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La présente invention est relative à des circuits électriques capables de donner une indication en fonction de faibles variations de capacité. L'invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, des jauges de contenance en liquide comportant un
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condensateur placé dans le réservoir à liquide de telle sorte que sa capacité dépend de la hauteur de liquide et des moyens sensibles à une variation de cette capacité afin de donner une indication ex- primée en volume ou masse de liquide.
Des jauges du type ci-avant sont utilisées couramment dans des réservoirs à carburants d'avions, mais quand, comme ce sera normalement le cas, une jauge doit être utilisée avec diverses qualités de carburant, de sérieuses erreurs d'indication peuvent être introduites par suite de la différence existant entre la constante diélectrique d'un carburant particulier et celle pour laquelle la jauge a été étalonnée. Dans des cas extrêmes, des erreur; + de l'ordre de - 8% peuvent être prévues pour des jauges donnant des indications de masse et +- 19% pour des jauges donnant des indications de volume.
L'on a proposé diverses jauges de contenance en liquides qui ont été établies de façon à éviter ces erreurs grâce à une compen- sation de la variation de la constante diélectrique du liquide à jauger, mais la compensation s'est souvent révélée être insuffisante ou la jauge était trop délicate ou encombrante. Le but principal de l'invention est de procurer un circuit permettant la production d'une jauge perfectionnée qui, pour les usages pratiques, élimine les erreurs dues à la variation de la constante diélectrique et qui est également simple et légère.
Le circuit suivant l'invention comprend une paire de ponts dans chacun desquels le secondaire à prise médiane d'un transi'or- mateur constitue une paire de branches inductives et un premier condensateur fixe et un second condensateur dont la capacité est inconnue ou sujette à des variations sont connectés de façon à former l'autre paire de branches, une connexion électrique entre les prises médianes (par exemple par une mise à la masse commune), un diviseur de tension connecté aux bornes du primaire du second transformateur et prévu pour être connecté à la même alimentation
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que ledit premier transformateur, un servo-moteur prévu pour action- ner le diviseur de tension, un amplificateur connecté aux points des ponts opposés aux prises médianes afin d'alimenter le servo-mo- teur,
et des moyens destinés à indiquer la position du servo-moteur (par' exemple une aiguille indicatrice reliée par engrenage à celui-ci), l'agencement étant tel que quand les ponts sont déséqui- librés, le servo-moteur actionne le diviseur de tension dans le sens voulu pour équilibrer les ponts.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la¯description ci-après, donnée à,titre non limitatif et en se @ référant aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 est un schéma d'un premier circuit pour une jauge de contenance en liquide comportant une compensation pour la varia- tion de la constante ,diélectrique et de la densité.
La figure 2 est une vue en coupe verticale d'un élément de flotteur destiné à être utilisé pour l'application du système de compensation de la densité.
La figure 3 est un schéma d'un second circuit pour une zone suivant l'invention.
Les figures 4 et 5 sont des vues schématiques de deux disposi- tifs auxiliaires.
D'après la figure 1, le primaire 2 d'un transformateur 1 est connecté en série avec un rhéostat 3 entre la masse et une borne d'alimentation 4; l'alimentation peut être par exemple du courant - alternatif monophasé à 115 volts et 400 cycles et peut être fournie par un oscillateur. Le secondaire 5 du transformateur 1 présente une prise médiane en 6, qui est mise à la masse, deux branches in- ductives égales étroitement couplées 5a et 5b étant ainsi établies.
Un rhéostat 7 est connecté en parallèle avec quelques spires de la branche 5a. Un condensateur 8 placé dans le liquide à jauger de telle sorte que sa capacité dépende du niveau du liquide est connec- té en série avec un condensateur d'équilibrage 9 entre le contact
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mobile 10 du rhéostat 7 et la borne libre de la branche inductive 5b : le condensateur 11 en parallèle avec le condensateur 8 du ré- servoir représente la capacité parasite du réservoir et des fils.
Le primaire 16 d'un second transformateur 15 est connecté en- tre la masse et le contact mobile 17 d'un rhéostat 18 et est connec- té, par l'intermédiaire d'un autre rhéostat 19, à la borne d'alimen- tation 4. Le secondaire 21 du transformateur 15 présente une prise médiane en 22, ce qui permet d'obtenir, comme dans le cas du trans- formateur 1, deux branches inductives égales étroitement couplées 21a, 21b. Un condensateur 23 est placé de façon à être totalement immergé dans le liquide à jauger, de telle sorte que son diélectrique soit entièrement constitué par ce liquide et il est connecté en série avec un condensateur déquilibrage 24 aux bornes libres des branches inductives 21a, 21b: le condensateur 25 en parallèle avec le condensateur 23 représente la capacité parasite du réser- voir et des fils.
Comme il ressort de ce qui précède, les branches inductives 5a et 5b et les branches capacitives 9 et 8, 11 constituent un pont à courant alternatif et les branches 21a, 21b et 24 et 23,25 forment un second pont à courant alternatif. Les points correspon- dants 30, 31 de l'un et l'autre pont sont connectés par l'intermé- diaire du primaire 32 d'un transformateur 33, dont le secondaire 34 est connecté à un circuit amplificateur à transistor désigné globa- lement par 35, dont la construction et le fonctionnement ressortent clairement de la figure pour les techniciens en la matière et ne seront donc pas décrits en détail ci-après. La sortie de l'amplifi- cateur est connectée à un enroulement 36 d'un servo-moteur 37, dont l'autre enroulement 38 est alimenté à partir d'une source à potentie fixe.
L'arbre du servo-moteur est couplé mécaniquement au bras mobi- le de contact 17 du rhéostat 18 et à un indicateur 39 qui est prévu pour indiquer la proportion des spires du rhéostat aux bornes dès-quelles le primaire de transformateur 16 est connecté. L'indica-
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teur est calibré en unités de masse.
Un dispositif actionné par flotteur, désigné globalement par 45, est couplé mécaniquement au bras mobile de contact 46 du rhéos- tat 19 afin d'en modifier la résistance efficace en fonction de la densité duoliquide à jauger. D'après la figure 2, le dispositif 45 comprend un "flotteur" cylindrique en métal léger 47 disposé dans le réservoir de façon à être totalement immergé dans le liquide (par exemple dans une cuvette) et supporté symétriquement entre les parois opposées du réservoir au moyen de barres égales 48, 49 pivo- tant chacune sur une équerre du flotteur à une extrémité et fixées rigidement à l'autre extrémité à l'extrémité libre de soufflets 50, 51, l'autre extrémité de chaque soufflet étant fixée rigidement o aux parois du réservoir.
Un prolongement 52 de la barre 51 à l'ex- térieur du réservoir est prévu pour actionner le bras de contact mobile 46.
Lors de l'utilisation de la jauge, les rhéostats 7 et 3 sont ajustés de façon à donner une lecture correcte sur l'indicateur 39 sur les indications de "vide" et "plein", respectivement. Afin d'ob. tenir la meilleure compensation pour la variation de la constante diélectrique, la relation suivante doit être établie :
Capacité 11 = Capacité 25
Capacité8 Capacité 23 (avec le réservoir vide)
L'on peut démontrer mathématiquement, sur la base d'hypothèses normales,que la compensation de la constante diélectrique est par- faite en cinq points entre les indications de plein et de vide et est acceptable sur toute cette gamme dans les conditions des exigen- ces pratiques sévères.
Les indications de masse sont normalement requises pour des jauges de combustible pour avion, mais des indications de volume en précises peuvent être obtenues si on,le désire/mettant hors service ou en éliminant des moyens de compensation de densité 45,19. Comme il est bien connu, et comme il a été indiqué ci-avant, des indica- tions de volume avec des jauges non compensées sont sujettes à des
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erreurs encore plus sérieuses par suite des variations de constantes diélectriques que les indications de masse.
La jauge représentée présente divers avantages par rapport aux jauges connues comportant une compensation de la variation de la ,constante diélectrique. Le poids de la jauge, à l'exclusion des condensateurs 8 et 23 et de leurs fils ainsi que du dispositif actionné par flotteur 45 peut être réduit à environ une à deux livres-par un montage approprié à la portée d'un ingénieur au courant de la technique électronique et, si nécessaire ( par exemple sur de petits avions), l'on peut prévoir une alimentation par oscillateur actionnée à partir des batteries à courant continu normal, cette ali-, mentation ayant à peu près le même poids. En outre, aucun des élé- ments des circuits n'est particulièrement difficile à réaliser : il n'est pas nécessaire par exemple d'utiliser des rhéostats couplés équilibrés avec précision.
Un autre avantage réside dans la sensibilité élevée de la jauge malgré des variations dans les branches du pont contenant les conden- sateurs 8 et 23 qui sont très faibles par comp raison avec la capaci- té de ses branches.
Le second circuit représenté par la figure 3 présente les mêmes avantages principaux et est en général analogue au premier circuit, à l'exception de la connexion existant enre les ponts et l'amplifi- cateur : des éléments de circuit analogues à ceux de la figure 1 ont les mêmes références que dans cette figure, mais portent une indication de prime.
Dans le premier circuit, les points 30, 31 des ponts sont con- nectés par l'intermédiaire du primaire 32 du transformateur 33 ali- mentant le circuit amplificateur 35 : dans le second circuit, les points 30', 31' sont reliés l'un à l'autre et à la masse par l'in- termédiaire du primaire du transformateur 32'. Ce second agencement présente l'avantage d'une impédance fortement réduite dans le circuit avec le primaire 32', mais exige que les capacités actives du réser-
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voir et du système de compensation (8' et 23') soient approximati- vement égales.
A part la différence principale entre les premier et second circuits,l'on verra/que le circuit amplificateur 35' du second circuit est plus simple par comparaison avec le premier circuit représenté.
En outre, le circuit 35' donne une meilleuretabilité de la bou- cle, de commande en envoyant la composante-continue du transistor de sortie dans l'enroulement du servo-moteur. Ceci donne une force d'amortissement proportionnelle à la vitesse du moteur et permet une réponse plus rapide pour la déviation totale de l'échelle et moins de "chasse". En outre, les dispositions "de réglage vide" et "de réglage plein" sont différentes dans le second circuit : le pre- mier comprend des résistances 61, 62, respectivement qui shuntent chacune quelques spires centrales de l'un des secondaires des trans- formateurs de pont 5', 21' et qui comportent des bras de contact mobiles 63, 64, respectivement, connectés à la masse.
Un commutateur 65 est prévu dans la connexion au primaire 16' du pont de compensa- tion afin de simplifier le réglage du circuit : lorsque le commuta- teur est ouvert, chaque pont est réglé séparément. Le rhéostat 3' permet le réglage du circuit pour une indication "plein" exacte.
Le premier et le second circuit peuvent tous deux être modifiés de diverses façons. La figure 4 représente un agencement destiné à faciliter le remplissage et la vidange d'un réservoir avec lequel l'on utilise une jauge de contenance en liquide, la jauge comportant soit le premier, soit le second circuit. Pour ajouter le système représenté à l'un ou l'autre de ces circuits, les points 70,71 et 72 sont connectés aux côtés opposés du rhéostat 18 ou 18' et au bras de contact mobile 17 ou 17', respectivement : le rhéostat et second le bras-de contact mobile du premier et du/circuit sont désignés par 18", 17" respectivement dans cette figure et il doit être entendu que ces références n'indiquent pas des éléments supplémentaires par rapport à ceux déjà représentés dans ces circuits.
Les points 70,
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71, sont connectés aux côtés opposés d'un second rhéostat 73 qui est analogue au rhéostat 18" et qui comporte un bras de contact mobile 74: une boîte de relais 75 est connectée entre le point 72 et le bras de contact mobile 74 et est telle qu'elle ferme un contact lorsque le potentiel à ses bornes devient zéro. Le bras de contact mobile 74 est relié mécaniquement à un volant 76 et une aiguille 77 se déplaçant sur une échelle 78 calibrée en unités de masse de carbu- rant . Le volent 76 est ajusté de façon à mettre l'aiguille 77 en regard d'une quantité de combustible déterminée sur l'échelle 78 et le remplissage ou la vidange du réservoir est commencée.
Aussitôt que la quantité de combustible désirée se trouve dans le réservoir, les potentiels aux bornes de la boite 75 deviennent égaux et les contacts de celle-ci sont fermés : cecipeut être utilisé pour allu- mer une lampe indicatrice ou pour arrêter une pompe.
La figure'5 représente un groupe répétiteur prévu pour donner une indication analogue à celle de la jauge 39 ou 39', ceci en un point éloigné de cette jauge. Pour connecter ce groupe à l'un ou l'autre des deux circuits décrits ci-avant, les points 80,81 et 82 sont connectés aux côtés opposés du rhéostat 18 ou 18' et au bras mobile 17 ou 17', respectivement: le rhéostat et le bras de contact mobile du premier ou du second circuit sont désignés ici par 18''', 17'''. Les points 80, 81 sont également connectés, res- pactivement, aux côtés opposés d'un rhéostat 83 comportant un bras de contact mobile 84.
Le bras de contact mobile est entraîné mécani- quement par un moteur 85 commandé par la sortie d'un circuit ampli- ficateur 86 elimenté par la différence de potentiel existant entre les bras de contact mobile 17'''et 84 et le moteur est également couplé mécaniquement à un indicateur 87. Le moteur, le circuit ampli- ficateur et l'indicateur peuvent avoir les formes indiquées dans les deux premiers circuits et l'on se rendra compte que, dans ces circuits, le moteur 85 ajuste le bras de contact mobile 84 de façon à amener à zéro le potentiel aux bornes du circuit amplificateur 86.
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Les positions des bras de contact mobiles 17'''et 84 correspondent par conséquent et il en est de même des indications des indicateurs 87 et 39 ou 39'.
Le système de correction de densité actionné par flotteur, 45, 19 ou 45', 19', des premier et second circuits peut être remplacé par une résistance variable quelconque commandée en fonction de la densité, par exemple un rhéostat à réglage manuel, et, comme indiqué ci-avant, si une lecture en volume est désirée sur l'indicateur 39 ou 39', le système de correction de densité peut être totalement éliminé. Le dispositif actionné par flotteur 45, 45' sera normale ment beàucoup trop volumineux pour être utilisé sur un avion et il peut être avantageusement remplacé par un dispositif tel que décrit dans les demandes de brevet introduites en Grande-Bretagne au nom de la demanderesse ou dans le brevet belge n 545.260.
L'un ou l'autre des deux circuits représentés peut être modifié de façon à donner des indications provoquées par de petites varia- tions de capacité en général, par opposition aux circuits concernant particulièrement des variations de contenance en liquide et de cons- tante diélectri que. Dans le premier circuit, par exemple, la capaci- té peut être utilisée en utilisant un ou plusieurs condensateurs fixes à la place des condensateurs 8 et 11 et en introduisant la capacité inconnue à la place du condensateur 22. La capacité incon- nue, peut, par exemple, être celle d'un condensateur formé par et une électrode fixe et une électrode mobile/des mesures de distance précises peuvent alors être effectuées en calibrant de façon appro- priée l'indicateur 39.
L'on se rendra compte que dans le second circuit, les secondai,, res de transformateur 5' et 21' ne sont pas munis ,à proprement parlé, d'une connexion de masse centrale directe. Cependant, étant donné que seules quelques-spires de chaque secondaire sont shuntées par une résistance, l'effet de cet agencement est identique à celui d'une connexion centrale, tout au moins en ce qui concerne le fonc-
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tionnement du circuit après le réglage initial.
REVENDICATIONS.
1. Circuit électrique destiné à indiquer de petites variations de capacité, comprenant une paire de ponts dans chacun desquels le secondaire à prise médiane d'un transformateur procure une paire de branches inductives et un premier condensateur fixe et-¯¯Un second est condensateur dont la capacité/inconnue ou sujette à des variations sont connectés de façon à établir l'autre paire de branches, une connexion électrique entre les prises m dianes, un diviseur de ten- sion connecté en parallèle avec le primaire du second transformateur et prévu pour être connecté à la même alimentation que ledit trans- formateur, un servo-moteur prévu pour actionner le diviseur de ten- sion, un amplificateur connecté aux points des ponts opposés aux prises médianes afin d'alimenter le servo-moteur,
et des moyens des- tinés à indiquer la position du servo-moteur, l'agencement étant tel quand les ponts sont déséquilibrés, .e servo-moteur actionne le diviseur de tension dans le sens voulu pour équilibrer les ponts.