Brevet FR3145411A1 — publié le 20240802

L’invention concerne un capteur (24) pour mesurer au moins une quantité et/ou une densité d’un carburant (18) dans un réservoir (10) d’aéronef, comprenant : au moins une sonde (26), configurée pour mesurer au moins la quantité et/ou la densité du carburant, prévue pour être disposée dans un espace interne (16) du réservoir (10) ; une mémoire (38), disposée dans l’espace interne (16) et configurée pour stocker au moins des valeurs de paramètres d’étalonnage de la sonde (26) ; et un unique bus de communication, prévu pour connecter la sonde (26) et la mémoire (38) à une électronique de mesure (20) déportée, par un harnais (22) traversant une paroi (14) du réservoir (10). Figure à publier avec l’abrégé : [Figure 2] Capteur pour réservoir d’aéronef Domaine technique de l’invention L’invention concerne un capteur installé dans un réservoir d’aéronef, notamment un capteur pour mesurer au moins une quantité de carburant dans un réservoir d’aéronef, ainsi qu’un ensemble comprenant un tel capteur et un procédé de contrôle associé. Etat de la technique antérieure Le contrôle de carburant contenu dans un réservoir d'un aéronef est d'une grande importance au cours d'un vol. Il est donc nécessaire de pouvoir suivre une mesure d’une quantité et d’une densité du carburant dans le réservoir en temps réel au cours du vol avec un haut degré de précision. Pour cela, il est connu d'installer des capteurs adaptés, de type jauge, densimètre et thermomètre, dans les réservoirs de carburant. De tels capteurs sont reliés à une électronique de mesure, située hors du réservoir, via un harnais s’étendant à travers une paroi du réservoir. Cependant, un tel réservoir de carburant constitue un milieu particulièrement difficile, formant notamment une atmosphère explosive à cause des vapeurs de carburant, ce qui entraîne des contraintes importantes dans le choix du type de capteurs ainsi que leurs fonctionnalités et leurs pilotages. Notamment, les composants électroniques utilisés ne doivent pas, d’une part, s’échauffer ou générer de points chauds, notamment au-dessus de 200°C, et, d’autre part, stocker de l’énergie, notamment susceptible de générer une étincelle de plus de 200 µJ. Usuellement, ces capteurs sont de type analogique et passif, excité à de faibles puissances, pour ne pas risquer d'avoir un composant qui puisse s'échauffer ou, en cas de défaut, générer une étincelle. Pour autant, il est souhaitable de limiter l'incertitude de mesure des capteurs liée aux variations de fabrication et ainsi améliorer la fiabilité de la mesure. En effet, les tolérances de fabrication des capteurs font que les mesures de volume et de densité du carburant peuvent présenter une dispersion d’un capteur à l’autre. Toutefois, de telles améliorations sont rendues complexes par le caractère purement analogique des capteurs. Il est en outre important de ne pas augmenter significativement la masse de l'aéronef par de telles améliorations, ni de mettre en œuvre des changements nécessitant des modifications substantielles du réservoir et du harnais, ce qui s’avèrerait très coûteux. Enfin, il est nécessaire que les capteurs soient de conception la plus simple possible afin de maximiser leur fiabilité, en particulier en considérant les difficultés d’accès à ceux-ci à l’intérieur du réservoir en cas de nécessité de remplacement. Présentation de l’invention L’invention vise ainsi à améliorer la précision des mesures d’une quantité et/ou d’une densité du carburant présent dans des réservoirs d'un aéronef, sans nécessiter une reconfiguration importante du harnais ou du réservoir. À cet effet, l'invention a pour objet un capteur pour mesurer au moins une quantité et/ou une densité d’un carburant dans un réservoir d’aéronef, comprenant : au moins une sonde, configurée pour mesurer au moins la quantité et/ou la densité du carburant, prévue pour être disposée dans un espace interne du réservoir ; une mémoire, notamment du type mémoire morte effaçable et programmable électriquement, disposée dans l’espace interne du réservoir et configurée pour stocker au moins des valeurs de paramètres d’étalonnage de la sonde ; et un unique bus de communication, notamment composé d’au moins deux conducteurs, prévu pour connecter la sonde et la mémoire à une électronique de mesure déportée, par un harnais électrique traversant une paroi du réservoir. Un tel capteur permet un accès à des données de calibration spécifiques de la sonde de mesure par une électronique de mesure, en particulier déportée, ce qui permet d’améliorer une précision et une fiabilité des mesures, sans nécessiter de modifications du réservoir et du harnais électrique. En particulier, le bus de communication est notamment du type connu sous l’appellation « One-Wire ». Ainsi, selon l’invention, à une sonde purement analogique, il est proposé l’ajout d’une mémoire configurée pour stocker au moins les valeurs de paramètres d’étalonnage de la sonde rendues accessibles via les mêmes conducteurs que ceux utilisés par la sonde, dépourvue d’une telle mémoire. La sonde peut être une jauge, notamment une jauge de mesure capacitive, comprenant deux électrodes connectées respectivement à un conducteur basse impédance et un conducteur haute impédance du bus de communication protégé par une couche de blindage. Par ailleurs, la mémoire est, par exemple, connectée entre le conducteur haute impédance du bus de communication et la couche de blindage. Une telle caractéristique permet une mesure simple et fiable de la quantité et/ou de la densité du carburant dans le réservoir, de manière entièrement analogique et sans impliquer de courant important ni d’échauffement. Une telle caractéristique permet également d’être plus précis que les sondes connus de l’état de l’art. Le capteur peut comprendre au moins une diode connectée en parallèle de la mémoire et/ou au moins un résistor connecté en série avec la mémoire. Une telle caractéristique permet une protection efficace de la mémoire et du capteur contre les surtensions. La mémoire peut être montée sur une carte électronique mise en place dans un boîtier situé dans l’espace interne du réservoir, notamment sur la sonde. Plus particulièrement, le boîtier et apte à contenir une résine noyant la carte électronique et la mémoire. Une telle caractéristique permet une isolation des composants électriques du carburant présents dans le réservoir. La mémoire peut être de type mémoire morte effaçable et programmable électriquement. Une telle caractéristique permet un stockage des données sur un composant nécessitant peu d’énergie et limitant tout risque d’échauffement. Les valeurs de paramètres d’étalonnage peuvent comprendre deux valeurs de capacité de la sonde mesurées à deux taux de remplissage différents du réservoir. Par ailleurs, selon la linéarité du capteur, un nombre de paramètres d’étalonnage supérieure à deux peut être stocké. Une telle caractéristique permet une correction des résultats de mesure, notamment par interpolation linéaire ou par segmentation d’une courbe de réponse non linéaire, afin de corriger des variations dues aux tolérances de fabrication de la sonde. Par ailleurs, la sonde peut également être un densimètre composé de deux enroulements formant un transformateur connecté à une excitation. Les valeurs de paramètres d’étalonnage de la sonde, en tant que densimètre, peuvent comprendre des paramètres de correction mécanique liés à la fabrication. Une telle caractéristique permet une compensation des résultats de mesure de la densité en éliminant les variations liées à la fabrication. Ainsi, selon l’invention, la sonde est apte à mesurer une hauteur de carburant, et/ou une masse volumique du carburant la traversant ou dans lequel elle est partiellement ou entièrement plongée. Le capteur peut comprendre en outre une sonde de mesure, notamment passive, apte à mesurer de toutes autres grandeurs physiques caractéristiques du carburant, telles qu’une température, une permittivité … Plus particulièrement, le capteur peut comprendre en outre une sonde de mesure de température, notamment une sonde de mesure de température numérique, en particulier intégrée à la mémoire et accessible par le bus de communication. Une telle caractéristique permet de prendre en compte les variations de mesures dues à la température du carburant. Notamment, le bus de communication peut être de type bifilaire comprenant deux conducteurs et leur isolant, tel qu’un câble coaxial, une paire torsadée… L’invention concerne également un ensemble comprenant un réservoir et un système de mesure comprenant au moins : - un capteur tel que décrit précédemment, - une électronique de contrôle, et - un harnais électrique s’étendant entre le capteur et l’électronique de contrôle, notamment à travers une paroi du réservoir. L’invention concerne en outre un procédé de mesure d’au moins une quantité et/ou une densité de carburant dans un réservoir, mettant en œuvre un capteur tel que décrit précédemment et une électronique de mesure connectée au capteur. Le procédé de mesure comprend au moins : Une étape d’obtention, au cours de laquelle au moins une valeur de paramètres d’étalonnage de la sonde est obtenue ; Une étape de stockage, au cours de laquelle les valeurs de paramètres d’étalonnage sont stockées sur la mémoire ; Une étape de lecture, au cours de laquelle les valeurs de paramètres d’étalonnage sont lues depuis la mémoire par l’électronique de mesure à chaque démarrage de l’électronique de mesure ; et Une étape d’obtention de mesures de la quantité de carburant et/ou de la densité de carburant notamment périodique, au cours de laquelle l’électronique de mesure en mettant en œuvre la sonde au moyen des valeurs de paramètres d’étalonnage obtient des mesures de la quantité et/ou de la densité de carburant. Brève description des figures La présente invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation donnés à titre illustratif en référence avec les figures annexées, présentés en tant qu’exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de la présente invention et l’exposé de sa réalisation et, le cas échéant, contribuer à sa définition, sur lesquelles : La est une vue schématique d’un ensemble comprenant un réservoir et un système de mesure comprenant un capteur selon l’invention, et La est une vue schématique du capteur de la . Description détaillée de l’invention La représente schématiquement un réservoir 10 de carburant, notamment pour aéronef, et un système de mesure 12, apte à déterminer une quantité et/ou une densité d’un carburant 18 présent dans le réservoir 10. Avantageusement, le système de mesure 12 est notamment configuré pour mesurer à la fois la quantité et/ou la densité du carburant 18 présent dans le réservoir 10. Le système de mesure 12 peut également être configuré pour mesurer une température du carburant 18 présent dans le réservoir 10. Le réservoir 10 comprend des parois 14 définissant un espace interne 16 sensiblement fermé, contenant un carburant 18, en particulier sous forme monophasique ou biphasique. Le nombre de phases et la densité du carburant 18 est susceptible de varier en fonction de l’altitude, de la température et/ou du taux de remplissage. En raison du caractère inflammable du carburant 18 et d’une présence de vapeur de carburant dans l’espace interne 16, l’espace interne 16 constitue un environnement à risque régi par les normes associées aux atmosphères explosives. Le système de mesure 12 comprend une électronique de mesure 20, un harnais électrique 22 et au moins un capteur 24 disposé dans l’espace interne 16 du réservoir 10. En particulier, le capteur 24 peut être plongé au moins partiellement dans le carburant 18. L’électronique de mesure 20 comprend, par, exemple, au moins un processeur et au moins une mémoire, non représentés sur les figures. L’électronique de mesure 20 est, par exemple, intégrée dans un calculateur embarqué et peut être connectée à un autre équipement de l’avionique. L’électronique de mesure 20 est disposée en dehors du réservoir 10 et à l’écart du carburant 18. En effet, l’électronique de mesure 20 n’est pas adaptée pour fonctionner dans une atmosphère explosive. Le harnais électrique 22 est un ensemble de connexion comprenant un ou plusieurs câbles électriques regroupés dans une enveloppe de protection. Le harnais électrique 22 s’étend depuis l’électronique de mesure 20, à travers les parois 14 du réservoir, jusqu’au capteur 24, afin de permettre la connexion de signaux électriques entre le capteur 24 et l’électronique de mesure 20. Le harnais électrique 22 peut présenter une longueur importante, par exemple comprise entre 10 et 50 mètres. Le capteur 24 comprend au moins une sonde 26 disposée dans l'espace interne 16 du réservoir 10. Selon un mode de réalisation, la sonde 26 est de type à mesure capacitive disposée dans l'espace interne 16 du réservoir 10. Selon un autre monde de réalisation, la sonde 26 est de type à mesure ratio-métrique à transformateur, disposée dans l'espace interne 16 du réservoir 10. La est une vue schématique du capteur 24 de la . Plus spécifiquement, selon un mode de réalisation représenté sur la , la sonde 26 est une jauge de niveau ou un densimètre de mesure de la densité de carburant dans le réservoir 10. Une telle sonde 26 est susceptible d’être au moins partiellement disposée dans le carburant 18. La sonde 26 peut comprendre une première électrode 28 et une deuxième électrode 30, respectivement cylindriques, concentriques, agencées verticalement, en particulier dans le cas de figure d’une jauge capacitive. Notamment, la première électrode 28 peut constituer une électrode externe 28 et la deuxième électrode 30 peut constituer une électrode interne 30, selon l’exemple illustré à la . La première électrode 28 et la deuxième électrode 30 définissent entre elles un espace annulaire 32 dans lequel le carburant 18 monte lors du remplissage et descend lors de la consommation. Le niveau de carburant 18 dans l’espace annulaire 32 modifie ainsi la valeur de capacité de la sonde 26. La capacité de la sonde 26 varie notamment linéairement avec le niveau de carburant 18 dans l'espace interne 32. En particulier, un signal électrique envoyé par l'électronique de mesure 20 à la sonde 26 permet de déterminer une valeur de capacité de la sonde 26 pour un niveau de carburant donné. Une telle valeur de capacité peut ensuite être utilisée par l’électronique de mesure 20 pour déterminer le niveau de carburant 18 et la quantité de carburant 18 dans le réservoir 10. Selon un autre mode de réalisation, la sonde 26 est un densimètre, avantageusement disposé entièrement immergé dans le carburant 18 et propre à mesurer une densité du carburant 18 dans le réservoir 10. Selon un autre mode de réalisation, le capteur 24 comprend la sonde 26, apte à déterminer le niveau de carburant 18 dans le réservoir 10 et un densimètre, apte à mesurer la densité du carburant 18 dans le réservoir 10. Optionnellement, le capteur 24 peut comprendre en outre une sonde de température. Le capteur 24 comprend en outre une carte électronique 34, susceptible d’être disposée dans l’espace interne 16 du réservoir 10. Par exemple, la carte électronique 34 est placée dans un boîtier de protection 36. La carte électronique 34 comporte un certain nombre de composants électroniques utilisés dans la mesure par la sonde 26, en particulier suivant le type de jaugeage. Avantageusement, le boîtier 36 est rempli avec une résine noyant la carte électronique 34 pour empêcher un contact éventuel entre la carte électronique 34 et le carburant 18. La carte électronique 34 comporte notamment une mémoire 38, en particulier de type mémoire morte effaçable et programmable électriquement, également dénommée par l’acronyme EEPROM pour « Electrically Erasable Programmable Read Only Memory » en anglais. A titre d’exemple, la mémoire 38 a une capacité de stockage de 1024 bits. Un tel type de mémoire 38 est un composant capable de stocker passivement des données sans requérir d’alimentation électrique, de sorte que les informations stockées ne sont pas perdues lorsqu’il n’y a plus alimentation en électricité. De plus, une telle mémoire 38 nécessite un très faible courant électrique et une tension basse pour accéder aux données stockées Enfin, une telle mémoire 38 ne génère qu’une faible quantité de chaleur, qui peut être considérée comme négligeable. Selon l’exemple de réalisation, la mémoire 38 est autoalimentée entre un fil de masse 40 et un fil de données 42, selon un montage dit « d’alimentation parasite ». La mémoire 38 est configurée pour stocker au moins des valeurs de paramètres d’étalonnage de la sonde 26, notamment au moins des valeurs de deux paramètres d’étalonnage de la sonde 26. De telles valeurs sont spécifiques à la sonde 26, et permettent de prendre en compte les tolérances de fabrication. Les valeurs de paramètres d’étalonnage peuvent comprendre, par exemple, une valeur de la capacité de la sonde 26 mesurée lorsque le réservoir 10 est vide et une valeur de la capacité de la sonde 26 mesurée lorsque le réservoir 10 est rempli de carburant 18. Plus généralement, les valeurs de paramètres d’étalonnage peuvent comprendre des valeurs de capacité, notamment deux valeurs de capacités, mesurées à divers niveaux de carburant 18 dans le réservoir 10, notamment deux niveaux de carburant 18 dans le réservoir 10, correspondant à des taux de remplissage connus distincts du réservoir 10. Alternativement, les valeurs de paramètres d’étalonnage peuvent comprendre, par exemple, une valeur d’offset de la sonde 26 et une valeur de gain de la sonde 26, c’est-à-dire respectivement des valeurs d’ordonnée à l’origine et de pente de la fonction affine liant la capacité mesurée de la sonde 26 et le niveau de carburant 18 dans le réservoir 10, ou taux de remplissage du réservoir 10, et/ou la densité du carburant 18. Par ailleurs, dans le cas où la sonde 26 est un densimètre, les paramètres d’étalonnage peuvent être des rapports de tensions correspondant à des valeurs de densité, des compensations en température ou autres. Optionnellement, d’autres paramètres peuvent être stockés dans la mémoire 38 pour être lus par l’électronique de mesure 20. A titre d’exemple, la mémoire 38 peut stocker des coefficients de variation de la relation entre la capacité de la sonde 26 et le niveau de carburant 18 dans le réservoir 10, ou taux de remplissage du réservoir 10, avec la température, ou toutes autres données pertinentes afin d’ajuster la précision de la mesure réalisée par le capteur 24. Optionnellement, dans le cas où le capteur 24 comprend plusieurs sondes 26, par exemple une jauge et un densimètre, la mémoire 38 peut comprendre des valeurs de paramètres d’étalonnage pour chaque sonde 26. L’électronique de mesure 20 est configurée pour calculer un résultat de mesure de quantité et/ou un résultat de mesure de densité du carburant 18 dans le réservoir 10, notamment à partir de la capacité mesurée de la sonde 26 et des valeurs de paramètre d’étalonnage. Le calcul est fait, par exemple, par interpolation linéaire. La sonde 26 est connectée à l’électronique de mesure 20 par un bus de communication permettant d’assurer une connexion avec seulement deux fils, à savoir un fil de données et un fil de masse. Un tel bus de communication est du type « One-Wire », également connu sous le nom de « bus Dallas »). Un tel bus communication permet une liaison électrique bifilaire. Selon l’exemple présenté, la liaison électrique bifilaire est de type coaxiale, comprenant une âme centrale 42 à haute impédance et une couche de blindage entourant radialement l’âme centrale ainsi qu’un fil de basse impédance 47. Une telle connexion est représentée schématiquement sur la , par un fil de masse 40, et par un fil de données 42 relié à l’électrode interne 30 du capteur 24. Un tel bus de communication de type « One-Wire » permet une communication numérique par multiplexage sur les mêmes conducteurs que ceux utilisés pour la transmission des signaux analogiques relatifs à la mesure de la sonde 26 et cela, sans dégradation de cette dernière. Un bornier 44 est disposée en aval du harnais électrique 22, sur la carte électronique 34, pour permettre une connexion de la sonde 26. Ainsi, grâce au multiplexage implémenté dans l’électronique de mesure 20, les données stockées sur la mémoire 38 peuvent être lues par communication numérique sur le fil de données 42. Avantageusement, la carte électronique 34 peut également comporter au moins un résistor 45, connecté en série en entrée de la mémoire 38., Le résistor 45 présente ainsi une résistance d’entrée suffisante, par exemple de l’ordre de 6 KOhm. La carte électronique 34 peut également comporter au moins une diode 46, montée en parallèle de la mémoire 38. Cela permet de protéger la mémoire 38 de potentielles surtensions et d’améliorer la résistance du système au foudroiement. Au cours du fonctionnement, le système de mesure 12 constitue un système d’acquisition dans lequel l’électronique de mesure 20 est configurée pour : lire les données stockées sur la mémoire 38 à chaque démarrage ; détecter tout changement de capteur 24 ; et/ou le cas échéant, mettre à jour les valeurs des paramètres de calibration stockées sur la mémoire 38. La lecture de la mémoire 38 se fait de manière numérique sur le fil de données 42, par exemple selon le protocole de communication « One-Wire ». Une fois la lecture des données stockées sur la mémoire 38 terminée, la mémoire 38 est isolée au niveau de l’électronique de mesure 20. Le suivi du niveau, ou du taux ou de la quantité, et/ou de la densité de carburant 18 dans le réservoir 10 est alors mis en œuvre par l’électronique de mesure 20 au moyen de la sonde 26. Les valeurs de capacité de la sonde 26 ainsi mesurées sont établies à partir des valeurs des paramètres de calibration précédemment récupérés pour en déduire, précisément et de façon fiable, la quantité et/ou la densité de carburant 18 présent dans le réservoir 10. Capteur (24) pour mesurer une quantité et/ou une densité d’un carburant (18) dans un réservoir (10) d’aéronef, comprenant : au moins une sonde (26), configurée pour mesurer la quantité et/ou la densité du carburant, prévue pour être disposée dans un espace interne (16) du réservoir (10) ; une mémoire (38), notamment du type mémoire morte effaçable et programmable électriquement, disposée dans l’espace interne (16) et configurée pour stocker au moins des valeurs de paramètres d’étalonnage de la sonde (26) ; et un unique bus de communication, notamment composé d’au moins deux conducteurs, prévu pour connecter la sonde (26) et la mémoire (38) à une électronique de mesure (20) déportée, par un harnais électrique (22) traversant une paroi (14) du réservoir (10). Capteur (24) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sonde (26) est une jauge, notamment une jauge de mesure capacitive, comprenant deux électrodes connectées respectivement à un conducteur basse impédance (47) et un conducteur haute impédance (42) du bus de communication protégé par une couche de blindage. Capteur (24) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la mémoire (38) est connectée entre le conducteur haute impédance (42) du bus de communication et la couche de blindage. Capteur (24) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une diode (46) connectée en parallèle de la mémoire (38) et/ou au moins un résistor (45) connecté en série avec la mémoire (38). Capteur (24) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la mémoire (38) est montée sur une carte électronique (34) mise en place dans un boitier (36) situé dans l’espace interne (16) du réservoir (10). Capteur (24) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les valeurs de paramètres d’étalonnage comprennent deux valeurs de capacité de la sonde (26) mesurées à deux taux de remplissage différents du réservoir (10). Capteur (24) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la sonde (26) est un densimètre composé de deux enroulements formant un transformateur connecté à une excitation. Capteur (24) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le capteur (24) comprend en outre une sonde de mesure de température. Ensemble comprenant un réservoir (10) et un système de mesure (12) comprenant au moins : un capteur (24) selon l’une quelconque des revendications précédentes, une électronique de contrôle (20), et un harnais électrique 22, s’étendant entre le capteur (24) et l’électronique de contrôle (20), notamment à travers une paroi (14) du réservoir (10). Procédé de mesure d’une quantité et/ou une densité de carburant (18) dans un réservoir (10), mettant en œuvre un capteur (24) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 et une électronique de mesure (20) connectée au capteur (24), le procédé de mesure comprenant au moins : Une étape d’obtention, au cours de laquelle au moins une valeur de paramètres d’étalonnage de la sonde (26) est obtenue ; Une étape de stockage, au cours de laquelle les valeurs de paramètres d’étalonnage sont stockées sur la mémoire (38) ; Une étape de lecture, au cours de laquelle les valeurs de paramètres d’étalonnage sont lues depuis la mémoire (38) par l’électronique de mesure (20) à chaque démarrage de l’électronique de mesure (20) ; et Une étape d’obtention de mesures de la quantité et/ou de la densité de carburant (18), au cours de laquelle l’électronique de mesure (20) en mettant en œuvre la sonde (26), au moyen des valeurs de paramètres d’étalonnage obtient des mesures de la quantité et/ou de la densité de carburant (18).