FR2619914A1 - Electrical capacitor whose capacitance varies as a function of temperature, pressure and inclination - Google Patents
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Abstract
Description
la présente invention est relative à un condensateur électrique à capacité veriable utilisé comme capteur de température, de pression et d' inclinaison et dont la capacité dWpend de ces grandeurs physiques
On contact des condensateurs électriques n capacité variable besés particulier sur la mise en regard les uns les autres de partie ou tout d' armatures métalliques par rotation autour d'un même axe (trimmer). Cependant Ces dispositifs ne sont directement sensibles ni à 1 température ni à la pression et de plus ils nécessitent une action méoenique extérieure pour ajuster leur capacité à la valeur désirée.the present invention relates to an electrical capacitor with verifiable capacity used as a temperature, pressure and inclination sensor and whose capacity depends on these physical quantities
Electrical capacitors with variable capacitance are particularly required for placing part or all of metallic reinforcements side by side around a same axis (trimmer). However, these devices are not directly sensitive to temperature or pressure and, moreover, they require an external mechanical action to adjust their capacity to the desired value.
On connaît des condensateurs variables à diélectrique fluide (DE- - AS
Il 05 5I9) et (2 537 772) et un condensateur variable (Ds - OS 22 39 220) comprenant des chambres remplies d'un diélectrique fluide, et qui est constitue par un cylindre diélectrique revêtu d'une couche electroconduc- trice sur une partie de la surface de l'envelotpe extérieure qui forme une premier. armature de condensateur, et d'un piston mobile axialement à l'intérieur du cylindre diélectrique et qui forme la deuxième armature du condensateur; cependant aucune indication de la formation d'un condensateur électrique à capacité variable en fonction de la température ou de la pression ou de l'inclinaiscn n'est donne dans ces documents
L'objet de l'invention est de disposer d'un condensateur électrique à capacité variable, tel qu'exposé au début, qui soit de construction simple et bon marché
Le but recherché est atteint, suivant l'invention, en ce que la premitre armature, fixe, du condensateur est une couche éleotroconductrice revêtue par la surface de l'enveloppe extérieure d'un tube cylindrique diélectrique en borosilicate ou en tout autre matière refractaire, hermétiquement ferré par l'une de ses bases et dont l'autre base est solidaire avec l'ouverture d'un réservoir dans lequel plonge l'extrémité d'une élec- trode dont l'autre ertrémité sort par la base supérieure du tube qui, comme nous l'avons déjà dit, est herm6tiquement fermée
Ledit réservoir est rempli jusqu'à sa gorge par du mercure de telle fanon que lorsque la température ou la pression s'élève dans le réservoir, le mercure monte dans le tube se comportant de ce fait comme la deuxième armature, mobile, du condensateur selon l'invention.L'espace contenu entre la surface libre du mercure et le reste du tube est constitué par du vide; la section du tube est suffisamment petite et le volume du réservoir suffisamment grand pour que la moindre variation de température ou de pression puisse entraîner une variation notable de la hauteur / de la colonne de mercure dans le tube.Fluid dielectric variable capacitors are known (DE-AS
5I9) and (2 537 772) and a variable capacitor (Ds-OS 22 39 220) comprising chambers filled with a fluid dielectric, and which is constituted by a dielectric cylinder coated with an electroconductive layer on a part of the surface of the outer envelope which forms a first. capacitor frame, and a movable piston axially inside the dielectric cylinder and which forms the second armature of the capacitor; however, no indication of the formation of an electrical capacitor with variable capacitance as a function of temperature or pressure or inclination is given in these documents
The object of the invention is to provide an electrical capacitor with variable capacitance, as described at the beginning, which is of simple construction and inexpensive
According to the invention, the aim is achieved in that the fixed first frame of the capacitor is an electroconductive layer coated by the surface of the outer casing of a borosilicate dielectric cylindrical tube or any other refractory material, hermetically cradled by one of its bases and whose other base is integral with the opening of a reservoir into which the end of an electrode, the other end of which exits through the upper base of the tube, , as we have already said, is hermetically closed
Said reservoir is filled up to its throat with mercury of such dewlap that when the temperature or the pressure rises in the reservoir, the mercury rises in the tube thus behaving as the second mobile armature of the capacitor according to The space between the mercury free surface and the rest of the tube is vacuum; the section of the tube is sufficiently small and the tank volume large enough that the slightest variation in temperature or pressure can cause a significant variation in the height / column of mercury in the tube.
Les avantages apportés par l'invention consistent plus particulière- ment en une construction simple d'un condensateur électrique à capacité variable en fonction de la température, de la pression et même de l'incli- naison dans lequel la présence d'une pièce mécanique mobile n'est pas indispensable. ainsi, une usure mécanique pent être évitée comme cela se produit dans les condensateurs connus
L'invention sera mieux comprise grâce à la descrip@ioa suivante d'une forme de réalisation préférée du dispositif à capacité variable selon 1' invention, faite en se référant aux dessins joints sur lesquels
La figure I représente une coupe du dispositif selon l'invention.The advantages provided by the invention more particularly consist in a simple construction of an electrical capacitor with variable capacity as a function of temperature, pressure and even the inclination in which the presence of a mechanical part mobile is not essential. thus, mechanical wear can be avoided as occurs in known capacitors
The invention will be better understood from the following description of a preferred embodiment of the variable capacity device according to the invention, with reference to the accompanying drawings in which:
Figure I shows a section of the device according to the invention.
La figure 2 représente une coupe du dispositif selon l'invention muni d'un système vissable qui permet d'ajuster la capacité à la valeur désirée. Figure 2 shows a section of the device according to the invention provided with a screw system that adjusts the capacity to the desired value.
La figure 3 représente une forme d'association de deux dispositifs selon l'invention. Figure 3 shows a form of association of two devices according to the invention.
La figure 4 représente une forme d'association de deux dispositifs
selon l'invention particulièrement adaptée à la mesure d'inolinaison).Figure 4 shows a form of association of two devices
according to the invention particularly suitable for measurement of inolinaison).
La figure 5 représente un schéma dlectronique dans lequel le dispositif, selon l'invention est exploite comme capteur de température, de pression ou d'inclinaison. FIG. 5 represents an electronic diagram in which the device according to the invention is used as a temperature, pressure or inclination sensor.
se se référant à la figure I, le réservoir I, servant de support à l'ensemble du dispositif, est rempli par du mercure 2 jusqu' sa gorge 3
Lorsque la température ou la pression s'élève dans le réservoir I, le
mercure monte dans le tube\4 comblant dans le même temps une partie de 1' espace vide 5
4 particulier une façon de faire varier la pression à l'intérieur du réservoir I consiste à le plonger dans un récipient contenant un liquide ou à l'introduire dans une atmosphère gazeuse servant de pneumostat.Referring to Figure I, the reservoir I, serving as a support for the entire device, is filled with mercury 2 to its groove 3
When the temperature or pressure rises in the tank I, the
mercury rises in the tube filling at the same time part of the empty space
In particular, a way of varying the pressure inside the tank I consists of immersing it in a container containing a liquid or introducing it into a gaseous atmosphere serving as a pneumostat.
La valeur de la capacité C du condensateur vue entre le point de con
tact électrique va. extrémité de l'électrode\o dont l'autre extrémité plon
ge\dans le réservoir à mercure I, et le point de contact électrique VB,
dont l'autre extrémité est extrémité de l'électrode 7 soudée, à la couche électroconductrice 8 revêtue de verni, en un point 9 que l'on a pris soin de gratter au préalable, est donnée par la formule approchée du condensateur cylindrique::
où Ao désigne la permittivité du vide
Ar la permittivité relative apparente du diélectrique du condensateur
désigne l'épaiseur du tube 4,
R le rayon de la gaine de l'électrode 6 et h = h(T,p) désigne la hauteur de la colonne de mercure dans le tube 4, avec l'origine des hauteurs prise à la base inférieure de la couche conductrice cylindrique 8.The capacitor capacitor C value seen between the point of con
electrical tact goes. end of the electrode \ o whose other end plon
in the mercury tank I, and the electrical contact point VB,
whose other end is the end of the welded electrode 7, to the electroconductive layer 8 coated with varnish, at a point 9 which has been carefully scratched beforehand, is given by the approximate formula of the cylindrical capacitor ::
where Ao denotes the permittivity of the vacuum
Ar the apparent relative permittivity of the capacitor dielectric
denotes the thickness of the tube 4,
R the radius of the cladding of the electrode 6 and h = h (T, p) denotes the height of the mercury column in the tube 4, with the origin of the heights taken at the lower base of the cylindrical conductive layer 8 .
D'autre part, à pression ordinaire, la température de fusion du mercure étant égale à -38,87 dégrés celsius, et la température d'ébullition du mercure étant égale à 356,9 degrés celsius, lorsque la température du réservoir I est comprise strictement entre -38,87 degrés celsius, moyennant une certaine marge de sécurité, la formule de dilatation isobare du mercure autour de la pression ordinaire permet d'écrire
On the other hand, at ordinary pressure, the melting temperature of the mercury being equal to -38.87 degrees Celsius, and the boiling point of the mercury being equal to 356.9 degrees Celsius, when the temperature of the tank I is comprised Strictly between -38.87 degrees Celsius, with a certain margin of safety, the isobaric dilation formula of mercury around the ordinary pressure makes it possible to write
Ou a désigne le coefficient de dilatation cubique du mercure,
Y le volume intérieur du réservoir I et h. (p) la hauteur de la colonne de mercure dans le tube 4 lorsque le réservoir I est porté à la température de zéro degré oelsius à une pression constante p'
Par conséquent, pour e < l, la capacité du condensateur selon l'invention est exprimée par la formule:
Or denotes the coefficient of cubic expansion of mercury,
Y the interior volume of tank I and h. (p) the height of the mercury column in the tube 4 when the reservoir I is heated to zero degrees oelsius at a constant pressure p '
Therefore, for e <1, the capacity of the capacitor according to the invention is expressed by the formula:
L'électrode 6 est solidement retenue par un culot 10 a qui ferme hermétiquement la partie supérieure du tube 4 assurant ainsi l'étanchéïté de l'ensemble du dispositif selon l'invention. The electrode 6 is firmly retained by a base 10a which hermetically closes the upper part of the tube 4 thus sealing the entire device according to the invention.
La figure 2 représente une coupe du dispositif selon l'invention muni d'un manchon vissable étanche non-électroconducteur 10h auquel est soudé une extrémité d'une tige non-électroconductrice II dont l'autre extrémité est une ellipsolde de dimensions latérales inférieures au diamètre du tube cylindrique 4 et englobant une sphérule de plomb 12. FIG. 2 represents a section of the device according to the invention provided with a non-electroconductive tight screwable sleeve 10h to which is welded one end of a non-electroconductive rod II whose other end is an ellipside of lateral dimensions smaller than the diameter cylindrical tube 4 and including a lead spherule 12.
De cette façon, lorsque le manchon lob est dévissé à fond, o'est-i- dire lorque ledit manchon 10b occupe la position la plus haute par rapport au tube 4, l'extrémité de la tige II englobant la sphérule de plomb se retrouve totalement en dehors du réservoir I
Par contre, lorsque le manchon 10b est vissé à fond, c'est-à-dire lorsque ledit manchon 10b est amené en contact avec la partie supérieure du tube 4, l'extrémité de la tige Il englobant la aphérule de plomb se trouve plongé à la profondeur maximale dans le mercure 2 contenu dans le réservoir I. In this way, when the sleeve lob is unscrewed fully, that is to say when said sleeve 10b occupies the highest position relative to the tube 4, the end of the rod II encompassing the lead spherule is found totally outside the tank I
On the other hand, when the sleeve 10b is screwed down completely, that is to say when said sleeve 10b is brought into contact with the upper part of the tube 4, the end of the rod 11 encompassing the lead apheresis is immersed. at the maximum depth in mercury 2 contained in the tank I.
Du fait de la pouszée d'Archimède lorsque la ephérule de plomb I2 est immergée dans le mercure 2 contenu dans le réservoir I, il se produit une surélévation du niveau de la colonne de mercure dans le tube 4. De ce fait, le système composé par le manchon 10b, la tige Il et la sphérule de plomb I2 permet d'ajuster la capacité du dispositif selon l'invention à la valeur désirée. Due to the Archimedean firing when the lead ephule I2 is immersed in the mercury 2 contained in the tank I, there is an elevation of the level of the mercury column in the tube 4. As a result, the composite system by the sleeve 10b, the rod Il and the lead spherule I2 makes it possible to adjust the capacity of the device according to the invention to the desired value.
La figure 3 représente une coupe de deux dispositifs identiques selon l'invention dont les réservoirs respectifs 1a et Ib sont reliés par une conduite oylindrique non électroconductrioe 13. Le comportement de cette os- sociation de deux dispositifs selon l'invention se comprend par le principe des vases communicants. FIG. 3 represents a cross-section of two identical devices according to the invention, the respective reservoirs 1a and 1b of which are connected by a non-electroconductive linear conduit 13. The behavior of this combination of two devices according to the invention is understood by the principle communicating vessels.
La figure 4 représente le dispositif selon l'invention, tel que présenté à la figure 3, et posé en équilibre sur un plan incliné I4, le dispositif tel que présenté à la figure 4 permet de déduire l'angle D que fait ledit plan incliné avec le plan horizontal par la mesure des capacités
CI et C2 vues respectivement d'une part entre les noints de contact électriques VAI et VBI, et d'autre part entre les points de contact dlectri- ques VA2 et VB2; 1 désignant la distance qui sépare les tubes 4a et 4b, on établit la formule:
FIG. 4 represents the device according to the invention, as shown in FIG. 3, and placed in equilibrium on an inclined plane I4, the device as shown in FIG. 4 makes it possible to deduce the angle D that said inclined plane makes. with the horizontal plane by measuring capabilities
CI and C2 respectively seen on the one hand between the electrical contact nips VAI and VBI, and on the other hand between the electrical contact points VA2 and VB2; 1 denoting the distance separating the tubes 4a and 4b, the following formula is established:
En se se référant à la figure 5, le dispositif selon l'invention tel que presenté en partie à la figure 4 est connecté par ses extrémités VB2 et V31 à la masse, par son extrémité VA2 à une extrémité d'un interrupteur I5 dont l'autre extrémité est reliée d'une part à une extrémité d'une bobine I6 d' inductance L dont l'autre extrémité est reliée à un générateur 17, d'autre part à une extrémité d'un interrupteur 18 dont l'autre extrémité est reliée au point de contact électrique VAi du dispositif selon l'invention tel que orésenté à la figure 4 Un condensateur variable (trimmer) 19 dont une électrode est maintenue à la masse est relié par son autre électrode
au point de contact électrique VAI, d'autre part à une extrémitd d'un interrupteur 20 dont l'autre extrémité est reliée à un capacimètre 21. Les interrupteurs I8 et 20 sont agencés de telle façon qu'ils fonctionnent systématiquement en opposition, c'est-à-dire que quand l'un est ouvert 1' autre est fermé et vis versa
De plus un bâtonnet de ferrite 22 flotte dans le mercure contenu dans la conduite non-électrocenductrice I3 et les réservoirs la et Ib présentent à leurs gorges respectives des goulots d'étranglement 23 et 24 qui empê- chent la ferrite 22 de pénétrer dans lesdits réservoirs 1a et Ib; et une bobine d'auto-induction 25, dont la conduite non-électroconductrice 13 sert de mandrin, est enroulée de telle façon que son centre coïncide avec le centre de la conduite non-électroconductrice I3 et que sa longueur soit égale à celle du bâtonnet de ferrite 22. Referring to Figure 5, the device according to the invention as shown in part in Figure 4 is connected by its ends VB2 and V31 to ground, by its end VA2 at one end of a switch I5 whose the other end is connected on the one hand to an end of a coil I6 of inductance L whose other end is connected to a generator 17, on the other hand to an end of a switch 18 whose other end is connected to the electrical contact point VAi of the device according to the invention as shown in FIG. 4 A variable capacitor (trimmer) 19, one electrode of which is held to ground, is connected by its other electrode
at the point of electrical contact VAI, on the other hand at one end of a switch 20 whose other end is connected to a capacitance meter 21. The switches I8 and 20 are arranged in such a way that they function systematically in opposition, c that is, when one is open the other is closed and vice versa
In addition, a ferrite rod 22 floats in the mercury contained in the non-electrocenductive line I3 and the tanks 1a and 1b have at their respective grooves bottlenecks 23 and 24 which prevent the ferrite 22 from entering said tanks. 1a and Ib; and a self-induction coil 25, whose non-electroconductive pipe 13 serves as a mandrel, is wound so that its center coincides with the center of the non-electroconductive pipe I3 and that its length is equal to that of the rod ferrite 22.
Le dispositif selon l'invention tel que présenté à la figure 4 se ré- gle de la façon suivantes
Lorsque le dispositif selon l'invention tel que présenté à la figure 4 est placé sur un plan horizontal, c'est-à-dire pour D réduit à l'angle nul, la ferrite 22 est alors totalement à l'intérieur de la bobine 25 dont l'in ductance devient maximale et peut alors entrer en resonnance avec un condensateur, de capacité connue et fixée, qui forme avec la bobine 25 un circuit annexe relié au générateur I7 par l'intérmédiaire d'un amplifica-
teur opérationnel monté en amplificateur suiveur. La capacité\CX est alors remise à zéro Farad; ce qu'on vérifie à l'aide du capacimètre 21 lorsque l'interrupteur 20 est fermé.The device according to the invention as shown in FIG. 4 is set as follows
When the device according to the invention as shown in Figure 4 is placed on a horizontal plane, that is to say for D reduced to the zero angle, the ferrite 22 is then completely inside the coil Whose ductance becomes maximum and can then resonate with a capacitor of known and fixed capacitance which forms with the coil 25 an auxiliary circuit connected to the generator I7 by means of an amplification.
Operator mounted as a follower amplifier. The \ CX capacity is then reset to Farad; this is verified using the capacimeter 21 when the switch 20 is closed.
Après ce règlage préalable, le dispositif est pret pour la mesure de l'angle D que fait un plan incliné avec le plan horizontal. After this preliminary adjustment, the device is ready for measuring the angle D that makes a plane inclined with the horizontal plane.
L'interrupteur 18d étant ferme
D'abord on ferme l'interrupteur 13, l'interupteur 18b restant ouvert et on fait varier la fréquence t du générateur jusqu'à la résonnance La capacité vu entre les bornes VA2 et VB2 valant C2, on a alors la condition de resonnances
The switch 18d being closed
First, the switch 13 is closed, the switch 18b remains open and the frequency t of the generator is varied to the resonance. The capacitance seen between the terminals VA2 and VB2 is equal to C2, then the resonance condition
Puis travaillant à cette fréquence
ainsi obtenue, on ouvre l'interrupteur 15 et ferme l'interrupteur 18b, l'interrupteur 20 butant par conséquent ouvert; on cherche alors, en faisant varier à la fréquence donnée V la capacité CX du condensateur 19, La nouvelle condition de resonnance qui / s'écrit par conséquent:
Then working at this frequency
thus obtained, the switch 15 is opened and the switch 18b is closed, the switch 20 therefore abutting open; it is then sought, by varying at the given frequency V capacitance CX capacitor 19, the new condition of resonance that / is written as:
La comparaison faite entre les deux conditions de resonnance ainsi obtenues entrasse donc que: CX I C2 - CI. The comparison made between the two resonance conditions thus obtained therefore goes as follows: CX I C2 - CI.
d'où
from where
ainsi la mesure de la capacité CX du condensateur I9, qui s'effectue en fermant l'interrupteur 20/ et en ouvrant Pinterrupteur 18a, permet de déterminer l'angle D cherché. En particulier, pour de faibles inclinaisons, on se ramène à relation linéaire suivante entre D et CX:
Thus, the measurement of the capacitance CX of the capacitor I9, which takes place by closing the switch 20 / and opening the switch 18a, makes it possible to determine the angle D sought. In particular, for small inclinations, the following linear relationship is drawn between D and CX:
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8711865A FR2619914A1 (en) | 1987-08-24 | 1987-08-24 | Electrical capacitor whose capacitance varies as a function of temperature, pressure and inclination |
Applications Claiming Priority (1)
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FR8711865A FR2619914A1 (en) | 1987-08-24 | 1987-08-24 | Electrical capacitor whose capacitance varies as a function of temperature, pressure and inclination |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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FR2619914A1 true FR2619914A1 (en) | 1989-03-03 |
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ID=9354383
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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FR8711865A Withdrawn FR2619914A1 (en) | 1987-08-24 | 1987-08-24 | Electrical capacitor whose capacitance varies as a function of temperature, pressure and inclination |
Country Status (1)
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FR (1) | FR2619914A1 (en) |
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