FR2486243A1 - Procede et appareil pour detecter la presence d'une substance sur la surface d'un liquide - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL DESTINE A DETECTER LA PRESENCE D'UNE SUBSTANCE SUR LA SURFACE D'UN LIQUIDE. CET APPAREIL COMPREND UN ELEMENT 24 DE DETECTION A SEMI-CONDUCTEUR, DESTINE A ETRE IMMERGE AU MOINS PARTIELLEMENT DANS UN LIQUIDE, UNE SOURCE 22 DE CHAUFFAGE DESTINEE A ECHAUFFER MOMENTANEMENT CET ELEMENT 24, UN CIRCUIT 26 DE MESURE DE TEMPERATURE QUI REAGIT A UNE PROPRIETE ELECTRIQUE DE L'ELEMENT 24 DE DETECTION, ET UN DISPOSITIF LOGIQUE 12 DE COMMANDE DESTINE SUCCESSIVEMENT A ECHANTILLONNER LES TEMPERATURES AMBIANTES MESUREES, A CHAUFFER MOMENTANEMENT L'ELEMENT 24 DE DETECTION A ECHANTILLONNER LES TEMPERATURES MAXIMALES MESUREES RESULTANT DE CET ECHAUFFEMENT ET A ETABLIR UNE DIFFERENCE ENTRE LES TEMPERATURES AMBIANTES MESUREES ET LES TEMPERATURES MAXIMALES MESUREES. DOMAINE D'APPLICATION: DETECTION D'HUILES ET D'HYDROCARBURES SUR LA SURFACE DE LIQUIDES TELS QUE L'EAU, ETC.

Description

1. L'invention concerne un appareil destiné à détecter la présence d'une

substance sur la surface d'un liquide. L'invention peut être adaptée, par exemple, à la détection d'huile et d'autres hydrocarbures répandus sur la surface de l'eau, afin qu'il soit possible de détecter et de

limiter la pollution de l'eau par l'huile.

D'une manière générale, l'appareil selon

l'invention comprend un élément de détection à semi-

conducteur unique ayant une résistance à chaud qui dépend de

la conductibilité thermique du milieu entourant cet élément.

Un dispositif logique de commande échantillonne et mémorise périodiquement et séquentiellement les températures

ambiantes mesurées du milieu entourant l'élément de détec-

tion, puis échauffe cet élément de détection, échantillonne et mémorise les températures maximales mesurées de l'élément

de détection, et réalise une différentiation entre les tempé-

ratures ambiantes et les températures maximales afin de

détecter une variation de la différence entre ces tempéra-

tures, cette variation indiquant la présence d'une substance.

Une caractéristique importante de l'appareil et du procédé de détection selon l'invention est que la précision de leur

fonctionnement ne dépend pas d'une température ambiante cons-

tante du milieu entourant l'élément de détection.

L'appareil et le procédé de l'invention utili-

sent le principe général consistant à mettre en oeuvre au moins un élément de détection conçu pour être en contact avec un liquide et ayant une caractéristique électrique qui réagit

à la conductibilité thermique du liquide proche de cet élé-

ment. Si une substance autre que le liquide entre en contact avec l'élément de détection, la conductibilité thermique de ce dernier diffère de celle existant lorsque l'élément de détection n'est entouré que par le liquide, ce qui entraîne

un changement de la conductibilité thermique du milieu entou-

rant l'élément de détection et une variation de la caracté-

ristique électrique de cet élément.

Jusqu'à présent, de nombreux systèmes et schémas ont été développés pour détecter la présence ou l'absence d'une matière, soit un liquide, soit toute autre substance, 2. comme décrit, par exemple, dans les brevets des Etats-Unis

d'Amérique n0 3 576 472, nO 3 712 116 et n0 4 116 045.

Chacun des dispositifs décrits dans ces brevets utilise essentiellement au moins deux éléments de détection faisant partie chacun d'un circuit en pont dans lequel l'un des éléments de détection établit une référence et dans lequel également une variation de la caractéristique électrique de l'autre élément de détection, par suite de la présence ou de l'absence d'une substance, entraîne un déséquilibre du circuit en pont. D'une manière générale, la caractéristique électrique mesurée dans ces dispositifs antérieurs et dans l'appareil selon l'invention est la résistance à chaud de l'élément de détection, car la résistance de l'élément de détection augmente généralement lorsque la conductibilité

thermique du milieu environnant diminue. Chacun des dispo-

sitifs décrits dans les brevets précités utilise une thermis-

tance ou un filament de tungstène comme élément de détection.

Le dispositif décrit dans le brevet nc 3 712 116 précité comporte deux thermistances montées dans un circuit en pont. L'une des thermistances est placée dans un liquide de référence et l'autre thermistance est placée dans le liquide à contrôler. Lorsqu'un changement de conductibilité thermique apparaît dans le liquide à contrôler, le circuit en pont devient déséquilibré de manière à produire un signal de sortie indiquant la présence ou l'absence d'une substance étrangère. Dans les dispositifs décrits dans les brevets n0 3 576 472 et n0 4 116 045 précités, deux thermistances ou filaments de tungstène, respectivement, sont montés dans des circuits en pont. Cependant, dans chacun de ces dispositifs,

au moins l'un des deux éléments de détection est chauffé.

Dans le dispositif décrit dans le brevet n0 3 576 472

précité, l'élément de détection de référence reste prati-

quement non chauffé et détecte la température ambiante du milieu l'entourant afin de permettre une comparaison avec les caractéristiques électriques de la thermistance chauffée. Un

changement des caractéristiques des deux thermistances, au-

dessus ou au-dessous d'une référence fixe, par suite d'un 3. accroissement ou d'une diminution de la conductibilité thermique du milieu entourant la thermistance chauffée, est ainsi détecté. Comme décrit dans ces références antérieures, le chauffage de la thermistance de contrôle est réalisé périodiquement dans les deux cas. Dans le dispositif décrit dans le brevet n0 4 116 045 précité, l'élément de détection de référence et l'élément de détection de contrôle sont

chauffés simultanément. Les vitesses de variation des carac-

téristiques électriques des éléments de détection sont ensuite comparées afin de permettre une détection de la présence ou de l'absence de la substance. Dans le dispositif décrit dans le brevet n0 3 576 472 précité, la variation des caractéristiques des deux thermistances est détectée pendant la période de chauffage, alors que dans le dispositif décrit dans le brevet n 4 116 045 précité, les variations des caractéristiques électriques des éléments de détection sont comparées et détectées après le chauffage, c'est-à-dire

pendant une période de refroidissement.

Comme montré de manière évidente par les trois

brevets précités, les systèmes de détection de l'art anté-

rieur exigent au moins deux éléments de détection et un circuit en pont pour détecter la présence ou l'absence d'une substance sur la surface d'un liquide. En outre, l'élément de détection de référence, qui ne peut occuper la même position que l'élément de détection de contrôle, est incapable d'établir une référence réelle en-ce qui concerne le liquide proche de l'élément de détection de contrôle, car l'élément de détection de référence peut être soit placé dans une partie du liquide éloignée de l'élément de détection de

contrôle, soit disposé dans un liquide ou un milieu tota-

lement différent.

Une caractéristique de l'invention réside dans l'utilisation d'un élément de détection à semi-conducteur unique qui, dans la forme préférée de réalisation, est une diode qui sert à la fois d'élément de détection de référence et d'élément de détection de contrôle et qui permet de mémoriser les températures détectées à différencier. Une

autre caractéristique réside dans l'utilisation d'un dispo-

4.

sitif logique de commande destiné à échantillonner et mémo-

riser séquentiellement et périodiquement les températures

ambiantes mesurées du milieu entourant l'élément de détec-

tion, puis à chauffer cet élément de détection, à échantil-

lonner et mémoriser les températures maximales mesurées de l'élément de détection à la suite de son échauffement et à

réaliser une différentiation entre les températures maxi-

males mesurées et les températures ambiantes mesurées afin de

déterminer une variation de cette différence.

Le dispositif logique de commande comprend un

élément destiné à ordonner et synchroniser les diverses opé-

rations effectuées par l'appareil, afin de permettre l'utili-

sation d'un seul élément de détection. Il comporte également

un élément destiné à échantillonner et mémoriser les tempé-

ratures ambiantes mesurées et les températures maximales mesurées, et un élément destiné à établir les différences

entre les températures ambiantes et les températures maxi-

males. L'invention concerne également un procédé qui consiste à mémoriser des températures ambiantes mesurées au moyen d'un élément de détection placé à la surface d'un liquide, puis à chauffer cet élément de détection en lui

appliquant de l'énergie thermique pendant une durée prédéter-

minée, à mémoriser les températures maximales de l'élément de détection, résultant de son échauffement, à établir une différence entre les températures ambiantes mémorisées et les températures maximales mémorisées et à détecter une variation

de cette différence.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et

sur lesquels: -

- la figure 1 est un schéma simplifié de l'appa-

reil selon l'invention destiné à détecter la présence ou l'absence d'une substance sur la surface d'un liquide;

- la figure 2 est un schéma d'une forme de réali-

sation d'une partie fonctionnelle de l'appareil montré sur la figure 1; 5.

- la figure 3 est un diagramme des temps permet-

tant de comparer des formes d'ondes apparaissant en des points choisis du circuit montré sur la figure 2;

- la figure 4 est un schéma d'une forme de réali-

sation d'une partie fonctionnelle de l'appareil montré sur la figure 1; et

- la figure 5 est un schéma d'une forme de réali-

sation d'une partie fonctionnelle de l'appareil montré sur la

figure 1.

La figure 1 représente l'appareil 10 selon l'invention destiné à détecter la présence ou l'absence d'une substance sur la surface d'un liquide (non représentée). Cet appareil comprend, d'une manière générale les éléments suivants dont des formes préférées de réalisation seront décrites plus en détail ci-après. Ces éléments comprennent un

dispositif logique 12 de commande qui échantillonne et mémo-

rise séquentiellement et périodiquement des températures ambiantes mesurées au moyen d'un circuit 26 de mesure de température, à proximité d'un capteur 24 de température. Ce dispositif 12 commande une source 22 de chauffage qui fournit

de l'énergie thermique constante au capteur 24 de tempéra-

ture, pendant une durée prédéterminée; il échantillonne et mémorise ensuite les températures maximales atteintes par le capteur 24 à la suite de son échauffement, ces températures étant de nouveau mesurées par le circuit 26 de mesure, il

établit la différence entre les températures ambiantes mémo-

risées et les températures maximales mémorisées; et il établit la moyenne, dans le temps, de ces différences de

températures afin qu'une variation significative de la diffé-

rence entre les températures mémorisées puisse être détectée et indique la présence ou l'absence d'une substance. Le circuit 26 de mesure de températures comprend également, de préférence, un élément destiné à polariser le capteur 24 de température utilisé dans l'appareil selon l'invention d'une

manière décrite ci-après.

Le dispositif logique 12 de commande est alimenté par une source classique d'énergie et contient la stratégie de commande destinée à la mise en oeuvre de l'appareil 10. Il 6. est évident à l'homme de l'art que le dispositif logique 12 de commande peut être constitué d'un seul circuit intégré à

grande échelle, par exemple un microprocesseur ou un micro-

calculateur programmé de manière à assumer les diverses fonctions décrites ci-dessus. Comme montré sur la figure 1, une forme de réalisation du dispositif logique 12 de commande

comprend un circuit 20 de mise en séquence et de synchroni-

sation qui comporte trois sorties destinées à déclencher et à régler séquentiellement et périodiquement les diverses fonctions de l'appareil 10, deux dispositifs bidirectionnels

28 et 29 de commutation transmettant chacun un signal analo-

gique V1 (tensions) représentatif d'une température mesurée par le circuit 26, d'une manière non synchronisée par rapport à l'autre de ces dispositifs 28 et 29, en fonction des divers états de deux des sorties du circuit 20 de mise en séquence et de synchronisation, un circuit 30 d'échantillonnage et de mémorisation de température destiné à échantillonner et

mémoriser les signaux analogiques Vi (tensions) représen-

tatifs de la température ambiante mesurée à proximité du capteur 24 de température, en- réponse à la fermeture du dispositif bidirectionnel 28 de commutation, un circuit 31 d'échantillonnage et de mémorisation de température destiné à échantillonner et mémoriser des signaux analogiques Vf (tensions) représentatifs des températures maximales mesurées du capteur 24 de température, résultant du chauffage

de ce dernier au moyen de la source 22, en réponse à la ferme-

ture du dispositif bidirectionnel 29 de commutation, un

amplificateur différentiel 32 destiné à comparer et diffé-

rencier les signaux V1 et Vf afin de produire un signal de différence V2, et un circuit 34 de filtrage et de calcul de moyenne dans le temps, destiné à ne pas tenir compte d'une

variation du signal V2 dans le cas o cette variation corres-

pond simplement à un signal parasite donnant une représen-

tation erronée de la présence ou de l'absence d'une substance sur la surface du liquide. Par conséquent, le dispositif logique 12 de commande produit un signal de sortie V3

(tensions) qui représente les différences entre les tempéra-

tures ambiantes mesurées à proximité du capteur 24 de tempé-

7. rature (Vi) et les températures maximales mesurées du capteur

24 par suite de son échauffement par la source 22 de chauf-

fage (Vf), de manière qu'une variation du signal filtré et moyen V3 de différence puisse être détectée par tout circuit classique de détection.

D'une manière générale, la source 22 de chauf-

fage, la sonde 24 de température, les dispositifs bidirec-

tionnels 28 et 29 de commutation, les circuits 30 et 31 d'échantillonnage et de mémorisation de température et

l'amplificateur différentiel 32 sont des circuits élec-

triques classiques ne nécessitant qu'une brève description.

La source 22 de chauffage peut être constituée par toute source classique de courant de chauffage qui, en réponse à un signal approprié provenant du dispositif logique 12 de commande (un signal de sortie du circuit 20 de mise en

séquence et de synchronisation), est déclenchée périodi-

quement afin de fournir un courant (puissance) constant de chauffage au capteur 24 de température. Dans la forme préférée de réalisation de l'invention, le capteur 24 de température est une diode de Zener qui est polarisée par le circuit 26 de polarisation et de mesure de température, de manière à fonctionner en sens inverse pendant qu'elle est chauffée, et qui est polarisée de manière à fonctionner dans

le sens direct pendant la détection de température. En pola-

risant la diode de Zener en sens inverse pendant le chauffage, la tension plus élevée de cette diode dans le sens inverse permet l'application à ladite diode d'une puissance de chauffage beaucoup plus grande, ce qui permet au capteur 24 de fonctionner à des températures plus élevées et, par conséquent, d'avoir une plus grande précision. Il est évident que, bien que la diode de Zener constitue un capteur préféré 24 de température, une-diode ordinaire permet d'obtenir des

résultats satisfaisants et que, en fait, divers autres dispo-

sitifs de détection de température à jonction p-n, par exemple un transistor, peuvent être utilisés à la place de la

diode de Zener sans sortir du cadre de l'invention.

Bien que les fonctions associées aux dispositifs bidirectionnels 28 et 29 de commutation, aux circuits 30 et 8. 31 d'échantillonnage et de mémorisation de température et à l'amplificateur différentiel 32 puissent être exécutées chacune par un dispositif logique 12 de commande totalement intégré, par exemple un microcalculateur, dans la forme de réalisation montrée sur la figure 1, chaque fonction est

réalisée par un circuit classique indépendant. Les dispo-

sitifs bidirectionnels 28 et 29 de commutation sont des portes de transmission- pouvant commander ou produire des signaux logiques. Les portes de transmission sont fermées et un signal analogique V1. est transmis entre des bornes a et b

en réponse à un signal logique un (1) à l'entrée numérique c.

Tant qu'un signal logique zéro (0) est appliqué à l'entrée numérique c, la porte de transmission reste ouverte. Les circuits 30 et 31 d'échantillonnage et de mémorisation de température peuvent être constitués par tout circuit classique d'échantillonnage et de maintien. Par exemple, un amplificateur opérationnel du type "Bi-Mos", produit par la firme RCA sous la référence "CA 3140", peut être utilisé

d'une manière classique pour constituer un circuit d'échan-

tillonnage et de maintien effectuant les fonctions des circuits 30 et 31 d'échantillonnage et de mémorisation de température. L'amplificateur différentiel ou opérationnel 32 peut être du type produit par la firme National Semiconductor Corporation, dans un boîtier à circuit intégré double portant la référence "LM 747". Le critère principal demandé à l'amplificateur différentiel 32 est de pouvoir établir une différentiation entre les tensions Vi et Vf pour produire un signal de tension V2 représentatif des différences entre les températures ambiantes mesurées (Vi) et les températures

maximales mesurées (Vf) du capteur 24 de température.

Le fonctionnement du circuit 20 de mise en séquence et de synchronisation, du circuit 26 de polarisation et de mesure de température et du circuit 34 de filtrage et d'établissement de moyennes dans le temps sera décrit plus en détail ci-après. Cependant, d'une manière générale, l'appareil 10 montré sur la figure 1 fonctionne comme décrit ci-dessous. Une tensioncontinue est appliquée au dispositif logique 12 de commande, et plus particulièrement au circuit 9. de mise en séquence et de synchronisation, par une source d'alimentation, cette tension continue étant convertie en plusieurs formes d'ondes représentant diverses périodes de temps (figure 3). Ces formes d'ondes, conjointement au circuit logique associé, font changer périodiquement d'état logique les trois sorties du circuit 20 de mise en séquence et de synchronisation. Initialement, un état logique un (1) est appliqué au dispositif bidirectionnel 28 de commutation, pendant que les deux autres sorties du circuit 20 sont à des états logiques appropriés pour maintenir la source 22 de chauffage et le dispositif bidirectionnel 29 de commutation en position d'ouverture. Par conséquent, le capteur 24 de température (diode de Zener) est polarisé dans le sens direct par le circuit 26 de polarisation et de mesure de température et la température ambiante du milieu entourant le capteur 24 est mesurée, puis échantillonnée et mémorisée par le circuit 26 et par le circuit 30 d'échantillonnage et de mémorisation de température, respectivement. Comme représenté sur la figure 1, la tension V1, produite par le circuit 26, est égale initialement à la tension Vi représentative de la température ambiante mesurée qui est échantillonnée et mémorisée par le circuit 30. Ensuite, les deux dispositifs bidirectionnels 28 et 29 de commutation s'ouvrent par suite de la présence de signaux logiques zéro (0) aux sorties du circuit 20 et un signal de sortie du circuit 20, ayant un état logique approprié, est transmis à la source 22 de

chauffage et au circuit 26 afin que le capteur 24 de tempé-

rature soit polarisé dans le sens inverse et que la source 22 de chauffage soit déclenchée pour fournir un courant -de chauffage au capteur 24 de température. Ce dernier est chauffé pendant une durée prédéterminée par le circuit 20 de mise en séquence et de synchronisation, durée pendant laquelle le capteur 24 de température atteint une température maximale. Cette dernière, qui résulte du chauffage du capteur 24, dépend de la conductibilité thermique du milieu entourant le capteur 24 de température, car la résistance à chaud du capteur 24, c'est-à-dire l'aptitude du capteur 24 à dissiper

la chaleur vers le milieu ambiant, est inversement propor-

10. tionnelle aux variations de la conductibilité thermique de ce milieu. Par conséquent, lorsque la conductibilité thermique du milieu ambiant diminue (par suite de la présence d'un hydrocarbure), la résistance à chaud du capteur 24 augmente et, par conséquent, la température maximale du capteur 24

augmente également.

Inversement, lorsque la conductibilité thermique du milieu augmente (par exemple lorsque le capteur 24 plonge totalement dans le liquide), la résistance à chaud du capteur

24 diminue de même, par conséquent, que la température maxi-

male dudit capteur 24. Il est donc important de noter que l'appareil peut détecter la présence d'une substance sur la surface d'un liquide, l'absence d'une substance de la surface du liquide ou toute autre condition telle que l'immersion totale du capteur 24 dans le liquide, en utilisant une variation de la différence entre les températures ambiantes mesurées, cette variation pouvant être un accroissement ou

une diminution des températures maximales.

La source 22 de chauffage est ensuite arrêtée en réponse à un état logique approprié d'un signal de sortie du circuit 20 et, immédiatement après ou presque en même temps que cet arrêt, un signal logique un <1) est appliqué au dispositif bidirectionnel 29 de commutation. Ce dispositif 29 est donc fermé, le capteur 24 de température est de nouveau polarisé en sens direct, la température maximale du capteur 24 due au chauffage est mesurée avant que le capteur 24 se

soit refroidi et la température maximale mesurée est échan-

tillonnée et mémorisée par le circuit 31 d'échantillonnage et de mémorisation de température. De même que précédemment, comme montré sur la figure 1, une tension V1, produite par le circuit 26, équivaut, pendant cette période de fonctionnement

de l'appareil 10, à la tension Vf représentative de la tempé-

rature maximale du capteur 24 qui a été échantillonnée et

mémorisée par le circuit 31.

L'amplificateur différentiel 32 établit ensuite la différence entre les valeurs Vi et Vf afin de produire une différence de tension V2 représentative de la différence entre la température ambiante mesurée (Vi) du milieu proche 1 1. du capteur 24 et la température maximale (Vf) du capteur 24,

due au chauffage de ce dernier et dépendant de la conducti-

bilité thermique du milieu environnant. Une variation de la différence de tension V2 peut donc être détectée comme correspondant à l'absence ou à la présence d'une substance ayant une conductibilité thermique différente (supérieure ou inférieure) de celle de l'interface liquide/air o le capteur

24 est placé, ou bien peut être détectée comme étant l'immer-

sion complète du capteur 24 dans le liquide dont la conducti-

bilité thermique est inférieure à celle de l'interface liquide/air. Pour s'assurer que la tension de sortie V3 du

dispositif logique 12 de commande, correspondant à une varia-

tion de la tension différentielle V2, correspond à une indi-

cation précise de toute variation de la différence entre les tensions Vi et Vf, un circuit 34 filtre et établit une

moyenne dans le temps de la tension différentielle V2.

La figure 2 représente une forme de réalisation du circuit 20 de mise en séquence et de synchronisation, et diverses formes d'ondes, apparaissant en des points choisis du circuit de la figure 2, peuvent être comparées les unes aux autres sur la figure 3 afin de faciliter la compréhension

du fonctionnement du circuit 20.

Comme représenté sur les figures 2 et 3, un circuit multivibrateur 40 se comporte comme un oscillateur à ondes carrées appliquant à une jonction A (figure 3) une impulsion électrique toutes les 60 secondes, afin d'établir une base de temps pour le déclenchement et l'arrêt des diverses fonctions associées à l'appareil 10. Un comparateur classique 41 de tension, par exemple du type 'LM 2901" produit par la firme National Semiconductor Corporation, est

monté électriquement, en combinaison avec diverses résis-

tances 42, 43, 45, 46 et 47 et un condensateur 44, d'une manière classique, afin de former un oscillateur à ondes carrées. Ainsi qu'il est bien connu de l'homme de l'art, la fréquence des impulsions appliquées à la jonction A dépend des valeurs des diverses résistances 42, 43, 45, 46 et 47 et

du condensateur 44 constituant l'oscillateur à-ondes carrées.

12. L'impulsion électrique appliquée à la jonction A est retardée pendant des périodes relativement courtes et inversée par un circuit 50 de temporisation et d'inversion afin que la forme d'onde appliquée à une jonction V (figure 3) soit inversée et retardée par rapport à la forme d'onde appliquée à la jonction A, le retard dépendant de la valeur de la constante de temps RC associée au comparateur 51. Un comparateur 58 est également connecté électriquement, en combinaison avec des résistances 54, 55 et 59 et des condensateurs 56 et 60, d'une manière classique, afin de former un autre oscillateur à ondes carrées qui retarde et

inverse également le signal d'entrée (la forme d'onde arri-

vant à la jonction B) de manière à produire une forme d'onde appliquée à une jonction C et montrée sur la figure 3. La temporisation de la forme d'onde arrivant à la jonction B est également déterminée par la valeur de la constante de temps

RC associée au comparateur 58.

Un circuit 62 de mise en séquence comporte trois portes logiques 63, 64 et 65 qui, sous l'action des formes d'ondes arrivant aux jonctions A, B et C des générateurs à ondes carrées, établissent une stratégie de commande pour le déclenchement et l'arrêt des diverses fonctions associées à l'appareil 10. Il convient de noter que les portes 63, 64 et peuvent être des portes à inversion aussi bien que des portes sans inversion, suivant les polarités présentées par

la partie restante du circuit de l'appareil 10. Comme repré-

senté sur la figure 2, une porte ET 63 à deux entrées réagit aux impulsions appliquées aux jonctions A et B. Pendant la période de temps au cours de laquelle les impulsions des jonctions A et B sont à la valeur logique un (1), le signal de sortie Ti de la porte 63 est à la valeur logique un (1) comme montré sur la figure 3. Pendant le reste du temps, le signal

de sortie Ti de la porte 63 est à la valeur logique zéro (0).

Le signal de sortie Ti de la porte 63 est appliqué à la porte

28 de transmission (figure 1) afin que la tension Vi repré-

sentative de la température ambiante du capteur 24 de tempé-

rature soit échantillonnée et mémorisée en réponse à un état

logique un (1) du signal de sortie Ti.

13. Une porte NON-ET 64 à deux entrées réagit aux impulsions appliquées aux jonctions A et C. Pendant la période au cours de laquelle les impulsions des jonctions A et C sont à la valeur logique un (1), le signal de sortie H de la porte 64 est à la valeur logique zéro (0). Pendant le reste du temps, le signal de sortie H de la porte 64 est à la valeur logique un (1). Comme indiqué par la forme d'onde inversée (H> de la figure 3, une porte ET peut être utilisée à la place de la porte NON-ET dans le cas o le signal néces-

saire pour déclencher la source 22 de chauffage doit avoir une valeur logique un (1) plutôt qu'une valeur logique zéro (0). Le signal de sortie (H) de la porte 64 détermine la

durée pendant laquelle la puissance de chauffage est appli-

quée au capteur 24 de température. Dans la forme préférée de réalisation de l'appareil 10, le capteur 24 de température est chauffé périodiquement pendant des périodes d'environ secondes sous l'effet du signal de sortie H de la porte 64. Une autre porte ET 65 à deux entrées réagit aux impulsions appliquées aux jonctions B et C. Pendant la période au cours de laquelle les impulsions des jonctions B et C sont au niveau logique un <1), le signal de sortie Tf de la porte 65 est à la valeur logique un (1) comme montré sur la figure 3. Pendant le reste du temps, le signal de sortie Tf de la porte 65 est à la valeur logique zéro (0). Le signal de

sortie Tf de la porte 65 est appliqué à la porte 29 de trans-

mission (figure 1) afin que la tension Vi représentative de la température maximale du capteur 24 de température, lorsque ce dernier est chauffé, soit échantillonnée et mémorisée -en

réponse à l'état logique un (1) du signal de sortie Tf.

Par conséquent, ainsi qu'il ressort d'une compa-

raison des formes d'ondes montrées sur la figure 3, le circuit 20 de mise en séquence et de synchronisation produit séquentiellement et périodiquement des signaux appropriés destinés à échantillonner et mémoriser les températures ambiantes du milieu environnant le capteur 24 de température, à chauffer le capteur 24 de température et à échantillonner et mémoriser les températures maximales atteintes par le 14. capteur 24 de température lorsque ce dernier est chauffé, au cours de chaque cycle de 60 secondes de fonctionnement de

l'appareil 10.

La figure 4 représente une forme préférée de réalisation du circuit 26 de polarisation de mesure de tempé- rature. Ce circuit comprend un élément 70 destiné à polariser dans le sens direct le capteur 24 de température (diode de Zener) pendant la détection de température et à polariser en sens inverse ledit capteur 24 de température (diode de Zener)

pendant que ce dernier est chauffé. Ce circuit comprend éga-

lement un élément 90 destiné à détecter et mesurer les tempé-

ratures captées par le capteur 24. Il convient de noter que si d'autres capteurs de températures sont utilisés, par exemple une diode ordinaire ou une thermistance, l'élément 70 de polarisation est inutile et peut donc être supprimé. Cet élément 70 réagit au signal de sortie H de la porte NON-ET 64

du circuit 62 de mise en séquence et il comprend un amplifi-

cateur opérationnel 71 qui peut être, par exemple, du type "LM 741" produit par la firme National Semiconductor Corporation, dont l'entrée positive (+) est sensible aux états de deux portes 72 et 73 de transmission. L'état d'ouverture ou de fermeture de la porte 72 de transmission est déterminé par l'état d'une porte NON-ET 74 à deux entrées qui sont reliées électriquement à la sortie H de la porte NON-ET 64 du circuit 62 de mise en séquence et qui réagissent donc au signal de sortie H de cette porte 64 de manière que, lorsque le signal de sortie H de la porte 74 est à la valeur logique zéro (0), la porte 72 de transmission soit fermée et que, lorsque le signal de sortie H de la porte 64 est à la valeur logique un (1), la porte 72 de transmission soit ouverte. Les états d'ouverture et de fermeture de la porte 73 de transmission sont déterminés par le signal de sortie H de la porte NON-ET 64 de manière que, lorsque le signal de sortie H de la porte 64 est à la valeur logique zéro (0), la porte 73 de transmission soit ouverte et que, lorsque ce signal H est à la valeur logique un (1), la porte 73 soit fermée. Comme décrit précédemment, la source 22 de chauffage est déclenchée en réponse à un état logique zéro (0) du 15. signal de sortie H et elle reste au repos en réponse à un état logique un (1) du signal H. Par conséquent, il apparaît que la porte 72 de transmission est fermée pendant le chauffage et ouverte pendant la mesure de température, alors que la porte 73 est fermée pendant la mesure de température et

ouverte pendant le chauffage.

Une borne a de la porte 73 de transmission est reliée électriquement à une source d'alimentation à tension de 15 volts qui a été réduite à une tension de référence de 1,2 volt par la combinaison d'une résistance 75, d'une diode

76 de Zener et d'un diviseur de tension constitué de résis-

tances 77 et 78. L'autre borne b de la porte 73 est reliée

électriquement à l'entrée positive (+) de l'amplificateur 71.

Une borne b de la porte 72 de transmission est reliée électriquement à un diviseur de tension comprenant des résistances 79 et 84 et produisant une tension de référence de 4 volts. L'autre borne a de la porte 72 est également

reliée électriquement à l'entrée positive (+) de l'amplifi-

cateur 71.

L'entrée négative (-) de l'amplificateur 71 est reliée électriquement à un diviseur de tension, et réagit donc à la tension produite par ce diviseur, ce dernier comprenant des résistances 82 et 83 qui appliquent une tension de référence de 4 volts à l'entrée négative (-) de

l'amplificateur 71.

La sortie de l'amplificateur 71 est reliée élec-

triquement par une résistance 80 et une diode 81 de Zener au capteur 24 de température. En polarisant ce capteur 24 (diode de Zener) au moyen de la résistance 80, le courant passant dans le capteur 24 correspond sensiblement à la température

dudit capteur 24.

Dans la forme préférée de réalisation du capteur

24 de température, une diode de Zener de 20 volts est uti-

lisée sous une polarisation en sens direct de 1,2 volt.

Pendant la détection de température par le capteur 24, la porte 73 de transmission est fermée de manière à appliquer la tension nécessaire de référence de 1,2 volt pour polariser en

sens direct le capteur 24 de température (diode de Zener).

16. Lorsqu'un signal apparaît à la sortie H de la porte 64 du circuit 62 de mise en séquence de manière à chauffer le capteur 24 de température, la porte 72 de transmission se ferme afin qu'une tension de 4 volts soit appliquée aux deux entrées positive (+) et négative (-) de l'amplificateur 71. Par conséquent, le capteur 24 de température est polarisé en sens inverse et la résistance 80 est polarisée de manière que la tension appliquée à chacune de ses deux bornes soit de volts. Il ne circule donc aucun courant dans la résistance 80. La diode 81 de Zener est destinée à produire une chute suffisante de la tension de 20 volts aux bornes du capteur 24 de température pour que ce dernier puisse fonctionner dans la gamme de tension de l'amplificateur 71. Etant donné que la source 22 de courant de chauffage fonctionne sous tension constante, l'augmentation du courant passant dans le capteur 24 de température est représentative de la température de ce

capteur 24.

L'élément 90 destiné à mesurer et détecter la température du capteur 24 peut fonctionner dans la gamme de tension de l'amplificateur 71. Etant donné que la source 22 de courant de chauffage fonctionne sous tension constante, l'augmentation de courant passant dans le capteur 24 de température est représentative de la température du capteur 24. L'élément 90 destiné à mesurer et détecter la température du capteur 24 contrôle la tension aux bornes de ce capteur 24 (diode de Zener). La tension du capteur 24

diminue linéairement lorsque le courant, et donc la tempéra-

ture, augmentent. L'élément 90 comprend un amplificateur opérationnel 91 qui peut être du type "LM 747" produit par la firme National Semiconductor Corporation. Des résistances

92, 93, 95, 96 et 100 et un condensateur 94 sont reliés élec-

triquement à un amplificateur 91 de manière classique et coopèrent avec cet amplificateur 91 pour produire une tension de sortie V1 proportionnelle à la variation de la tension (température) aux bornes du capteur 24 (diode de Zener). La tension de sortie V1 varie sur une plage de 4 volts. Il convient de noter que les résistances 92 et 93 sont des 17.

résistances variables destinées à des fonctions d'étalon-

nage. Cependant, il est évident que des résistances de valeur fixe peuvent être utilisées à la place de ces résistances variables sans qu'il en résulte un effet sensible sur le fonctionnement. Une résistance 97, une diode 98 de Zener et une diode 99 sont montées comme montré sur la figure 4 entre une entrée positive (+) de l'amplificateur opérationnel 91 et le capteur 24 de température afin d'empêcher l'application de la tension complète de 20 volts, associée au capteur 24 (diode de Zener), à l'entrée positive t+) de l'amplificateur

91 pendant le chauffage du capteur 24.

Comme représenté sur la figure 5, la tension V2

de sortie de l'amplificateur différentiel peut être repré-

sentée par l'équation: V2 = Vf - Vi = K (4T) o aT fTi

K = une constante représentant la relation de proportion-

nalité entre les tensions de sortie V1 de l'élément 90 et la

température T du capteur 24.

Pour empêcher la détection d'une fausse indica-

tion de la présence ou de l'absence d'une matière sur la

surface du liquide, les tensions de sortie V2 de l'amplifi-

cateur différentiel 32 sont filtrées et leur moyenne dans le temps est calculée afin de compenser les accroissements ou diminutions parasites de la tension V2. Un élément 34 produit, à une sortie de l'appareil 10, un signal V3 =( C e t élément comprend deux filtres passe-bas classiques 102 et 104 aux entrées numériques c desquels sont appliqués des signaux de valeur logique un (1) permettant à ces circuits 102 et 104 d'échantillonner les tensions V2 et de

maintenir ces tensions pendant une certaine période de temps.

Il convient de noter que dans le cas o des portes 103 et 105 sont fermées en continu, le circuit 34 se comporte comme un filtre passe-bas et établit la moyenne dans le temps de la tension de sortie V2 de l'amplificateur différentiel 32, pendant une période de temps donnée. Un générateur 106 d'impulsion produit périodiquement un signal qui ferme par intermittence les portes 103 et 105 afin de permettre aux 18. circuits 102 et 104 d'établir une moyenne dans le temps sur une plus longue période et de filtrer la tension de sortie V2 de l'amplificateur différentiel 32. Le générateur 106 peut être constitué par tout oscillateur classique à ondes carrées produisant périodiquement une impulsion électrique appro-

priée pour fermer les portes 103 et 105.

La tension résultante V3 de sortie de l'appareil

(figure 1) peut être comparée à des niveaux de seuil préa-

lablement établis par un circuit classique de détection (non

représenté) de manière que, lorsqu'il apparait un accrois-

sement ou une diminution de la tension de sortie V31 le circuit de détection indique, de manière visuelle ou sonore, la présence ou l'absence d'une matière sur la surface du

liquide ou l'immersion totale du capteur 24 dans le liquide.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans

sortir du cadre de l'invention.

19.

Claims (15)

REVENDICATIONS

1. - Appareil pour détecter la présence d'une substance sur la surface d'un liquide, caractérisé en ce qu'il comporte un élément (24) de détection à semi-conducteur destiné à être au moins partiellement immergé dans le liquide

et ayant une résistance à chaud qui dépend du milieu l'entou-

rant, une source (22) de chauffage reliée à l'élément de

détection et destinée à le chauffer momentanément, un dispo-

sitif (26) de mesure de température qui réagit à une

propriété électrique de l'élément de détection, et un dispo-

sitif logique (12) de commande destiné à échantillonner séquentiellement les températures ambiantes mesurées du milieu environnant, à chauffer momentanément l'élément de

détection, à échantillonner des températures maximales mesu-

rées et résultant de l'échauffement momentané de l'élément de détection, et à établir une différence entre les températures ambiantes mesurées, échantillonnées avant l'échauffement de l'élément de détection, et lesdites températures maximales mesurées, de manière que l'appareil ne soit pas sensible aux

variations de la température ambiante.

2. - Appareil selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que ladite résistance à chaud de l'élément (24) de

détection est inversement proportionnelle à la conducti-

bilité thermique du milieu environnant, ledit élément de détection pouvant être notamment une diode placée à proximité du liquide, et plus particulièrement une diode de Zener polarisée dans le sens direct pour la détection et dans le

sens inverse pour l'échauffement.

3. - Appareil selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que le courant de l'élément (24) de détection dépend directement de la température de cet élément, de sorte que les températures ambiantes et maximales sont mesurées par ledit dispositif (26) de mesure en réponse audit courant de

l'élément de détection.

4. - Appareil selon la revendication 3, caracté-

risé en ce que la source (22) de chauffage est une source de courant constante, l'élément de détection étant chauffé par passage d'un courant électrique dans cet élément, ladite 20. résistance à chaud de l'élément (24) de détection variant en réponse à une variation de la conductibilité thermique du milieu environnant de manière à provoquer une variation correspondante des températures maximales de cet élément de détection, ladite résistance à chaud de l'élément de détec- tion augmentant notamment lorsque la conductibilité thermique du milieu environnant diminue par suite de la présence de ladite substance, de manière à provoquer un accroissement correspondant des températures maximales dudit

élément de détection.

5. - Appareil selon la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'il comporte un circuit (26) destiné à polariser l'élément (24) de détection, ce dernier étant notamment une diode de Zener et le circuit (26) polarisant ladite diode de Zener dans le sens direct pour la détection et dans le sens

inverse pour l'échauffement.

6. - Appareil selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que le dispositif logique (12) de commande comprend un élément (20) destiné à mettre en séquence et synchroniser en continu le fonctionnement dudit appareil et comportant plusieurs sorties, la source (22) de chauffage étant déclenchée et arrêtée en réponse à des états logiques

d'au moins l'une desdites sorties.

7. - Appareil selon la revendication 6, caracté-

risé en ce que ledit dispositif logique (12) de commande

comprend un élément (30) destiné à échantillonner et mémo-

riser une température ambiante mesurée dudit milieu environ-

nant avant le déclenchement de la source de chauffage, cet élément d'échantillonnage et de mémorisation étant déclenché et arrêté en réponse à des états logiques d'au moins l'une

desdites sorties.

8. - Appareil selon la revendication 7, caracté-

risé en ce que ledit dispositif logique (12) de commande

comprend un élément (31) destiné à échantillonner et mémo-

riser une température maximale mesurée dudit élément de détection, cette température résultant de l'application d'un courant constant de chauffage à cet élément, l'élément d'échantillonnage et de mémorisation (31) étant déclenché et 21. arrêté en réponse à des états logiques d'au moins l'une desdites sorties, ladite température maximale de l'élément de détection dépendant notamment de ladite résistance à chaud de cet élément, de manière qu'une variation de cette résistance entraîne une variation correspondante de la température maximale.

9. - Appareil selon la revendication 8, caracté-

risé en ce que le dispositif logique (12) de commande comprend un élément (32) destiné à établir une différence entre une température ambiante mémorisée et une température maximale mémorisée, une variation de la différence entre les

températures ambiantes mesurées et les températures maxi-

males mesurées étant notamment représentative d'une varia-

tion de la résistance à chaud de l'élément de détection, ladite résistance à chaud étant inversement proportionnelle à la conductibilité thermique du milieu environnant de manière

qu'une variation de cette conductibilité dudit milieu envi-

ronnant indique la présence de ladite substance.

10. - Procédé de détection de la présence d'une substance sur la surface d'un liquide, caractérisé en ce

qu'il consiste à mémoriser des températures ambiantes détec-

tées par un élément de détection de température placé à la surface du liquide, puis à chauffer cet élément de détection en lui appliquant de l'énergie thermique pendant une durée prédéterminée, à mémoriser les températures maximales

atteintes par l'élément de détection sous l'effet du chauf-

fage, à établir une différence entre les températures ambiantes et les températures maximales et à détecter une

variation de cette différence entre les températures.

11. - Procédé selon la revendication 10, carac-

térisé en ce qu'il consiste également à détecter les tempéra-

tures ambiantes et les températures maximales en mesurant les

caractéristiques électriques dudit élément de détection.

12. - Procédé selon la revendication 11, carac-

térisé en ce qu'une température ambiante est détectée, l'élément de détection est chauffé, une température de pointe est détectée et la différence entre la température ambiante et la température de pointe est établie périodiquement, 22-. l'opération de chauffage consistant notamment à faire passer un courant électrique constant dans l'élément de détection

pendant ladite période prédéterminée.

13. - Procédé selon la revendication 12, carac-

térisé en ce qu'il consiste à polariser l'élément de détec- tion de température dans le sens direct pour la détection et

dans le sens inverse pour le chauffage.

14. - Procédé selon la revendication 10, carac-

térisé en ce qu'il consiste à déclencher séquentiellement un élément de mémorisation des températures ambiantes et des températures maximales et un élément destiné à chauffer

l'élément de détection pendant des durées prédéterminées.

15. - Procédé selon la revendication 14, carac-

térisé en ce qu'il consiste à établir ensuite la différence

entre les températures ambiantes et les températures maxi-

males et à établir la moyenne de plusieurs différences sur une certaine période de temps afin de minimiser le risque de fausses indications, dues à des variations intempestives de

la différence entre les températures.