électriquement (21) qui est agencé sur une surface externe (SE2) dudit cylindre externe, tournée à l'opposé du cylindre interne (1). 2. Jauge de carburant selon la revendication 1, dans laquelle le revêtement isolant (21) comprend lui-même une couche d'un matériau composite à base de fibres isolantes électriquement et enrobées dans une matrice aussi isolante électriquement. 3. Jauge de carburant selon la revendication 2, dans laquelle le matériau composite du revêtement isolant (21) du cylindre externe (2), est à base de fibres de verre. 4. Jauge de carburant selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle les fibres conductrices électriquement du matériau composite du cylindre externe (2) et les fibres isolantes électriquement du matériau composite du revêtement isolant (21) sont enrobées sous forme de deux couches superposées de fibres dans une même matrice commune aux dites deux couches, pour former chaque matériau composite. 5. Jauge de carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les fibres conductrices électriquement de l'un au moins des cylindres interne (1) et externe (2) comprennent des fibres de carbone. 302 5 3 10 6. Jauge de carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un bloc électrique (3) connecté électriquement aux deux cylindres (1, 2), et adapté pour produire un signal représentatif de la valeur de capacité, 5 et dans laquelle le bloc électrique (3) est connecté à chaque cylindre (1, 2) séparément par une broche conductrice électriquement (31, 32), chaque broche étant enfoncée dans une borne électrique (33, 34) qui est fixée rigidement sur le cylindre correspondant en étant en contact électrique avec ledit cylindre. 10 7. Jauge de carburant selon la revendication 6, dans laquelle la borne électrique (34) du cylindre externe (2) comprend une plaquette conductrice électriquement qui traverse ledit cylindre externe, avec une première partie de la plaquette qui est appliquée contre une surface interne (SI2) du cylindre externe, et une seconde partie de la plaquette qui est située sur le revêtement 15 isolant électriquement (21) pour recevoir la broche (32) qui connecte le bloc électrique (3) au cylindre externe. 8. Réservoir de carburant (200), équipé d'une jauge de carburant (100) conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9. Réservoir de carburant selon la revendication 8, du type réservoir 20 pour aéronef. 10. Procédé de fabrication d'une jauge de carburant (100), dans lequel la jauge de carburant comprend deux cylindres, respectivement interne (1) et externe (2), chacun en matériau composite à base de fibres conductrices électriquement et enrobées dans une matrice, 25 le procédé comprenant les étapes suivantes exécutées pour chaque cylindre : /1/ enrouler au moins une fibre conductrice électriquement sur un mandrin entrainé en rotation ; /2/ traiter thermiquement un matériau de matrice disposé en enrobage ou imprégnation de la fibre enroulée, pour former le matériau composite ; 3025310 -12- /3/ retirer le cylindre obtenu du mandrin ; et disposer le cylindre interne (1) fixement à l'intérieur du cylindre externe (2) sans contact électrique direct entre les cylindres, de sorte qu'une valeur de capacité pour un condensateur qui est formé par les dits cylindres soit 5 représentative d'un niveau du carburant existant entre les dits cylindres, caractérisé en ce que le procédé de fabrication comprend en outre de former un revêtement isolant électriquement (21) sur une surface externe (SE2) du cylindre externe (2), ladite surface externe du cylindre externe étant tournée à l'opposé du cylindre interne (1) dans la jauge de carburant (100). 10 11. Procédé de fabrication selon revendication 10, dans lequel la formation du revêtement isolant électriquement (21) sur la surface externe (SE2) du cylindre externe (2) comprend l'étape supplémentaire suivante exécutée pour ledit cylindre externe, après l'étape /1/ : /4/ enrouler au moins une fibre de matériau isolant électriquement sur le 15 mandrin entrainé en rotation, par-dessus la fibre conductrice électriquement déjà enroulée. 12. Procédé de fabrication selon la revendication 11, suivant lequel l'étape /4/ est exécutée entre les étapes /1/ et /2/ pour le cylindre externe, et l'étape /2/ est exécutée de façon à traiter thermiquement le matériau de matrice 20 qui est disposé en enrobage ou en imprégnation à la fois sur la fibre conductrice électriquement enroulée et sur la fibre enroulée de matériau isolant électriquement, ledit matériau de matrice étant isolant électriquement.