Brevet FR2509371A1 — publié le 19830114

La présente invention concerne un dispositif de transducteur inductif à compensation de température, com- portant un transducteur possédant un noyau mobile axiale- ment et qui, en cours d'utilisation, est déplaçable au mo- yen d'un composant, dont le déplacement doit être mesuré, ledit noyau pouvant coulisser à l'intérieur d'un bobinage. Le but de la présente invention est de fournir un dispositif de transducteur du type spécifié sous une forme, dans laquelle une compensation est assurée dans le cas d' une variation de latempérature. Un dispositif de transducteur inductif à compensa- tion de température conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte un bobinage possédant plusieurs bobi- nes et un noyau pouvant coulisser à l'intérieur du bobina- ge de manière à en modifier l'inductance, les dimensions desdites bobines et le nombre des spires d B ces dernières étant tels que l'inductance du bobinage varie essentielle- ment linéairement sur la plage désirée de déplacement du noyau, un circuit destiné à appliquer une tension échelon, aux bornes d'un réseau de résistancesincluant ledit bobina- ge, des moyens permettant de contrôler la variation du cou- rant dans une partie dudit réseau de résistances à la suite de l'application de la tension échelon et fournissant un signal de sortie lorsque le flux de courant atteint une va- leur prédéterminée, et une résistance dépendant de la tem- pérature et faisart-partie du réseau de résistances, ladite résistance dépendant de la température étant montée à proxi- mité immédiate du bobinage. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après, priseen référence aux dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 est une vue en élévation latérale en coupe d'un transducteur faisant partie du dispositif. la figure 2 est un schéma d'un circuit de mesure destiné à être utilisé avec le transducteur; et les figures 3 et 4 sont des schémas de circuits à compensation de température, dont l'un ou l'autre est incor- poré au circuit de la figure 2. Le dispositif de transducteur est destiné à four- nir un signal pouvant être traité de manière à fournir une indication de la position d'un piston faisant partie d'un dispositif de pompe à injection de carburant destiné à délivrer du carburant à un moteur à combustion interne. Ledispositif de transducteur inclut un transducteur possédant une pièce moulée 10 qui est constituée en un ma- tériau électriquement isolant, non magnétique,tel qu'une matière plastique Un trou borgne 11 est ménagé dans la pièce moulée et plusieurs, dans le cas présent trois gor- ges 12, 13 et 14 disposées circonférentiellement sont ména- gées dans la surface périphérique de la pièce moulée. A l'intérieur du trou borgne 11 peut coulisser un noyau 16 formé en un matériau possédant une perméabilité élevée et une résistance interne élevée Un tel matériau peut être par exemple du ferrite Le noyau s'étend à 1 ' intérieur du trou à partir de l'extrémité voisine de la gorge 12. Un organe tubulaire 17, qui est à nouveau consti- tué en un matériau possédant une perméabilité élevée et une résistivité élevée, entoure la pièce moulée 10. La pièce moulée est réalisée d'un seul tenant avec un bâti qui supporte également une thermistance ou un ensem- ble combiné thermistance/résistance 18, qui est utilisé pour compenser des variations de température, comme cela sera ex- pliquéi:ci-après. Le bâti porte également un certain nombre de pattes de connexion 19, au moyen desquelles le transducteur et la thermistance sont raccordés à un circuit décodeur électroni- que. On notera que les dimensions des gorges 12, 13 et 14 et des bobines individuelles placées à l'intérieur de ces gorges sont différentes, de sorte que l'on peut obtenir que la sortie du circuit décodeur varie d'une façon essen- tiellement linéaire lorsque le noyau 16 est déplacé à l'in- térieur de la pièce moulée Les bobines individuelles sont branchées en série de manière à former le bobinage du trans- ducteur. Dans un exemple particulier, les gorges 12, 13 et 14 ont des largeurs respectives de 7 mm, 5 mm et 3 mm, avec des cloisons de 0, 75 mm, lesdites gorges possédant un dia- mètre intérieur de 5,72 mm et un diamètre extérieur de 10,05 mm Les bobines situées dans les gorges possèdent respecti- vement 695 spires, 100 spires et 275 spires et la dévia- tion du signal de sortie par rapport à une caractéristique linéaire est de + 1 % de la valeur maximum de sortie sur un déplacement de travail de 11 mm et de + 0,5 % sur une. plage ou course de 10 mm Si l'on utilise une seule bobi- ne de longueur comparable, alors la variation du signal de sortie présente une linéarité similaire sur seulement envi- ron 2 mm. Les dimensions des gorges peuvent être rapportées à la gamme ou course de travail du transducteur et par con- séquent la gorge 14 possède une largeur égale à 30 % de la course de travail, la gorge 13 possède une largeur égale à % de la course de travail et la gorge 12 possède une lar- geur égale à 70 % de la course de travail Les diamètres in- térieurs des bobines sont égaux à 57 % de la course de tra- vail et les diamètres extérieurs sont égaux à la course de travail Par conséquent il est possible de déterminer les dimensions des bobines lorsqu'une course différente de tra- vail est requise Le noyau s'étend à l'intérieur de l'ex- trémité ouverte du trou, la position de départ se situant à l'extrémité intérieure du noyau à 5 mm à l'intérieur de la bobine disposée dans la gorge 12. Le dispositif est particulièrement approprié pour être utilisé avec un moteur à allumage par compression, dans lequel il est soumis à d'importantes vibrations et est également en contact avec le carburant diesel Le dis- positif de transducteur, que l'on vient de décrire, n'est cependant pas insensible à des variations de la température de travail de sorte que l'impédance du bobinage varie lé- gèrement en fonction de la température. L'impédance du bobinage est mesurée en appliquant un échelon de tension aux bornes du circuit série formé d' une résistance et du bobinage et en mesurant l'intervalle de temps nécessaire à la tension aux bornes de la résistan- ce pour croître jusqu'à une valeur spécifiée La figure 2 montre un circuit qui met en oeuvre cette technique pour délivrer une impulsion de sortie, dont la durée correspond à l'intervalle de temps mentionné précédemment. En se référant à la figure 2, on voit que le cir- cuit se compose d'une ligne d'alimentation positive 30 et d'une ligne d'alimentation négative 31 raccordées, en cours d'utilisation à une source d'alimentation en courant conti- nu Il est également prévu une ligne d'alimentation intermé- diare 32 qui est raccordée à la ligne 31 au moyen de la voie collecteurémetteur d'un transistor 33, dont la base est raccordée par l'intermédiaire d'une résistance 34 à l'émet- teur d'un autre transistor 35 et par l'intermédiaire d'une résistance 36 à la ligne 31 Le collecteur du transistor 35 est raccordé à la ligne 30 et est également raccordé à sa base par l'intermédiaire d'une résistance 37 La base est également raccordée à une borne d'entrée 38. Une ligne intermédiaire 39 est raccordée à la li- gne 30 par l'intermédiaire d'une résistance 40 et est éga- lement raccordée à une extrémité du bobinage repéré en 41. L'autre extrémité du bobinage est raccordée à l'entrée d' un comparateur 43 par l'intermédiaire d'une résistance 44 A. La sortie du comparateur est raccordée à une borne d'en- trée 44 et à la ligne 39 par l'intermédiaire d'une résistan- ce 45 L'autre entrée du comparateur est raccordée au moyen d'une résistance 46 à la prise d'un potentiomètre constitué par deux résistances 47, 48 raccordées respectivement aux lignes 39 et 32 Les extrémités de la résistance 44 A sont raccordées à la ligne 32 par l'intermédiaire de résistan- ces 49 et 50, et la sortie du comparateur est raccordée à la prise du potentiomètre au moyen d'une résistance 51. La ligne 39 est raccordée à la ligne 31 au moyen d'une ré- sistance 52, sur laquelle est branché en parallèle un con- densateur 53. L'autre extrémité du bobinage 41 est raccordée au point de jonction des résistances 44 A et 49, tandis que des noyaux de ferrite 54 situés dans les connexions entre le bobinage et le circuit ainsi que des condensateurs 55 assurent un découplage du circuit vis-à-vis des bruits parasites recueillis par les conducteurs de raccordement. Lors du fonctionnement, lorsqu'un signal d'en- trée est appliqué à la borne d'entrée 38, le transistor est placé à l'état conducteur et il en va de même par conséquent pour le transistor 33 La ligne 32 est par con- séquent reliée effectivement à la ligne 31, avec pour ré- sultat le fait qu'une tension échelon essentiellement éga- le à la chute de potentiel entre les lignes 39 et 31 est appliquée à la combinaison série de la résistance 49 et du bobinage 41 En outre, sous l'effet des tensions appliquées à l'entrée du comparateur, la sortie de ce dernier passe au niveau haut La vitesse de montée du courant circulant dans le bobinage dépend de son impédance et, lorsque le courant augmente, la chute de tension aux bornes de la résistance 49 augmente également, jusqu'à ce que soit atteinte la va- leur pour laquelle la sortie du comparateur passe au niveau bas La durée de l'impulsionde sortie, qui apparalt sur la borne de sortie 44, est par conséquent une indication de l'intervalle de temps nécessaire pour que le courant augmen- te jusqu'à une valeur prédéterminée et par conséquent est une indication de l'impédance du bobinage A son tour cet- te impédance dépend de la position du noyau 16. La résistance 40 est prévuede manière à fournir une protection dans le cas o par exemple l'un ou l'autre des conducteurs reliant le bobinage au reste du circuit viendrait à être mis à la terre Des diodes 56 branchées, à nouveau dans un but de protection, entre les entrées du comparateur 43 et une ligne d'alimentation en tension in- termédiaire On a prévu la résistance 51 de manière à obte- nir une action de commutation rapide. L'impédance du bobinage dépend également de la tem- pérature et, afin de conserver la linéarité du transducteur en dépit de la variation de température, il faut mettre en oeuvre une compensation On va maintenant décrire deux mé- thodes de conmpensation de température La première méthode consiste à utiliser une thermistance à coefficient de tempé- rature positif et va être décrite ci-après en référence à la figure 3 Une thermistance à coefficient de température positif 18, en étroit contact thermique avec le bobinage, est raccordée au point de jonction du bobinage 41 et de la résistance 49 L'autre extrémité de la thermistance 18 est raccordée à la ligne 32 par l'intermédiaire d'une résistan- ce 57 Un noyau de ferrite 54 et un condensateur 55 sont également prévus pour assurer un découplage des hautes fréquences. Lorsque la température du bobinage varie, son im- pédance varie également et la thermistance modifie la ré- sistance du réseau incluant la thermistance 18 et les ré- sistance 57 et 49 pour réaliser la compensation On choisit les valeurs résistives des composants 18, 57 et 49 de maniè- re à réduire au minimum les effets de la température sur la largeur ou durée de l'impulsion de sortie, sur la plage de températures à laquelle on s'intéresse. Une seconde méthode est illustrée sur la figure 4 et, dans ce cas, une thermistance à coefficient de tempéra- ture négatif 58 est branchée entre le bobinage 41 et la résistance 49, et une autre résistance 59 est branchée en parallèle avec la thermistance 58 A nouveau on choisit la valeur des composants 58, 49 et 59 de manière à réduire au minimum les effets de la température sur la durée de l'im- pulsion de sortie, sur la plage de températures à laquelle on s'intéresse. La thermistance 18 montée dans le circuit représen- té sur la figure 3 peut être utilisée pour fournir un si- gnal représentatif de la température de l'environnement de la thermistance Dans le cas o le système de transducteur est conçu pour contrôler la position du piston dans un dis- positif de pompe de carburant, il est possible d'agencer ce circuit de manière que le transducteur et en particulier la thermistance soient entourés par le carburant La viscosité du carburant peut influer sur le fonctionnement de l'appa- reil, comme c'est également le cas de la densité du carburant. La viscosité et la densité du carburant dépendent toutes deux de la température de ce dernier C'est pourquoi il est utile d'avoir un signal représentatif de la température. Lors de la détermination de la température, le dispositif fonctionne de telle manière que le transistor 33 reste conducteur pendant une période qui est supérieure à celle requise pour la production de l'impulsion de cou- rant de la part du comparateur Cette disposition est pré- vue pour permettre au flux de courant d'augmenter jusqu'à la valeur telle que déterminée par les valeurs résistives de la thermistance et de la résistance 57 On peut mesurer la tension au point de jonction de ces deux composants et l'on peut déterminer, à partir de cette mesure, la tempé- rature de la thermistance et par conséquent celle du car- burant. REVENDICATIONS 1 Dispositif de transducteur inductif à compensa- tion de température, caractérisé en ce qu'il comporte un bobinage ( 41) possédant plusieurs bobines et un noyau ( 16) pouvant coulisser à l'intérieur du bobinage de manière à en modifier l'inductance, les dimensions desdites bobines et le nombre des spires de cette dernière étant tels que l'inductance du bobinage ( 41) varie essentiellement li- néairement sur la plage ou course désirée de déplacement du noyau ( 16), un circuit ( 31,32,33,35) servant à appliquer une tension échelon aux bornes d'un réseau de résistances ( 41,49,18,57; 41,49,58,59) incluant le bobinage ( 41), des moyens ( 43,47,48) servant à contrôler la variation du cou- rant dans une partie dudit réseau de résistances sous 1 ' effet de l'application de la tension échelon, lesdits moyens ( 43,37,38) délivrant un:signal de sortie lorsque le flux de courantatteint une valeur prédéterminée, et une résistance dépendant de la température ( 18; 58) faisant partie dudit réseau de résistances et étant montée à proximité immédiate du bobinage ( 41). 2 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ledit circuit ( 31,32,33,35) comporte un transistor ( 33) dont la voie collecteur-émetteur est bran- chée en série avec une source d'alimentation électrique ( 30,31) et le réseau de résistances ( 41,49,18,57; 41,49,58,59). 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réseau de résistances ( 41,49,18,57) comporte une première résistance ( 49) branchée en série avec ledit bobinage ( 41) et que la résistance dépendant de la tem- pérature se compose d'une thermistance à coefficient de température positif ( 18) branchée en série avec une se- conde résistance ( 57), ladite thermistance ( 18) et ladi- te seconde résistance ( 57) étant branchées en parallèle sur ladite première résistance. 4 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le réseau de résistances ( 41,49,58,59) comporte une première résistance ( 49), une seconde résistance ( 59) branchée en série avec la première résistance ( 49) et le bobinage ( 41), et que la résistance dépendant de la tempé- rature se compose d'une thermistance à coefficient de tem- pérature négatif ( 58) branchée en parallèle avec la secon- de résistance ( 59). 5.Dispositif selon les revendications 3 et 4 pri- ses dans leur ensemble, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle ( 43,47,48) comportent des moyens ( 47, 48) répondant à la chute de tension aux bornes de la pre- mière résistance ( 49). 6 Dispositif selon la revendication 5, caractéri- sé en ce que les moyens de contrôle ( 43,47,48) incluent un comparateur ( 43) dont les entrées sont raccordées aux extré- mités opposées de la première résistance ( 49). 7 Dispositif selon la revendication 3, caractéri- sé en ce q'il comporte des moyens répondant à la tension au niveau de la jonction de la thermistance ( 18) et de la seconde résistance ( 57), en vue de délivrer un signal re- présentant la température de la thermistance. 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 7, caractérisé en ce que le bobinage ( 41) com- porte trois bobines qui sont branchées en série de manière à former ledit bobinage et qui sont disposées côte-à-côte les unes par rapport aux autres. 9 Dispositif selon la revendication 8, caracté- risé en ce que le noyau ( 16) s'étend à travers la pre- mière bobine, que la première bobine possède une longueur axiale essentiellement égale à 70 % de la cour- se linéaire requise du déplacement du noyau, que la se- conde bobine possède une longueur axiale essentiellement égale à 50 % de la course linéaire requise du déplacement du noyau et que la troisième bobine possède une lon- gueur essentiellement égale à 30 % de la course linéaire requise du déplacement du noyau, que la première bobine possède 65 % du nombre total de spires et que la seconde et la troisième bobines possèdent respectivement 9,3 % et 25,7 % du nombre total de spires.