FR2932564A1 - Capacitive liquid level transmitter sensor for e.g. electricity conductive liquid in automobile field, has substrate on which bipolar electrodes constituted of segments modulated in length, width, number and space are integrated - Google Patents

Capacitive liquid level transmitter sensor for e.g. electricity conductive liquid in automobile field, has substrate on which bipolar electrodes constituted of segments modulated in length, width, number and space are integrated Download PDF

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Abstract

The sensor has an insulating substrate (2) on which longitudinal bipolar electrodes constituted of segments modulated in length, width, number and space are integrated. A structure of conductive zones is constituted of two electrical capacitors, where the electrical capacitors vary depending on the height of the fluid after transfer characteristics is mathematically determined in accordance with a specific equation. The substrate has surfaces in contact with liquid and coated with a resin e.g. high temperature resin or reflecting insulating resin.

Description

CAPTEUR-TRANSMETTEUR CAPACITIF DE NIVEAU LIQUIDE LIQUID LEVEL CAPACITIVE SENSOR-TRANSMITTER

SOMMAIRE La présente invention concerne un capteur transmetteur de niveau liquide entièrement statique (aucune pièce en mouvement même à micro déplacement) pouvant être adapté aux liquides conducteurs et non-conducteurs de l'électricité. SUMMARY The present invention relates to a fully static liquid level transmitter sensor (no moving part even micro displacement) that can be adapted to conductive and non-conductive liquids electricity.

Il est basé sur le principe d'une capacité électrique variable en fonction de la hauteur rendue indépendante des caractéristiques diélectriques du liquide considéré (nature et température de ce dernier). It is based on the principle of a variable electrical capacitance as a function of the height rendered independent of the dielectric characteristics of the liquid in question (nature and temperature of the latter).

La géométrie, la nature et le traitement de surface de ce substrat, permet à cette technologie de réaliser des systèmes de mesure de niveau liquide applicables à des produits tels que l'urée, eau quelconque, liquide de frein, liquides comportant des antigels, liquide de refroidissement, huile de lubrification, fioul et différentes essences pour moteurs à explosion. The geometry, nature and surface treatment of this substrate, allows this technology to realize liquid level measurement systems applicable to products such as urea, any water, brake fluid, liquids containing antifreeze, liquid cooling, lubricating oil, fuel oil and different gasolines for internal combustion engines.

Ce système permet également de délivrer une mesure supplémentaire de la caractéristique 20 diélectrique du liquide, significative, de sa nature et de son taux de pollution par des particules conductrices (huile en particulier). This system also makes it possible to deliver an additional measurement of the dielectric characteristic of the liquid, which is significant, of its nature and of its level of pollution by conductive particles (oil in particular).

La structure monolithique multi-couches et multi-faces de ce substrat-capteur réduit les risques d'encrassement pouvant se produire dans les assemblages. L'acquisition des variables capacitives de mesure et de correction, est réalisée par un circuit électronique miniature intégré à l'une des extrémités de ce substrat. The multi-layer and multi-face monolithic structure of this sensor substrate reduces the risk of fouling that can occur in the assemblies. The acquisition of capacitive measurement and correction variables is performed by a miniature electronic circuit integrated at one of the ends of this substrate.

La très faible largeur et la longueur adaptable rendent compatible ce système avec la plupart des 30 applications projetées. The very small width and adaptable length make this system compatible with most of the 30 projected applications.

Un dessin particulier de la base de ce système permet à ce dernier d'assurer une mesure à partir du niveau zéro. 25 35 1 ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE La mesure des niveaux dans les liquides conducteurs (eau, urée...) et non conducteurs (huile, essence, fioul...) a fait l'objet sur plusieurs décennies de développements et de réalisations les plus diverses parmi lesquels on peut citer d'une manière non exhaustive : - Système à flotteur associé à un potentiomètre pour la conversion en signal électrique - Système à flotteur associé à un codage optique ou magnétique - Système à flotteur actionnant à distance un dispositif de conversion électrique - Dispositif à ultra son - Système à capacité variable discontinue en fonction du niveau (faible résolution) - Système à multi-contacts secs déclenchés en fonction du niveau (faible résolution) - Système à capacité variable d'une façon continue en fonction du niveau (grande résolution) - Système à détection optique - Système mesurant une impédance proportionnelle à la hauteur - Conversion d'une poussée d'Archimède par un capteur à jauges extensométriques - Capteur de pression situé au fond du réservoir A particular design of the base of this system allows the latter to ensure a measurement from the zero level. SUMMARY OF THE PRIOR ART The measurement of levels in conductive liquids (water, urea, etc.) and non-conductive liquids (oil, gasoline, fuel oil, etc.) has been the subject of several decades of developments and achievements. the most diverse of which may be mentioned in a non-exhaustive manner: - Float system associated with a potentiometer for conversion into electrical signal - Float system associated with an optical or magnetic coding - Float system remotely operating a device electrical conversion - Ultra-sonic device - Discontinuous variable capacitance-dependent system (low resolution) - High-level-triggered dry multi-contact system (low resolution) - Continuously variable capacitance system as a function of level (high resolution) - Optical sensing system - System measuring impedance proportional to height - Converting an Archimedean thrust by a strain gauge sensor - Pressure sensor located at the bottom of the tank

Après avoir analysé les brevets internationaux relatifs aux mesures de niveau liquide orientée particulièrement sur les systèmes dits capacitifs nous avons constaté les éléments suivants : 20 Absence de caractéristiques de stabilité ou de précision After having analyzed the international patents relating to liquid level measurements oriented particularly on so-called capacitive systems, we have noted the following elements: Absence of stability or precision characteristics

Absence de fonction de transfert caractérisé 25 Structure plus ou moins complexe se traduisant par des assemblages à coût élevé   No transfer function characterized 25 More or less complex structure resulting in high cost assemblies

Structure hétérogène comportant des obstacles à l'écoulement du fluide susceptible de modifier la caractéristique de transfert par suite de couches de dépôt perturbatrices   Heterogeneous structure with obstacles to fluid flow that can change the transfer characteristic due to disruptive deposition layers

30 Pas de quantification des variations relatives de capacité (variation capacitive en fonction de la hauteur / capacité de base) Il est important de souligner que ce facteur a une influence directe sur la précision à long terme compte tenu de l'instabilité de la capacité de base (capacité parasite en parallèle sur la variation de capacité). 2 Structure montrant la très faible amplitude pleine échelle de la variation de capacité, étant précisé que cette dernière doit avoir une valeur suffisante pour être traitée par des circuits d'acquisition sans risque d'instabilité des performances (supérieure à 10 pF). Structure mécanique complexe engendrant un coût non compatible avec les applications en grande série (électroménager, automobile, petits réservoirs divers) No quantification of relative capacitance variations (capacitive versus height / base capacitance variation) It is important to emphasize that this factor has a direct influence on the long-term accuracy given the instability of capacitance. base (parallel parasitic capacitance on capacitance variation). 2 Structure showing the very small full-scale amplitude of the capacity variation, it being specified that the latter must have a value sufficient to be processed by acquisition circuits without risk of instability of performance (greater than 10 pF). Complex mechanical structure generating a cost not compatible with large-scale applications (household appliances, automobile, small tanks)

Modèles technologiquement différents suivant la constante diélectrique ou la 10 conductivité, obligeant la création d'outils de production spécifiques des applications.   Technologically different models according to the dielectric constant or the conductivity, forcing the creation of application-specific production tools.

Structure mécanique dont la forme ne permet que difficilement la réalisation d'un capteur non rectiligne quelquefois nécessaire suivant les applications rencontrées. 15 Structures discontinues composées de multiples électrodes longitudinales ne permettant pas d'avoir une résolution infinie et se traduisant par un grand nombre de liaisons entre l'électrode de mesure et le circuit électronique de conditionnement. II est important de souligner que cette mesure discontinue, indépendamment de la 20 mauvaise résolution, ne permet pas la mise en évidence d'ondulation de niveau de faible amplitude. Cette faible résolution ne permet pas de réaliser des systèmes d'alarme déclenchés par une immersion brutale dans un liquide au repos.   Mechanical structure whose shape makes it difficult to achieve a non-rectilinear sensor sometimes necessary according to the applications encountered. Discontinuous structures composed of multiple longitudinal electrodes that do not allow infinite resolution and result in a large number of connections between the measuring electrode and the electronic conditioning circuit. It is important to emphasize that this discontinuous measurement, regardless of the poor resolution, does not allow the detection of low amplitude level ripple. This low resolution does not allow to realize alarm systems triggered by a sudden immersion in a liquid at rest.

25 Variation de la permittivité du liquide agissant directement sur la mesure. Il est important de préciser qu'une correction thermique de la constante diélectrique du liquide ne résout que partiellement le problème de l'étalonnage, la permittivité des différents fluides (huile en particulier) variant en fonction de son type et de son vieillissement dans les moteurs thermiques. 30 Capacité parasite parallèle sur la capacité variable de mesure réduisant considérablement la sensibilité relative se traduisant par : - Multiplication de l'erreur par soustraction de grands nombres - Instabilités dues à la variation en température ou dans le temps de ces capacités 35 parasites 3 Pas d'indication sur la correction de la dérive des capacités parasites parallèles (substrat et assemblage) en fonction de l'humidité, de la température et du temps de vieillissement. Pas de calcul des erreurs de stabilité et de linéarité engendrés par des dérives mécaniques ou de constantes diélectriques par suite de la non différentialité des actions sur le champs électrique. 25 Variation of the permittivity of the liquid acting directly on the measurement. It is important to specify that a thermal correction of the dielectric constant of the liquid solves only partially the problem of the calibration, the permittivity of the various fluids (oil in particular) varying according to its type and its aging in the engines thermal. Parallel parasitic capacitance on the variable measuring capacitance considerably reducing the relative sensitivity resulting in: - Multiplication of the error by subtraction of large numbers - Instabilities due to the variation in temperature or time of these parasitic capacitances 3 indication on the correction of the drift of parallel parasitic capacitances (substrate and assembly) as a function of humidity, temperature and aging time. No calculation of the stability and linearity errors generated by mechanical drifts or dielectric constants due to the non-differential action on the electric field.

Pas d'indication de l'ordre de grandeur des précisions globales pouvant être obtenue par les solutions proposées.   No indication of the order of magnitude of the global accuracies that can be obtained by the proposed solutions.

Réalisation souvent complexe ne permettant pas une fabrication en masse sous forme de wafers interdisant toute implantation, contrôles et réglages automatisés nécessaires à la réduction des coûts. Capteur réalisé par des surfaces parallèles planes ou concentriques susceptibles de créer des instabilités par suite de la modification de l'espace diélectrique inter-électrode. 20 Ci-après, l'essentiel des brevets consultés pour analyse : 1 - Capteur de niveau capacitif pourvu d'une pluralité de segments comprenant chacun un condensateur et un circuit Inventeur : SLEZAK JAN [NL] ; Demandeur : SIEMENS MILLTRONICS SCHOENMAKERS KEES [NL] PROCESS IN [CA] 25 Publication : EP1902278 (Al) - 2008-03-26 CIB : GO1.F23/26; G01F23/22   Achievement often complex not allowing a mass production in the form of wafers prohibiting any implementation, controls and automated adjustments necessary to reduce costs. Sensor realized by planar or concentric parallel surfaces liable to create instabilities as a result of the modification of the inter-electrode dielectric space. Hereinafter, the essence of the patents consulted for analysis: 1 - Capacitive level sensor provided with a plurality of segments each comprising a capacitor and an inventor circuit: SLEZAK JAN [NL]; Applicant: SIEMENS MILLTRONICS SCHOENMAKERS KEES [NL] PROCESS IN [CA] 25 Publication: EP1902278 (A1) - 2008-03-26 IPC: GO1.F23 / 26; G01F23 / 22

2 Capteur capacitif pour détecter le niveau de substances électriquement conductrices, en particulier de liquides Inventeur : AGUGLIA JORGE MIGUEL [IT] Demandeur : SIE M S R L [IT] Publication : EP1816448 (Al) - 2007-08-08 CIB : GOI.F23/26; G01F23/22 2 Capacitive sensor for detecting the level of electrically conductive substances, in particular liquids Inventor: AGUGLIA JORGE MIGUEL [IT] Applicant: SIE MSRL [IT] Publication: EP1816448 (A1) - 2007-08-08 CIB: GOI.F23 / 26 ; G01F23 / 22

3 Capteur de niveau capacitif Inventeur : MATEA STEIIAN MARIUS [RO] Demandeur : MOONHAVEN LLC [US] Publication : EP1677085 (A2) - 2006-07-05 CIB : A47L 1.5/42; D06F39/08 ; GOl. F23/26 (+3) 30 35 4 Capteur de niveau capacitif pour un liquide diélectrique Inventeur : BOCCACCIO GIOVANNI [IT] Publication : EP1091198 (Al) - 2001-04-11 5 Circuit et capteur capacitif de mesure du niveau Inventeur : MARTIN BARRY E [US] ; TYMOSZUK STEPHEN [US] (+ 1) Publication : EP1274972 (A2) - 2003-01-15 6 Procédé et dispositif pour l'évaluation des signaux d'un capteur de niveau capacitif Demandeur : BITRON SPA [IT] CIB : GO1.F23/26; G01F23/22; (IPCI-7): GOI F23/26 Capacitive level sensor Inventor: MATEA STEIIAN MARIUS [RO] Applicant: MOONHAVEN LLC [US] Publication: EP1677085 (A2) - 2006-07-05 IPC: A47L 1.5 / 42; D06F39 / 08; Gol. F23 / 26 (+3) 30 35 4 Capacitive level sensor for a dielectric liquid Inventor: BOCCACCIO GIOVANNI [IT] Publication: EP1091198 (Al) - 2001-04-11 5 Circuit and capacitive sensor for level measurement Inventor: MARTIN BARRY E [US]; TYMOSZUK STEPHEN [US] (+ 1) Publication: EP1274972 (A2) - 2003-01-15 6 Method and apparatus for evaluating the signals of a capacitive level sensor Applicant: BITRON SPA [IT] IPC: GO1.F23 / 26; G01F23 / 22; (IPCI-7): GOI F23 / 26

Demandeur : ROBERTSHAW CONTROLS CO [US] ; MARTIN BARRY E [US] CIB : GO1.F23/26; G01F23/22 ; (IPCI-7): G01 F23/26 Inventeur : RAFFALT FEUX DIPL-ING [DE]; WOEHRLE SIEGBERT DIPL-ING [DE] Publication : EP0724140 (Al) - 1996-07-31 Applicant: ROBERTSHAW CONTROLS CO [US]; MARTIN BARRY E [US] IBC: GO1.F23 / 26; G01F23 / 22; (IPCI-7): G01 F23 / 26 Inventor: RAFFALT LIGHTS DIPL-ING [DE]; WOEHRLE SIEGBERT DIPL-ING [DE] Publication: EP0724140 (A1) - 1996-07-31

7 Capteur de niveau liquide capacitif Inventeur : LIN YINGJIE [US] Publication : EP1845347 (A2) - 2007-10-17Demandeur : GRIESHABER VEGA KG [DE] 7 Capacitive liquid level sensor Inventor: LIN YINGJIE [US] Publication: EP1845347 (A2) - 2007-10-17Applicant: GRIESHABER VEGA KG [DE]

CIB : GOI.F23/26; G01F23/22 ; (IPC1-7): G01F23/26 IPC: GOI.F23 / 26; G01F23 / 22; (IPC1-7): G01F23 / 26

Demandeur : DELPHI TECH INC [US] CIB : GO1.F23/26; G01F23/22 8 Capteur capacitif de niveau d'un liquide Inventeur : BARLESI LORENZO [BE] ; CHIAFFI MICHEL [FR] (+1) Publication : EP1831653 (A2) - 2007-09-12 9 Capteur capacitif de niveau d'un liquide et méthode d'estimation du niveau Inventeur : BARLESI LORENZO [BE] ; CHIA FFI Demandeur: INERGY AUTOMOTIVE SYSTEMS Demandeur: INERGY AUTOMOTIVE SYSTEMS RES [BE] CIB : GO1.F23/26; G01F23/22 MICHEL [FR] (+ 1) Publication : EP1831652 (A2) - 2007-09-12 RES [BE] CIB : GOLF23/26; G01F23/22 10 Capteur de niveau capacitif avec détection intégrée de film d'impuretés Inventeur : BYATT ANTHONY [CH] ; CHRISTEN THOMAS [CH] (+3) Publication : EP0926475 (A2) - 1999-06-30 Demandeur : ABB RESEARCH LTD [CH] CIB : GO1.F23/26; G01F23/22; (IPC1-7): G01F23/26 5 1l Capteur capacitif de niveau Inventeur : GOEKLER LEWIS E [US] Demandeur : STANDEX INT CORP [US] Publication : EP0377508 (AI) - 1990-07-11 CIB : G01F23/26; G01F23/22 ; (IPC1-7): G01F23/2 Applicant: DELPHI TECH INC [US] IBC: GO1.F23 / 26; G01F23 / 22 8 Capacitive level sensor of a liquid Inventor: BARLESI LORENZO [BE]; CHIAFFI MICHEL (EN) (+1) Publication: EP1831653 (A2) - 2007-09-12 9 Capacitive level sensor for a liquid and inventor level estimation method: BARLESI LORENZO [BE]; CHIA FFI Applicant: INERGY AUTOMOTIVE SYSTEMS Applicant: INERGY AUTOMOTIVE SYSTEMS RES [BE] CIB: GO1.F23 / 26; G01F23 / 22 MICHEL [EN] (+ 1) Publication: EP1831652 (A2) - 2007-09-12 RES [BE] IPC: GOLF23 / 26; G01F23 / 22 10 Capacitive level sensor with integrated dirt film detection Inventor: BYATT ANTHONY [CH]; CHRISTEN THOMAS [CH] (+3) Publication: EP0926475 (A2) - 1999-06-30 Applicant: ABB RESEARCH LTD [CH] CIB: GO1.F23 / 26; G01F23 / 22; (IPC1-7): G01F23 / 26 5 1l Capacitive level capacitor Inventor: GOEKLER LEWIS E [US] Applicant: STANDEX INT CORP [US] Publication: EP0377508 (AI) - 1990-07-11 IPC: G01F23 / 26; G01F23 / 22; (IPC1-7): G01F23 / 2

12 Machine d'emballage pour la fabrication continue d'emballages scellés pour un produit alimentaire coulable, ayant un capteur de niveau capacitif Inventeur : BASSISSI FABIO [IT] ; Demandeur : TETRA LAVAL HOLDINGS & GALAVOTTI GIORGIO [IT] FINANCE [CH] Publication : EP1053940 (AI) - 2000-11-22 CIB : 86589/10; 86589/20; 865857/10 (+6) 12 Packaging machine for the continuous manufacture of sealed packages for a pourable food product having a capacitive level sensor Inventor: BASSISSI FABIO [IT]; Applicant: TETRA LAVAL HOLDINGS & GALAVOTTI GIORGIO [IT] FINANCE [CH] Publication: EP1053940 (AI) - 2000-11-22 IPC: 86589/10; 86589/20; 865857/10 (+6)

13 Segments comprenant chacun une capacitance et un circuit Inventeur : SCHOENMAKERS KEES [NL] : Demandeur: SIEMENS MILLTRONICS 15 SLEZAK JAN [NL] PROCESS IN [CA] Publication : EP1744132 (AI) - 2007-01-17 CIB : G01F23/26; G01F23/22 13 Segments Each Comprising a Capacitance and a Circuit Inventor: SCHOENMAKERS KEES [NL]: Applicant: SIEMENS MILLTRONICS SLEZAK JAN [NL] PROCESS IN [CA] Publication: EP1744132 (A1) - 2007-01-17 CIB: G01F23 / 26; G01F23 / 22

14 Circuit électronique comportant un capteur capacitif à faible niveau de bruit et accéléromètre équipé de ce circuit 20 Inventeur : WILLEMIN MICHEL [CH] ; Demandeur: EM MICROELECTRONIC MARIN PFEFFERLI BEAT [CH] SA [CH] Publication : EP1691203 (AI) - 2006-08-16 CIB : G01P15/125; GO1P15/18; G01P15/125 (+1) 15 Capteur capacitif du niveau d'un liquide. 25 Inventeur: DAVIS JAMES EDWARD [US] Publication: EPO438158 (Al) - 1991-07-24 10 Demandeur: DU PONT [US] CIB : G01 F23/26; G01N35/10; G01F23/22 5+2) Capacitive liquid level sensor : 30 Capacitive liquid level sensor : Device for measuring levels : Sensor for levels of conductive liquids : Capteur de niveau capacitif : Measuring the content of carbonaceous matters in oil : 35 Capacitive liquid level : Compensated capacitive liquid level sensor : Capacitive liquid level sensor : Capteur de niveau capacitif : US 20070240506 US 6073488 ù US 622373181 EP1470394 US 7219545B2 EP1877085A2 EP0291363 W003/02331AI US 6490920B1 EP1677083 EP1677085A2 6 Capacitive liquid level sensor : Liquid quality and level sensor : Capacitive liquid level sensor : Capacitive level probe : Liquid level sensor virtual ring : Liquid level sensing device : Method for rneasuring fluid level : Reservoir liquid level capacitive : Liquid level sensor : Capacitive transducer : Capacitive liquid level sensor : Capteur de niveau capacitif : US2007240506 US2007252715 US 4841227 - 5142909 WO 2006128721 US 7145465B2 US 6935173B2 US 6497144B I FR2752053 US 6408692B I EP0334441 EP1617083 EP 1677085A2 PRINCIPE Cette invention dénommée capteur-transmetteur de niveau se compose d'un substrat multifaces actives monolithique d'une section rectangulaire et d'une longueur spécifique de l'application. Electronic circuit comprising a capacitive sensor with low noise level and accelerometer equipped with this circuit Inventor: WILLEMIN MICHEL [CH]; Applicant: EM MICROELECTRONIC MARINE PFEFFERLI BEAT [CH] SA [CH] Publication: EP1691203 (AI) - 2006-08-16 IPC: G01P15 / 125; GO1P15 / 18; G01P15 / 125 (+1) 15 Capacitive sensor for the level of a liquid. Inventor: DAVIS JAMES EDWARD [US] Publication: EPO438158 (A1) - 1991-07-24 10 Applicant: BRIDGE [US] CIB: G01 F23 / 26; G01N35 / 10; G01F23 / 22 5 + 2) Capacitive liquid level sensor: Capacitive liquid level sensor: Capacitive liquid level sensor: Capacitive liquid level sensor: Capacitive liquid level sensor: Capacitive liquid level: Compensated capacitive liquid level sensor: Capacitive liquid level sensor: capacitive level sensor: US 20070240506 US 6073488 US 622373181 EP1470394 US EP1577085A2 Liquid level sensor: Liquid level sensor: Liquid level sensor: Liquid level sensor: Capacitive liquid level sensor: Capacitive liquid level sensor: Capacitive liquid level sensor: Capacitive level sensor: Capacitive level sensor: Capacitive level sensor: US2007240506 US2007252715 US 4841227 - 5142909 WO 2006128721 US 7145465B2 US 6935173B2 US 6497144B I FR2752053 US PRINCIPLE This invention, referred to as a level sensor-transmitter, consists of a monolithic active multifaceted substrate having a rectangular section and a specific length of the application.

Une capacité électrique (condensateur) est constituée par un diélectrique d'épaisseur et de 20 hauteur variable en fonction du niveau. An electrical capacitance (capacitor) is constituted by a dielectric of thickness and variable height depending on the level.

Ce diélectrique est composé latéralement de deux parties en série dont l'une représente une très faible épaisseur constante sur toute la hauteur et dont l'autre, est assurée par le liquide à mesurer. This dielectric is composed laterally of two parts in series, one of which represents a very small constant thickness over the entire height and the other is provided by the liquid to be measured.

25 Les valeurs de ces deux capacités en série varient en fonction de la hauteur. The values of these two serial capacities vary according to the height.

La répartition horizontale de ces deux capacités en série dépend de la valeur de la constante diélectrique du liquide et de la constante diélectrique du revêtement de surface. The horizontal distribution of these two capacitors in series depends on the value of the dielectric constant of the liquid and the dielectric constant of the surface coating.

30 Ce revêtement de surface a été choisi pour être insensible à l'action des différents produits projetés et peut fonctionner à une température atteignant 200°C. This surface coating has been chosen to be insensitive to the action of the different products being sprayed and can operate at a temperature up to 200 ° C.

La capacité électrique variable en fonction de la hauteur résulte de l'immersion du capteur dans des fluides de permittivités différentes (liquide et air environnant). 35 7 CARACTERISTIQU ES PARTICULIERES - Fonctionnement technologique identique pour les liquides conducteur et non-conducteur - Mesure des caractéristiques diélectriques du fluide à mesurer par un second capteur imbriqué au capteur de mesure de niveau La base du substrat-capteur est composée de deux structures capacitives juxtaposées n'augmentant pas la largeur et permettant la génération d'une mesure linéaire de niveau à partir de l'origine - Possibilité de délivrer un signal de mesure significatif de la nature du liquide ou de l0 son vieillissement - Possibilité de délivrer une information de mesure de niveau indépendante des caractéristiques diélectriques du liquide - Très faibles dimensions - Hauteur adaptable de quelques centimètres à un mètre 15 - Intégration du circuit électronique de conditionnement ù transmission standardisée sur le substrat de mesure - Substrat ù capteur dont les caractéristiques dimensionnelles peuvent être adaptées à l'application étant précisé que pour des hauteurs supérieures à un mètre, une structure mécanique de rigidification doit y être associée. 20 - Possibilité de mesurer la hauteur d'un liquide conducteur situé à la base du réservoir indépendamment de la hauteur d'un liquide non conducteur (densité inférieure), situé au-dessus quelle que soit la hauteur de ce dernier. Possibilité pour certaines versions, à temps de réponse très court, de détecter des ondulations de très faible amplitude de la surface du liquide (alarme) par suite d'une 25 perturbation brutale engendrant des ondulations de la surface. - Structure mécanique du substrat-capteur monotone sans obstacle modifiant la vitesse d'écoulement et susceptible d'augmenter la rétention permanente de dépôt. The variable electrical capacitance according to the height results from the immersion of the sensor in fluids of different permittivities (liquid and surrounding air). 35 7 SPECIFIC CHARACTERISTICS - Identical technological operation for conductive and non-conductive liquids - Measurement of the dielectric characteristics of the fluid to be measured by a second sensor embedded in the level sensor The base of the sensor substrate consists of two capacitive structures juxtaposed not increasing the width and allowing the generation of a linear level measurement from the origin - Possibility of delivering a measurement signal significant of the nature of the liquid or its aging - Possibility of delivering measurement information level independent of the dielectric characteristics of the liquid - Very small dimensions - Height adaptable from a few centimeters to one meter 15 - Integration of the electronic conditioning circuit with standardized transmission on the measuring substrate - Substrate - sensor whose dimensional characteristics can be adapted to the 'applicati it being specified that for heights greater than one meter, a mechanical stiffening structure must be associated therewith. 20 - Possibility of measuring the height of a conductive liquid located at the base of the reservoir regardless of the height of a non-conductive liquid (lower density), located above regardless of the height of the latter. Possibility for certain versions, with a very short response time, to detect very small amplitude ripples of the liquid surface (alarm) as a result of a sudden disturbance causing ripples of the surface. - Mechanical structure of monotonous substrate-sensor without obstacle modifying the flow velocity and likely to increase the permanent retention of deposit.

DESCRIPTION 30 L'essentiel de la partie longitudinale de ce capteur d'une épaisseur inférieure à 3 mm et d'une largeur inférieure à 16 mm est constitué de lignes conductrices parallèles obtenues par gravure d'un substrat isolant et dont l'extrémité supérieure comporte le circuit d'acquisition et de traitement des données. 8 Cette structure de lignes conductrices parallèles, efficaces dans deux directions perpendiculaires (champ électrique de surfaces juxtaposées et champ électrique de plans parallèles), se traduit par des capacités électriques variables en fonction de la hauteur et de la caractéristique diélectrique du liquide immergeant. L'acquisition par le circuit électronique de ces capacités électriques variables, assure l'élimination de l'influence des caractéristiques diélectriques sur la mesure de niveau. DESCRIPTION The essential part of the longitudinal part of this sensor having a thickness of less than 3 mm and a width of less than 16 mm consists of parallel conductive lines obtained by etching an insulating substrate and whose upper end comprises the data acquisition and processing circuit. This structure of parallel conductive lines, effective in two perpendicular directions (electric field of juxtaposed surfaces and electric field of parallel planes), results in variable electrical capacitances as a function of the height and the dielectric characteristic of the immersing liquid. The acquisition by the electronic circuit of these variable electrical capacitances, ensures the elimination of the influence of the dielectric characteristics on the measurement of level.

La longueur, la largeur et le dessin des connexions de ces lignes conductrices parallèles ont pour 10 objectif de moduler la fonction de transfert capacitive. The length, width and design of the connections of these parallel conductive lines are intended to modulate the capacitive transfer function.

Les lignes conductrices parallèles aux lignes de référence (zéro) sont modulées en longueur afin d'obtenir un fonctionnement analogique dans le sens longitudinal et un fonctionnement numérique dans le sens latéral. L'application de ce principe pour la partie inférieure du substrat-capteur permet de disposer simultanément de deux mesures capacitives sans augmenter la largeur. The conductive lines parallel to the reference lines (zero) are modulated in length in order to obtain an analog operation in the longitudinal direction and a numerical operation in the lateral direction. The application of this principle for the lower part of the sensor substrate makes it possible to simultaneously have two capacitive measurements without increasing the width.

Le traitement électronique de ces deux capacités imbriquées permet de générer un signal 20 électrique de sortie indépendant des variations diélectriques du liquide (caractéristiques de base, température, pollution) à partir de l'origine basse du capteur (suppression d'une hauteur non efficace). The electronic processing of these two nested capacitors makes it possible to generate an electrical output signal that is independent of the dielectric variations of the liquid (basic characteristics, temperature, pollution) from the low origin of the sensor (removal of an inefficient height). .

Les signaux électriques de mesure disponibles à l'extrémité supérieure peuvent être analogiques 25 (tension variable) ou numériques (PWM) proportionnels à la hauteur de la zone immergée et des caractéristiques du liquide. The electrical measurement signals available at the upper end may be analog (variable voltage) or digital (PWM) proportional to the height of the submerged zone and the characteristics of the liquid.

La forme et le traitement de surface de ce substrat assurent un écoulement convenable, suivant les viscosités du liquide, réduisant l'action des ménisques positifs ou négatifs préjudiciables à la 30 précision. The shape and surface treatment of this substrate ensures proper flow, depending on the viscosities of the liquid, reducing the action of the positive or negative menisci detrimental to accuracy.

Le monolithisme et la géométrie monotone de ce substrat-capteur suppriment tout risque de piège pour les liquides visqueux par opposition aux structures composées d'électrodes à surfaces importantes parallèles. 15 35 9 Un revêtement à haute température et réfléchissant du substrat protège ce dernier contre les agressions chimiques et réduit considérablement l'accrochage de particules perturbatrices pouvant être contenu dans le liquide de base. The monolithic and monotonous geometry of this sensor substrate eliminates any risk of trap for viscous liquids as opposed to structures composed of electrodes with large parallel surfaces. A high temperature and reflective coating of the substrate protects the substrate against chemical attack and considerably reduces the clinging of disturbing particles that may be contained in the base liquid.

Des signaux de rétroactions positives permettent de minimiser l'influence des capacités parasites parallèles pouvant créer des instabilités et réduisant la sensibilité. Positive feedback signals can minimize the influence of parallel parasitic capacitances that can create instabilities and reduce sensitivity.

Les multi-faces capacitives actives du substrat immergé ont des fonctions complémentaires permettant de prendre en compte simultanément la hauteur et les caractéristiques du liquide et 10 réduisent les dérives dues aux variations des isolements par l'utilisation d'un mode différentiel. The active capacitive multi-faces of the immersed substrate have complementary functions making it possible to simultaneously take into account the height and the characteristics of the liquid and reduce the drifts due to the variations of the insulations by the use of a differential mode.

La distance des plans parallèles capacitifs conjugués avec la surface correspondante permet une concentration des champs électriques ne nécessitant pas une métallisation de ces faces réduisant ainsi le coût de fabrication tout en conservant une capacité électrique linéique suffisante. Le circuit électronique d'acquisition et de traitement situé à l'extrémité supérieure du capteur de niveau est gravé sur le même substrat augmentant ainsi considérablement la stabilité et la fiabilité par la suppression de lignes filaires. The distance of the capacitive parallel planes conjugated with the corresponding surface makes it possible to concentrate the electric fields that do not require metallization of these faces, thereby reducing the manufacturing cost while maintaining a sufficient electrical linear capacitance. The electronic acquisition and processing circuit located at the upper end of the level sensor is etched on the same substrate thus greatly increasing the stability and reliability by the removal of wire lines.

20 FONCTIONNEMENT Le substrat-capteur est composé de lignes conductrices verticales bipolaires dont l'association permet de constituer un ou deux condensateurs variant avec la hauteur de la zone immergée et de la permittivité différentielle. 20 OPERATION The sensor substrate is composed of bipolar vertical conductive lines whose combination makes it possible to form one or two capacitors varying with the height of the immersed zone and the differential permittivity.

25 La permittivité absolue du condensateur composée par les électrodes immergées à longueur variable (hauteur du liquide) étant supérieure à la permittivité absolue du condensateur composée par les électrodes émergées (hauteur complémentaire de la hauteur immergée), la variable capacitive dépendra de ces permittivités différentielles. The absolute permittivity of the capacitor composed by the immersed electrodes of variable length (liquid height) being greater than the absolute permittivity of the capacitor composed by the emerged electrodes (height complementary to the immersed height), the capacitive variable will depend on these differential permittivities.

30 La géométrie de la coupe horizontale en deux dimensions du substrat permet de disposer d'une variable capacitive dépendant de la hauteur (axe Z) et de la forme des zones conductrices de la coupe horizontale (axes X et Y). 1510 En d'autres termes, indépendamment des caractéristiques diélectriques fixes ou variables, la capacité de mesure est simultanément proportionnelle à la hauteur et à la largeur efficace de la surface immergée du substrat. The geometry of the two-dimensional horizontal section of the substrate makes it possible to have a capacitive variable dependent on the height (Z axis) and the shape of the conductive zones of the horizontal section (X and Y axes). In other words, regardless of the fixed or variable dielectric characteristics, the measurement capacitance is simultaneously proportional to the effective height and width of the immersed surface of the substrate.

On rappellera que l'objectif à atteindre consiste à obtenir une variable capacitive ne dépendant que de la hauteur immergée et indépendante des paramètres suivants : - Permittivité du diélectrique de la zone immergée Permittivité du diélectrique de la zone émergée Capacité parallèle parasite des constituants du substrat On appellera C l la capacité électrique totale de mesure constituée par la zone immergée. It will be recalled that the objective to achieve is to obtain a capacitive variable dependent only on the immersed height and independent of the following parameters: Permitivity of the dielectric of the submerged zone Permittivity of the dielectric of the emerging zone Parasite parallel capacitance of the constituents of the substrate will call C l the total electrical measuring capacity constituted by the immersed zone.

On appellera C2 la capacité électrique totale de référence constituée par la zone immergée. C2 will be referred to as the total reference electrical capacity constituted by the immersed zone.

La capacité électrique Cl est constituée de lignes conductrices longitudinales de longueurs, largeurs et nombre modulées sur la totalité de la hauteur de mesure. The capacitance Cl consists of longitudinal conductive lines of lengths, widths and number modulated over the entire measuring height.

La capacité électrique C2 est constituée de lignes conductrices longitudinales de longueurs, largeurs et nombre modulées sur une fraction ou la totalité de la hauteur de mesure. Les équations développées ci-après montrent que l'élimination des caractéristiques diélectriques du liquide immergeant est obtenue en effectuant le quotient C l sur C2. The capacitance C2 consists of longitudinal conductive lines of lengths, widths and number modulated over a fraction or the totality of the measurement height. The equations developed below show that the elimination of the dielectric characteristics of the submerging liquid is obtained by performing the quotient C 1 on C2.

Compte tenu de ce qui précède, il apparaît que le condensateur C2 devrait être constitué d'une 25 zone d'immersion permanente automatiquement située à la base du capteur. In view of the above, it appears that the capacitor C2 should consist of a permanent immersion zone automatically located at the base of the sensor.

D'autre part, la nécessité d'avoir une capacité électrique suffisante pour une acquisition électronique fiable et stable tout en conservant une largeur du capteur de très faible dimension ne permet pas de séparer fonctionnellement les variables C 1 et C2 sans risque d'avoir une hauteur à 30 la base non mesurable trop importante. 11 La solution retenue consiste à définir deux zones verticales de fonctionnement obéissant à des lois de variation telles, que le traitement électronique de ces deux capacités génère un signal de mesure linéairement proportionnel à la hauteur et indépendant de la constante diélectrique. On the other hand, the need to have sufficient electrical capacity for a reliable and stable electronic acquisition while maintaining a sensor width of very small dimension does not allow to functionally separate the variables C 1 and C2 without risk of having a height to 30 the base not measurable too important. 11 The solution adopted consists in defining two vertical operating zones obeying laws of variation such that the electronic processing of these two capacities generates a measuring signal linearly proportional to the height and independent of the dielectric constant.

Cette technique permet d'avoir une mesure sans zone de base inefficace c'est-à-dire assurant une mesure depuis l'origine verticale du capteur tout en prenant en compte les caractéristiques diélectriques du liquide à mesurer. This technique makes it possible to have a measurement without an ineffective base zone, that is to say providing a measurement from the vertical origin of the sensor while taking into account the dielectric characteristics of the liquid to be measured.

Le conditionneur électronique intégré au substrat-capteur, faisant l'objet d'un brevet indépendant 10 mais complémentaire, réalise la fonction suivante : S=Cpt+C1ùKl/Cp2+C2ùK2 S : Signal de sortie de mesure analogique ou numérique 15 Cp : Capacité parasite parallèle K : Constante d'annulation des constantes de fonctionnement C : Capacité électrique métrologique CIRCUIT ELECTRONIQUE DE CONDITIONNEMENT 20 Les différents montages pouvant être intégrés à ce substrat-capteur sont réalisés par des circuits analogiques ou numériques en fonction des précisions recherchées et des domaines d'exploitation. The electronic conditioner integrated in the sensor substrate, which is the subject of an independent but complementary patent, performs the following function: S = Cpt + C1ùK1 / Cp2 + C2ùK2 S: Analog or digital measurement output signal 15 Cp: Capacity Parallel parasite K: Constant for canceling the operating constants C: Metrological electrical capacitance ELECTRONIC CONDITIONING CIRCUIT 20 The various assemblies that can be integrated in this sensor substrate are made by analog or digital circuits according to the sought-after accuracies and the datalogy domains. exploitation.

Dans les deux cas, le circuit d'entrée réalise l'acquisition d'une variation capacitive de faible 25 valeur rendue intrinsèquement stable par la structure monolithique et le traitement de ce substrat. In both cases, the input circuit achieves the acquisition of a capacitive variation of small value made intrinsically stable by the monolithic structure and the treatment of this substrate.

De plus, un montage différentiel permet de réduire considérablement les dérives à long terme des valeurs de base. In addition, a differential arrangement can significantly reduce long-term drift of the basic values.

30 Ce montage réalise des traitements analogiques ou numériques des signaux en conformité avec le développement mathématique développé ci-après. 12 Ces différents montages originaux utilisant des composants passifs ou actifs de faible coût font l'objet d'un brevet indépendant destiné à être associé au brevet considéré mais peuvent être utilisés sur d'autres substrats comportant une ou plusieurs capacités électriques ou résistances variables en fonction des grandeurs physiques à mesurer (constante de temps). EQUATIONS Pour la bonne compréhension du développement ci-après, les symboles suivants ont été retenus : This arrangement performs analog or digital signal processing in accordance with the mathematical development developed hereinafter. These various original assemblies using low-cost passive or active components are the subject of an independent patent intended to be associated with the patent in question but may be used on other substrates comprising one or more electrical capacitors or variable resistances depending physical quantities to measure (time constant). EQUATIONS For the understanding of the development below, the following symbols have been selected:

S : Signal de sortie de mesure analogique ou numérique 10 Cl : Capacité électrique de mesure variable en fonction de la zone immergée C2 : Capacité électrique de référence variable en fonction de la zone immergée Hm : Hauteur du liquide à mesurer (zone immergée) 15 Hr : Hauteur du liquide de référence (zone immergée) Ho : Hauteur initiale du capteur voisine de 0 H, : Hauteur de la zone de mesure et de référence HPe : Hauteur maximale de mesure (pleine échelle) 11 : Largeur intervenant dans la capacité électrique Cl (mesure) 20 12 : Largeur intervenant dans la capacité électrique C2 (référence) Chl : Capacité de mesure variable entre 0 et Hl Ch2 : Capacité de référence variable entre 0 et H1 Cp, : Capacité parasite en parallèle sur la capacité de mesure Cl Cpt : Capacité parasite en parallèle sur la capacité de correction C2 25 f(H) : Expression de 11 en fonction de la hauteur immergée Hl g(H) : Expression de 12 en fonction de la hauteur immergée Hl CA : Permittivité du liquide non-conducteur ou du diélectrique de surface go : Permittivité absolue de l'air Permittivité absolue du substrat isolant S: Analogue or digital measurement output signal 10 Cl: Measuring electrical capacitance variable depending on the submerged zone C2: Variable reference electrical capacitance depending on the immersed zone Hm: Height of the liquid to be measured (immersed zone) 15 Hr : Reference liquid height (immersed zone) Ho: Initial height of the sensor close to 0H,: Height of the measurement and reference zone HPe: Maximum measurement height (full scale) 11: Width involved in the electrical capacitance Cl (measurement) 20 12: Width involved in the capacitance C2 (reference) Chl: Measuring capacity variable between 0 and Hl Ch2: Variable reference capacity between 0 and H1 Cp,: Parallel parasitic capacitance on the measuring capacitance Cl Cpt : Parallel parasitic capacitance on the correction capacity C2 25 f (H): Expression of 11 as a function of the immersed height Hl g (H): Expression of 12 as a function of the immersed height Hl CA : Permittivity of non-conductive liquid or surface dielectric go: Absolute Permittivity of Air Absolute Permitability of Insulating Substrate

Les capacités parallèles Cpt et Cpt sont éliminées, suivant les versions, par une rétroaction capacitive de la forme : Capacité parasite effective après correction = Cp (1 - X) X : Facteur de réinjection pouvant varier entre 0 et 1,5 par un réseau passif résistif de précision. The parallel capacitors Cpt and Cpt are eliminated, according to the versions, by a capacitive feedback of the form: Effective parasitic capacitance after correction = Cp (1 - X) X: Reinjection factor can vary between 0 and 1.5 by a passive network resistive precision.

CD: 30 13 2932564 Il apparaît que : CD: 30 13 2932564 It appears that:

Si X = 0 : La capacité parasite Cc est égale à la capacité parasite du substrat If X = 0: The parasitic capacitance Cc is equal to the parasitic capacitance of the substrate

5 Si k = 1 : La capacité parasite Cc est égale à zéro quelle que soit la valeur de cette capacité. 5 If k = 1: The parasitic capacitance Cc is equal to zero regardless of the value of this capacitance.

Si ?^, > 1 : La capacité parasite Cc devient négative et permet pour certaines applications d'augmenter la sensibilité capacitive relative du capteur. If? ^,> 1: The parasitic capacitance Cc becomes negative and allows for certain applications to increase the relative capacitive sensitivity of the sensor.

Ces capacités parasites Cp sont également éliminées en faisant K, = Cl), et K2 = Cpt dans les mémoires du circuit de traitement. These parasitic capacitances Cp are also eliminated by making K = Cl) and K2 = Cpt in the memories of the processing circuit.

D'une façon générale, la variation capacitive (Ch) en fonction de Hm, de HPe (mesure pleine échelle) et des permittivités des fluides s'écrit : Ch=HEoEr+(HPe ûH)Eo Ch = Eo [H (Er ù 1)] + Eo HPe Eo HPe est une constante éliminée dans le circuit de traitement à mémoire (offset). Par conséquent S = Eo [Hm (Er ù 1)] / Eo [Hr (Er ù 1)] montrant que les paramètres Eo et (Er û 1) présents au numérateur et dénominateur sont éliminés, le signal de sortie S ne dépendant que du quotient Hm / Hr. In a general way, the capacitive variation (Ch) as a function of Hm, HPe (full scale measurement) and the permittivity of the fluids is written: Ch = HEoEr + (HPe ûH) Eo Ch = Eo [H (Er ù 1 )] + Eo HPe Eo HPe is a constant eliminated in the memory processing circuit (offset). Consequently S = Eo [Hm (Er ù 1)] / Eo [Hr (Er ù 1)] showing that the parameters Eo and (Er û 1) present in the numerator and denominator are eliminated, the output signal S only depending on the quotient Hm / Hr.

25 Par conséquent, ce quotient doit être linéairement proportionnel à H. Therefore, this quotient must be linearly proportional to H.

Ce résultat est obtenu de deux façons en fonction de la hauteur : This result is obtained in two ways depending on the height:

Hr = constant 30 - Les variations non linéaires par dessin du substrat des paramètres Hm et Hr obéissent à des lois rendant ce rapport linéairement proportionnel à Hm. 20 14 Nous avons vu précédemment que nous avons distingué les deux zones verticales de fonctionnement (C 1 et C2) suivantes : Hr = constant 30 - The nonlinear variations by design of the substrate parameters Hm and Hr obey laws making this ratio linearly proportional to Hm. We have previously seen that we have distinguished the following two vertical operating zones (C 1 and C 2):

L'une dite zone de mesure dont la caractéristique capacitive en fonction de la hauteur obéit à une expression non linéaire développée ci-après. Cette expression peut se décomposer en deux parties (de H=0 à H=H1 et de H=H1 à H=Hpe) mathématiquement différentes The so-called measurement zone whose capacitive characteristic as a function of the height obeys a non-linear expression developed below. This expression can be broken down into two parts (from H = 0 to H = H1 and from H = H1 to H = Hpe) mathematically different

L'autre dénommée zone de référence dont la caractéristique capacitive en fonction de la hauteur obéit à une autre expression non linéaire développée ci-après. The other called reference area whose capacitive characteristic according to the height obeys another nonlinear expression developed below.

La combinaison de ces deux morphologies exploitant la totalité de la largeur du substrat permet d'obtenir, après traitement, une caractéristique de transfert linéaire en fonction de la hauteur. The combination of these two morphologies exploiting the entire width of the substrate makes it possible, after treatment, to obtain a linear transfer characteristic as a function of height.

Zone de référence - mesure Cette zone comprise entre Ho et H1 s'écrit : Chl = A.J 11.dH Ch2 = B 512.Dh 11 = f(H) 12 = g(H) Reference area - measure This area between Ho and H1 is written as: Chl = A.J 11.dH Ch2 = B 512.Dh 11 = f (H) 12 = g (H)

On obtient : Chl = A J f(H).d(H) Ch2 = B J g(H).d(H) Dans cette zone on pose : Chl / Ch2 = C.H c'est-à-dire que le quotient de la capacité de mesure par la capacité de référence variant de 0 à H1 est une fonction linéaire de la hauteur d'où : A J f(H).d(H) / B J g(H).d(H) = Ch indépendant des caractéristiques diélectriques du fluide Etant précisé que les intégrales des fonctions f(H) et g(H) sont définies dans l'intervalle Ho et H1. 15 D'autre part, l'utilisation maximale de la surface du substrat (largeur minimale) se traduit par l'écriture de l'expression suivante : We obtain: Chl = AJ f (H) .d (H) Ch2 = Bj g (H) .d (H) In this zone we put: Chl / Ch2 = CH that is to say that the quotient of the Measurement capacity by the reference capacity varying from 0 to H1 is a linear function of the height from where: AJ f (H) .d (H) / BJ g (H) .d (H) = Ch independent of the characteristics It should be noted that the integrals of the functions f (H) and g (H) are defined in the interval Ho and H1. On the other hand, the maximum use of the substrate surface (minimum width) results in the writing of the following expression:

A J f(H).d(H) + B 1 g(H).d(H) = DH exploitant la totalité de la surface immergée de 5 référence J (H) .d (H) + B 1 g (H) .d (H) = DH exploiting the entire immersed surface of reference

La résolution des équations ci-dessus a pour résultat : f(H) = a5H (2 + aH / (1+aH)2) g(H) _ 5 / (1 + ax)2 10 f(H) et g(H) traduisent la variation active de largeur du substrat en fonction de la hauteur Solving the above equations results in: f (H) = a5H (2 + aH / (1 + aH) 2) g (H) 5 / (1 + ax) 2 f (H) and g ( H) reflect the active variation of substrate width as a function of the height

Les paramètres A, B, C, D, a et 5 sont des facteurs de forme constants par construction (dessin de gravure du substrat). The parameters A, B, C, D, a and 5 are constants constants by construction (substrate etching pattern).

15 Le découpage de la capacité électrique latérale par des lignes parallèles permet par gravure du substrat de respecter les fonctions ci-dessus (Il = f(H) et 12 = g(H)). The cutting of the lateral electric capacitance by parallel lines makes it possible, by etching the substrate, to respect the above functions (Il = f (H) and 12 = g (H)).

Il est important de souligner que la hauteur H1 comprise entre H0 et Hpe peut être confondue avec Hpe. 20 Zone de mesure Cette zone est comprise entre HO et Hpe. La caractéristique de transfert de cette zone (Cl) en fonction de la hauteur peut combiner l'expression non linéaire définie ci-avant avec une expression linéaire complémentaire de la 25 forme C l = AH. It is important to emphasize that the height H1 between H0 and Hpe can be confused with Hpe. 20 Measuring zone This zone is between HO and Hpe. The transfer characteristic of this area (C1) as a function of height can combine the nonlinear expression defined above with a complementary linear expression of the form C 1 = AH.

En conclusion : L 'association sans discontinuité des zones de mesure et de référence constituées des capacités électriques variables en fonction de la hauteur permet d'obtenir une variation linéaire à partir 30 de Ho tout en éliminant l'action des caractéristiques diélectriques du liquide pouvant varier en fonction de sa composition et de sa température. 16 Equation générale S=C1 /C2 avec: C 1 = A.sD.HI + B.sA HI + C.sD.HPe ù C.sD.H, + D.sA_ H ù D.CA. H1 + D. so. Hpe ù D. Co. H Après simplification : C 1 = D.H (sA - so + sD.KI + sA K2 + so.K3) In conclusion: The non-discontinuous association of the measurement and reference zones constituted by the variable electrical capacitances as a function of the height makes it possible to obtain a linear variation from Ho while eliminating the action of the dielectric characteristics of the liquid which can vary. depending on its composition and temperature. General Equation S = C1 / C2 with: C 1 = A.sD.H + B.sA HI + C.sD.HPe ù C.sD.H, + D.sA_H ù D.CA. H1 + D. so. Hpe to D. Co. H After simplification: C 1 = D.H (sA - so + sD.KI + sA K 2 + so.K 3)

K~ = Hl (A-C) + C.Hpe K2 = Hl (B-D) K3 = D.Hpe C2 = E.CD.HI + F.c, Hl = Hl (E.sD + F.sA) K ~ = H1 (A-C) + C.He2 K2 = H1 (B-D) K3 = D.He2 C2 = E.CD.H1 + Fc, H1 = H1 (E.sD + F.sA)

Les facteurs A, B, C, D, E, F sont des paramètres géométriques constants. La variable principale est H (hauteur) Les paramètres correspondant à la nature du liquide et à la composition du substrat sont sA et sD. Pour des raisons de sensibilité du circuit électronique d'acquisition : - HI est compris entre 2 et 4 cm (voir équation ci-avant) - Hpe est compris entre 10 et 100 cm La modélisation graphique de S = ftl / C2 se traduit par la mise en évidence suivante : 20 S est une fonction linéaire de H L'erreur de linéarité est meilleure que 1% Une variation de sA dans un rapport 3 se traduit par une erreur inférieure à 0,5% The factors A, B, C, D, E, F are constant geometrical parameters. The main variable is H (height) The parameters corresponding to the nature of the liquid and the composition of the substrate are sA and sD. For reasons of sensitivity of the electronic acquisition circuit: - HI is between 2 and 4 cm (see equation above) - Hpe is between 10 and 100 cm The graphical modeling of S = ftl / C2 results in the following highlighting: 20 S is a linear function of H The linearity error is better than 1% A variation of sA in a ratio 3 results in an error of less than 0.5%

ILLUSTRATIONS 25 Les dessins référencés figure 1, figure 2 et figure 3 page 23 sont relatifs au mode de réalisation principale. Le synoptique électronique a pour objectif de montrer la possibilité de disposer simultanément de sorties analogiques et numériques. La courbe illustre les modulations longitudinales des capacités Cl et C2 obtenues par la gravure 30 des conducteurs électriques. Le dessin de la figure 1 est un exemple de réalisation mais toute autre morphologie des lignes conductrices respectant la courbe figure 3 s'inscrit dans le cadre de ce brevet. 17 MODES DE REALISATION Deux familles de réalisation sont prévues en fonction des contraintes spécifiques d'utilisation et des outils de production. ILLUSTRATIONS The referenced drawings in FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3 on page 23 relate to the main embodiment. The aim of the electronic synoptic is to show the possibility of having analog and digital outputs simultaneously. The curve illustrates the longitudinal modulations of the capacitances C1 and C2 obtained by the etching of the electrical conductors. The drawing of FIG. 1 is an exemplary embodiment, but any other morphology of the conductive lines respecting the curve 3 is within the scope of this patent. 17 EMBODIMENTS Two production families are planned according to the specific constraints of use and the production tools.

Mode n °1 On peut distinguer dans ce capteur monolithique les constituants intégrés suivants : - Un substrat isolant d'une largeur de 10 mm et d'une longueur comprise entre 10 cm et 100 cm - Une métallisation sur une face composée de lignes verticales dont les longueurs sont modulées suivant l'équation définie au chapitre correspondant, dont le pas peut être de 1 mm avec un facteur de forme de 0,5 mm et dont le nombre est compris entre 5 et 10 - Ces lignes conductrices sont électriquement réunies pour constituer deux groupes dénommés Cl et C2 - Le circuit électrique du conditionneur électronique est situé à l'une des extrémités dans la même largeur que le substrat-capteur Mode n°2 Structure identique au mode n°1 avec un pas de 2 mm et une métallisation sur les deux faces. Mode n ° 1 We can distinguish in this monolithic sensor the following integrated constituents: - An insulating substrate with a width of 10 mm and a length of between 10 cm and 100 cm - A metallization on one side composed of vertical lines of which the lengths are modulated according to the equation defined in the corresponding chapter, whose pitch may be 1 mm with a form factor of 0.5 mm and whose number is between 5 and 10 - These conductive lines are electrically united to constitute two groups called Cl and C2 - The electrical circuit of the electronic conditioner is located at one end in the same width as the sensor substrate Mode No. 2 Structure identical to Mode No. 1 with a pitch of 2 mm and a metallization on both sides.

Mode n°3 Structure identique au mode n° 2 associé à des lignes de passage interface de liquide entre les lignes métallisées étant précisé que pour des raisons de tenue mécanique, la longueur individuelle des lignes de passage sera de l'ordre de 10 cm. De plus, l'extrémité fermée de ces lignes de passage ont une forme inclinée dans l'épaisseur du substrat pour améliorer l'écoulement du fluide. Mode No. 3 Structure identical to mode No. 2 associated with lines of liquid interface passage between the metallized lines being specified that for reasons of mechanical strength, the individual length of the passage lines will be of the order of 10 cm. In addition, the closed end of these passage lines have a shape inclined in the thickness of the substrate to improve the flow of the fluid.

En conclusion, on utilisera ces différents modes de réalisation suivant la viscosité des fluides à mesurer, du temps de réponse recherché et des outils de fabrication. UTILISATION Ce capteur-transmetteur de hauteur adaptée à l'application peut être mis à l'intérieur d'un tube de tranquillisation faisant également fonction de blindage électrique. In conclusion, these different embodiments will be used according to the viscosity of the fluids to be measured, the desired response time and the production tools. UTILIZATION This transducer height suitable for the application can be placed inside a plenum tube also acting as electrical shielding.

Ce tube devra être muni d'orifices inférieurs et supérieurs compatibles avec les vitesses de variation du niveau (débit). 18 Son état de surface intérieur doit être tel que le liquide ne constitue pas avec le substrat, de ménisques susceptibles d'engendrer des erreurs de mesure. This tube must be equipped with lower and upper holes compatible with the speed of variation of the level (flow). 18 Its internal surface must be such that the liquid does not form with the substrate, meniscus likely to cause measurement errors.

Les extrémités latérales du substrat-capteur sont constituées de lignes conductrices reliées à la 5 masse électrique supprimant tout risque de court-circuit et éloignant le tube de protection des lignes conductrices sensibles. The lateral ends of the sensor substrate consist of conductive lines connected to the electrical mass, eliminating any risk of short circuit and moving the protection tube away from the sensitive conductive lines.

Les signaux de sortie analogiques ou numériques ont une impédance électrique basse permettant une liaison à distance sans risque de dégradations métrologiques. 10 Pour les applications dans lesquelles les ondulations rapides de niveau ne doivent pas être considérées comme une information principale mais doivent, au contraire, être supprimées, une filtration électronique intégrée au conditionneur électronique (éventuellement associé à un tube de protection û tranquillisation) d'une constante de temps pouvant atteindre 10 secondes, réduit 15 l'influence de ces ondulations à une valeur inférieure à la précision. Analog or digital output signals have a low electrical impedance allowing a remote connection without risk of metrological damage. For applications in which rapid level ripples are not to be considered as primary information but should instead be omitted, an electronic filter integrated into the electronic conditioner (possibly associated with a protection tube) for A time constant of up to 10 seconds reduces the influence of these ripples to a value less than accuracy.

Le circuit électronique de ce capteur à court temps de réponse pour les liquides à faible viscosité, permet de délivrer simultanément une information de niveau principal (filtration des variations rapides) et une information représentative des ondulations de surface. Dans ce cas la voie délivrant le signal électronique d'ondulation est rendue insensible à la hauteur de base et la faible amplitude des ondulations est amplifiée. The electronic circuit of this sensor with a short response time for low viscosity liquids, allows simultaneous delivery of main level information (fast change filtration) and information representative of surface ripples. In this case the channel delivering the ripple electronic signal is rendered insensitive to the base height and the small amplitude of the ripples is amplified.

De la même façon, il est possible de mettre un circuit de consigne à un ou plusieurs niveaux sur 25 la voie relative aux oscillations. In the same way, it is possible to set a setpoint circuit at one or more levels on the oscillation path.

Ce capteur-transmetteur monolithique et de faibles dimensions dont le fonctionnement est identique pour les liquides conducteurs et non conducteurs, trouve son utilisation dans tous les domaines nécessitant une mesure de niveau comprise entre 10 cm et 100 cm avec une précision 30 pouvant être meilleure que 1 % PE. This monolithic sensor-transmitter and small dimensions whose operation is identical for conductive and non-conductive liquids, found its use in all areas requiring a level measurement between 10 cm and 100 cm with a precision 30 may be better than 1 % PE.

A titre d'exemples non exhaustifs, on peut citer en priorité, les domaines automobiles et électroménagers. 20 35 19 Dans le domaine automobile, les utilisations à court terme sont les suivantes : - Essences diverses Fioul Additif urée Liquide de refroidissement - Liquide de circuit de freins Huile de lubrification By way of non-exhaustive examples, priority may be given to the automotive and appliance domains. 20 35 19 In the automotive field, the short-term uses are as follows: - Various species Fuel Urethane additive Coolant - Brake system fluid Lubricating oil

Ce produit est particulièrement adapté à ce domaine, les caractéristiques des produits de même 10 nature pouvant avoir des caractéristiques présentes ou futures différentes en fonction de la composition, du vieillissement et de la température. This product is particularly suited to this field, the characteristics of the products of the same nature may have different present or future characteristics depending on the composition, aging and temperature.

Comme exposé ci-avant, la variation des caractéristiques des produits à mesurer est pris en compte par le substrat-capteur et géré par le circuit électronique d'acquisition et de traitement 15 afin de délivrer un signal de mesure linéairement proportionnel à la hauteur et indépendant des caractéristiques précitées. 20 As explained above, the variation of the characteristics of the products to be measured is taken into account by the sensor substrate and managed by the electronic acquisition and processing circuit 15 in order to deliver a measurement signal linearly proportional to height and independent. aforementioned characteristics. 20

Claims (10)

REVENDICATIONS1. Capteur-transmetteur capacitif de niveau composé d'un substrat isolant quelconque sur lequel sont intégrés des électrodes bipolaires longitudinales constituées de segments modulés en 5 longueur, en largeur, en nombre et en espace. REVENDICATIONS1. Capacitive level sensor-transmitter composed of any insulating substrate on which are integrated longitudinal bipolar electrodes consisting of modulated segments in length, width, number and space. 2. Capteur-transmetteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la morphologie des zones conductrices constitue au moins deux capacités électriques dénommées Cl et C2. 10 2. Sensor-transmitter according to claim 1 characterized in that the morphology of the conductive zones constitutes at least two electrical capacitors called C1 and C2. 10 3. Capteur-transmetteur selon la revendication 2 caractérisé en ce que ces capacités électriques varient en fonction de la hauteur du fluide suivant des caractéristiques de transfert mathématiquement déterminées en conformité avec le chapitre équations page 16 ligne 10. 3. Sensor-transmitter according to claim 2 characterized in that these electrical capacitances vary as a function of the height of the fluid according to transfer characteristics mathematically determined in accordance with the equations chapter page 16 line 10. 4. Capteur-transmetteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la modulation des 15 électrodes bipolaires obéit à une expression mathématique monotone et non périodique. 4. Sensor-transmitter according to claim 1 characterized in that the modulation of the bipolar electrodes obeys a monotonous and non-periodic mathematical expression. 5. Capteur-transmetteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les électrodes bipolaires longitudinales peuvent avoir des largeurs quelconques. 20 5. Sensor-transmitter according to claim 1 characterized in that the longitudinal bipolar electrodes may have any width. 20 6. Capteur-transmetteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les électrodes bipolaires sont situées sur une ou deux faces du substrat. 6. Sensor-transmitter according to claim 1 characterized in that the bipolar electrodes are located on one or both sides of the substrate. 7. Capteur-transmetteur selon la revendication 1 caractérisé par un substrat dont les faces principales sont lisses. 7. Sensor-transmitter according to claim 1 characterized by a substrate whose main faces are smooth. 8. Capteur-transmetteur selon la revendication 1 caractérisé par la possibilité de réalisation de fentes longitudinales reliant les deux faces du substrat. 8. Sensor-transmitter according to claim 1 characterized by the possibility of producing longitudinal slots connecting the two faces of the substrate. 9. Capteur-transmetteur selon la revendication 8 caractérisé en ce que les fentes longitudinales 30 peuvent avoir des largeurs comprises entre 0,5 mm et 5 mm. 9. Sensor-transmitter according to claim 8 characterized in that the longitudinal slots 30 may have widths between 0.5 mm and 5 mm. 10. Capteur-transmetteur selon la revendication 1 caractérisé par une épaisseur du substrat pouvant être comprise entre 0,2 mm et 3 mm. 25 21. Capteur-transmetteur selon la revendication 2 caractérisé par une connexion électrique des électrodes bipolaires permettant de différencier électriquement les capacités Cl et C2. 12. Capteur-transmetteur selon la revendication 1 caractérisé par une structure de fabrication 5 monolithique. 13. Capteur-transmetteur selon les revendications 1 et 6 caractérisé par un état de surface du substrat ne présentant pas de discontinuité longitudinale sur les faces en contact avec le liquide. 10 14. Capteur-transmetteur selon les revendications 5 et 6 caractérisé en ce que les surfaces en contact avec le liquide sont recouvertes d'une résine. 15. Capteur-transmetteur selon la revendication 14 caractérisé par l'utilisation d'une résine haute température. 16. Capteur-transmetteur selon la revendication 14 caractérisé en ce que la résine déposée a une épaisseur comprise entre deux et cent micro-mètres. 17. Capteur-transmetteur selon la revendication 14 caractérisé en ce que l'épaisseur de la résine a 20 une tolérance meilleure que 5 %. 18. Capteur-transmetteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le matériau isolant constituant le substrat peut être quelconque. 25 19. Capteur-transmetteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le matériau conducteur composant les électrodes bipolaires peut être quelconque. 20. Capteur-transmetteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le matériau conducteur composant les électrodes peut être réalisé par gravure ou par dépôt. 21. Capteur-transmetteur selon la revendication 1 caractérisé par l'implantation sur le même substrat d'un circuit électronique de conditionnement situé à l'une des extrémités. 15 30 22. Capteur-transmetteur caractérisé par une liaison continue gravée entre les condensateurs Cl et C2 et le circuit électronique de la revendication 21. 23. Capteur-transmetteur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les capacités Cl et 5 C2 varient en fonction de la hauteur pour les liquides conducteurs et non conducteurs. 24. Capteur-transmetteur selon la revendication 1 caractérisé par un substrat composé d'un empilement de couches conductrices gravées ou déposées recouvertes d'une résine isolante. 10 25. Capteur-transmetteur selon la revendication 21 caractérisé en ce que le traitement électronique de conditionnement effectue le quotient CI / C2. 26. Capteur-transmetteur selon la revendication 21 caractérisé en ce que le traitement électronique analogique ou numérique du rapport Cl / C2 variant en fonction de la hauteur, 15 supprime l'influence de la variation de constante diélectrique du liquide mesuré. 27. Capteur-transmetteur selon la revendication 14 dans lequel la surface intégrale du substrat est recouverte d'une résine isolante réfléchissante. 20 28. Capteur-transmetteur selon la revendication 1 caractérisé par la mise en place autour du substrat d'un tube métallisé assurant un blindage électrostatique et un dispositif de tranquillisation du niveau d'interface. 29. Capteur-transmetteur selon la revendication 28 caractérisé par une géométrie quelconque de 25 la section du tube de tranquillisation û blindage. 23 10. Sensor-transmitter according to claim 1 characterized by a thickness of the substrate may be between 0.2 mm and 3 mm. 21. A sensor-transmitter according to claim 2 characterized by an electrical connection of the bipolar electrodes for electrically differentiating capacitors C1 and C2. Sensor-transmitter according to claim 1 characterized by a monolithic manufacturing structure. 13. Sensor-transmitter according to claims 1 and 6 characterized by a surface state of the substrate having no longitudinal discontinuity on the faces in contact with the liquid. 14. Sensor-transmitter according to claims 5 and 6 characterized in that the surfaces in contact with the liquid are covered with a resin. The sensor-transmitter according to claim 14 characterized by using a high temperature resin. 16. Sensor-transmitter according to claim 14 characterized in that the deposited resin has a thickness between two and a hundred micrometers. 17. Sensor-transmitter according to claim 14, characterized in that the thickness of the resin has a tolerance better than 5%. 18. Transducer-transmitter according to claim 1 characterized in that the insulating material constituting the substrate can be any. 19. Sensor-transmitter according to claim 1 characterized in that the conductive material forming the bipolar electrodes can be any. 20. Sensor-transmitter according to claim 1 characterized in that the conductive material comprising the electrodes can be achieved by etching or by deposition. 21. Sensor-transmitter according to claim 1 characterized by the implantation on the same substrate of an electronic conditioning circuit located at one end. 22. A sensor-transmitter characterized by a continuous link etched between capacitors C1 and C2 and the electronic circuit of claim 21. 23. Sensor-transmitter according to claim 1, characterized in that capacitors C1 and C2 vary in size. height function for conductive and non-conductive liquids. 24. Sensor-transmitter according to claim 1 characterized by a substrate consisting of a stack of conductive layers etched or deposited covered with an insulating resin. 25. Sensor-transmitter according to claim 21, characterized in that the electronic conditioning treatment performs the quotient CI / C2. 26. Sensor-transmitter according to claim 21, characterized in that the analog or digital electronic processing of the Cl / C2 ratio varying according to the height, eliminates the influence of the dielectric constant variation of the measured liquid. The sensor-transmitter of claim 14 wherein the integral surface of the substrate is covered with a reflective insulating resin. 28. Transducer-transmitter according to claim 1 characterized by the establishment around the substrate of a metallized tube providing electrostatic shielding and an interface level of tranquilization device. Sensor-transmitter according to claim 28 characterized by any geometry of the section of the plenum-shielding tube. 23
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