FR3096774A1 - Capacitive measurement sensor integrated into the wall - Google Patents
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Abstract
Contenant (1), préférentiellement de type réservoir ou de type conduit, destiné à recevoir un fluide (F), le contenant (1) comportant : - une paroi (2), séparant le fluide (F) d’un milieu extérieur (M), et réalisée dans un matériau diélectrique ; - au moins une cavité fermée, formée à l’intérieur de la paroi (2) ; - un capteur (3) de mesures capacitives, comprenant au moins un couple d’électrodes (E1, E2) formant un condensateur, le couple d’électrodes (E1, E2) étant agencé à l’intérieur de la ou des cavités fermées de manière à générer un champ électrique à l’intérieur du contenant (1). Figure 3Container (1), preferably of reservoir type or duct type, intended to receive a fluid (F), the container (1) comprising: - a wall (2), separating the fluid (F) from an external environment (M ), and made of a dielectric material; - at least one closed cavity formed inside the wall (2); - a sensor (3) of capacitive measurements, comprising at least one pair of electrodes (E1, E2) forming a capacitor, the pair of electrodes (E1, E2) being arranged inside the closed cavity or cavities of so as to generate an electric field inside the container (1). Figure 3
Description
L’invention se rapporte au domaine technique des dispositifs de mesures capacitives.The invention relates to the technical field of capacitive measurement devices.
L’invention trouve notamment son application pour mesurer un niveau d’un fluide (par exemple la hauteur) et/ou la qualité d’un fluide dans un contenant, de type réservoir ou de type conduit. Un contenant de type réservoir peut être un réservoir mobile appartenant à un appareil de transport mobile (e.g. automobile, aéronef, bateau) ou un réservoir fixe utilisé dans un procédé industriel. Un contenant de type conduit peut être une canalisation (e.g. un tuyau) par laquelle s’écoule le fluide.The invention finds its application in particular for measuring a level of a fluid (for example the height) and/or the quality of a fluid in a container, of the reservoir type or of the conduit type. A container of the tank type can be a mobile tank belonging to a mobile transport device (e.g. automobile, aircraft, boat) or a fixed tank used in an industrial process. A conduit type container can be a pipe (e.g. a pipe) through which the fluid flows.
La mesure d’un niveau de fluide et/ou la qualité d’un fluide est un enjeu important en termes de sécurité et sur le plan économique, par exemple pour prévenir des pannes par manque d’alimentation en carburant ou en raison d’un carburant frelaté, ou encore anticiper les besoins en réapprovisionnement du réservoir pour la mise en œuvre d’un procédé industriel.The measurement of a fluid level and/or the quality of a fluid is an important issue in terms of safety and from an economic point of view, for example to prevent breakdowns due to a lack of fuel supply or due to a adulterated fuel, or anticipating tank replenishment needs for the implementation of an industrial process.
État de l’artState of the art
Un contenant destiné à recevoir un fluide, par exemple de type réservoir ou de type conduit, comporte une paroi séparant le fluide d’un milieu extérieur. La paroi comporte :
- une surface interne, orientée vers le fluide ;
- une surface externe, opposée à la surface interne, et orientée vers le milieu extérieur.A container intended to receive a fluid, for example of the reservoir type or of the conduit type, comprises a wall separating the fluid from an external environment. The wall includes:
- an internal surface, oriented towards the fluid;
- an external surface, opposite to the internal surface, and oriented towards the external environment.
Il est connu d’équiper le contenant d’un capteur de mesures capacitives, soit sur la surface interne de la paroi (immergé dans le fluide), soit sur la surface externe de la paroi (à distance du fluide).It is known to equip the container with a capacitive measurement sensor, either on the internal surface of the wall (immersed in the fluid), or on the external surface of the wall (at a distance from the fluid).
De telles solutions de l’état de la technique ne sont pas entièrement satisfaisantes. D’une part, un capteur équipant la surface interne de la paroi est en contact avec le fluide, ce qui est susceptible d’occasionner des dégradations selon la nature du fluide. D’autre part, un capteur équipant la surface externe de la paroi est vulnérable mécaniquement du milieu extérieur, par exemple via une projection de gravillons pour un réservoir contenant de l’AdBlue®.Such prior art solutions are not entirely satisfactory. On the one hand, a sensor fitted to the internal surface of the wall is in contact with the fluid, which is likely to cause damage depending on the nature of the fluid. On the other hand, a sensor fitted to the external surface of the wall is mechanically vulnerable to the external environment, for example via the projection of gravel for a tank containing AdBlue®.
Par ailleurs, de telles solutions de l’état de la technique nécessitent des connecteurs filaires pour alimenter électriquement le capteur de mesures capacitives et pour accéder aux résultats des mesures. De tels connecteurs filaires sont généralement sensibles à l’usure et à l’encrassement, et peuvent être sources de fragilité mécanique. En outre, l’installation de tels connecteurs filaires nécessite la formation d’inserts sur le contenant, ce qui peut occasionner des problèmes ultérieurs d’étanchéité.Moreover, such solutions of the state of the art require wired connectors to electrically supply the capacitive measurement sensor and to access the measurement results. Such wired connectors are generally sensitive to wear and fouling, and can be sources of mechanical fragility. In addition, the installation of such wired connectors requires the formation of inserts on the container, which can cause subsequent sealing problems.
L’invention vise à remédier en tout ou partie aux inconvénients précités. A cet effet, l’invention a pour objet un contenant, préférentiellement de type réservoir ou de type conduit, destiné à recevoir un fluide, le contenant comportant :
- une paroi, séparant le fluide d’un milieu extérieur, et réalisée dans un matériau diélectrique ;
- au moins une cavité fermée, formée à l’intérieur de la paroi ;
- un capteur de mesures capacitives, comprenant au moins un couple d’électrodes formant un condensateur, le couple d’électrodes étant agencé à l’intérieur de la ou des cavités fermées de manière à générer un champ électrique à l’intérieur du contenant.The invention aims to remedy all or part of the aforementioned drawbacks. To this end, the subject of the invention is a container, preferably of the reservoir type or of the conduit type, intended to receive a fluid, the container comprising:
- a wall, separating the fluid from an external environment, and made of a dielectric material;
- At least one closed cavity, formed inside the wall;
- a capacitive measurement sensor, comprising at least one pair of electrodes forming a capacitor, the pair of electrodes being arranged inside the closed cavity or cavities so as to generate an electric field inside the container.
Ainsi, un tel contenant selon l’invention permet de protéger le capteur de mesures capacitives grâce à une telle paroi creuse, munie d’au moins une cavité fermée. Le capteur de mesures capacitives, agencé à l’intérieur de la cavité fermée, se retrouve à la fois protégé du milieu extérieur et du fluide. Le capteur de mesures capacitives effectue les mesures à distance du fluide en générant un champ électrique à l’intérieur du contenant.Thus, such a container according to the invention makes it possible to protect the capacitive measurement sensor thanks to such a hollow wall, provided with at least one closed cavity. The capacitive measurement sensor, arranged inside the closed cavity, is both protected from the external environment and from the fluid. The capacitive measurement sensor performs measurements remotely from the fluid by generating an electric field inside the container.
DéfinitionsDefinitions
- Par « diélectrique », on entend un matériau présentant une conductivité électrique à 300 K inférieure ou égale à 10-6S.cm-1.- By "dielectric" means a material having an electrical conductivity at 300 K less than or equal to 10 -6 S.cm -1 .
- Par « cavité fermée », on entend que la cavité ne débouche pas sur le fluide, c'est-à-dire que la cavité ne communique pas avec le volume interne du contenant.- By "closed cavity" means that the cavity does not lead to the fluid, that is to say that the cavity does not communicate with the internal volume of the container.
- Le terme « paroi » peut inclure la présence d’une pluralité de couches en son sein, pour un contenant de type multicouche (e.g. réservoir multicouche, tube multicouche). La cavité fermée est préférentiellement formée entre deux couches adjacentes.- The term "wall" can include the presence of a plurality of layers within it, for a container of the multilayer type (e.g. multilayer tank, multilayer tube). The closed cavity is preferably formed between two adjacent layers.
Le contenant selon l’invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes.The container according to the invention may comprise one or more of the following characteristics.
Selon une caractéristique de l’invention, le contenant comporte un plan de masse, et le capteur de mesures capacitives comprend une électrode de contrôle, agencée à l’intérieur du contenant, et reliée au plan de masse ; l’électrode de contrôle étant destinée à être immergée dans le fluide.According to one characteristic of the invention, the container comprises a ground plane, and the capacitive measurement sensor comprises a control electrode, arranged inside the container, and connected to the ground plane; the control electrode being intended to be immersed in the fluid.
Ainsi, un avantage procuré est d’augmenter la sensibilité du capteur de mesures capacitives. Par ailleurs, une telle électrode de contrôle permet d’autoriser la pénétration du champ électrique généré par le condensateur à l’intérieur du contenant lorsque la paroi présente une épaisseur importante.Thus, an advantage obtained is to increase the sensitivity of the capacitive measurement sensor. Moreover, such a control electrode makes it possible to authorize the penetration of the electric field generated by the capacitor inside the container when the wall has a significant thickness.
Selon une caractéristique de l’invention, le couple d’électrodes comporte une électrode d’excitation et une électrode de mesure linéaires, de préférence coplanaires.According to one characteristic of the invention, the pair of electrodes comprises a linear excitation electrode and a measurement electrode, preferably coplanar.
Par « linéaires », on entend que l’électrode d’excitation et l’électrode de mesure s’étendent suivant une direction longitudinale.By “linear”, it is meant that the excitation electrode and the measurement electrode extend in a longitudinal direction.
Ainsi, un avantage procuré est la compacité du capteur de mesures capacitives permettant de s’intégrer à une partie longitudinale fine de la paroi du contenant.Thus, an advantage provided is the compactness of the capacitive measurement sensor allowing it to be integrated into a thin longitudinal part of the wall of the container.
Selon une caractéristique de l’invention, le couple d’électrodes comporte une électrode d’excitation et une électrode de mesure interdigitées, de préférence coplanaires.According to a characteristic of the invention, the pair of electrodes comprises an excitation electrode and an interdigitated measurement electrode, preferably coplanar.
Ainsi, un avantage procuré est d’augmenter la longueur effective des électrodes d’excitation et de mesure, et par là-même d’augmenter la capacité du condensateur.Thus, an advantage obtained is to increase the effective length of the excitation and measurement electrodes, and thereby to increase the capacitance of the capacitor.
Selon une caractéristique de l’invention, la paroi comprend :
- une surface interne, destinée à être orientée vers le fluide ;
- une surface externe, opposée à la surface interne, et destinée à être orientée vers le milieu extérieur, la ou les cavités fermées s’étendant entre la surface interne et la surface externe ;
l’électrode d’excitation et l’électrode de mesure interdigitées présentent une période spatiale, notée λ, et sont séparées de la surface interne de la paroi par une distance, notée d, de sorte que :
- an internal surface, intended to be oriented towards the fluid;
- an external surface, opposite to the internal surface, and intended to be oriented towards the external environment, the closed cavity or cavities extending between the internal surface and the external surface;
the excitation electrode and the interdigitated measuring electrode have a spatial period, denoted λ, and are separated from the internal surface of the wall by a distance, denoted d, so that:
Ainsi, un avantage procuré est d’autoriser la pénétration du champ électrique généré par le condensateur à l’intérieur du contenant, avec la possibilité de s’affranchir d’une électrode de contrôle.Thus, an advantage obtained is to allow the penetration of the electric field generated by the capacitor inside the container, with the possibility of dispensing with a control electrode.
Selon une caractéristique de l’invention, la paroi comprend :
- une surface interne, destinée à être orientée vers le fluide ;
- une surface externe, opposée à la surface interne, et destinée à être orientée vers le milieu extérieur, la ou les cavités fermées s’étendant entre la surface interne et la surface externe ;
le couple d’électrodes comportant une électrode d’excitation et une électrode de mesure formant des motifs en relief périodiques ; la surface interne de la paroi comprenant des portions creuses s’étendant entre les motifs en relief périodiques de manière à recevoir le fluide entre l’électrode d’excitation et l’électrode de mesure.According to one characteristic of the invention, the wall comprises:
- an internal surface, intended to be oriented towards the fluid;
- an external surface, opposite to the internal surface, and intended to be oriented towards the external environment, the closed cavity or cavities extending between the internal surface and the external surface;
the pair of electrodes comprising an excitation electrode and a measurement electrode forming periodic patterns in relief; the internal surface of the wall comprising hollow portions extending between the periodic relief patterns so as to receive the fluid between the excitation electrode and the measurement electrode.
Ainsi, un avantage procuré par la conjugaison des motifs en relief périodiques et de telles portions creuses est d’augmenter l’influence entre les électrodes d’excitation et de mesure, de manière à augmenter la capacité du condensateur.Thus, an advantage provided by the combination of periodic relief patterns and such hollow portions is to increase the influence between the excitation and measurement electrodes, so as to increase the capacitance of the capacitor.
Selon une caractéristique de l’invention, la paroi comprend des première et deuxième parties opposées ; le contenant comportant des première et deuxième cavités fermées, formées respectivement à l’intérieur des première et deuxième parties de la paroi ; le couple d’électrodes comportant une électrode d’excitation et une électrode de mesure agencées respectivement à l’intérieur des première et deuxième cavités fermées.According to a characteristic of the invention, the wall comprises first and second opposite parts; the container comprising first and second closed cavities, formed respectively inside the first and second parts of the wall; the pair of electrodes comprising an excitation electrode and a measurement electrode arranged respectively inside the first and second closed cavities.
Par « opposées », on entend que les première et deuxième parties de la paroi se font face, de préférence de part et d’autre d’un axe de symétrie du contenant.By “opposite”, it is meant that the first and second parts of the wall face each other, preferably on either side of an axis of symmetry of the container.
Selon une caractéristique de l’invention, le capteur de mesures capacitives est configuré pour mesurer un niveau du fluide et/ou la qualité du fluide dans le contenant.According to a characteristic of the invention, the capacitive measurement sensor is configured to measure a level of the fluid and/or the quality of the fluid in the container.
Selon une caractéristique de l’invention, le contenant comporte une étiquette de radio-identification agencée à l’intérieur de la cavité fermée.According to a characteristic of the invention, the container comprises a radio-identification tag arranged inside the closed cavity.
Ainsi, un avantage procuré est de pouvoir identifier aisément le contenant.Thus, an advantage obtained is to be able to easily identify the container.
Selon une caractéristique de l’invention, le capteur de mesures capacitives comprend une électronique de commande, configurée pour commander le couple d’électrodes ; le contenant comportant un système de récupération d’énergie, agencée à l’intérieur de la cavité fermée, et configuré pour récupérer une énergie provenant d’une source, de manière à alimenter électriquement l’électronique de commande.According to one characteristic of the invention, the capacitive measurement sensor comprises control electronics, configured to control the pair of electrodes; the container comprising an energy recovery system, arranged inside the closed cavity, and configured to recover energy from a source, so as to electrically supply the control electronics.
Ainsi, un avantage procuré par un tel système de récupération d’énergie est d’alimenter électriquement le capteur de mesures capacitives, ce qui permet de s’affranchir de la présence de connecteurs électriques filaires.Thus, an advantage provided by such an energy recovery system is to power the capacitive measurement sensor electrically, which makes it possible to dispense with the presence of wired electrical connectors.
Selon une caractéristique de l’invention, le contenant comporte des moyens de stockage, agencés à l’intérieur de la cavité fermée pour stocker l’énergie récupérée par le système de récupération d’énergie.According to one characteristic of the invention, the container comprises storage means, arranged inside the closed cavity to store the energy recovered by the energy recovery system.
Ainsi, un avantage procuré est de pouvoir alimenter électriquement l’électronique de commande en l’absence de source externe.Thus, an advantage obtained is to be able to electrically supply the control electronics in the absence of an external source.
Selon une caractéristique de l’invention, l’électronique de commande comporte un module de communication sans-fil, de préférence choisi parmi les technologies Bluetooth, Bluetooth à basse énergie, RFID, Wifi, LoRa, Sigfox.According to one characteristic of the invention, the control electronics comprises a wireless communication module, preferably chosen from Bluetooth, Bluetooth low energy, RFID, Wifi, LoRa, Sigfox technologies.
Ainsi, un avantage procuré est de pouvoir transmettre les données du capteur de mesures capacitives en s’affranchissant de connecteurs électriques filaires.Thus, an advantage obtained is to be able to transmit the data of the capacitive measurement sensor by doing away with wired electrical connectors.
Selon une caractéristique de l’invention, le contenant comporte un circuit imprimé sur lequel est montée l’électronique de commande, le circuit imprimé comprenant des pistes électriquement conductrices formant le couple d’électrodes ; le circuit imprimé étant plan ou incurvé.According to one characteristic of the invention, the container comprises a printed circuit on which the control electronics are mounted, the printed circuit comprising electrically conductive tracks forming the pair of electrodes; the printed circuit being flat or curved.
« Par électriquement conductrices », on entend que les pistes sont réalisées dans un matériau présentant une conductivité électrique à 300 K supérieure ou égale à 1 S.cm-1.“Electrically conductive” means that the tracks are made of a material having an electrical conductivity at 300 K greater than or equal to 1 S.cm −1 .
Ainsi, un avantage procuré est de produire aisément le capteur de mesures capacitives à l’échelle industrielle. En outre, un tel circuit imprimé permet d’obtenir un capteur de mesures capacitives compact pouvant s’intégrer à l’intérieur d’une paroi fine du contenant.Thus, an advantage obtained is to easily produce the capacitive measurement sensor on an industrial scale. In addition, such a printed circuit makes it possible to obtain a compact capacitive measurement sensor that can be integrated inside a thin wall of the container.
Selon une caractéristique de l’invention, le contenant comporte un film de protection, réalisé dans un matériau diélectrique, de préférence un matériau plastique, et formé sur le circuit imprimé de manière à recouvrir l’électronique de commande et le couple d’électrodes.According to one characteristic of the invention, the container comprises a protective film, made of a dielectric material, preferably a plastic material, and formed on the printed circuit so as to cover the control electronics and the pair of electrodes.
Ainsi, un avantage procuré est de protéger l’électronique de commande et le couple d’électrodes de contraintes mécaniques et/ou thermiques.Thus, an advantage provided is to protect the control electronics and the pair of electrodes from mechanical and/or thermal stresses.
Selon une caractéristique de l’invention, l’énergie est choisie parmi une énergie électromagnétique, une énergie mécanique, une énergie thermique.According to one characteristic of the invention, the energy is chosen from electromagnetic energy, mechanical energy, thermal energy.
L’invention a également pour objet un dispositif de mesures capacitives, comportant :
- un contenant conforme à l’invention ;
- une source, fournissant une énergie au système de récupération d’énergie.The invention also relates to a capacitive measurement device, comprising:
- A container according to the invention;
- a source, providing energy to the energy recovery system.
Selon une caractéristique de l’invention, l’énergie est une énergie électromagnétique, et la source émet des ondes radioélectriques ; la source étant de préférence sélectionnée parmi :
- un ordiphone muni d’un module de communication en champ proche,
- une antenne émettant un signal de type Bluetooth à basse énergie, ou un signal Wifi à 2,4 GHz ou à 5 GHz.According to one characteristic of the invention, the energy is electromagnetic energy, and the source emits radio waves; the source being preferably selected from:
- a smartphone equipped with a near-field communication module,
- an antenna emitting a low-energy Bluetooth-type signal, or a 2.4 GHz or 5 GHz Wifi signal.
D’autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans l’exposé détaillé de différents modes de réalisation de l’invention, l’exposé étant assorti d’exemples et de références aux dessins joints.Other characteristics and advantages will appear in the detailed description of various embodiments of the invention, the description being accompanied by examples and references to the attached drawings.
Exposé détaillé des modes de réalisationDetailed description of embodiments
Les éléments identiques ou assurant la même fonction porteront les mêmes références pour les différents modes de réalisation, par souci de simplification.Elements that are identical or provide the same function will bear the same references for the different embodiments, for the sake of simplification.
Un objet de l’invention est un contenant 1, préférentiellement de type réservoir ou de type conduit, destiné à recevoir un fluide F, le contenant 1 comportant :
- une paroi 2, séparant le fluide F d’un milieu extérieur M, et réalisée dans un matériau diélectrique ;
- au moins une cavité fermée, formée à l’intérieur de la paroi 2 ;
- un capteur 3 de mesures capacitives, comprenant au moins un couple d’électrodes E1, E2formant un condensateur, le couple d’électrodes E1, E2étant agencé à l’intérieur de la ou des cavités fermées de manière à générer un champ électrique à l’intérieur du contenant 1.An object of the invention is a container 1, preferably of the reservoir type or of the duct type, intended to receive a fluid F, the container 1 comprising:
- A wall 2, separating the fluid F from an external medium M, and made of a dielectric material;
- At least one closed cavity, formed inside the wall 2;
- a sensor 3 for capacitive measurements, comprising at least a pair of electrodes E 1 , E 2 forming a capacitor, the pair of electrodes E 1 , E 2 being arranged inside the closed cavity or cavities so as to generate an electric field inside container 1.
Contenantcontainer
Le matériau diélectrique dans lequel est réalisée la paroi 2 est de préférence un matériau plastique ou un matériau composite. A titre d’exemples non limitatifs, le matériau plastique peut être le polyéthylène ; le matériau composite peut être un matériau pré-imprégné, comprenant une matrice (ou résine) imprégnant un renfort. La résine peut être une résine thermodurcissable ou une résine thermoplastique.The dielectric material in which the wall 2 is made is preferably a plastic material or a composite material. By way of non-limiting examples, the plastic material may be polyethylene; the composite material can be a pre-impregnated material, comprising a matrix (or resin) impregnating a reinforcement. The resin can be a thermosetting resin or a thermoplastic resin.
A titre d’exemples non limitatifs, le fluide F peut être un liquide, une poudre fluidisée, un mélange pâteux etc.By way of non-limiting examples, the fluid F can be a liquid, a fluidized powder, a pasty mixture, etc.
La paroi 2 comprend :
- une surface interne 20, destinée à être orientée vers le fluide F ;
- une surface externe 21, opposée à la surface interne 20, et destinée à être orientée vers le milieu extérieur M, la ou les cavités fermées s’étendant entre la surface interne 20 et la surface externe 21.Wall 2 includes:
- an internal surface 20, intended to be oriented towards the fluid F;
- an external surface 21, opposite to the internal surface 20, and intended to be oriented towards the external environment M, the closed cavity or cavities extending between the internal surface 20 and the external surface 21.
Lorsque le contenant 1 est un conduit de forme cylindrique (comme illustré à la figure 2), la paroi 2 comporte une paroi unique. Lorsque le contenant 1 est un réservoir (comme illustré à la figure 1), la paroi 2 comporte une paroi de fond et une paroi supérieure reliées entre elles par des parois latérales.When the container 1 is a cylindrical conduit (as shown in Figure 2), the wall 2 has a single wall. When the container 1 is a tank (as shown in Figure 1), the wall 2 has a bottom wall and an upper wall interconnected by side walls.
Le contenant 1 comporte avantageusement un plan de masse GND. Par « plan de masse », on entend tout moyen d’obtenir un potentiel de référence pour le capteur 3 de mesures capacitives. Le plan de masse GND est avantageusement agencé dans la cavité fermée. Le plan de masse GND peut former un écran de protection vis-à-vis de perturbations externes.The container 1 advantageously comprises a ground plane GND. By "ground plane" is meant any means of obtaining a reference potential for the sensor 3 of capacitive measurements. The ground plane GND is advantageously arranged in the closed cavity. The GND ground plane can form a protective screen against external disturbances.
Le contenant 1 comporte avantageusement une étiquette de radio-identification (non illustrée) agencée à l’intérieur de la cavité fermée. A titre d’exemple non limitatif, l’étiquette de radio-identification peut être une étiquette RFID («Radio Frequency IDentification» en langue anglaise).The container 1 advantageously comprises a radio-identification tag (not shown) arranged inside the closed cavity. By way of non-limiting example, the radio-identification tag can be an RFID tag (“ Radio Frequency IDentification ” in English).
Capteur de mesures capacitivesCapacitive measurement sensor
Le capteur 3 de mesures capacitives comprend avantageusement une électronique 30 de commande, configurée pour commander le couple d’électrodes E1, E2. L’électronique 30 de commande est reliée électriquement au plan de masse GND. L’électronique 30 de commande comporte avantageusement un module de communication sans-fil, de préférence choisi parmi les technologies Bluetooth, Bluetooth à basse énergie, RFID, Wifi, LoRa, Sigfox. L’électronique de commande 30 comporte avantageusement un microcontrôleur.Capacitive measurement sensor 3 advantageously comprises control electronics 30, configured to control the pair of electrodes E 1 , E 2 . The control electronics 30 is electrically connected to the ground plane GND. The control electronics 30 advantageously comprise a wireless communication module, preferably chosen from Bluetooth, low-energy Bluetooth, RFID, Wifi, LoRa, Sigfox technologies. The control electronics 30 advantageously includes a microcontroller.
Le contenant 1 comporte avantageusement un circuit imprimé 5 sur lequel est montée l’électronique 30 de commande, le circuit imprimé 5 comprenant des pistes électriquement conductrices formant le couple d’électrodes E1, E2. Le circuit imprimé 5 peut être plan ou incurvé, c'est-à-dire que le circuit imprimé 5 peut être un substrat rigide ou un substrat souple. Le contenant 1 comporte avantageusement un film de protection (non illustré), réalisé dans un matériau diélectrique, de préférence un matériau plastique, et formé sur le circuit imprimé 5 de manière à recouvrir l’électronique 30 de commande et le couple d’électrodes E1, E2.The container 1 advantageously comprises a printed circuit 5 on which the control electronics 30 are mounted, the printed circuit 5 comprising electrically conductive tracks forming the pair of electrodes E 1 , E 2 . The printed circuit 5 can be flat or curved, that is to say the printed circuit 5 can be a rigid substrate or a flexible substrate. The container 1 advantageously includes a protective film (not shown), made of a dielectric material, preferably a plastic material, and formed on the printed circuit 5 so as to cover the control electronics 30 and the pair of electrodes E 1 , E 2 .
Le couple d’électrodes E1, E2comporte une électrode d’excitation E1et une électrode de mesure E2. L’électrode d’excitation E1et l’électrode de mesure E2peuvent être linéaires, de préférence coplanaires. Selon une alternative, l’électrode d’excitation E1et l’électrode de mesure E2peuvent être interdigitées, de préférence coplanaires.The pair of electrodes E 1 , E 2 comprises an excitation electrode E 1 and a measurement electrode E 2 . The excitation electrode E 1 and the measurement electrode E 2 can be linear, preferably coplanar. According to an alternative, the excitation electrode E 1 and the measurement electrode E 2 can be interdigitated, preferably coplanar.
Selon un mode de réalisation, l’électrode d’excitation E1et l’électrode de mesure E2interdigitées présentent une période spatiale, notée λ, et sont avantageusement séparées de la surface interne 20 de la paroi 2 par une distance, notée d, de sorte que :
Selon un mode de réalisation (illustré aux figures 4 à 7), le couple d’électrodes E1, E2comporte une électrode d’excitation E1et une électrode de mesure E2formant des motifs en relief périodiques. La surface interne 20 de la paroi comprend avantageusement des portions creuses 200 s’étendant entre les motifs en relief périodiques de manière à recevoir le fluide F entre l’électrode d’excitation E1et l’électrode de mesure E2. Dans ce mode de réalisation, l’électrode d’excitation E1et l’électrode de mesure E2délimitent un volume par l’intermédiaire des motifs en relief périodiques, et ne sont donc pas coplanaires. A titre d’exemples non limitatifs, les motifs en relief périodiques peuvent former des dièdres. Les motifs en relief périodiques de l’électrode d’excitation E1et de l’électrode de mesure E2présentent avantageusement une alternance choisie de manière à augmenter l’influence entre lesdites électrodes, et ce de manière à augmenter la capacité du condensateur.According to one embodiment (illustrated in FIGS. 4 to 7), the pair of electrodes E 1 , E 2 comprises an excitation electrode E 1 and a measurement electrode E 2 forming periodic patterns in relief. The internal surface 20 of the wall advantageously comprises hollow portions 200 extending between the periodic patterns in relief so as to receive the fluid F between the excitation electrode E 1 and the measurement electrode E 2 . In this embodiment, the excitation electrode E 1 and the measurement electrode E 2 delimit a volume via the periodic patterns in relief, and are therefore not coplanar. By way of non-limiting examples, the periodic relief patterns can form dihedrals. The periodic relief patterns of the excitation electrode E 1 and of the measurement electrode E 2 advantageously have an alternation chosen so as to increase the influence between said electrodes, and this so as to increase the capacitance of the capacitor.
Selon un mode de réalisation illustré à la figure 8, la paroi 2 comprend des première et deuxième parties opposées. Le contenant 1 comporte des première et deuxième cavités fermées, formées respectivement à l’intérieur des première et deuxième parties de la paroi 2. Le couple d’électrodes E1, E2comporte une électrode d’excitation E1et une électrode de mesure E2agencées respectivement à l’intérieur des première et deuxième cavités fermées. Comme illustré à la figure 8, le contenant 1 peut comporter une pluralité de couples d’électrodes E1, E2comportant chacun une électrode d’excitation E1et une électrode de mesure E2opposées.According to an embodiment illustrated in FIG. 8, the wall 2 comprises first and second opposite parts. The container 1 comprises first and second closed cavities, respectively formed inside the first and second parts of the wall 2. The pair of electrodes E 1 , E 2 comprises an excitation electrode E 1 and a measurement electrode E 2 arranged respectively inside the first and second closed cavities. As illustrated in FIG. 8, the container 1 can comprise a plurality of pairs of electrodes E 1 , E 2 each comprising an opposite excitation electrode E 1 and a measurement electrode E 2 .
Le capteur 3 de mesures capacitives est avantageusement configuré pour mesurer un niveau du fluide F et/ou la qualité du fluide F dans le contenant 1.The capacitive measurement sensor 3 is advantageously configured to measure a level of the fluid F and/or the quality of the fluid F in the container 1.
Le capteur 3 de mesures capacitives peut comprendre une électrode de contrôle (non illustrée), agencée à l’intérieur du contenant 1, et reliée au plan de masse GND. L’électrode de contrôle est destinée à être immergée dans le fluide F ou à être en contact du fluide F ponctuellement.The capacitive measurement sensor 3 may include a control electrode (not shown), arranged inside the container 1, and connected to the ground plane GND. The control electrode is intended to be immersed in the fluid F or to be in contact with the fluid F occasionally.
Système de récupération d’énergieEnergy recovery system
Le contenant 1 comporte avantageusement un système 4 de récupération d’énergie, agencée à l’intérieur de la cavité fermée, et configuré pour récupérer une énergie provenant d’une source S, de manière à alimenter électriquement l’électronique 30 de commande. La source S peut être une source externe située dans le milieu extérieur M. Cependant, la source S peut être située à l’intérieur de la cavité fermée ou à l’intérieur du contenant 1. Le système 4 de récupération d’énergie est relié électriquement au microcontrôleur de l’électronique 30 de commande. L’énergie est avantageusement choisie parmi une énergie électromagnétique, une énergie mécanique, une énergie thermique. A titre d’exemples non limitatifs, la source S peut être un générateur à induction, un générateur thermoélectrique, un système piézoélectrique.The container 1 advantageously comprises an energy recovery system 4, arranged inside the closed cavity, and configured to recover energy from a source S, so as to electrically supply the control electronics 30. The source S can be an external source located in the external environment M. However, the source S can be located inside the closed cavity or inside the container 1. The energy recovery system 4 is connected electrically to the microcontroller of the control electronics 30. The energy is advantageously chosen from electromagnetic energy, mechanical energy, thermal energy. By way of non-limiting examples, the source S can be an induction generator, a thermoelectric generator, a piezoelectric system.
Le contenant 1 comporte avantageusement des moyens de stockage (non illustrés), agencés à l’intérieur de la cavité fermée pour stocker l’énergie récupérée par le système 4 de récupération d’énergie. A titre d’exemples non limitatifs, les moyens de stockage peuvent comporter une batterie ou un supercondensateur (e.g. à base de carbone).The container 1 advantageously comprises storage means (not shown), arranged inside the closed cavity to store the energy recovered by the energy recovery system 4. By way of non-limiting examples, the storage means may comprise a battery or a supercapacitor (e.g. carbon-based).
Dispositif de mesures capacitivesCapacitive measurement device
Un objet de l’invention est un dispositif de mesures capacitives, comportant :
- un contenant 1 comprenant un système 4 de récupération d’énergie ;
- une source S, fournissant une énergie au système 4 de récupération d’énergie.An object of the invention is a capacitive measurement device, comprising:
- A container 1 comprising an energy recovery system 4;
- a source S, supplying energy to the system 4 for energy recovery.
L’énergie peut être une énergie électromagnétique. La source S peut être une source externe située dans le milieu extérieur M. La source S externe peut émettre des ondes radioélectriques. La source externe S est avantageusement sélectionnée parmi :
- un ordiphone (illustré à la figure 3) muni d’un module de communication en champ proche (NFC pour «Near Field Communication» en langue anglaise),
- une antenne émettant un signal de type Bluetooth à basse énergie (BLE pour «Bluetooth Low Energy» en langue anglaise), ou un signal Wifi à 2,4 GHz ou à 5 GHz.The energy may be electromagnetic energy. The source S can be an external source located in the external environment M. The external source S can emit radio waves. The external source S is advantageously selected from:
- a smartphone (illustrated in Figure 3) equipped with a near field communication module (NFC for " Near Field Communication " in English),
- an antenna emitting a low-energy Bluetooth type signal (BLE for " Bluetooth Low Energy " in English), or a 2.4 GHz or 5 GHz Wifi signal.
Il est à noter qu’un logement peut être ménagé sur le contenant 1 afin de recevoir à demeure la source externe S.It should be noted that a housing can be made on the container 1 in order to permanently receive the external source S.
Procédé de fabricationManufacturing process
Lorsque le matériau diélectrique de la paroi 2 est un matériau plastique de type thermoplastique, la paroi 2 peut être formée par un procédé de moulage par extrusion-soufflage. Le capteur 3 de mesures capacitives est ajouté dans le moule (insert) avant la phase de soufflage. L’ajout d’inserts dans le moule de soufflage peut s’effectuer par des robots à une cadence qui ne ralentit pas le cycle de moulage du contenant 1. Il est à noter que le film de protection, formé sur le circuit imprimé 5 de manière à recouvrir l’électronique 30 de commande et le couple d’électrodes E1, E2, permet de manipuler le capteur 3 de mesures capacitives par un opérateur ou par un robot en réduisant les risques de dégradation.When the dielectric material of the wall 2 is a plastic material of the thermoplastic type, the wall 2 can be formed by an extrusion-blow molding process. The capacitive measurement sensor 3 is added to the mold (insert) before the blowing phase. The addition of inserts in the blow mold can be carried out by robots at a rate which does not slow down the molding cycle of the container 1. It should be noted that the protective film, formed on the printed circuit 5 of so as to cover the control electronics 30 and the pair of electrodes E 1 , E 2 , makes it possible to manipulate the capacitive measurement sensor 3 by an operator or by a robot while reducing the risks of degradation.
L’invention ne se limite pas aux modes de réalisation exposés. L’homme du métier est mis à même de considérer leurs combinaisons techniquement opérantes, et de leur substituer des équivalents.The invention is not limited to the disclosed embodiments. The person skilled in the art is able to consider their technically effective combinations, and to substitute them with equivalents.
Claims (17)
- une paroi (2), séparant le fluide (F) d’un milieu extérieur (M), et réalisée dans un matériau diélectrique ;
- au moins une cavité fermée, formée à l’intérieur de la paroi (2) ;
- un capteur (3) de mesures capacitives, comprenant au moins un couple d’électrodes (E1, E2) formant un condensateur, le couple d’électrodes (E1, E2) étant agencé à l’intérieur de la ou des cavités fermées de manière à générer un champ électrique à l’intérieur du contenant (1).Container (1), preferably of the reservoir type or of the duct type, intended to receive a fluid (F), the container (1) comprising:
- a wall (2), separating the fluid (F) from an external environment (M), and made of a dielectric material;
- at least one closed cavity, formed inside the wall (2);
- a sensor (3) for capacitive measurements, comprising at least a pair of electrodes (E 1 , E 2 ) forming a capacitor, the pair of electrodes (E 1 , E 2 ) being arranged inside the closed cavities so as to generate an electric field inside the container (1).
- une surface interne (20), destinée à être orientée vers le fluide (F) ;
- une surface externe (21), opposée à la surface interne (20), et destinée à être orientée vers le milieu extérieur (M), la ou les cavités fermées s’étendant entre la surface interne (20) et la surface externe (21) ;
l’électrode d’excitation (E1) et l’électrode de mesure (E2) interdigitées présentent une période spatiale, notée λ, et sont séparées de la surface interne (20) de la paroi (2) par une distance, notée d, de sorte que :
- an internal surface (20), intended to be oriented towards the fluid (F);
- an external surface (21), opposite to the internal surface (20), and intended to be oriented towards the external environment (M), the closed cavity or cavities extending between the internal surface (20) and the external surface ( 21);
the excitation electrode (E 1 ) and the measurement electrode (E 2 ) interdigitated have a spatial period, denoted λ, and are separated from the internal surface (20) of the wall (2) by a distance, denoted d, so that:
- une surface interne (20), destinée à être orientée vers le fluide ;
- une surface externe (21), opposée à la surface interne (20), et destinée à être orientée vers le milieu extérieur (M), la ou les cavités fermées s’étendant entre la surface interne (20) et la surface externe (21) ;
le couple d’électrodes (E1, E2) comportant une électrode d’excitation (E1) et une électrode de mesure (E2) formant des motifs en relief périodiques ; la surface interne (20) de la paroi (2) comprenant des portions creuses (200) s’étendant entre les motifs en relief périodiques de manière à recevoir le fluide (F) entre l’électrode d’excitation (E1) et l’électrode de mesure (E2).Container (1) according to claim 1 or 2, in which the wall (2) comprises:
- an internal surface (20), intended to be oriented towards the fluid;
- an external surface (21), opposite to the internal surface (20), and intended to be oriented towards the external environment (M), the closed cavity or cavities extending between the internal surface (20) and the external surface ( 21);
the pair of electrodes (E 1 , E 2 ) comprising an excitation electrode (E 1 ) and a measurement electrode (E 2 ) forming periodic patterns in relief; the inner surface (20) of the wall (2) comprising hollow portions (200) extending between the periodic relief patterns so as to receive the fluid (F) between the excitation electrode (E 1 ) and the measuring electrode (E 2 ).
- un contenant (1) selon l’une des revendications 10 à 15 ;
- une source (S), fournissant une énergie au système (4) de récupération d’énergie.Capacitive measurement device, comprising:
- a container (1) according to one of claims 10 to 15;
- a source (S), providing energy to the energy recovery system (4).
- un ordiphone muni d’un module de communication en champ proche,
- une antenne émettant un signal de type Bluetooth à basse énergie, ou un signal Wifi à 2,4 GHz ou à 5 GHz.Device according to claim 16, in which the energy is electromagnetic energy, and the source (S) emits radio waves; the source (S) preferably being selected from:
- a smartphone equipped with a near-field communication module,
- an antenna emitting a low-energy Bluetooth-type signal, or a 2.4 GHz or 5 GHz Wifi signal.
Priority Applications (3)
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| FR1905559A FR3096774B1 (en) | 2019-05-27 | 2019-05-27 | Capacitive measurement sensor integrated into the wall |
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