Brevet FR2002265A1 — publié le 19691017

La présente invention est relative à un détecteur du niveau d'un liquide du type qui répond continuellement aux variations du niveau du liquide et à un procédé de fabrication d'un tel détecteur, ainsi qu'à un circuit indicateur comportant un tel 5 détecteur. On a déjà proposé de déterminer le niveau d'un liquide en la*Bggeait dans le liquide des éléments métalliques résistifs chauffés, la résistance de ces éléments variant avec la température. Lorsque le niveau du liquide diminue la- température moyenne 10 de l'élément augmente du fait que la partie iùmergéede l'élément est efficacement refroidie par conduction du liquide tandis que le reste de l'élément n'est pas efficacement refroidi par l'air situé au-dessus du liquide. La résistance totale de l'élément est donc une fonction du niveau du liquide. Cependant, de 15 tels dispositifs ont un très faible coefficient de résistance en fonction de la température et par conséquent ils présentent des variations de résistance si faibles que l'on doit disposer d'un appareil de mesure très élaboré pour obtenir une représentation de l'information sur le niveau du liquide. De tels 20 dispositifs sont également sensibles aux variations de la température ambiante du liquide et de l'air de sorte que des moyens doivent être prévus pour compenser les variations de température ambiante. Des thermistances chauffées sont également sensibles aux 25 variations du niveau du liquide. On a proposé d'utiliser des thermistances en tant que détecteur de niveau en disposant verticalement plusieurs thermistances de telle façon que chacune d'elle est sensible à l'abaissement du niveau du liquide lorsqu'il se trouve à sa hau-50 teur. Le réseau de thermistances* produit une sortie composée de degrés décroissant L'invention vise à créer: - un détecteur à thermistance du niveau d'un liquide qui soit continuellement sensible aux variations du niveau du liquide - un détecteur à thermistance du niveau d'un liquide qui 40 ne soit pas influencé par la température ambiante; 69 04261 2 2002265 - un détecteur à thermistance du niveau d'un liquide qui soit adapté pour contrôler continuellement le niveau du liquide et qui soit d'une construction adaptée à la fabrication en grande série; * 5 - un procédé de fabrication d'un détecteur à thermistance du niveau d'un liquide continuellement sensible aux va±±ations de niveau; - un circuit indicateur du niveau du liquide continuellement sensible aux variations du niveau du liquide comportant un 10 détecteur à thermistance du niveau d'un liquide. Suivant l'invention il est prévu un élément allongé en matériau de thermistance sur lequel sont disposés longitudinale-ment deux rubans parallèles en matériau résistif qui supportent à leur tour deux conducteurs parallèles séparés, également 15 disposés longitudinalement le long de l'élément. Suivant une autre caractéristique de l'invention l'élément porte une résistance montée en parallèle avec le matériau de thermistance et porte en outre un dispositif de chauffage. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention 20 il est prévu un élément de Chermistance allongé comprenant un élément résistif connecté en série, formé sur ledit élément de thermistance et comprenant un réseau résistif formé de conducteurs de sorte qu'en fonctionnement l'espacement horizontal des conducteurs est uniforme sur la longueur de l' élément et 25 que la dimension horizontale du réseau résistif entre les conducteurs est uniforme sur la longueur de l'élément. Suivant encore une caractéristique de l'invention il est prévu un circuit comportant une jauge connectée à un élément sensible de thermistance allongé, l'impédance de l'élément sensi-^0 étant une fonction continue des variations du niveau du liquide et la jauge étant sensible aux variations de l'impédance du détecteur. Suivant encore une caractéristique de l'invention il est prévu un revêtement de thermistance sur un côté d'un ruban allon-^ gé isolé, en imprimant des éléments de résistance parallèles espacés sur la thermistance, en imprimant des conducteurs parallèles espacés, un..- sur chaque élément de résistance, et en imprimant sur l'ensemble une résistance et un élément chauffant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. 69 04261 5 2002265 Aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple : la Fig.l est un schéma électrique d'un circuit détecteur du niveau d'un liquide comportant un détecteur du niveau d'un liquide suivant l'invention; la Fig.? vue en élévation avec arrachement partiel d'un détecteur/de combustible suivant l'invention; la Fig.3 est une vue en coupe suivant la ligne 3=^3 de la Fig.2; la Fig.4 est une vue en élévation, de l'arrière, du détecteur de la Fig.2; la Fig.5 est une vue en élévation combinée des cotés opposés d'un détecteur du niveau d'un liquide et du schéma électrique d'interconnexion et; la Fig.6 est un diagramme de la caractéristique résistance température du détecteur suivant l'invention. La Fig.l représente schématiquement un indicateur du niveau d'un liquide comportant un détecteur du niveau du liquide. Ce circuit est du type pouvant être utilisé, par exemple, pour indiquer le niveau de combustible ,sur un véhicule à moteur. Le circuit comprend une batterie 10 connectée à une jauge de combustible classique 12 ayant des bobines de champ 13 et 14. Un induit 15 en matériau d'aimant permanent se trouve dans le champ magnétique des bobines 13 et 14 et porte un index 15a. La Jagge est à son tour connectée à un détecteur 16 qui devrait être immergé dans un réservoir de combustibles. Au cours du fonctionnement de la jauge, l'ensemble 12 fournit un flux électromagnétique de référence qui tend à aligner l'induit 15 en matériau d'aimant permanent avec le champ résultant. La bobine 14, couplée avec un dispositif de régulation de courant sous forme du détecteur 16, fournit un champ d'amplitude variable qui vari^fen réponse au niveau du liquide à indiquer. La superposition des champs crées par les bobines 13 et 14 produit un champ résultant qui varie en direction entre les axes des bobines 13 et 14. L'induit 15 en matériau d'aimant permanent est aligné avec le champ résultant pour donner l'indication du niveau du liquide. Lorsque le niveau du liquide est très élevé, l'impédance du détecteur 16 est-très élevée de sorte que le courant traversant la bobine 14 est négligeable. lie champ de la bobiné 13 positionne alors l'induit 15 de 69 04261 4 2002265 telle sorte que l'index 15a indique"pj.êinn• Lorsque le niveau du liquide baisse l'impédance décroît et le courant dans la bobine 14 augmente de sotte que 1'index 15a se déplace vers la position "vide". 5 Le détecteur 16 comporte une thermistance 18 montée en série avec une résistance 20 qui à son tour est connectée à la fiiass^., Une résistance 22 est connectée comme représenté ' en parallèle avec la thermistance 18 et la résistance 20. Un élément de chauffage 24 est connecté entre la batterie 10 et la 10 masse . Le détecteur tel que représenté aux Fig.2, 3 et 4 comprend une bande métallique 26 ayant un revêtement 28 en matériau isolant électrique. Un coté du ruban revêtu 26 est recouvert d'une couche de matériau de thermistance 29. Deux rubans espacés 15 parallèles JO en matériau résistif sont formés longitudinalement sur la surface du nna La Fig.5 représente les branchements des diverses parties du détecteur telles que représentées par le schéma électrique de la Fig.l. On voit d'après la Fig.5 que le rivet 38 du conducteur de foasse 34 forme une connexion à la masse pour la 30 résistance en parallèle 22 et l'élément chauffant 24. Ces portions de bande de matériau résistif 30 qui se trouvent entre ces conducteurs 32 et 34 combinés comprennent la résistance série 20 et également en combinaison avec la partie 18 du matériau de thermistance 29 qui se trouve entre les bandes 30^ comprend 35 la combinaison en série de la thermistance 18 et de la résistance 20 de sorte que le conducteur de masse 34 sert de connexion à la masse pour la combinaison en série thermistance-résistance tandis que l'autre conducteur 32 est connecté à la jauge 12. En fonctionnement, lorsque le détecteur 16 est disposé 40 dans un réservoir à combustible ou autre réservoir de liquide, 69 04261 5 2002265 le courant circulant à travers l'élément chauffant 24 fournit de la chaleur au détecteur. Comme le courant de l'élément chauffant ne doit pas passer à travers la jauge 12, il .n'influen-T-CQ. pas la-.-——rr^-lecture de cette dernière. La portion du détec-5 teur qui est Immergée dans le liquide est refroidie à une température relativement basse car le liquide conduit efficacement la chaleur provenant du détecteur tandis que la ~jportion du détecteur 16 située au-dessus du niveau du. liquide est chauffée à une température élevée car l'air environnant ne conduil pas / 10 la chaleur provenant du détecteur. Si le détecteur est totalement immergé dans le combustible, la résistance de la thermistance est élevée et si le niveau du liquide décroît, la résistance moyenne diminue, variation de résistance qui est traduite par la lectune de la jauge 12. Le circuit série parallèle particulier 15 utilisé ici fournit la courbe bien connue de la résistance en fonction d„e la température représentée^ la Fig.6. On voit que les portions extrêmes de la courbe située au-desas ous et au-dessus des températures T-l T-2, respectivement sont relativement platesT Si la température de la portion du détec-20 teur immergé dans le liquide se trouve au-dessous de T-i et la température de la portion non immergée et supérieure -à la température T-2, alors toute portion du détecteur exposée à l'air, du fait de l'abaissement du niveau du liquide, agit plutôt comme un commutateur pour diminuer, la résistance du 25 détecteur d'une valeur qui est indépendante de la température ambiante. Autrement dit, si la température la plus élevée attendue de la partie immergée du détecteur est T-l et la température la plus basse attendue de la partie exposée aat T-2,alors les 30 températures ambiantes qui font que les températures du1 détècteur descendent au-dessous de T-l ou montent au-dessus de T-2 n'influencent pas la résistance du détecteur car la courbe est plate dans cette portion . extrême. Il est évidemment avantageux de limiter la séparation.- : entre T-l et T-2 de sorte- qu'une 35 variation de température relativement petite provoque la commutation d'une partie plate de_la courbe sur l'autre. Ceci est réalisé .en utilisant un matériau de thermistance ayant un coefficient bêta élevé. On voit qu'afin d'obtenir une réponse linéaire précise 40 du détecteur, les dimensions horizontales réelles de la 69. 04-261 6 2002265 10 15 20 30 35 thermistance 18 et du matériau de la résistance 30 dôlvent être uniformes sur la longueur du détecteur 16. Autrement les variations du niveau du fluide à des niveaux différents du détecteur provoqueraient des variations différentes de la résistance totale pour des variations égales du niveau du fluide. Si la résistance 20 avait la forme d'un ruban unique de matériau de résistance 30 alors les- conducteurs 32 et 34 devraient être alignés avec les rubans 30 de manière à leur être strictement parallèle. De plus afin d'établir une valeur nominale particulière de la résistance 20 ê'S de la thermîsfcaHce 18, les conducteurs 32 devraient être disposés avec précision par rapport au bord interne du ruban unique 30- Un tel alignement est extrêmement difficile à réaliser en pratique et ne pourrait être effectué de façon économique au cours d'une fabrication à grande échelle. Afin d'éviter cette difficulté, suivant l'invention, la résistance 20 est séparée en deux rubans 30 efepacés de matériau résistif, chacun étant couplé avec un conducteur 32 OU 34. Cet agencement est facilement fabriqué en utilisant des techniques classiques des circuits imprimés, telle que l'impression à l'écran de soif pour obtenir un détecteur précis et économique. A cette fin, les deux rubans 30 sont simultanément imprimés à l'écran de soie sur le matériau de thermistance 18 de sorte qu'ils sont parallèles et espacés avec précision. ^Il^est bien connu que cette géométrie est obtenue facilement par/préparâtion convenable si^r un du modèle /i écran de soie ,Ensuite, les conducteurs 32 et 34 sont imprimés à l'écran de soie sur les rubans 30 de façon à être parallèles et espacés avec précision. On notera cependant que les conducteurs 3? et 34 n'ont pas besoin d'être alignés avec précision avec les rubans 30 tant qu'ils se trouvent sur les rubans. Avecrcette construction la dimension horizontale de la thermistance 18 est constante sur la longueur du détecteur étant donné qu'elle est définie par les bords internes des rubans parallèles 30. De façon similaire, la dimension horizontale du matériau résistif 30 se trouvant entre les conducteurs 32 et 34 est constante sur la longueur du détecteur car la dimension horizontale combinée de la résistance est égale à la distance constante entre les conducteurs parallèles 32 et 34 diminuée de l'écartement constant entre les rubans 30. Par conséquent, la fabrication d'un détecteur linéaire ; précis 40 est réalisée facilement. On comprendra bien entendtv4ue si on 69 04261 7 2002265 désire un détecteur non linéaire pour compenser la forme irrégulière d'un réservoir de liquide, ceci peut être obtenu en appliquant les mêmes principes de construction. Un exemple particulier d'un procédé de fabrication d'un dé-5 tecteur 16 consiste tout d'abord à revêtir un côté d'un fin ruban de nickel d'une largeur de 6, 35 mm environ et d'une longueur de 127 mm environ avec un matériau de thermistance et à chauffer ensuite le substrat de nickel revêtu pendant 18 minutes à une température comprise entre 10J8 et 1371°C de sorte qu'une fine 10 couche isolante d'oxyde de nickel est formée sur toute la surface du ruban de nickel. Le matériau de thermistance comprend de l'oxyde de manganèse, de l'oxyde de cobalt et de l'oxyde de zinc en quantité moléculaire égale. Si on le désire l'oxyde de nickel ou l'oxyde de cuivre peut être subsistuée à l'oxyde de zinc. La 15 couche de matériau de thermistance a une épaisseur comprise entre 50 et 150 .microns environ. Ensuite les rubans résistifs 30 sont appliqués par dépôt à l'écran de soie d'une encre au palladium et à l'argent disponible dans le commerce sur le maté-riâu de thermistance. Ces rubans ont une épaisseur de 25 microns 20 et sont espacés de 2 à 5 mm environ. Ensuite les conducteurs 3? et 3^ sont formés par dépôt à l'écran de soie sur les rubans 30 dans une encre métallique par exemple au platine et à l'or et présentent une épaisseur de 25 microns, un écartement de 3 à 6 mm et des largeurs de 250 à 750 microns. L'élément chauffant 25 24 et la résistance parallèle 22 ainsi que le conducteur 36 sont appliqués sur l'autre côté de la bande de nickel oxydée par impression à l'écran de soie-ayr cette dernière de bande d'une encre résistive telle qu'une composition de palladium et d'argent, la largeur de ces éléments étant choisie de manière 30 à obtenir la résistance et le pouvoir chauffant désiré. L'ensemble est ensuite chauffé pour éliminer les diverses encres. Toutefois comme il est bien connu dans la technique, des chauffages supplémentaires peuvent être nécessaires après chaque opération d'impression. L'élément chauffant 24 et le conducteur 35 34 sont ensuite connectés par le rivet 38 et l'ensemble est recouvert par un matériau isolant tel qu'un caoutchouc aux silico-nes.Un détecteur d'une telle construction présente une résistance série 20 de l'ordre de 40 ohms une résistance parallèle 22 de l'ordre de 100 ohms et une résistance chauffante d'environ 40 ohms. Il s'ensuit que la combinaison série parallèle des résis 69 04261 8 2002265 tances 20 et 22 et de la thermistance 18 a une résistance maximale de l'ordre de 100 ohms à des températures inférieures à T-l et une résistance minimale de l'ordre de 20 ohms à des températures supérieures à T-2. 69 04261 9 2002265 R_E_V_E_N_D_I_C_A_T_I_0_N_§ 1.- Détecteur du niveau d'un liquide, caractérisé en ce qu'il comporté un élément allongé de matériau de thermistance 18, deux conducteurs parallèles espacés 32 et 34 fixés sur 5 l'élément et s'étendant longitudinalement le long de ces derniers, un matériau de résistance 30 recouvrant une portion du métériau de thermistance entre les conducteurs, l'étendue latérale du matériau de résistance étant uniforme le long dudit élément, un dispositif de chauffage 24 en relation d'échange thermique avec 10 l'élément de thermistance et une résistance 22 connectée audit élément et montée en parallèle avec la thermistance et ledit matériau de résistance. 2.- Détecteur du niveau d'un liquide, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément de thermistance 18 15 est_ un revêtement de matériau de thermistance déposé sur un coté d'un ruban allongé 16 de métal isolé, ledit matériau de résistance se présentant sous la forme de deux rubans parallèles espacés 30 de matériau de résistance sur le matériau de thermistance, lesdits conducteurs 3? et 34 étant respectivement fixés 20 auxdits rubans, l'autre coté du ruban 16 portant ladite résistance 22 et ledit élément chauffant 24 soùs forme dr~un élément chauffant résistif, et un conducteur 38 interconnectant l'élément chauffant la résistance et l'un desdits conducteurs à une extrémité du ruban. 25 -, Détecteur du niveau d'un liquide suivant les revendi cations 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est connecté à un circuit dans lequel une jauge 12 est connectée au détecteur ladite jauge étant sensible à l'impédance de ce dernier, une extrémité de ladite résistance étant connectée à ladite jauge. 30 4.- Détecteur suivant la revendication 3.» caractérisé en ce que ladite jauge comporte- un bobinage de champ 13, 14 connecté à une source de courant électrique et un induit 15 au moins partiellement commandé par l'intensité du courant circulant à travers la bobine de champ, ledit détecteur étant 35 connecté en série avec la bobine de champ et la source de courant. 5.- Procédé de fabrication d'un détecteur du. niveau d'un liquide continuellement sensible aux variations du niveau du liquide, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer un matériau de thermistance sur un élément de base allongé, à former 40 sur le matériau de thermistance deux rubans parallèles espacés 69 04261 16 2002265 de matériau de résistance par impression avec une encre résistive sur le matériau de résistance, à former sur les rubans de matériau de résistance deux conducteurs parallèles espacés par impression d'une encre conductrice sur le matériau de résistan-5 ce , à Imprimer sur l'élément un dispositif chauffant et une résistance, et à interconnecter le dispositif chauffant, la résistance et l'un desdits conducteurs .. 6-Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le matériau de thermistance est appliqué sur une surface 10 de l'élément de base allongé, les deux rubaçis de matériau de résistance sont formés en une phase, et les deux conducteurs sont formés en une phase, le dispositif chauffant et la résistance étant disposés sur la face dudit élément de base opposée h celle qui porte le matériau de thermistance . 15 7-Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ledit élément de base est un ruban de nickel, une couche isolante d'oxyde est formée sur le ruban par chauffage, le matériau de résistance est formé sur le matériau de thermistance par impression à l'écran de soie sur ce dernier avec 20 une encre résistive, et lesdits conducteurs sont formés sur les rubans de matériau de résistance par impression à l'écran de soie avec une encre conductrice, sur ces derniers .