Brevet FR2491214A1 — publié le 19820402

L'invention concerne d'une manière générale les aréomètres de batteries, et plus particulièrement un aréo- mètre de batterie qui produit un signal électrique analo- gique en fonction de la densité de l'électrolyte de la batterie et, par conséquent, de la charge de la batterie. Des aréomètres de batteries, destinés à indiquer si une batterie est convenablement chargée ou bien si elle doit être rechargée, ont été réalisés sous de nombreuses formes. Dans une forme de réalisation, une longue tige conduisant la lumière et présentant une surface extérieure d'indication et une pointe conique conçue pour être placée au-dessous de la surface de l'électrolyte, est associée à un flotteur, généralement une bille de couleur lumineuse, logé dans une cage à parois ajourées. La cage est portée par l'extrémité de la tige et est disposée de manière que le flotteur puisse prendre deux positions différentes par rapport à l'extrémité de la tige, suivant la densité de l'électrolyte de la batterie. Dans une première position, la bille se trouve à proximité immédiate de l'extrémité de la tige et est visible à travers la surface d'indication. Ceci montre que la densité de l'électrolyte est supérieure à une valeur prédéterminée et qu'il est alors inutile de recharger la batterie. Dans l'autre position, le flotteur est guidé vers le bas par la cage de manière à s'éloigner de l'extrémité de la tige et à ne plus être visible à tra- vers la surface d'indication. Ceci indique que la densité de l'électrolyte est à présent inférieure à la valeur pré- déterminée et que la batterie doit être rechargée. Ces aréomètres s'avèrent très précis, car la rela- tion entre la densité de l'électrolyte d'une batterie et la charge de cette même batterie s'avère la plus sire. Cependant, les aréomètres de ce type ne conviennent pas à une indication à distance, par exemple sur le tableau de bord d'une automobile ou autre. En outre, ils n'indiquent que deux états de charge de la batterie, à savoir un état nécessitant de recharger la batterie, et un autre état correspondant à une charge convenable de la batterie. Pour tenter d'éliminer ces inconvénients, on a proposé des aréomètres utilisant la même technique à flot- teur. Ces aréomètres comprennent une source de lumière et un détecteur destinés à indiquer à distance celle, des deux positions, dans laquelle le flotteur se trouve. Un tel aréomètre est décrit en détail dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NQ 3 954 010. Dans une première position, le flotteur bloque totalement le passage de la lumière vers le détecteur et dans l'autre position, le flotteur laisse passer la lumière. Bien que des dispositifs de contrôle de ce type donnent une indication à distance, ils ne four- nissent encore qu'une indication portant sur les deux états de charge de la batterie, comme décrit pour les pre- miers aréomètres cités. En raison du regain d'intérêt pour les véhicules de tout type mus par batterie, il est apparu nécessaire de disposer d'un aréomètre de batterie encore plus per- fectionné, donnant non seulement une indication à distance mais également une indication analogique. Il est apparu encore plus souhaitable de disposer d'une sortie analogique indiquant tout état de charge d'une batterie, compris entre l'état de pleine charge et l'état d'absence de charge. Un tel aréomètre de batterie faciliterait donc l'utilisation d'un instrument de mesure à distance, placé sur le tableau de bord et capable d'indiquer la consommation d'énergie de la même manière qu'une jauge à carburant classique. L'invention a donc pour objet un aréomètre per- fectionné de batterie, facilitant l'indication à distance tout en produisant un signal analogique de sortie dont l'amplitude correspond à l'état de charge d'une batterie. L'invention concerne donc un aréomètre destiné à donner une indication analogique de la densité d'un liquide. L'aréomètre selon l'invention comporte une source de rayonnement émettant un faisceau de rayons pouvant être détecté, un dispositif conçu pour être disposé dans le liquide afin de moduler en continu le faisceau de rayons de la source en fonction de la densité du liquide, et un dispositif de détection disposé de manière à recevoir le faisceau modulé pour produire un signal électrique dont l'amplitude varie en continu en fonction du faisceau de rayons modulé. L'invention concerne en outre un aréomètre de batterie destiné à produire un signal électrique analogique en fonction de la densité d'un électrolyte de batterie. L'aréomètre selon l'invention comporte un bottier comprenant deux parties scellées et séparées par un espace intermé- diaire ouvert, une source de rayonnement disposée dans une première partie du bottier afin d'émettre un faisceau de rayons qui traverse l'espace et qui est dirigé vers l'autre partie du bottier, et un piston disposé dans ledit espace intermédiaire, au-dessous de la surface de l'électrolyte, et conçu pour moduler en continu la section du faisceau de rayons en fonction de la densité de l'électrolyte. L'aréomètre comporte en outre un dispositif de détection de rayonnement placé à l'intérieur de l'autre partie de bottier et destiné à produire un signal électrique analogi- que dont l'amplitude varie en continu en fonction du faisceau de rayons modulé. L'invention sera décrite plus en détail en re- gard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure unique est une élévation, avec coupe axiale partielle, d'une forme de réalisation de l'aé- romètre de batterie selon l'invention. La figure unique représente une batterie 10 d'accumulateurs comportant unaréomètre 12 qui constitue une forme de réalisation de l'invention et qui est destiné à surveiller l'état de charge de la batterie 10. Cette der- nière peut être du type communément appelé "batterie au plomb", comportant un électrolyte liquide 14 constitué d'une solution d'acide sulfurique. Ainsi qu'il est bien connu, les électrolytes à l'acide sulfurique ont une den- sité qui varie avec la charge de la batterie. En parti- culier, lorsque le niveau de charge de la batterie 10 diminue, la densité de l'électrolyte 14 diminue également. L' aréomètre 12 de batterie comprend un bottier 16 réalisé en matière convenable, par exemple une matière plastique, qui n'est pas attaquée par l'électrolyte 14 à l'acide sulfurique. Le bottier 16 est fixé à un bouchon 18 à fluide, ou bien réalisé d'une seule pièce avec un tel bouchon 18 qui est de forme cylindrique et qui comporte des nervures extérieures 20 destinées à s'emboîter à frottement et de manière étanche dans un trou correspon- dant 22 de la batterie 10. Le bottier 16 comporte deux parties scellées 24 et 26 s4parées par un espace intermédiaire ouvert 28. Le bottier 16 comporte, à son extrémité inférieure, un fond qui présente une ouverture 32 alignée avec l'espace ouvert 28 afin de permettre à l'électrolyte 14 de remplir cet espace ouvert 28 jusqu'au niveau indiqué par la surface de l'électrolyte. Le bouchon 18 porte plusieurs bornes extérieures 34, 36, 38 et 40 et un nombre correspondant de bornes 44, 46, 48 et 50 qui sont disposées à l'intérieur du bottier 16. Les bornes 34,'36, 38 et 40 sont reliées électriquement et séparément aux bornes 44, 46,. 48 et 50, respectivement. Une source 52 de rayonnement, pouvant prendre la forme d'une lampe à incandescence ou d'une diode électro- luminescente à infrarouge, est disposée à l'intérieur de la partie 24 du bottier. La source 52 de rayonnement est du type produisant un faisceau de rayons 54 relativement étroit. Un dispositif 56 à lentilles est disposé dans la paroi intérieure de la partie 24 du bottier, à proximité de l'espace ouvert 28. Ce dispositif 56 est de préférence un système à deux lentilles qui divise le faisceau étroit 54 pour produire un faisceau relativement large 58 de rayons pouvant être détecté. Un détecteur 60 de rayonnement, du type capable de détecter les rayons du faisceau 58, est disposé dans l'autre partie 26 du boîtier. Dans le cas d'une source 52 d'infrarouge, le détecteur 60 peut être, par exemple, un phototransistor ou autre. Un second dispositif 62 à lentilles, disposé dans la paroi intérieure de la partie 26 du boîtier et adjacent à l'espace ouvert 28, peut également se présenter sous la forme d'un dispositif à lentilles doubles destiné à faire converger le faisceau 58 pour former un autre faisceau 64 relativement étroit qui concentre la totalité du rayonne- ment du faisceau 58 reçu par le dispositif 62 sur le dé- tecteur 60. La source 52 de rayonnement est reliée aux bornes 44 et 46 qui, elles-mêmes, sont reliées aux bornes exté- rieures 34 et 36. La source 52 peut donc être soumise à un potentiel électrique appliqué aux bornes 34 et 36 afin d'être alimentée en énergie. Ceci est évidemment nécessaire lorsque la source 52 de rayonnement se présente sous la forme d'une diode électroluminescente à infrarouge ou d'une lampe à incandescence. D'une manière analogue, le détecteur 60 peut être relié aux bornes extérieures 38 et 40 par l'intermédiaire des bornes 48 et 50. Dans le cas o le détecteur 60 est constitué d'un phototransistor, les bornes 38 et 40 doivent être reliées à un circuit électrique convenable afin que le courant produit par le phototransistor 60 puisse être détecté pour produire un signal électrique. De tels cir- cuits sont bien connus de l'homme de l'art et il est donc inutile de les décrire dans le présent mémoire. Il suffit d'indiquer que l'amplitude du courant conduit par le photo- transistor du détecteur 60 dépend de la quantité de lumière reçue par ce phototransistor. Un piston 70, disposé dans l'espace ouvert 28, présente avantageusement une densité très inférieure à la valeur la plus basse de celle de l'électrolyte et il peut avoir, par exemple, une structure creuse, constituée d'une matière plastique qui n'est pas attaquée par l'électro- lyte 14 à l'acide sulfurique. Cependant, le piston 70 peut également être constitué d'une matière pleine. Le piston 70 est suspendu élastiquement dans l'espace ouvert 29 au moyen d'un ressort hélicoïdal 72. Ce dernier peut être formé en un alliage de nickel qui n'est pas attaqué par l'électrolyte 14 à l'acide sulfurique. De plus, le ressort 72 doit avoir une raideur relativement faible pour des raisons indiquées ci-après. Pendant le fonctionnement, lorsque l'aréomètre- 16 de batterie est introduit dans l'ouverture 22 de la batterie 10 et placé dans la position représentée, la partie inférieure du corps 16 est immergée au-dessous de la surface 15 de l'électrolyte 14 afin que l'espace ouvert 28 soit rempli d'électrolyte jusqu'au niveau 15. Par conséquent, le piston 70 est complètement plongé au-dessous de la surface de l'électrolyte. Cependant, étant donné que les parties 24 et 26 du boîtier sont scellées, la source 52 de rayonnement et le détecteur 60 ne sont pas exposés à l'acide sulfurique. Il est évident que les dis- positifs 56 et 62 à lentilles ne sont pas non plus exposés à l'acide sulfurique. Si la batterie 10 est complètement chargée, la densité de l'électrolyte 14 est à sa valeur la plus haute et elle exerce sur le piston 70 une force portante l'élevant verticalement dans l'espace ouvert 28. Cependant le ressort 72 exerce une force sensiblement égale de compression sur le piston 70, force contre laquelle l'électrolyte 14 doit agir. Par conséquent, lorsque la batterie est complètement chargée, le piston 70 se trouve en équilibre dans la position dans laquelle il est repré- senté en trait plein. Dans cette position, la totalité ou pratiquement la totalité du faisceau 58 de rayons est transmise du dispositif 56 à lentilles au dispositif 62 à lentilles, ce faisceau étant alors soumis à un effet de convergence pour former le faisceau étroit 64 concentré sur le détecteur 60. Le phototransistor du détecteur 60 produit alors son courant maximal devant étre détecté par le circuit extérieur pour produire une indication sur un instrument de mesure analogique ou autre. Lorsque la batterie se décharge, la densité de l'électrolyte 14 diminue, de sorte que-la force portante exercée par l'électrolyte contre le piston 70 diminue également. Par conséquent, lorsque la densité de l'électro- lyte 14 diminue, le piston 70 descend dans l'ouverture verticale 28 afin d'intercepter des sections toujours croissantes du faisceau 58 de rayons. A ce moment, le phototransistor du détecteur 60 reçoit des quantités de lumière qui diminuent de façon continue et le courant de sortie de ce phototransistor diminue également de façon continue. Cette diminution continue du courant ou du signal électrique peut être affichée sur l'instrument analogique de mesure mentionné précédemment. Lorsque la batterie est complètement déchargée, le piston 70 est descendu verticalement jusqu'à la posi- tion dans laquelle il est représenté en traits pointillés. Dans cette position, la totalité du faisceau 58 est interceptée par le piston 70, de sorte qu'aucune lumière n'atteint le phototransistor du détecteur 60. Par consé- quent, le phototransistor conduit son courant minimal pour indiquer, sur l'instrument de mesure extérieur, que la batterie 10 est complètement déchargée. Il ressort de ce qui précède que l'aréomètre de batterie représenté sur la figure unique fournit non seu- lement une indication à distance du niveau de charge de la batterie 10, mais également une indication analogique ou un signal électrique de sortie permettant une indication sur un instrument de mesure analogique placé à distance. Par conséquent, le niveau de charge de la batterie 10 peut être surveillé en continu, de son état de charge complète à son état de décharge complète, d'une manière analogue à celle utilisée avec les jauges à carburant classiques. Comme représenté sur la figure unique, il convient de noter que l'ouverture 32 ménagée dans le fond est de dimension inférieure à celle du piston 70. Ceci empêche le piston 70 de sortir de l'espace ouvert 28 avant la mise en place de l'aréomètre 12 dans son milieu de travail ou après que l'aréomètre a été retiré de la batte- rie 10. De plus, bien que l'aréomètre de batterie selon l'invention, dans la forme de réalisation décrite, comporte une diode électroluminescente à infrarouge comme source 52 de rayonnement, il est évident à l'homme de l'art que d'autres sources de rayonnement peuvent être aussi bien utilisées. Par exemple, la source 52 de rayonnement peut être une source de rayonnement atomique qui, de par sa nature,--produit un large faisceau de rayons. L'utilisation d'une telle source rend inutile le dispositif 56 à lentilles ainsi que les connexions extérieures à une source conve- nable d'alimentation en énergie de la source de rayonne- ment. En outre, des détecteurs autres que des phototransistors peuvent être utilisés pour le détecteur 60 de rayonnement. Chaque détecteur utilisé dépend des caractéristiques par- ticulières du spectre de rayonnement produit par les diverses sources de rayonnement, ainsi qu'il est évident à l'homme de l'art. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées à l'aréomètre décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Aréomètre destiné à produire une indication analogique de la densité d'un liquide (14), caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble à source de rayonnement destiné à émettre un faisceau de rayons pouvant être détecté, un dispositif conçu pour être placé dans le liquide afin de moduler en continu le faisceau de rayons provenant de la source en fonction de la densité du liquide et un dispositif de détection disposé de manière à recevoir le faisceau modulé afin de produire un signal électrique dont l'amplitude varie en continu en fonction du faisceau modulé. 2. Aréomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de modulation comprend un piston (70) disposé de manière à être immergé dans le liquide et à intercepter le faisceau de rayons pour en faire varier la section, cette variation dépendant de la densité du liquide. 3. Aréomètre selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ensemble à source de rayonnement comprend une source (52) de rayonnement destinée à produire un faisceau étroit (54) de rayons, et un dispositif (56) à lentilles destiné à élargir la section du faisceau étroit, le dispo- sitif de détection pouvant notamment comprendre un détecteur (60) de rayonnement et un second dispositif (62) à lentilles destiné à recevoir et focaliser la partie non interceptée du faisceau élargi (58) sur le détecteur de rayonnement. 4. Aréomètre selon la revendication 3,caractérisé en ce que la source de rayonnement est conçue pour produire un rayonnement lumineux infrarouge. 5. Aréomètre selon la revendication 2, caractérisé en ce que le piston est suspendu dans le liquide au moyen d'un organe élastique qui exerce sur ce piston une force contre laquelle la densité du liquide doit agir, l'organe élastique comprenant un ressort hélicoïdal (72) formé en un alliage de nickel. 6. Aréomètre de batterie destiné à donner une indication analogique de la densité de l'électrolyte (14) d'une batterie (10), caractérisé en ce qu'il comporte une source (52) de rayonnement destinée à produire un faisceau de rayons pouvant être détecté et présentant une section droite relativement large (58), un piston (70) destiné à être- immergé dans l'électrolyte et à intercepter le faisceau de rayons pour en faire varier en continu la section effectivement transmise, en fonction de la densité de l'électrolyte, et un dispositif (60) de détection disposé de manière à recevoir la section effectivement transmise du faisceau et à produire un signal électrique dont l'amplitude varie en continu avec la section reçue du faisceau. 7. Aréomètre selon la revendication 6, caractérisé en ce que le piston est disposé de manière à se déplacer verticalement pour se placer sur le trajet du faisceau de rayons afin de faire varier la section du faisceau trans- mis au dispositif de détection'en fonction de la densité de l'électrolyte. 8. Aréomètre selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un organe élastique auquel le piston est suspendu verticalement dans l'électrolyte et qui exerce sur le piston une force de compression contre laquelle l'électrolyte doit agir pour déplacer verticalement le piston et le placer sur le trajet du faisceau, cet organe élastique pouvant notamment comprendre un ressort héli- coldal (72) réalisé,en une matière à base de nickel. 9. Aréomètre selon la revendication 6, caractérisé en ce que la source de rayonnement comprend un dispositif (56) à lentilles destiné à produire ledit faisceau (58) à section relativement large, le dispositif de détection pouvant notamment comprendre un détecteur (60) de rayonne- ment et un dispositif (62) à lentilles destiné à recevoir et focaliser le faisceau transmis sur le détecteur de rayonnement. 10. Aréomètre selon l'une des revendications 4 et 9, caractérisé en ce que le détecteur de rayonnement comprend un phototransistor. 11. Aréomètre de batterie destiné à produire un signal électrique analogique qui dépend de la densité de l'électrolyte (14) d'une batterie (10), caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier (16) comprenant deux parties scellées (24 et 26) séparées par un espace intermédiaire ouvert (28), une source (52) de rayonnement disposée dans une pre- mière partie (24) du boîtier afin de projeter un faisceau (54) de rayons à travers ledit espace, vers la seconde par- tie (26) du boîtier, un piston (70) logé dans ledit espace de manière à descendre au-dessous de la surface (15) de l'électrolyte, ce piston étant destiné à moduler en continu la section du faisceau de rayons en fonction de la densité de l'électrolyte, et un dispositif (60) de détection de rayonnement disposé dans ladite seconde partie (26) du bottier afin de produire un signal électrique analogique dont l'amplitude varie en continu en fonction du faisceau de rayon1s modulé. 12. Aréomètre selon la revendication 11, caracté- risé en ce qu'il comporte un organe élastique (72) auquel le piston est suspendu dans lédit espace afin de pouvoir se déplacer verticalement entre la source de rayonnement et le dispositif de détection de rayonnement. 13.Aréomètre selon la revendication 11, caracté- risé en ce que le bottier comporte en outre un fond (30) qui présente une ouverture (32) alignée avec ledit espace ouvert et dont la dimension est inférieure à celle du pis- ton afin de permettre à ce dernier de plonger dans l'électrolyte tout en l'empêchant de sortir dudit espace lorsque le niveau de l'électrolyte descend au-dessous du fond (30).