L'émergence de nouvelles techniques de motorisation automobile mettant en oeuvre des gaz liquéfiés, a conduit au développement de conteneurs cryogéniques de carburants liquides. Pour ces conteneurs qui sont destinés à tre produits à terme en grande série, il est nécessaire de prévoir des systèmes de. mesure de niveau spécifiques qui n'ont rien en commun avec les systèmes à flotteur communément utilisés dans les réservoirs classiques. La technique de mesure capacitive s'avère particulièrement intéressante pour de multiples raisons au rang desquels la relative simplicité structurelle des sondes de mesure.

Mais jusqu'à présent, il s'est avéré difficile de concevoir des systèmes de mesure capacitive qui soient d'une coût de fabrication modeste tout en garantissant un niveau suffisant de qualité et de fiabilité dans des environnements et des conditions de fonctionnement difficiles.

On connaît déjà des systèmes de mesure capacitive de niveau de liquide dans un conteneur, tel que celui décrit dans le document FR2680767 qui est adapté à la mesure de niveau dans une flasque cryogénique destinée à recevoir des échantillons biologiques. Les détecteurs de niveau capacitifs sont ici insérés entre les parois intérieure et extérieures de la flasque. Le mode de réalisation décrit dans ce document ne convient pour une réalisation à faible coût.

On connaît également par le document W09635929 un détecteur de niveau de liquide mettant en oeuvre des électrodes capacitives en forme de boucles. Ce détecteur de niveau est principalement destiné à des cuves de lait et ne peut répondre aux exigences spécifiques de la mesure

de niveau dans un conteneur fermé tel qu'un conteneur cryogénique.

Il existe aussi des sondes capacitives de mesure de niveau qui sont introduites dans un conteneur par un orifice ménagé sur la partie supérieure d'un conteneur.

Ceci suppose une conception spéciale du conteneur qui contribue à un accroissement des coûts de revient.

On connaît par le document FR1152556 un condensateur flexible monté rigidement à l'intérieur d'un tube de blindage métallique et rectiligne par une série de pinces d'espacement disposées le long du tube. Ce condensateur flexible comporte deux électrodes accessibles à partir d'un capuchon moulé et non reliées au tube de blindage.

Le document US3673850 divulgue un détecteur de niveau de liquide comportant une sonde réalisée sous la forme d'un câble ou d'une tige insérée dans un tube qui constitue l'une des électrodes d'un condensateur, l'autre électrode étant constituée par le câble.

Ces systèmes de mesure capacitive présentent des structures se prtant difficilement à une fabrication en série à faible coût. En outre, leur conception ne permet pas un remplacement aisé des sondes au sein des réservoirs qui en sont équipés ; Le but-de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un système de mesure capacitive de niveau d'un liquide qui permette des mesures de très faibles capacités, tout en procurant une insertion et un enlèvement aisés de la sonde capacitive dans le conteneur.

Cet objectif est atteint avec un système de mesure capacitive du niveau d'un liquide dans un conteneur, comprenant : -une sonde de mesure capacitive au moins partiellement immergée dans ce liquide, -un circuit électronique comprenant des moyens pour exciter la sonde de mesure capacitive, et des moyens pour traiter les signaux de mesure délivrés par la sonde de mesure capacitive.

Suivant l'invention, la sonde de mesure capacitive comprend une électrode en matériau flexible et élastique montée. insérée dans un tube en matériau électriquement conducteur et de forme prédéterminée constituant une cible capacitive reliée à une masse de référence.

De cette façon, on dispose d'un système de mesure capacitive pouvant tre aisément mis en oeuvre pour toute structure de conteneur, grâce l'utilisation d'une électrode en matériau flexible et élastique qui va donc pouvoir épouser des contours complexes au sein du conteneur.

Dans un mode préféré de réalisation d'un système de mesure selon l'invention, l'électrode d'excitation en matériau flexible et élastique est montée insérée dans un tube de remplissage du conteneur. Ce mode de réalisation vise l'ensemble des applications automobiles qui devraient à terme connaître un développement important.

Pour garantir un niveau suffisant de qualité de mesure, le circuit électronique est au moins en partie gardé.

La sonde capacitive comprend de préférence une tige centrale faisant fonction d'électrode d'excitation entourée par une portion du tube de remplissage faisant fonction de cible capacitive, cette tige centrale étant reliée par un conducteur gardé à l'entrée du circuit électronique. Ce conducteur gardé permet de s'affranchir des capacités parasites dans la zone hors mesure.

Le conducteur gardé reliant la tige centrale à l'entrée du circuit électronique est par exemple réalisé sous la forme d'un câble coaxial.

On peut avantageusement prévoir que la tige centrale soit maintenue sensiblement au centre de la portion droite du tube de remplissage par des moyens de centrage qui sont en pratique rendus solidaires de la tige centrale.

Le circuit électronique comprend, dans un mode pratique de réalisation, un premier étage gardé et un second étage de traitement. Le premier étage comporte une garde soumise à un potentiel flottant généré par des

moyens oscillateurs et est alimenté par des moyens d'alimentation flottante.

Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de mesure capacitive de niveau d'un liquide dans un conteneur, mis en oeuvre dans le système selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comprend une insertion préalable d'une électrode d'excitation en matériau flexible et élastique dans un tube de forme prédéterminée au sein dudit conteneur, ce tube étant réalisé en matériau électriquement conducteur, faisant fonction de cible capacitive et étant relié à une masse de référence.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs : -la figure 1 représente un système de mesure capacitive selon l'invention ; et la figure 2 représente un exemple de réalisation d'une sonde flexible et élastique mise en oeuvre dans le système de mesure selon l'invention.

On va maintenant décrire un exemple de réalisation d'un système de mesure selon l'invention, en référence aux figures précitées.

Le système de mesure 1 comprend, en référence aux figures 1 et 2, une sonde capacitive flexible et élastique 100 insérée dans un tube de remplissage 150 d'un conteneur ou réservoir cryogénique 10 qui comporte un orifice de remplissage 12 à laquelle sont reliés d'une part le tube de remplissage 150 et d'autre part, un dispositif de remplissage 11, et un orifice de sortie 16 du liquide 13 contenu dans le réservoir 10. Le tube de remplissage 150 présente une forme spécifique adaptée aux contraintes de remplissage et de stockage cryogénique ; il comporte une portion droite 110 présentant à son extrémité supérieure un orifice de sortie 160 et dans laquelle est logée la sonde capacitive 100, et une portion 140 de liaison entre la portion droite et l'orifice de remplissage 12. Un trou 141 est prévu au bas du tube de remplissage 150 pour

permettre la mise en communication de l'intérieur du tube de remplissage 150 avec le reste du conteneur 10. La sonde capacitive 100 est constituée d'une tige centrale 120 en cuivre au béryllium faisant fonction d'électrode d'excitation et de la portion droite 110 du tube de . remplissage 100 faisant fonction de cible capacitive.

La tige centrale est maintenue sensiblement au centre de la portion droite 110 au moyen de pièces de centrage 131-135 en matériau isolant tel que du Téflon, et est reliée en son extrémité inférieure à l'âme centrale 121 d'un câble coaxial 15 dont la périphérie 122 fait fonction de garde. Le tube de remplissage faisant fonction de cible capacitive sur sa portion droite 110 est relié à la masse de référence M de l'électronique de mesure 20.

L'électronique de mesure 20 comporte, en référence à la figure 1, un pont flottant capacitif 21 entouré par une garde à un potentiel flottant v reliée à la garde 122 du câble coaxial 15 et un étage de traitement 22 délivrant un signal de sortie Vs représentatif de la densité volumique équivalente au sein du conteneur 10. Ce signal de sortie Vs est appliqué en entrée d'un dispositif indicateur de niveau 27. L'électronique de mesure 20 comporte en outre un régulateur 25 pour générer à partir de la tension aux bornes d'une batterie 26 une tension d'alimentation régulée +V, un inverseur 24 pour délivrer une tension d'alimentation négative-V, une alimentation flottante 28 pour délivrer à partir des tensions d'alimentation +V,-V des tensions d'alimentation flottantes V+, V-, et un oscillateur 23 pour générer le potentiel flottant v du pont flottant 21.

Pour la réalisation de l'électronique de mesure 20, on peut aussi utiliser, à titre d'exemple non limitatif, un pont flottant capacitif existant, notamment du type décrit dans le FR2640373, comprenant un amplificateur de charge, une source de tension de polarisation, un modulateur synchrone, et en aval de l'amplificateur de charge, un amplificateur de niveau, un démodulateur synchrone et un intégrateur. Mais il est à noter que bien

d'autres types de ponts flottants capacitifs peuvent tre mis en oeuvre dans la présente invention.

On va maintenant expliquer la mise en place et le fonctionnement d'un système de mesure selon l'invention, en référence aux figures précitées.

La sonde capacitive 100 est mise en place au sein du conteneur 10 par insertion via l'orifice de remplissage 12 dans le tube de remplissage 150. La tige centrale 120 est préalablement pourvue des éléments de centrage 131-135 et reliée au câble coaxial 15. Lorsque la sonde capacitive est correctement mise en place, le câble coaxial 15 est connecté à l'électronique de mesure 20 qui est en pratique placée à distance, par exemple plusieurs mètres, du conteneur 10. L'électronique de mesure 20 est elle-mme reliée à une batterie d'alimentation 26 qui peut tre en pratique la batterie d'alimentation du véhicule, et à un indicateur de niveau 27 qui peut tre du type à aiguille ou à affichage numérique.

Lorsque le système de mesure 1 selon l'invention est en marche, l'amplificateur de charge du pont flottant recueille un courant de mesure prélevé sur la tige centrale 120 de la sonde capacitive 100 excitée par une tension d'excitation à haute fréquence dont l'amplitude est constante. Ce courant de mesure est sensiblement proportionnel à la capacité équivalente entre la tige centrale 120 et la portion droite du tube 110 faisant fonction de cible. Cette capacité équivalente est elle- mme proportionnelle à la longueur immergée de la sonde capacitive 100 dans le liquide. Lorsque le niveau de liquide 13 dans le conteneur 10 varie, la proportion relative de liquide 13 et de gaz 14 varie, et par conséquent la densité équivalente.

On peut encore améliorer la précision du système de mesure en utilisant les enseignements de la loi de Clausius-Mosotti. On peut ainsi s'affranchir des variations de pression et de température au sein du conteneur, puisqu'il est possible de relier directement la densité du liquide à sa permittivité relative. On peut

d'ailleurs avantageusement utiliser un microcontrôleur pour calculer, à partir de données géométriques sur la forme réelle de l'intérieur conteneur préalablement stockées en mémoire, le niveau de liquide effectif en fonction de la mesure de capacité.

A titre d'exemple pratique non limitatif, le système de mesure capacitive selon l'invention peut tre mis en oeuvre dans un conteneur cryogénique sous une pression d'environ 15 bars et à une température de service de- 163°C à 40°C. La précision globale du système de mesure est estimée à 5%.

Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'tre décrits et de nombreux aménagements peuvent tre apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. On peut par exemple prévoir d'insérer la sonde capacitive flexible et élastique dans un tube électriquement conducteur distinct du tube de remplissage.