Brevet FR2051584A1 — publié le 19710409

La présente invention concerne un détecteur de niveau de liquide et se rapporte plus particulièrement à un circuit destiné à déterminer et à indiquer le moment où le niveau d'un liquide contenu dans un récipient devient inférieur à un niveau prédéterminé . Les dispositifs«auxquels l'invention se rapporte et qui ont pour fonction d'indiquer la présence ou l'absence d'un liquide à un niveau prédéterminé sont utiles dans de nombreux cas. Par exemple, le détecteur et l'indicateur de niveau liquide de l'invention peuvent être utilisés pour indiquer si le niveau d'un agent de refroidissement contenu dans le radiateur d'une automobile, d'un camion, d'un tracteur ou de tout autre véhicule à moteur à combustion interne est égal ou inférieur à une valeur prédéterminée. Le dispositif de l'invention est particulièrement utile dans un tel ■)5 cas, du fait que les automobiles modernes ne comportent ordinairement qu'un voyant s'allumant lorsque la température du moteur a dépassé une valeur maximale prédéterminée. Toutefois, une telle indication apparaît brusquement sans avertir suffisamment le conducteur de l'automobile pour qu'il prenne, des mesures de préven-20 tion convenables. D'autre part, avec le dispositif de l'invention, dès que le niveau de l'agent de refroidissement contenu dans le radiateur baisse, le conducteur est averti qu'il faut rajouter de l'agent de refroidissement et il n'est pas nécessaire-d'attendre que le radiateur s'échauffe. 25 II existe un grand nombre d'autres situations qui peuvent tirer avantage d'un détecteur de niveau de liquide. Par exemple, le dispositif de l'invention peut être utilisé comme Avertisseur de niveau du fluide de freinage, de' bas niveau d'essence, de bas niveau d'huile , du niveau d'un réservoir d'eau ou d'un réservoir de butane pour les campeurs et les caravaniers et du niveau de l'eau d'une batterie. Beaucoup d'autres utilisations possibles d'un dispositif indiquant que le niveau du liquide contenu dans un réservoir devient inférieur à une valeur prédéterminée apparaîtront immédiatement aux spécialistes. 25 - Il a été proposé un grand nombre de types différents de cir cuit pour remplir cette fonction dans une ou plusieurs de ces conditions. Dans beaucoup de ces circuits, l'élément de détection est une thermistance, qui est un élément à résistance électrique dont la valeur ohmique varie en fonction inverse de la température. Une 40 thermistance est un élément de détection idéal du fait que lors- 50 B/OD OFttoiNM- 70 25041 2 2051584 qu'un courant circule dans cet élément, sa température augmente par auto-échauffement, ce qui fait décroître sa résistance expo-nentiellement. La thermistance étant plongée dans un conducteur thermique médiocre, tel que de l'air, la température continue à 5 augmenter jusqu'à ce qu'un équilibre soit atteint pour lequel la chaleur engendrée dans la thermistance se dissipe aussi vite qu'elle a été engendrée. Par ailleurs, lorsque la thermistance est refroidie par un fluide quelconque tel que de l'eau ou de l'huile, sa résistance reste relativement élevée. 10 Bien qu'il existe un grand nombre de circuits comportant une thermistance pour la détection de niveau de liquide, ces circuits posent de nombreux problèmes qui les rendent peu pratiques. Dans le premier cas, la plupart des circuits de la technique antérieure sont très complexes, encombrants et coûteux. Par exemple, 15 le numéro de Juin 1969 de la revue "Popular Science "décrit aux pages 116 à 119 un indicateur de niveau d'huile qui comprend une thermistance comme élément de détection. Toutefois, comme représenté dans le schéma électrique de la page 119* le circuit comprend huit transistors, trois diodes, deux lampes et un grand nombre de 20 résistances de condensateurs et de commutateurs. Par conséquent, bien que le circuit convienne, il est à la fois coûteux et difficile à construire. Un autre problème soulevé par les détecteurs de niveau de liquide est qu'ils sont souvent sensibles aux variations de la 25 tension d'alimentation. Ce problème est important lorsque le dispositif est utilisé sur une automobile, du fait que la tension de la batterie d'une automobile peut varier jusqu'à trois à cinq volts en-dessous des conditions normales de fonctionnement. L'invention concerne un circuit nouveau destiné à détecter 50 le fait que le niveau du liquide contenu dans un récipient devient inférieur à un niveau de référence prédéterminé, et à fournir alors une indication visuelle. Ce circuit comporte un nombre minimal de composants, c'est-à-dire trois transistors, une thermistance, une diode Zener, un condensateur, six résistances et une lampe, de 35 sorte qu'il peut être fabriqué facilement et à un prix relativement modique. De plus, le détecteur de niveau de liquide de l'invention ne nécessite aucun réglage et est totalement insensible aux variations de tension de la batterie. En bref, le circuit'de l'invention se compose d'une résis-40 tance et d'une thermistance connectées en série entre les bornes BAD ORIGINAL 70 25041 2051584 plus et moins d'une batterie automobile, de sorte que la tension - à ~la jonction entre la résistance et la thermistance varie selon ~~ que la thermistance est plongée dans un bon ou un mauvais conduc teur thermique. La jonction entre la résistance et la thermistance 5 est connectée à l'entrée d'un circuit de commutation sensible à la tension, qui est connecté directement à la borne positive de la batterie de l'automobile et, par l'intermédiaire d'une diode Zener à la borne négative de cette batterie. La diode Zener fournit une tension de référence qui est indépendante du courant. Le circuit 10 de commutation sensible à la tension présente deux états stables et prend l'un ou l'autre de ces états, selon que la tension à la jonction-de la résistance et de la thermistance est supérieure ou inférieure à un niveau de référence prédéterminé. Lorsque la tension à la jonction indique que la thermis- v 1.5 tance est en dehors du liquide, le circuit de commutation ferme un circuit série entre la batterie et une lampe, de sorte que cette dernière fournit une indication visuelle de l'état de bas niveau du liquide. L'invention concerne donc un détecteur de niveau de liquide 20 nouveau qui. comprend une thermistance comme élément de détection, qui est simple et économique et qui est insensible aux variations de la tension d'alimentation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante, donnée à titre 25 d'exemple et faite en référence au. dessin annexé , dans, lequel la figure 1 représente un schéma , en partie en coupe, montrant la manière dont le détecteur de niveau de liquide peut être utilisé .en combinaison avec un radiateur d'automobile; et la figure 2 représente un schéma électrique d'un disposi-30 tif selon l'invention; » Les dessins et plus particulièrement la figure 1 représentent le détecteur de niveau liquide 20 qui peut être utilisé, à titre d'exemple, pour surveiller le niveau d'un liquide 10 contenu par un réservoir 11 tel. que le radiateur d'une automobile, d'un 35 camion, d'un tracteur ou de tout autre véhicule à moteur à combustion interne. Afin de surveiller le niveau du liquide 10, une thermistance 12 fixée à un support convenable 13 est montée dans le radiateur 11 par on support 14, de sorte que la thermistance 12 se trouve au niveau désiré de l'agent de refroidissement 10. Lors-qu'un signal électrique passe dans la thermistance 12, sa résis- "! . t BAD original 70 25041 2051584 tance indique si elle est plongée dans le liquide 10 ou si elle est plongée dans l'air. Lorsque la thermistance 12 est plongée dans un conducteur thermique médiocre tel que de l'air, sa résistance est très faible. D'autre part, lorsque la thermistance 12 5 est refroidie par le liquide 10 contenu par le radiateur 11, sa résistance est relativement élevée. Les connexions de la thermistance 12 peuvent être effectuées au moyen de conducteurs électriques 15 et 16. Le conducteur 16 peut être connecté à une première source de potentiel de réfé-10 rence, telle que la borne négative de la batterie du véhicule que l'on suppose pour les besoins de la présente description être connectée à la masse. Le conducteur 15 est connecté à l'entrée du détecteur et indicateur de niveau de liquide 20 qui comporte un premier et un second conducteurs de sortie 21 et 22 et un dispositif 15 Indicateur visuel 23, tel qu'un voyant. Comme expliqué plus complètement ci-après, le conducteur de sortie 21 est connecté à une borne A qui est de préférence une borne accessoire d'allumage et le'conducteur de sortie 22 est connecté à une borne B qui est connectée à une seconde source de potentiel de référence telle que la 20 borne positive de la bobine d'allumage du commutateur d'allumage du véhicule. En se référant maintenant à la figure 2, le détecteur de niveau de liquide 20 comprend deux résistances j50 et 3"! connectées en série entre le conducteur de sortie 21 et le conducteur 15 de 25 la thermistance 12. La jonction 32 entre les résistances 30 et 31 est connectée à l'extrémité d'une résistance 33 dont l'autre extrémité est connectée à la base d'un transistor 34. Le collecteur du transistor 34 est connecté par l'intermédiaire d'un condensateu? 35 à sa base. Le collecteur du transistor 34 est également connec-30 té à la base d'un transistor 36 et à une extrémité d'une résistance 37 dont l'autre extrémité est connectée au conducteur de sortie 22. L'émetteur du transistor 36 est connecté à une extrémité d'une résistance 37 dont l'autre extrémité est connectée, à une extrémité d'une résistance 38. L'autre extrémité de la résistance 38 est con-35 nectée à la cathode d'une diode Zener 39 dont l'anode est connectée à la masse. La jonction 40 entre les résistances 37 et 38 est connectée à l'émetteur du trànsistor 34. Le collecteur du transistor 36 est connecté à la base d'un transistor 41 dont l'émetteur . est connecté au conducteur de sortie 22. Le collecteur du transis-40 t°r 41 est connecté à une borne du voyant indicateur 23 dont l'auBAD ORIGINAL 70 25041 2051584 tre borne est connectée à la masse. Enfin, on suppose que le point A est connecté à la même source de potentiel positif de référence que le point B par l'intermédiaire d'un commutateur unipolaire et à deux directions 42 comportant un bras 43 et une première 5 et une seconde bornes 44 et 45. Le bras 43 est connecté à la borne A et la borne 45 est connectée à la source de potentiel positif de référence. En fonctionnement , le potentiel à la jonction 32 est élevé par rapport à la masse lorsque la thermistance 12 est re-10 froidie par un fluide tel que de l'eau , de l'huile, etc. D'autre part, lorsque la thermistance 12 est plongée dans un conducteur thermique médiocre tel que de l'air, sa température augmente en raison de 1'auto-échauffement et provoque une diminution exponentielle de sa résistance. Ainsi, lorsque la température de la ther-15 mistance 12 augmente, le potentiel à la jonction .32 diminue jusqu'à ce quvun équilibre soit atteint pour lequel la chaleur engendrée dans la thermistance 12 est dissipée aussi vite qu'elle est produite. Ainsi, le potentiel à la jonction 32 indique si la thermistance 12 est plongée dans un fluide ou dans uij^az. 20 Lé présent circuit surveillé la tension à la jonction 32 et allume ou éteint le voyant 23 pour les potentiels bas ou élevés respectivement. En supposant d'abord que la thermistance 12 est plongée dans le liquide 10, le potentiel à la jonction 32 est supérieur au potentiel à la jonction 40, ce dernier étant dé-25 terminé principalement par les caractéristiques de la diode Zener 39 plus la tension base-émetteur du transistor 34. Par conséquent, dans des conditions normales, le transistor 34 est conducteur. Comme la tension de saturation collecteur-émetteur du transistor 34 est généralement très faible, le transistor 34 constitue un pre-30 mier élément de commutation maintenait le transistor 36 bloqué. Enfin, le transistor 36 étant non conducteur,le transistor 41 ne peut conduire et le voyant 23 reste éteint. En ce sens, le transistor 34 fonctionne comme un second élément de commutation maintenant le transistor 4î bloqué. s 35 Lorsque le niveau du liquide 10 du radiateur 11 descend, de sorte que la thermistance 12 est entourée par du gaz, sa température augmente et sa résistance diminue, de sorte que le potentiel à la jonction 32 se rapproche du niveau de la masse. Lorsque le potentiel à la jonction 32 devient plus faible que le potentiel j,n de référence de la jonction 40, le transistor 34 commence à se 70 25041 2051584 6 bloquer. Lorsque la tension sur le collecteur du transistor 34 augmente, le courant circulant dans la résistance 37 commence à polariser le transistor 36 à l'état conducteur. De plus, la réaction provenant du transistor 36 et appliquée au transistor 34 par 5 l'intermédiaire de la résistance 37 qui opère à l'encontre de l'impédance de la résistance 38 plus l'impédance de la diode Zener 39 aide à rendre le transistor 34 bloqué. Il en résulte une action de basculement très rapide pour laquelle le transistor 34 ou le transistor 36 est conducteur. Sauf pendant la commutation, le 10 transistor 34 ou le transistor 36 fournit un courant par l'intermédiaire de la résistance 38 et la diode Zener 39 en série, de sorte que la diode Zener 39 peut maintenir la jonction 40 dans une gamme étroite de niveaux de tension, quelles que soient les variations de la tension d'alimentation. En choisissant convenable-15 ment les valeurs des éléments du circuit, on peut maintenir le courant circulant dans la résistance 38 er la diode Zener 39 très proche d'une valeur constante lorsque les transistors 34 et 36 passent d'un état à l'autre. Si les composants sont réglés de sorte que la tension à 20 la jonction 40 reste constante indépendamment de l'état dans lequel se trouvé le circuit, la commutation d'un état à l'autre se produit pour le même niveau de résistance de la thermistance 12. Toutefois, s'il apparaît une légère variation du courant circulant dans la résistance 38 au cours d'une commutation d'un état 25 à l'autre, il peut exister une légère bande neutre, de sorte que la résistance de la thermistance 12 pour laquelle le circuit commute d'un état à l'autre est différente de celle pour laquelle il revient à son état initial. Ceci est une caractéristique avantageuse en ce sens qu'elle permet de commander la facilité avec 30 laquelle le circuit passe d'un état à l'autre. Ainsi, le voyant 23 peut etre empeche de scintiller pour de très petites variations des signaux d'entrée. Lorsque le transistor 36 conduit, il porte le transistor 41 à la saturation et constitue ùn circuit série fermé entre le 35 voyant 23 et la batterie du véhicule, de sorte que le voyant 23 s'allume pour indiquer le bas niveau de liquide 10 du radiateur 11 . Les transistors 34 et 35 constituent essentiellement un circuit de commutation insensible à la tension et qui présente 40 deux états stables et deux niveaux de référence et qui est connec-. 70 25041 2051584 té à la jonction 32 pour surveiller la tension à ce point. Lorsque la tension de la jonction 32 est supérieure au premier niveau de référence fournit par la diode Zener 39 et la résistance 38, le circuit de commutation se trouve dans le premier état stable. Lors-5 que la tension à la jonction 32 est inférieure au second niveau de référence, qui peut être différent du premier par suite de la variation du courant circulant dans la résistance 38, le circuit de commutatioijêst dans le second état stable. De plus, le circuit de commutation commande le fonctionnement du transistor 41 qui est 10 simplement un commutateur qui allume le voyant 23 et l'éteint selon l'état du circuit de commutation sensible à la tension. Enfin, la diode Zener 39 fournit un niveau de tension de référence, de sorte que le circuit peut fonctionner indépendamment des variations de la tension de la batterie. 15 La résistance 37 constitue une résistance de limitation du courant provenant de la borne positive de la batterie et passant par la jonction émetteur-base du transistor 41 et traversant le transistor 36 lorsque le voyant 23 est allumé. Le condensateur 35 constitue un filtre à haute fréquence et empêdae les indications 20 erronées pouvant être produites par des parasites électriques. Dans les applications telles que les avertisseurs de niveau de radiateur, le contact du véhicule constitue généralement une borne de désexcitation accessoire. Lorsqu'on connecte le point A à cette borne, on obtient un dispositif de vérification automa-25 tique du circuit et du voyant. Lorsque le démarreur est actionné, le bras 43 du commutateur 42 est transféré à la borne 44. Il en résulte que le potentiel n'est plus appliqué au point A et que le potentiel à la jonction 32 passe au niveau de la nasse. L'effet obtenu est le même que' lorsque le niveau du liquide ést bas, de 30 sorte que le voyant 23 s'allume. Lorsque le commutateur d'allumage est relâché, le bras 43 du commutateur 42 vient en contact avec la .. borne 45 et le voyant 23 s'éteint, ce qui complète la vérification électrique. Pour d'autres applications dans lesquélles la borne de vérification automatique n'est pas disponible, les points A et B 35 sont connectés l'un à l'autre. Le présent circuit peut servir également à surveiller simultanément le niveau du liquide dans un certain nombre de récipients. Par exemple, si l'on désire surveiller le niveau de fluide de plusieurs éléments d'une batterie, il faut disposer une ther- mistance 12 dans chaque élément. Chaque thermistance est alors 70 25041 2051584 8 connectée par l'intermédiaire d'une résistance 31 à la jonction commune 32. Les seules pièces supplémentaires sont donc .des ther-mistances 12 et des résistances 31 supplémentaires. En fonctionnement, tant que toutes les thermistances sont plongées dans le li-5 quide, la résistance de chacune d'elles est élevée et la résistance parallèle combinée est grande, ce qui maintient le voyant 23 éteint. Toutefois, dès que l'une des thermistances n'est plus plongée dans du liquide, sa résistance diminue, ce qui réduit la résistance parallèle totale et allume le voyant 23. 10 On peut voir par conséquent que, seion l'invention, il de est obtenu un detecteur de niveau/Liquide qui est simple et peut être installé facilement dans un grand nombre de situations. De plus, le circuit de l'invention présente l'avantage d'être insensible aux variations de tension. 15 ' Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés q,u'à titre d'exemples. 70 25041 2051584 9 REVENDICATIONS 1 - Détecteur de niveau de liquide destiné à déterminer le fait que le niveau d'un liquide contenu dans un récipient devient inférieur à une valeur prédéterminée et qui comprend une ali- c; mentation en tension qui fournit un premier et un second points de potentiel de référence et une thermistance située dans le récipient au niveau prédéterminé pour détecter la présence ou l'absence de liquide à ce niveau, caractérisé en ce qu'il comprend une résistance connectée en série avec la thermistance entre le premier et ■jg le second points de potentiel de référence, un dispositif constituant un troisième point de potentiel de référence qui est sensiblement indépendant des variations dudit premier point, un dispositif de commutation sensible à la tension qui est couplé activement à la jonction entre la résistance et la thermistance , le premier 15 point de potentiel de référence et le troisième point de potentiel de référence, afin de détecter la tension à cette jonction, et un dispositif indicateur, le dispositif de commutation pouvant exciter, ou désexciter le dispositif indicateur selon que la tension à la jonction est supérieure ou inférieure au potentiel du troisième 20 point de référence. 2 - Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif constituant un troisième point de potentiel de référence comprend une diode Zener dont une borne est connectée au second point de potentiel de référence et dont 1'autrefoorne 25 constitue le troisième point de potentiel de référence. 3 - Détecteur selon la revendication 1, ou là revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de commutation sensible à la tension présente un premier et un second états stables et se trouve dais le premier état stable lorsque la tension à la jonction ^0 est supérieure au potentiel du troisième point de référence et se trouve dans le second état stable lorsque la tension à la jonction est inférieure au potentiel du troisième point de référence; 4 - Détecteur selon la revendication 3* caractérisé en ce qie le dispositif indicateur est désexcité lorsque le dispositif de 25 commutation sensible à la tension est dans le premier état stable et est excité lorsque le dispositif de commutation est dans le second état stable. 5 - Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un commutateur qui est connecté en série avec le dispositif indicateur entre le premier et 40 BAD'&RiSWiL 70 25041 2051584 le second points de potentiel de référence, le dispositif de commutation ouvrant ou fermant le commutateur selon le niveau de tension de la jonction. 6 - Détecteur selon la revendication 5* caractérisé en 5 ce que le commutateur comprend un transistor. 7 - Détecteur de niveau selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le dispositif de commutation sensible à~la tension comprend un premier et un second transistors ayant une base, un collecteur et un émetteur, les 10 émetteurs des deux transistors étant connectés au troisième point de potentiel de référence, la base du premier transistor étant connectée à ladite jonction, et une seconde résistance étant connectée entre un premier point de potentiel de référence et le collecteur du premier transistor et la base du second transistor, le 15 collecteur du second transistor étant connecté au dispositif indicateur. 8 - Détecteur selon la revendication 7* caractérisé en ce que le dispositif de commutation sensible à la tension comprend une troisième résistance connectée entre ladite jonction et la 20 base du premier transistor, une quatrième résistance connectée entre l'émetteur du second transistor et le troisième point de potentiel de référence, une cinquième résistance connectée entre l'autre extrémité de la diode Zener et le troisième point de potentiel de référence, et un condensateur connecté entre le collecteur 25 et la base du premier transistor. 9 Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le potentiel au troisième point de potentiel de référence prend une première et une seconde valeurs discrètes pouvant être commandées pour fournir une commande indépendante de l'excitation et 30 de la désexcitation du dispositif indicateur. 10 - Détecteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif constituant un troisième point de potentiel de référence comprend une diode Zener dont une borne est connectée au second point de potentiel de référence et une seconde résistance 35 dont une borne est connectée à l'autre borne de la diode Zener, la seconde borne de la seconde résistance constituant le troisième point de potentiel de référence. 11 - Détecteur selon la revendication 9 ou la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif de commutation sen- 40 sible à la tension présente un premier et un second états stables 70 25041 2051584 n et passe au premier état lorsque la tension à ladite, jonction excède la première valeur du potentiel au troisième point de référence et passe au second état stable lorsque la tension à ladite jonction devient inférieure à la seconde valeur du potentiel 5 au troisième point de référence. 12 - Détecteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que le dispositif indicateur est désexcité lorsque le dispositif de commutation sensible à la tension est dans le premier état stable et est excité lorsque le dispositif de commutation 10 est dans le second état stable.