FR2858402A1 - Procede de mesure d'un niveau de liquide dans un reservoir et dispositif correspondant - Google Patents

Abstract

Ce procédé comporte les étapes suivantes :- envoi d'un signal électrique dans un premier bobinage (6) disposé à proximité du réservoir de telle sorte que l'axe de ce bobinage soit sensiblement parallèle à la surface du liquide et que le flux magnétique induit par la circulation d'un courant électrique dans ce bobinage (6) pénètre à l'intérieur du réservoir,- mesure de la tension aux bornes d'un second bobinage (8) disposé à proximité du premier bobinage (6) et du réservoir et dont l'axe est sensiblement parallèle à la surface du liquide, et- interprétation de la mesure de tension pour déterminer le taux de remplissage du réservoir lorsque celui-ci est en place.Application à la mesure d'un niveau d'eau dans un réservoir en matière synthétique d'un four vapeur.

Description

I

La présente invention concerne un procédé de mesure d'un niveau de liquide dans un réservoir ainsi qu'un dispositif correspondant.

Un domaine d'application de la présente invention est la mesure d'un niveau d'eau dans un réservoir en matière synthétique. L'eau peut être remplacée 5 par un liquide similaire, par exemple un liquide antigel, une boisson, etc.... A titre d'exemple, on peut citer la mesure du niveau dans un réservoir d'eau d'un four vapeur. Il s'agit là de l'application à l'origine de la présente invention.

Dans un réservoir d'eau d'un four vapeur la mesure de niveau de liquide peut se faire selon différentes techniques: mesure par flotteur, mesure 10 ultrasons, mesure capacitive.... Selon les cas, ces moyens nécessitent un capteur solidaire du réservoir (donc une connexion électrique sur le réservoir si celui-ci est amovible), une ouverture sur le dessus pour la vision du niveau ont un coût important. Dans le cas (le plus fréquent) d'une mesure par flotteur, ce flotteur est placé dans un guide vertical à l'intérieur du réservoir. On ne réalise pas de mesure 15 à proprement parler mais d'une détection du niveau d'eau dans le réservoir lorsque le flotteur atteint une altitude donnée. Divers dispositifs peuvent être mis en oeuvre pour détecter le passage du flotteur dans une position donnée.

Généralement un aimant est encapsulé dans le flotteur. Une carte électronique comportant le plus souvent quatre contacts ILS (Interrupteur à Lame Souple) est 20 fixée sur un flanc d'un support destiné à recevoir le réservoir. Lorsque ce dernier est en place sur son support, le flotteur fait face à la carte électronique et plus précisément à ces contacts ILS.

Le prix de revient de ce dispositif (flotteur intégrant un aimant, guide dans le réservoir, contacts ILS,...) est relativement élevé. En outre, comme 25 indiqué précédemment, on ne mesure pas ici un niveau d'eau mais on constate le passage de la surface de liquide à des niveaux prédéterminés.

La présente invention a alors pour but de diminuer le coût d'un dispositif permettant de donner une indication concernant un niveau de liquide dans un réservoir. Avantageusement, I'invention permettra de donner une indication 30 continue concernant ce niveau de liquide.

A cet effet, elle propose un procédé de mesure d'un niveau de liquide diamagnétique, notamment de l'eau ou similaire, dans un réservoir, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: -envoi d'un signal électrique dans un premier bobinage disposé à proximité du réservoir de telle sorte que l'axe de ce bobinage soit sensiblement parallèle à la surface du liquide et que le flux magnétique induit par la circulation d'un courant électrique dans ce bobinage pénètre à l'intérieur du réservoir, - mesure de la tension aux bornes d'un second bobinage disposé à 5 proximité du premier bobinage et du réservoir et dont l'axe est sensiblement parallèle à la surface du liquide, et - interprétation de la mesure de tension pour déterminer le taux de remplissage du réservoir lorsque celui-ci est en place.

On réalise de cette manière un transformateur dont le noyau 10 magnétique est constitué pour l'essentiel par le réservoir et le liquide qu'il contient.

La tension aux bornes du bobinage secondaire est alors liée au couplage magnétique, dépendant des propriétés magnétiques du noyau, entre les bobinages. Sa valeur dépend donc du noyau. La variation du niveau de liquide dans le réservoir modifiant les propriétés magnétiques de celuici, ces variations 15 sont alors perceptibles au niveau du bobinage secondaire. Le matériau dans lequel est réalisé le réservoir est de préférence tel que les variations de couplage magnétique entre un réservoir vide et un réservoir plein sont sensibles. La conductance magnétique du réservoir sera choisie pour être compatible avec les variations de couplage magnétique que l'on souhaite observer. La position des 20 bobinages par rapport à la surface du liquide est ici importante car elle permet, dans des conditions équivalentes par ailleurs, de favoriser le couplage entre les bobines et d'avoir un courant dans le second bobinage qui peut être le double de celui obtenu avec des axes de bobinage perpendiculaires à la surface du liquide.

Pour une meilleure efficacité du procédé de mesure selon l'invention, 25 les bobinages sont de préférence sensiblement parallèles l'un par rapport à l'autre.

Dans le procédé de mesure, pour l'interprétation du signal reçu aux bornes du second bobinage, on prévoit par exemple que ce signal est redressé et filtré.

La présente invention concerne également un dispositif de mesure d'un 30 niveau de liquide, notamment de l'eau ou similaire, dans un réservoir, caractérisé en ce qu'il comporte: - un premier bobinage disposé à proximité du réservoir de telle sorte que l'axe de ce bobinage soit sensiblement parallèle à la surface du liquide et que le flux magnétique induit par la circulation d'un courant électrique dans ce bobinage pénètre à l'intérieur du réservoir, - un second bobinage, placé à proximité du premier bobinage et dont l'axe est sensiblement parallèle à la surface du liquide, - des moyens permettant d'envoyer un signal électrique dans le premier bobinage, et - un circuit électronique pour la mesure et l'interprétation de la tension aux bornes du second bobinage.

Un tel dispositif permet la mise en oeuvre du procédé décrit plus haut.

Les deux bobinages entourent de préférence le réservoir. De cette 10 manière on optimise le couplage entre les deux bobinages.

Une variante de réalisation peut prévoir toutefois que les deux bobinages sont disposés à proximité du réservoir, dans un plan sensiblement parallèle à un flanc du réservoir.

Le réservoir est par exemple destiné à prendre place sur un support et 15 on réalise alors avantageusement les deux bobinages sur ce support.

On peut également prévoir une forme de réalisation dans laquelle les bobinages sont réalisés sur une pièce en matière synthétique à l'intérieur de laquelle le réservoir vient s'emboîter.

Une forme de réalisation préférée prévoit que les deux bobinages sont 20 réalisés tous deux en fil de cuivre isolé et comportent sensiblement le même nombre de spires disposées sur une seule couche.

Le signal envoyé au niveau du circuit primaire doit être variable. On propose alors que les moyens permettant d'envoyer un signal électrique dans le premier bobinage comportent un générateur de signaux modulés, par exemple 25 des signaux carrés.

Les moyens de mesure et d'interprétation comportent par exemple un circuit résonnant accordé en fonction de la fréquence du signal envoyé dans le premier bobinage. Dans cette forme de réalisation, le circuit résonnant est accordé de préférence à une fréquence multiple impaire de la fréquence du signal envoyé 30 dans le premier bobinage, par exemple à une fréquence triple de la fréquence de ce signal.

Les moyens de mesure et d'interprétation de la tension aux bornes du second bobinage peuvent aussi comporter des moyens pour réaliser un redressement de cette tension ainsi que des moyens de filtrage.

La présente invention concerne aussi un ensemble constitué d'un réservoir amovible et d'un support destiné à recevoir le réservoir, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de mesure tel que décrit plus haut.

Enfin, la présente invention concerne un four vapeur, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de mesure tel que décrit plus haut.

Des détails et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui suit, faite en référence au dessin schématique annexé sur lequel: La figure 1 représente un support de réservoir pour la mise en oeuvre 10 d'un procédé selon l'invention, La figure 2 représente schématiquement un circuit électrique utilisé pour la mise en oeuvre dans la présente invention, La figure 3 montre schématiquement le gain du circuit de la figure 2 en fonction de la fréquence du signal appliqué à celui-ci, et La figure 4 montre une variante de réalisation du support de la figure 1.

La figure 1 représente un support 2 de réservoir destiné à un four vapeur. La présente invention est décrite par la suite en référence à un réservoir 3 de four vapeur mais elle peut bien entendu être adaptée à d'autres applications.

Ce support 2 est destiné à recevoir un réservoir en matière synthétique de forme 20 sensiblement parallélépipédique. Il présente lui aussi une forme parallélépipédique de dimensions légèrement supérieures à celles du réservoir 3 et l'une de ses faces présente une ouverture 4 sur l'avant du support destinée à permettre l'introduction et l'extraction du réservoir. Ce support 2 est lui aussi réalisé en matière synthétique.

On remarque également deux bobinages réalisés autour du support 2.

Un premier bobinage, dit bobinage primaire 6, se trouve, dans l'exemple représenté au dessin, du côté du fond, opposé à l'ouverture 4, du support 2 de réservoir tandis que l'autre bobinage, appelé bobinage secondaire 8, est disposé, parallèlement au premier, à quelques centimètres de celui-ci vers l'avant du 30 support 2 de réservoir. Chacun de ces bobinages comporte par exemple une vingtaine de spires et est réalisé à l'aide d'un fil de cuivre isolé d'un diamètre de 0,2 mm. Ces bobinages sont réalisés sur une seule couche et sont tous deux disposés dans un plan perpendiculaire à la surface du liquide dont on mesure le niveau. Ainsi les axes de ces bobinages sont parallèles à cette surface de liquide représentée sur la figure 1 en traits mixtes. Les fils réalisant ces bobinages sont reliés à une carte électronique. Entre le support 2 du réservoir et cette carte électronique, ces fils sont torsadés deux à deux (une paire de fils par bobinage).

Les bobinages primaire 6 et secondaire 8 forment un transformateur 5 dont le noyau magnétique est le réservoir lorsque celui-ci est en place dans son support 2. Ainsi, si l'on impose une tension aux bornes du bobinage primaire 6, il apparaît une tension aux bornes du bobinage secondaire 8 qui est liée au couplage magnétique, et donc au noyau, entre les deux bobinages. La tension relevée aux bornes du bobinage secondaire 8 dépendra donc des propriétés du 10 noyau qui varient en fonction du niveau de liquide se trouvant dans le réservoir 3.

Pour un four vapeur le liquide utilisé est bien entendu de l'eau. Toutefois, on peut envisager de mesurer tout niveau de liquide diamagnétique. Le réservoir est comme indiqué plus haut, de préférence réalisé en matière synthétique. Il convient d'éviter un réservoir 3 ayant une conductivité magnétique trop élevée. Il faut éviter 15 que la conductivité magnétique du liquide soit négligeable par rapport à celle du réservoir de telle sorte qu'une variation du niveau de liquide dans le réservoir produise une modification sensible de la conductivité de l'ensemble formé par le réservoir 3 et le liquide qu'il contient.

La figure 2 représente schématiquement les bobinages primaire 6 et 20 secondaire 8 intégrés dans un circuit électrique utilisés pour la mise en oeuvre de l'invention. On a repéré à l'aide des références 10, 12, 14 et 16 les bornes des bobinages. Le sens de bobinage est lié au sens de parcours du courant électrique.

Il est donc possible d'inverser le sens de bobinage à condition de le faire pour les deux solénoïdes. Les bornes 10, 12 du bobinage primaire sont alimentées 25 directement par un microcontrôleur disposé sur la carte électronique précitée. Le courant dans ce bobinage primaire 6 est limité à quelques microampères par une résistance R1 montée en série avec le bobinage primaire 6. On choisira par exemple une résistance de l'ordre du kQ, par exemple R1 = 1,5 kQ.

La valeur numérique de la résistance R1 est donnée à titre purement 30 illustratif et non limitatif. Il en va de même pour toutes les données numériques de la présente description. Ces valeurs sont des valeurs préférentielles pour l'application précise à un four vapeur particulier et peuvent donc sensiblement varier par exemple pour un four vapeur de dimensions différentes ou pour un autre domaine d'application.

Le courant étant très faible dans le bobinage primaire, le flux magnétique induit par ce bobinage primaire 6 sera lui aussi faible. Pour obtenir alors au niveau des bornes 14, 16 du bobinage secondaire 8 des valeurs de tension mesurables, un condensateur Cr est associé au bobinage secondaire pour former un circuit résonnant et ainsi amplifier le signal.

Soit Ve la tension à l'entrée du circuit électrique de la figure 2, c'estàdire la tension aux bornes de l'ensemble formé par la résistance R1 et le bobinage primaire 6 montés en série. La tension Ve correspond par exemple à un signal carré de 5 V d'une fréquence de 500 kHz. Ce signal est par exemple généré 10 directement par une sortie du microcontrôleur. Lorsqu'on a un quartz de microcontrôleur à 4 MHz la fréquence de 500 kHz peut être obtenue par une prédivision par 4 avec un timer initialisé pour une division de fréquence par 2. La sortie de ce signal se fait sur port logique.

Si on souhaite diminuer le courant circulant dans le bobinage primaire 15 6, en augmentant par exemple la valeur de la résistance R1, il faut alors augmenter par exemple le nombre de spires pour conserver la sensibilité de l'ensemble du circuit.

Au niveau du secondaire, la valeur de la capacité Cr est choisie de telle sorte que l'ensemble formé par le bobinage secondaire 8 et la capacité Cr forme 20 un circuit résonnant accordé à une fréquence multiple impaire de la fréquence du signal primaire. On choisit par exemple une fréquence de résonance triple de la fréquence au primaire, c'est-à-dire ici 1,5 MHz. On a alors par exemple Cr= 47 pF. Bien entendu, cette valeur varie avec le nombre de spires des bobinages et correspond à une section de bobinage donnée.

On obtient aux bornes du circuit résonnant une tension Vr. On remarque su'r le circuit secondaire également la présence d'une diode 18, d'une capacité Cf ainsi que d'une résistance Rf. Ces composants réalisent de manière connue un redressement mono alternance puis un filtrage permettant d'obtenir une tension (signal) de sortie Vs continue. Cf et Rf sont disposées en parallèle et 30 sont séparées du circuit résonnant par la diode 18. Tout autre schéma de redressement/filtrage peut être également appliqué.

A titre d'exemple numérique, on peut indiquer les valeurs suivantes Cf = I jF et Rf = 100 kQ. Ces valeurs permettent d'obtenir un filtrage efficace du signal à 1,5 MHz en sortie du circuit résonnant avec un temps de réponse inférieur à une seconde. La diode 18 est par exemple une diode 1N4148 qui peut être choisie ici pour sa rapidité, sa faible capacitance et son coût.

Le principe de fonctionnement de ce dispositif est le suivant.

L'inductance du circuit secondaire comportant le circuit résonnant formé par le 5 bobinage secondaire 8 et la capacité Cr est composé d'une part de l'inductance du bobinage secondaire 8 mais également d'une partie de l'inductance du bobinage primaire 6, cette partie de l'inductance du bobinage primaire 6 étant fonction du couplage magnétique entre les deux bobinages. Une variation de couplage entre les bobinages primaire 6 et secondaire 8 engendre donc une variation 10 d'inductance vue du circuit secondaire qui engendre à son tour une variation de la fréquence de résonance du circuit résonnant influant sur l'amplitude du signal Vr et donc par conséquent de la tension de sortie Vs.

De cette manière, pour un réservoir de dimension 50x150x200 mm et des bobinages correspondants de 50x150 mm de surface présentant 20 spires 15 chacune et espacés de 4 cm, avec les valeurs de composants et signaux précédemment donnés, on obtient une variation de tension au niveau de Vs de l'ordre de 500 mV entre un réservoir plein d'eau et un réservoir vide. Il est donc aisé de déduire le niveau de liquide dans le réservoir en fonction de cette tension Vs. On peut également remarquer la présence ou l'absence du réservoir qui se 20 traduit par une variation de la tension Vs de l'ordre de 60 mV.

Dans notre exemple numérique, le circuit résonnant est réalisé pour obtenir une fréquence de résonance de 1,5 MHz. Il faut que le circuit ainsi formé soit également sensible aux variations d'inductance. Il faut donc que la valeur inductive soit prépondérante sur la valeur capacitive. La valeur inductive étant 25 faible et ne pouvant augmenter la capacité, on choisit donc une fréquence de résonance élevée.

Dans les explications ci-dessus, il est inutile de prendre en compte les pertes par effet Joule qui sont liées à la résistance des bobinages 6 et 8 et sont constantes quel que soit le noyau magnétique.

La figure 3 illustre la variation du gain G en fonction de la fréquence.

Une première courbe 22 montre la variation de gain pour un réservoir rempli d'eau. La courbe 24 correspond quant à elle à un réservoir rempli uniquement à moitié tandis que la courbe 26 correspond à un réservoir ne contenant que de l'air.

La flèche 28 illustre la baisse de gain G lorsqu'on passe d'un réservoir plein d'eau à un réservoir vide. Pour que cette baisse de gain corresponde à une baisse de niveau, la fréquence de résonance du circuit résonnant est légèrement supérieure à la fréquence correspondant à la première harmonique du signal d'entrée Ve.

Donc dans le cas présent, la fréquence du signal d'entrée est de 500 kHz, la 5 première harmonique impaire se trouve donc à 1,5 MHz. Le circuit secondaire présente alors par exemple une fréquence de résonance, selon le niveau de remplissage du réservoir, comprise entre 1,501 et 1,515 MHz.

Des expériences ont montré que la présence de minéraux dans l'eau du réservoir n'avait que peu d'influence sur la mesure et ne perturbait quasiment pas 10 celle-ci. De même, la présence d'un capotage métallique autour du système de mesure peut créer des variations en ce qui concerne les valeurs des tensions relevées mais les variations de tension ne sont pas affectées. Des variations de température (pour l'utilisation dans un four vapeur) n'affectent pas non plus la mesure.

La figure 4 montre une variante de réalisation. On a représenté sur cette figure un réservoir 30. Sur un flanc de celui-ci, un support 32 porte deux bobinages 36 et 38. Ces bobinages s'étendent sur presque toute la hauteur du réservoir. Ils n'entourent pas celui-ci mais sont disposés parallèlement à un flanc de celui-ci. On réalise ainsi également un couplage des deux bobinages. 20 Toutefois, les variations de tension entre un réservoir vide et un réservoir plein d'eau sont plus faibles que dans le premier mode de réalisation décrit plus haut.

L'invention telle que décrite ci-dessus permet, avec l'utilisation de quelques composants électroniques simples et de deux bobinages, de réaliser une mesure suffisamment précise d'un niveau de liquide dans un réservoir. Le 25 procédé décrit, et le dispositif correspondant, permettent d'avoir une mesure continue (Vs varie continûment). La précision de la mesure est ici uniquement liée à la précision du système d'acquisition. On remarque en outre que la mesure se fait sans aucune connexion électrique avec le réservoir à l'intérieur duquel on mesure le niveau de liquide, sans contact avec le liquide. L'invention est adaptée 30 aussi bien à un réservoir muni d'un couvercle qu'un réservoir sans couvercle.

En plus de la mesure du niveau de liquide dans le réservoir, le procédé et le dispositif décrits ci-dessus permettent de détecter la présence, ou l'absence, du réservoir dans son support.

Le dispositif de mesure décrit ci-dessus présente également l'avantage, par rapport au dispositif connu de l'art antérieur de présenter un coût de revient inférieur.

La présente invention ne se limite pas aux variantes de réalisation décrites ci-dessus à titre d'exemples non limitatifs. Elle concerne également toutes 5 les variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier dans le cadre des

revendications ci-après.

Claims (15)

REVENDICATIONS

1. Procédé de mesure d'un niveau de liquide diamagnétique, notamment de l'eau ou similaire, dans un réservoir (3,30), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - envoi d'un signal électrique dans un premier bobinage (6) disposé à proximité du réservoir (3,30) de telle sorte que l'axe de ce bobinage soit sensiblement parallèle à la surface du liquide et que le flux magnétique induit par la circulation d'un courant électrique dans ce bobinage (6) pénètre à l'intérieur du réservoir, mesure de la tension aux bornes d'un second bobinage (8) disposé à proximité du premier bobinage (6) et du réservoir et dont l'axe est sensiblement parallèle à la surface du liquide, et - interprétation de la mesure de tension pour déterminer le taux de remplissage du réservoir (3,30) lorsque celui-ci est en place.

2. Procédé de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bobinages (6, 8) sont sensiblement parallèles l'un par rapport à l'autre.

3. Procédé de mesure selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le signal mesuré représentatif de la tension aux bornes du second bobinage est redressé et filtré.

4. Dispositif de mesure d'un niveau de liquide diamagnétique, notamment de l'eau ou similaire, dans un réservoir (3,30), caractérisé en ce qu'il comporte: -un premier bobinage (6) disposé à proximité du réservoir (3,30) de telle sorte que l'axe de ce bobinage soit sensiblement parallèle à la surface du 25 liquide et que le flux magnétique induit par la circulation d'un courant électrique dans ce bobinage (6) pénètre à l'intérieur du réservoir (3,30), - un second bobinage (8), placé à proximité du premier bobinage (6) et dont l'axe est sensiblement parallèle à la surface du liquide, - des moyens permettant d'envoyer un signal électrique dans le premier 30 bobinage, et - un circuit électronique pour la mesure et l'interprétation de la tension aux bornes du second bobinage (8).

5. Dispositif de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux bobinages (6, 8) entourent le réservoir (3).

6. Dispositif de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux bobinages (6, 8) sont disposés à proximité du réservoir (30), dans un plan sensiblement parallèle à un flanc du réservoir (30).

7. Dispositif de mesure selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé 5 en ce que le réservoir (3) est destiné à prendre place sur un support (2) et en ce que les deux bobinages (6, 8) sont réalisés sur le support (2).

8. Dispositif de mesure selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les bobinages (6, 8) sont réalisés sur une pièce en matière synthétique à l'intérieur de laquelle le réservoir (3) vient s'emboîter.

9. Dispositif de mesure selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que les deux bobinages (6, 8) sont réalisés tous deux en fil de cuivre isolé et comportent sensiblement le même nombre de spires disposées sur une seule couche.

10. Dispositif de mesure selon l'une des revendications 4 à 9, 15 caractérisé en ce que les moyens permettant d'envoyer un signal électrique dans le premier bobinage (6) comportent un générateur de signaux modulés, par exemple des signaux carrés.

11. Dispositif de mesure selon l'une des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que les moyens de mesure et d'interprétation comportent un 20 circuit résonnant (8, Cr) accordé en fonction de la fréquence du signal envoyé dans le premier bobinage (6).

12. Dispositif de mesure selon la revendication 11, caractérisé en ce que le circuit résonnant (8, Cr) est accordé à une fréquence multiple impaire de la fréquence du signal envoyé dans le premier bobinage (6), par exemple à une 25 fréquence triple de la fréquence de ce signal.

13. Dispositif de mesure selon l'une des revendications 4 à 12, caractérisé en ce que les moyens de mesure et d'interprétation de la tension aux bornes du second bobinage (8) comportent des moyens (18) pour réaliser un redressement de cette tension ainsi que des moyens de filtrage (Cf, Rf).

14. Ensemble constitué d'un réservoir (3) amovible et d'un support destiné à recevoir le réservoir (3), caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de mesure selon l'une des revendications 4 à 13.

15. Four vapeur, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de

mesure selon l'une des revendications 4 à 13.