Brevet FR2459454A1 — publié le 19810109

L'invention a pour objet un capteur de course différentiel inductif comportant deux pièces en fer & forme de U, chacune d'elles portant une bobine sur l'une de ses deux branches et comportant un anneau en court-circuit déplaçable sur chaque branche pour faire varier l'inductance de la bobine correspondante. De tels capteurs de course différentiels sont connus, par exemple d'après le document DE-AS 23 52 851 et peuvent avantageusement être utilisés au cours du fonctionnement des moteurs à combustion interne Il est souvent souhaitable, par exemple dans le cas du réglage électronique de l'al- lumage ,d'effectuer une exploitation analogique par fréquence de l'inductance qui varie en fonction de la course. Dans le cas d'application mentionnée, on peut ainsi produire une fréquence croissante lorsque la dépression croit dans la tubulure d'admis sion du moteur à combustion interne, ce qui procure une sécurité intrinsèque accrue. L'inventif a pour but de créer un capteur de course différentiel inductif avec un montage d'exploitation associé, cet ensemble permettant de convertir avec une grande précision le trajet d'une course ou un angle de rotation en des grandeurs électriques désirées. L'invention concerne à cet effet un capteur du type ci-dessus caractérisé en ce que les iux bobines sont branchées en série et raccordées à la sortie d'un comparateur, en ce que l'une des deux entrées du comparateur est reliée à la sortie par l'une des deux bobines, et en ce qu'à la sortie du comparateur- est en outre raccordée une résistance branchée en série avec un condensateur en formant avec lui un organe d'intégration RC. Des dispositions indiquées dans la suite permettent d'obtenir des modes de réalisation de l'invention. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés représentant des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels la la figure 1 est une vue schématique d'un exemple de réalisation d'un capteur de course différentiel inductif conforme à l'invention, - la figure 2 est un schéma d'un montage d'exploitation, - la figure 3 et un schéma d'un autre montage d' exploitation, - la figure 4 est un diagramme représentant la variation en fonction du temps de la tension de sortie du comparateur du montage d'exploitation, - la figure 5 représente un capteur semi- différentiel à anneau en court-circuit, - la figure 6 est un schéma d'un montage d'exploitation électronique, - la figure 7 est un diagramme représentant les variations en fonction du temps des tensions produites dans le montage de la figure 6. La figure 1 représente schématiquement un capteur de course différentiel dont le noyau en fer est constitué par deux noyaux élémentaires en forme de U 1 et 2. Les noyaux sont formés par des lamelles en tôle empilées embouties avec la forme appropriée. Les deux noyaux en fer sont symétriques ltun par rapport à l'autre et comportent chacun une culasse 3, 4. Les culasses 3, 4 sont séparées magnétiquement l'une de l'autre par un évidement étroit 5 sur la plus grande partie de leur longueur, mais sont reliées magnétiquement par des barrettes 6, 7 aux extrémités de l'évidement 5. Deux branches parallèles prismatiques 8, 9 partent de la culasse 3 du noyau élémentaire de droite 1. La branche 9 porte une bobine 10 disposée à proximité de la culasse 3.On peut faire varier l'inductance L1 de cette bobine à l'aide d'un anneau en court-circuit Il entourant les deux branches 8 et 9. Cette variation a lieu en fonction de la course de mesure S1, par exemple d'une capsule barométrique raccordée à la tubulure d'admission d'un moteur à combustion interne non représenté et mesurant la dépression qui règne dans cette tubulure. Le noyau élémentaire de gauche 2 comporte deux branches 12 et 13, également prismatiques, en saillie sur la culasse commune 4. Sur ces branches 12 et 13 est engagée une plaque en cuivre 14 servant anneau en court-circuit, de façon telle que les dites branches traversent la plaque sans contact en 15 et 16. Sur chacune des branches 12 et 13 est monté l'un de deux enroulements élémentaires 17, 18 de même grandeur branchés l'un à la suite de l'autre avec des polarités opposées, ce qui rend sans effet la magnétisation produite de façon inévi table par le courant continu Ig.Les deux enroulements élémentaires 17, 18 constituent ensemble la seconde bobine mentionnez dans le préambule. L'inductance d'ensemble de cette bobine est désignée par L2 et peut être étalonnée en tant que valeur de comparaison à l'aide de la plaque en cuivre 14 lors de l'exploi- tation de l'inductance Li de la bobine 10 qui varie en fonction de la course. La résistance efficace des deux enroulements élémentaires 17 et 1O doit etre suffisamment gande pour que le courant continu résultant Ig ne puisse pas provoquer de surcharge thermique de ces enroulements. Dans le montage dxezNploitation représenté schématiquement sur la figure 29 prévu pour fonctionner avec une batterie unique donnant la tension d'alimentation UB, cette tension est appliquée à l'extrémité 21 de l'enroulement élémentaire 17. L'extrémité 23 de l'enroulement élémentaire 18 est raccordée, par 1 e intermédiaire d'une connexion de masse commune, au pôle négatif d'une batterie, non représentée de façon particulière, assurant le fonctionnement d'un moteur à combustion interne. Au point de connexion 22 entre les enroulements élémentaires, est relié l'enroulement 10 dont l'inductance variable est désigné par Li sur la figure 2.L'autre extrémité de cet enroulement 10 est reliée à la sortie 25 diun amplificateur opérationnel 01 dont l'entrée non inversante (positive) 26 est reliée au point de connexion 22 des deux enroulements élémentaires 17, 18. Le montage en série d'une résistance R et d'un condensateur d'intégration C est branché entre la sortie 25 de l'amplificateur opérationnel 0l et la masse. Le point de connexion de la distance R et du condensateur C est relié à l'entrée inversante (négative) de l'amplificateur opérationnel 01. A la sortie 25 de l'amplificateur opérationnel 01 apparait une tension rectangulaire UA dont la période T est indiquée sur la figure 2 en face de la tension de sortie UA La fréquence, égale à l'inverse de la période, f = 1 : T = const. (L1 + 1), constitue ainsi l'exploitation analogique par fréquence des inductances L1 de la bobine 10 et de l'inductance L2 de la seconde bobine 19 formée par les enroulements élémentaires 17, 18, ces inductances étant établies dans le capteur de course différentiel. Le montage d'exploitation représenté sur la figure 3, fonctionnant par analogie de fréquence et prévu pour deux tensions de batterie, ne se différencie essentiellement du précédent, malgré la représentation difféente du comparateur 30, qu'en ce que l'inductance L1 variable en fonction de la course, du capteur différentiel à anneau en court-circuit indiqué en trait interrompu en 31, est branchée en série avec l'inductance fixe L2 de la seconde bobine 19 constituant la valeur de compa raison. En outre, point de connexion commun des deux bobines 10 et 19, désigné par 33 est directement relié à l'entrée positive 36 du comparateur 30, tandis que la sortie 35 de ce comparateur est reliée à la résistance R d'un organe d'intégra tion 32 dont le condensateur C est relié à la masse.Comme la résistance R, ce condensateur C est relié par un conducteur 34 amenant la tension d'intégration U3 (figure 4), à l'entrée négative 37 du comparateur. La fréquence f de la tension de sortie rectangulaire UA, apparaissant à la sortie 35 du comparateur 30 a également pour valeur 1 1 L1 f = - = ( + 1), T 4RC L2 comme cela est indiqué sur la figure 4. Le montage suivant la figure 4 a pour avantage que le a > urant passant dans la bobine ne contient pas de composante continue imposant une charge thermique à la bobine. Le capteur semi-différentiel 40 à anneau en court-circuit représenté sur la figure 5 est prévu pour la régulation électronique d'une pompe de moteur Diesel et sert de butée de pleine charge pour des pompes en ligne. il comporte un noyau en fer constitué par les lamelles en tôle embouties et empilées, ce noyau comprenant deux noyaux élémentaires 41 et 42 séparés l'un de ltautre par des résistances matnétiques élevées. Chaque noyau élémentaire est réalisé en forme de E. Le noyau élémentaire 41 comporte deux branches extérieures 44, 45 et une branche médiane 46 ainsi qutune culasse 47 reliant ces trois branches. Une bobine 48 est disposée sur la branche médiane 46 à proximité de la culasse 47. On peut régler l'inductance de cette bobine, indiquée par L2 sur la figure 5, au moyen d'un anneau en court-circuit 49 coulissant sur la branche médiane par rapport à la bobine, à une valeur correspondant sensiblement au milieu du domaine de réglage de lginductnce L1 de la bobine 50 disposée sur le noyau élémentaire de droite 42. Ce noyau élémentaire de droite 42 comporte deux branches extérieures 51 et 52 ainsi qu'une branche médiane 53 portant la bobine 50.Cette branche médiane 53 est prismatique et est reliée aux branches extérieures 51 et 52 par une culasse 54. La branche médiane 53 est entourée avec un jeu radial par un anneau en court-circuit 55 monté sur la force frontale d'un cylindre creux 56 réalisé en matière isolante. Ce cylindre est accouplé avec la tige de réglage d'une pompe d'injection Diesel non représentée et il transmet la course de réglage S de cette pompe à l'anneau en court-circuit 55. Sous l'influence de cet anneau de mesure en court circuit 55, l'inductance L1 de la bobine 50 varie en fonction de la course de réglage S.Pour obtenir une relation le plus possible linéaire entre l'inductance variable L1 et la course de réglage S, les branches extérieures 51 et 52 sont élargies dans leurs parties d'extrémité, dans une mesure telle qu'en cet emplacement la distance radiale à la branche médiane 53 diminue lorsqu'on s'éloigne de la bobine 50. Dans l'exemple de réalisation représenté, les branches extérieures 51 et 52 snnt limitées par aes faces intérieures 57 cylindriques ou sensiblement cylindriques. Pour obtenir un couplage magnétique réduit entre les deux bobines 48 et 50 5 il est prévu un évidement étroit 58 entre la culasse 47 du noyau élémentaire de gauche 41 et la branche extérieure 51 d noyau élémentaire de droite 42, cet évidement traversant le noyau 40 sur toute son épaisseur. La longueur de cet évidement est limitée par des barrettes étroite 49 par lesquelles les deux noyaux élémentaires 41 et 42 sont reliée entre eux mécaniquement et magnétiquement. Pour effectuer l'exploitation analogique des valeurs de lssinductance on peut utiliser, outre le montage représenté sur la figure 2 aussi le montage électronique représenté sur la figure 5. Ce montage comporte un amplificateur opérationnel 02 et un second amplificateur opérationnel 03. Dans le premier des deux amplificatellrs opérationnels, l'entrée non inversante (positive) 61 est reliée, par l'intermédiaire d'une résistance R1, à la sortie 40, La sortie 60 de cet amplificateur opérationnel est reliée, par l'intermédiaire de l'une des deux inductances désignée par Lx sur la figure 6, à l'entrée négative 62 du second amplificateur opérationnel 03 à la sortie 63 de cet amplificateur.Cette sortie est reliée, par l'intermédiaire d'une résistance R et d'un condensateur C, au pôle positif d'une batterie de démarrage, non représentée, d'un véhicule automobile, cette batterie fournissant la tension de service UB. Du point de connexion 64 entre le condensateur C et la résistance R part un conducteur de couplage de réaction 65 qui va à l'entrée négative 66 du premier amplificateur opérationnel. L'entrée positive 61 de ce premier amplificateur opérationnel est en outre raccordée à la tension de service Ug par intermédiaire d'une seconde résistance R1 et d'un diviseur de tension formé par deux résis tances R2 et R'2. Le diagramme supérieur de la figure 7 (ligne 9 ) représente les variations de la tension régnant à la sortie 60 du premier amplificateur opérationnel 02. La tension régnant à l'entrée positive 61 du premier amplificateur opéra tionnel est représentée par le tracé de la seconde ligne 6 . Les variatinns de la tension régnant à la sortie 63 du second ampli ficateur opérationnel 03 sont représentées à la troisième ligne ô63. La valeur de l'amplitude est alors égale à LY . U3 . La LX dernière ligne 6 de la figure 7 représente les variations de la tension régnant au point 64. Ce tracé permet d'obtenir les relations indiquées en détail sur la figure.Il en résulte que lorsqu'on utilise ltinductance L1, variable en fonction de la course suivant la figure 5, au lieu de l'inductance LY, la fréquence est proportionnelle à cette inductance. Par contre, si l'on utilise l'inductance variable L1 au lieu de l'inductance LX, la période T est proportionnelle à cette inductance variable L1. Davantage particulier du capteur de course différentiel conforme à l'invention et du montage d'exploitation décrit est que les facteurs extérieurs tels que la tension de service UB, la température, le vieillissement, les fluctuations des caractéristiques des matières et les autres paramètres gis- sent de la mâme façon sur les deux inductances L1 et L2. Ces facteurs ne peuvent donc pas agir sur les quotients de ces deux inductances qui interviennent dans la fréquence f ainsi que dans la période T. REVENDICATIONS 1.- Capteur de course différentiel inductif comportant deux pièces en fer en forme de tTj chacune d'elles portant une bobine sur l'une de ses deux branches et comportant un anneau en court-circuit entourant au moins l'une des branches en étant déplaçable sur elle pour faire varier l'inductance de la bobine correspondante, avec un montage d'exploitation four- nissant à sa sortie une oscillation recrangulaire dont la fréquence ou la période varie d façon analogique avec l'induc- tance d'au moins lune des deux bobines, capteur caracté7isé en ce que les deux bobines (17, 18) sont branchées en serie et raccordées à la sortie d'zon comparateur (01 9 03) , en ce que l'une des deux entrées du comparateur est reliée G la sortie par l'une des deux bobine et en ce 9 a sortie du comparateur est en outre raccordée une résistance (R) branchée en série avec un condensateur (C) on forEiant avec lui un organe d'intégration RC. 2. Labeur selon la revendication i caracterisé en ce que l'une (16 à 19, 48) des deux bobines est réglée, avec l'anneau en court-circuit associe (14, 49), sur une inductance (L2) servant de valeur de comparaison, et en ce que l'anneau en court-circuit (11, 553 appartenant à l'autre bobine (10, 50) est déplaçable longitudinalement sur sa branche (8, 9, 53) en fonction de la course (S) à mesurer. 3.- Capteur selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la bobine (19) réglée sur la valeur de comparaison est divisée en deux moitiés de bobine (17, 18) branchées alune à la suite de l'autre avec des polarités opposées. 4.- Capteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux moitiés de bobine (17, 18) sont raccordes à une tension continue de service (UB), et en ce que la sortie (25) d'un amplificateur opérationnel (01) utilisé en tant que comparateur est raccordée, par l'intermédiaire de la bobine (10, 55) à inductance (Ll) variable en fonction de la course, au point de connexion (22) des deux moitiés de bobine, l'entrée positive (26) de l'amplificateur opérationnel étant en outre raccordé à ce point de connexion, une résistance (R) allant de la sortie correspondante (25) à un condesnateur (C) raccordée au potentiel de service negatif (-UB), l'entrée néga tive (27) de l'amplificateur opérationnel étant en outre raccordée à ce condensateur. 5.- Capteur selon lune ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le montage dexploi- tation comporte deux amplificateurs opératienrels (02, 03), la sortie (60) du premier amplificateur opérationnel (02) étant reliée à l'entrée négative (62) du second amplificateur opérationnel (03) par 11 intermédiaire de l'une (Lx) des deux bobines (LX, LY), ainsi qutà l'entrée positive de ce premier amplificateur par l'intermédiaire d'une résistance (R1), cette entrée étant reliée, par l'intermédiaire d'une résistance de préférence de même valeur, à la prise d'un diviseur de tension (R2, R'2), et en ce que le second amplificateur opérationnel (03) contient la seconde bobine (LY) dans un branchement de couplage de réaction allant de sortie (63) à son entrée négative (62), l'entrée positive du second amplificateur opérationnel (03) étant reliée à la prise d'un second diviseur de tension (RT, RT), la sortie (63) du second amplificateur opérationnel étant raccordée, par l'intermédiaire d'une résistance (R) à un condensateur (C) relié à une tension de service (+ut), un circuit de couplage de réaction (65), de préférence un conducteur de couplage de réaction, qui va à l'entrée négative du premier amplificateur opérationnel (02), partant du point de connexion (64) du condensateur (C) et de la résistance (R). 6.- Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le noyau comporte deux noyaux élémentaires en forme de E (41, 42), chacun deux comportant deux branches extérieures (44, 45 ; 51, 52), une branche médiane (46, 53) ainsi qu'une culasse (47, 54) reliant les trois branches, en ce que la culasse (47) de l'un des noyaux élémentaires est en liaison magnétique avec une branche extérieure (51) de l'autre noyau élémentaire et en ce que chacune des deux bobines (48, 50) et son anneau en court-circuit (49, 53), sont disposés sur l'une des deux branches médianes. 7.- Capteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le noyau élémentaire (42) portant la bobine (50) à inductance variable (L1) présente, dans les parties d'extrémité de ses branches extérieures (51, 52), une distance à sa brache médiane (53) plus faible que dans les parties des branches extérieures reliées à la culasse (54). 8.- Capteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les branches extérieures (51, 52) sont agencées avec une distance diminuant de façon continue vers leurs extrémités, les parties intérieures dirigées vers la branche médiane (53) étant notamment limitées par des faces (57) cylindriques ou sensiblement cylindriques. 9.- Moteur selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'un évidement (58) est prévu entre la culasse (47) de l'un des noyaux élémentaires et la branche extérieure (51) de l'autre noyau élémentaire, cet évidement étant limité à chaque extrémité par une barrette étroite (59), ces barrettes assurant la liaison magnétique de la culasse avec la branche extérieure.