CH647596A5

CH647596A5 - Procede pour determiner le volume de liquide contenu dans un recipient ferme et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede.

Info

Publication number: CH647596A5
Application number: CH2014/82A
Authority: CH
Inventors: Jean-Louis Prost; Daniel Gross
Original assignee: Battelle Memorial Institute
Priority date: 1982-04-01
Filing date: 1982-04-01
Publication date: 1985-01-31
Also published as: JPS58202830A; DE3311982C2; US4535627A; DE3311982A1

Description

La présente invention se rapporte à un procédé pour déterminer le volume de liquide contenu dans un récipient fermé de volume connu en induisant une variation temporaire du volume de gaz de ce réservoir ainsi qu'un dispositif pour la mise en œuvre de ce procédé.

En général, dans un récipient, le volume est déterminé par son niveau. Toutefois, dans les réservoirs de carburant d'un véhicule par exemple, la mesure du niveau est largement tributaire de l'inclinaison du véhicule, des accélérations et des vibrations. Le capteur utilisé dans ce cas est un potentiomètre dont la résistance varie en fonction de la position d'un flotteur plongé dans le réservoir. C'est la raison pour laquelle les jauges d'essence montées sur les tableaux de bord des automobiles ne donnent qu'une indication analogique grossière du volume de liquide et cette indication varie constamment au gré de l'inclinaison du véhicule et des accélérations qu'il peut subir.

Diverses solutions ont été proposées pour remédier à cet inconvénient et augmenter la précision de la mesure: on peut citer des méthodes de mesure piézo-électrique, thermique ou capacitive. Cette dernière consiste à mesurer la capacité entre deux plaques-électrodes parallèles disposées verticalement dans le réservoir. Le carburant étant un liquide diélectrique, la capacité mesurée varie en fonction du niveau. Les deux plaques-électrodes disposées proches l'une de l'autre ont en outre pour effet d'amortir les mouvements du liquide. Cependant, la constante diélectrique du carburant dépend de la température et de la qualité de ce carburant nécessitant l'utilisation d'une capacité de référence toujours immergée dans le carburant. Cela augmente évidemment le prix de la sonde et du circuit électronique. Cette solution est utilisée depuis de nombreuses années dans l'aviation, mais est d'un prix trop élevé pour l'automobile. Toutefois, ces diverses méthodes ne permettent que la mesure du niveau du liquide en un point de sa surface.

On a déjà également proposé de mesurer le volume de gaz laissé 5 par le liquide dans un récipient de capacité connue et de soustraire ce volume mesuré du volume du récipient. A cet effet, on modifie le volume de gaz en agissant sur un diaphragme délimitant partiellement ce volume du gaz et on mesure le temps nécessaire au rétablissement de la pression initiale par l'admission d'air à travers une fuite io calibrée. Cette solution présente plusieurs sources d'imprécision, notamment les variations de pression dans la tubulure, la pression de vapeur dans le réservoir, l'instabilité de la fuite calibrée et implique en outre une installation formée de nombreux éléments, tubes, valves, fuite calibrée qui augmentent le prix et diminuent la fiabilité. 15 II a déjà été proposé dans la demande JP N° 146676/79 de mesurer le volume de gaz d'un récipient par des moyens acoustiques, en disposant le récipient ouvert dans le champ d'une pression sonore de fréquence déterminée et de détecter la pression et la fréquence à proximité de l'ouverture du récipient, qui sont fonction du volume 20 de gaz. Une telle solution est cependant limitée au cas de récipients ouverts.

Le but de la présente invention est de remédier au moins en partie aux inconvénients des solutions susmentionnées en permettant de mesurer le volume de liquide des récipients fermés.

25 A cet effet, cette invention a tout d'abord pour objet un procédé pour déterminer le volume de liquide contenu dans un récipient fermé de contenance connue, en induisant une variation temporaire du volume de gaz de ce réservoir, caractérisé par le fait que, après avoir induit cette variation de volume, on mesure la période du 30 signal de réponse des oscillations naturelles de pression engendrées dans le volume de gaz par cette variation de volume, on détermine le volume de gaz en fonction de la période mesurée et on en déduit le volume de liquide.

Cette invention a encore pour objet un dispositif pour la mise en 3s œuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on corrige la période du signal mesurée d'un facteur caractéristique de la température.

Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple une forme d'exécution du dispositif pour la mise en œuvre du 40 procédé objet de l'invention.

La fig. 1 est un schéma-bloc de ce dispositif.

Les flg. 2 à 4 sont des diagrammes explicatifs.

Le schéma-bloc de la fig. 1 représente un récipient fermé, par exemple un réservoir de carburant 1 d'un véhicule automobile, dont 45 la paroi supérieure est associée à un diaphragme 2 semblable à un diaphragme de haut-parleur, solidaire d'un induit oscillant formé par une bobine 3 qui s'étend à l'extérieur du réservoir, engagée axia-lement dans un aimant permanent creux 4 et reliée à un commutateur bistable 6. Avantageusement, le diaphragme 2 est réalisé en un so matériau non poreux, de manière que sa masse ne change pas sous l'effet de l'absorption des vapeurs du liquide. Il est en outre précisé que le terme récipient englobe la totalité du volume fermé, comprenant donc aussi le conduit de remplissage ou tout autre conduit communiquant directement avec le récipient lui-même. Le commu-55 tateur bistable 6 relie sélectivement la bobine 3 d'une part à un générateur d'impulsions d'excitation 7 par l'intermédiaire d'un amplificateur 8 et, d'autre part, à un détecteur 9 de passage à zéro de la tension aux bornes de la bobine d'excitation 3. Ce commutateur bistable est encore relié à un module de commutation 10 commandant 60 le passage du commutateur 6 d'une position à l'autre et vice versa.

Une sonde de mesure de la température 11 plonge dans le réservoir 1 et est reliée à un amplificateur 5 puis à un module 12 servant d'interface entre cette sonde et une unité de calcul et de gestion 13 à laquelle sont également transmises les informations du détecteur 9. 65 Cette unité de calcul et de gestion 13 est encore reliée à une mémoire 14 et ses sorties sont connectées au générateur d'impulsions d'excitation 7, au module de commutation 10 et à un élément d'affichage 15.

3

647 596

Avantageusement, le diaphragme 2 peut être protégé par des projections de liquide par une grille 16 dont la grosseur des mailles est plus fine que la taille des gouttelettes que le liquide peut produire consécutivement à l'agitation de sa surface, la grosseur de ces gouttelettes dépendant de la tension superficielle du liquide considéré. 5

Le procédé consiste à envoyer une impulsion dans la bobine 3 pour écarter brusquement le diaphragme 2 de sa position de repos et créer ainsi une variation rapide du volume de gaz du réservoir et donc une perturbation de pression dans ce volume de gaz. Ensuite, le commutateur connecte la bobine 3 avec le détecteur 9. La pertur- io bation de pression créée dans le volume de gaz du réservoir 1 s'amortit en oscillant à une fréquence propre qui est fonction du volume de gaz dans le réservoir. Le procédé est ensuite répété à intervalles réguliers, par exemple toutes les secondes.

Le diagramme de la fig. 2 montre le signal enregistré consécutive- 15 ment à la variation de volume induite dans le réservoir 1. L'amplitude de ce signal est de l'ordre de 1,5 V sans aucune amplification. Il a été obtenu avec un haut-parleur de 11 cm de diamètre adapté au haut d'un réservoir métallique de 31 cm de diamètre sur 36 cm de haut. Les impulsions de courant d'excitation envoyées dans la 20

bobine sont de 0,5 A, ce qui peut paraître élevé, mais la résistance de la bobine n'est que de 2,9 fl, de sorte que la puissance instantanée est inférieure à 0,75 W et la puissance moyenne approximativement de 0,1 W. La trace supérieure correspond à un volume de liquide dans le récipient de 18 1, la trace inférieure à un volume de 41, l'écart 25 A T correspond à la différence de périodes entre les deux signaux.

Le diagramme de la fig. 3 montre la période du signal de réponse des oscillations naturelles de pression engendrées dans le volume de gaz en fonction du degré de remplissage du réservoir métallique susmentionné. On constate sur ce diagramme, dont l'échelle d'abscisse 30 correspond au volume en litres et dont celle d'ordonnée correspond à la période du signal en millisecondes, que ce signal est effectivement une fonction non linéaire du volume de gaz. On note que la durée de la période diminue lentement jusqu'à deux tiers environ du volume de liquide et s'abaisse brusquement lorsque la distance entre 35 le diaphragme 2 et la surface du liquide devient faible.

Etant donné que la vitesse du son est une fonction de la température et du poids moléculaire moyen du mélange gazeux, pour une atmosphère saturée et un liquide donné, le poids moléculaire est uniquement fonction de la température. Donc, une mesure de la tempé- 40

rature permet de déterminer la correction complète de la vitesse du son. A partir de ce résultat et de la mesure de la fréquence d'oscillation, on peut calculer le volume de gaz et donc en déduire le volume de liquide.

Il est à noter que plus le diaphragme est léger, a un diamètre grand et est soumis à une force de rappel faible, plus la sensibilité au degré de remplissage du récipient sera élevée et plus la mesure sera indépendante des perturbations de la surface du liquide.

Le diagramme de la fig. 4 illustre l'influence, mesurée sur quatre périodes du signal de réponse, de l'inclinaison du récipient. On constate que cette influence est à l'intérieur d'une fourchette de + 1 % pour une inclinaison allant de 0° à 20 ', ce qui est tout à fait acceptable.

Il est évident pour l'homme de métier que la membrane 2 peut être actionnée par d'autres moyens que ceux décrits à titre d'exemple. C'est ainsi qu'il est possible d'utiliser toutes les techniques applicables aux haut-parleurs comme l'effet piézo-électrique ou les forces électrostatiques dans un système à condensateur dont la membrane 2 constituerait une armature mobile, la détection des oscillations de cette membrane 2 étant réalisée grâce à la polarisation constante des armatures de ce système à condensateurs.

Un des avantages du dispositif décrit réside dans le fait que le générateur de variation de pression et le détecteur sont formés par les mêmes organes, ce qui réduit le nombre d'organes et donc le prix de revient de ce dispositif. Cette réduction du nombre d'organes se rapporte surtout à des organes mécaniques qui sont généralement chers et les plus susceptibles de détérioration et d'usure. En outre, l'assemblage d'organes mécaniques coûte cher en main-d'œuvre. La solution décrite répond donc bien dans sa conception aux contraintes imposées par l'industrie automobile, lorsqu'il s'agit d'un réservoir de carburant d'un véhicule automobile.

Bien entendu, l'invention est également applicable pour mesurer les volumes de liquide contenus dans n'importe quel récipient fermé de n'importe quel type de véhicule. Elle est également applicable à la mesure du volume de liquide contenu dans des récipients fixes, mais son avantage essentiel est cependant sa très faible sensibilité aux mouvements du liquide dans le récipient. De plus, ce procédé est insensible à la nature du liquide et se prête, après étalonnage, à toutes les formes de récipients.

R

1 feuille dessins

Claims

647 596

1. Procédé pour déterminer le volume de liquide contenu dans un récipient fermé de contenance connue, en induisant une variation temporaire du volume de gaz de ce réservoir, caractérisé par le fait que, après avoir induit cette variation de volume, on mesure la période du signal de réponse des oscillations naturelles de pression engendrées dans le volume de gaz par cette variation de volume, on détermine le volume de gaz en fonction de la période mesurée et on en déduit le volume de liquide.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on corrige la période du signal mesurée d'un facteur caractéristique de la température.

2

REVENDICATIONS

3. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant un diaphragme adjacent audit volume de gaz et des moyens électromoteurs pour appliquer périodiquement une impulsion à ce diaphragme en vue de l'écarter de sa position de repos, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour mesurer la période du signal de réponse des oscillations naturelles de ce diaphragme et pour calculer les volumes correspondants de gaz et de liquide contenus dans le récipient en fonction de ladite période.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il comporte un générateur de champ magnétique permanent et un induit coupant les lignes de flux de ce champ magnétique, l'un de ces deux éléments étant fixe et l'autre étant solidaire de la membrane, ledit induit étant relié sélectivement et alternativement à une source de courant d'excitation et à un détecteur du signal de tension alternative induit consécutivement à l'oscillation libre du diaphragme.

5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par une grille disposée dans le récipient et reliée à la portion de la paroi de ce récipient s'étendant à la périphérie dudit diaphragme, la grosseur des mailles de cette grille étant choisie inférieure à la taille des gouttelettes du liquide contenu dans ce récipient, susceptibles de se former consécutivement à l'agitation de la surface libre de ce liquide.