Brevet FR2512201A1 — publié le 19830304

L'invention se rapporte à un circuit pour la me- sure continue du niveau de remplissage d'un réservoir rempli au moins partiellement de liquide, en particulier d'un réser- voir de carburant, qui comprend une résistance de mesure possédant un coefficient de température relativement élevé, connectée à une source de courant constant et pouvant être chauffée par cette source, et qui est immer- gée dans le liquide, une résistance de compensation à coefficient de température relativement élevé, également connectée à une source de courant constant, qui est aussi immergée dans le liquide, un circuit d'exploitation, qui traite le signal de mesure qui lui est fourni et le signal de compensation en formant une différence et qui détermine une indication correspondant au niveau de remplissage à chaque instant, le courant traversant la résistance de mesure étant commandé en fonction de la température qui règne au-dessus de la surface libre du liquide. Dans les véhicules automobiles, on souhaite de plus en plus obtenir, en dehors de l'indication du niveau de remplissage du réservoir de carburant, une indication analogique du niveau de remplissage pour l'eau de re- froidissement et pour l'huile Par rapport aux avertisseurs de limite à commutation ou à contact, qui servent, par exemple à avertir du dépassement vers le bas d'un niveau de remplissage minimum, les indications analogiques donnent la possibilité de compléter le niveau par précaution de constater des défauts. Les dispositifs de mesure de niveau analogiques qui utilisent la variation de résistance d'un capteur à résistance chauffé, possédant un coefficient de température élevé et placé entre le niveau minimum et le niveau maximum sont connus d'une façon générale. On connaît déjà par les demandes de brevet de; la République Fédérale d'Allemagne DE-OS 14 73 132,; 24 55 198, 27 18 295 et DE-AS 21 40 963 et 28 41 889 des dispositifs qui sont composés de deux résistances, dont une seule est chauffée en fonction du niveau de remplis- sage à une température supérieure à celle du milieu qui l'environne tandis que la deuxième résistance sert à capter la température du liquide et à coamenser le signal de niveau du liquide Dans la mesure o il s'agit de capter le niveau de remplissage d'un liquide à température variable, on ne peut se passer d'une telle compensation car la toenérature de la résistance de mesure résulte de la taepérature du liquide et de la température supérieure précitée C'est ainsi que, par exemple, un dispositif à une seule résistance, sans résis- tance de compensation, peut avoir la même valeur ohmique 1 o résultante dans le cas d'une faible température du liquide et d'un faible niveau de remplissage que dans le cas d'une température plus élevée et d'un niveau élevé -Pour éliminer cette ambiguïté, il est absolument nécessaire de disposer d'un capteur muni d'une résistance de compensation. Les dmandes de brevets DE-OS 24 55 198, 14 73 132 et DE AS 21 40 963, 28 41 889 décrivent des circuits desti- nés à former un signal de remplissage aussi bien compensé que possible, dans lequel des signaux de tension, conve- nablement amplifiés sont traitées l'une par rapport à l'autre ou soustraites l'une de l'autre Dans les deux procédés d'interprétation connus, il subsiste cepen- dant une dépendance considérable du signal de niveau par rapport à la température,-en particulier du signal réduit à un niveau bas, c'est-àdire lorsque le capteur de mesure est émerg' La raison de ce fait réside dans le fait que, non seulement la partie de mesure et de compensation du capteur possède une résistance fonction de la température mais également dans le fait que la résistance thermique de la partie de mesure émergée du capteur est fonction de la température. Dans la demande de brevet DE-AS 28 41 889, on décrit une modification à contre-courant des courants de chauffage et de mesure pour la température au-dessus du liquide, pour un capteur qui comprend des résistances connectées en parallèle Le circuit de réglage existant commande le courant de la source de courant qui alimente les capteurs en fonction de la température régnant au- dessus de la surface libre du liquide L'influence décrite sur le courant est exactement inversée pour un capteur huile/eau dans lequel, pour des raisons de précision et pour obtenir un grand effet de mesure, on porte un film de nickel-fer de 0,1 mm de diamètre à une élévation de température d'environ 1000 C Par ailleurs, il est souhai- table pour des raisons de prix de revient de ne pas avoir à utiliser de circuit de réglage supplémentaire. L'invention a pour but de perfectionner un circuit suivant la DE-AS 28 41 889 afin qu'il puisse être construit d'une façon plus simple et par conséquent moins conteuse et qu'il travaille cependant avec une meilleure précision. L'invention résout ce problème par le fait qu'un circuit du genre défini au début du présent mémoire est caractérisé en ce que la résistance de compensation est disposée de manière à être immergée dans le liquide même au niveau minimum de ce liquide, en ce que la résistance de compensation et la résistance de mesure sont connectées en série à une source de courant constant commune et en ce qu'un circuit de réaction réglable est prévu entre l'entrée du circuit d'interprétation du signal de compen- sation et la source de courant constant. Suivant l'invention, on prend avantageusement pour base le capteur en deux parties fonctionnant avec un courant constant, avec une analyse par soustraction Pour un tel agencement de capteur, il se forme une erreur rési- duelle, fonction de la température de telle sorte que le signal de niveau de remplissage du liquide correspondant à un bas niveau de liquide (résistance de mesure partiel- lement ou totalement émergée) diminue avec l'accroissement de la température La cause de ce fait est que la résistance thermique de la partie de la résistance de mesure qui est émergée et qui est ainsi influencée par l'air environnant (milieu gazeux) décroit avec l'accroissement de la tempéra- ture En présence d'une température d'environnement plus élevée, on doit donc utiliser un courant de chauffage plus fort qu'en présence d'une température d'environnement plus basse pour parvenir à une élévation de température qui apporte le même effet U à un niveau de remplissage donné Ceci peut être réalisé de façon peu coûteuse et précise par une réaction réglable du signal UK sur le cou- rant de chauffage du capteur (courant constant à l'origine) dans un sens tel qu'un signal UK correspondant à une température plus élevée aboutisse à l'augmentation choisie du courant de chauffage de sorte qu'on obtient des valeurs Ua = US VKUK constantes dans toute la plage des tem- pératures pour les mêmes niveaux de liquides. L'invention sera décrite avec plus de précision dans la suite à propos d'un exemple de réalisa- tion représenté sur le dessin sur lequel: la Fig l est un schéma bloc du dispo- sitif de mesure; et la Fig 2 est un schéma du circuit. Le dispositif de mesure continue du niveau de remplissage d'un réservoir rempli de liquide comprend un capteur S disposé dans le réservoir, qui est formé de deux résistances RM et R, connectées en série La résistance de mesure RM plonge dans le liquide Ici, le niveau de liquide peut varier entre "max' et "min" Au niveau de liquide "max", la résistance demesure T RM est entièrement immergée Au niveau "min", la résistance de mesure n'est plus entourée de liquide. La résistance de compensation RK connectée en série est constamment entièrement immergée dans le liquide. Un capteur-S indiqué et composé d'un fil de résistance en nickel ou en ferronickel de 0,1 0,2 mm de diamètre Suivant l'impédance et la caractéristique de niveau de liquide désirées l'élément capteur peut être en forme de bâton ou être enroulé autour d'un élément porteur. Le capteur S est alimenté par une source de courant constant ST Cette source de courant constant débite une intensité i de valeur constante tant que la température du liquide contenu dans le réservoir a une valeur constante La valeur de l'intensité i est indépen- dante du niveau du liquide dans le réservoir. L'intensité i a une valeur telle que les résistances RM et RK qui ont toutes deux un coefficient de température relativement élevé sont chauffées Pour un capteur construit pour l'huile et l'eau, il se produit dans ce cas un échauffement provoquant une élévation de température d'environ 1000 C comparativement à celle du milieu gazeux présent dans le réservoir lorsque le niveau de liquide est abaissé. Sur le capteur S dont la résistance est Rs = RK + Rm, il se forme un signal de mesure Us qui est transmis par un conducteur a à l'entrée positive d'un am- plificateur différentiel V 1. Sur la résistance de concentration RK, apparait le signal de compensation UK qui est transmis par un conducteur b à l'entrée d'un amplificateur V 2 La sortie de cet amplificateur V 2 est connectée par un conduc- teur c à l'entrée négative de l'amplificateur différen- tiel V 1. La sortie de l'amplificateur différentiel V 1 délivre le signal d'indication U = U V x U ou V R _ RM Ka S K K K RK RK Pour compenser les variations de la tempéra- ture du liquide, la sortie de l'amplificateur V 2 est con- nectée par un conducteur d à la source de courant constant ST Par l'intermédiaire de cette réaction, qui est avanta- geusement réalisée sous la forme d'une réaction positive, la source de courant constant STK est commandée de telle manière qu'un signal UK correspondant à une température plus élevée du liquide conduise à une élévation corres- pondante du courant de chauffage i de sorte qu'on obtient des valeurs constantes Ua = Us -Vx x UK dans toute la plage de températures pour les mêmes niveaux de liquide. La réaction réglable compense la dépendance de la température de la résistance RM émergée par rapport au milieu gazeux (air) se trouvant au-dessus du liquide. Le milieu gazeux est plus ou moins saturé de liquide vapo- risé Ceci engendre à son tour une dépendance de la résistance thermique vis à vis du liquide Il en résulte que les signaux de sortie -du capteur par exemple en présence d'eau et d'huile, sont différents Pour obtenir une mesure peu conteuse et précise du niveau de liquide, on doit donc pouvoir disposer de différents degrés de réac- tion et cette réaction doit être réglable. En supplément, il peut encore se produire une indi- cation de température pour laquelle la ligne b sur laquelle se présente le signal de compensation UK est connectée par l'intermédiaire d'une ligne e à un amplificateur V 3 dont la sortie délivre un signal d'indication de température UT pour un dispositif indicateur non représenté. Le circuit représenté sur la Fig 2 se compose de circuits partiels universellement connus et facilement réalisables tels qu'une stabilisation de tension, une source de courant, un amplificateur et ne demande donc pas à être décrit de façon excessivement détaillée La source de courant constant ST K suivant la Fig 1 comprend un transistor T et un amplificateur opérationnel B 1 Avec leurs éléments périphériques, on obtient une source de courant précise réglée L'amplificateur opérationnel B se règle en R 1 sur une tension d'alimentation précise On ob- tient donc avec une résistance R 1 de précision, une intensité i de valeur précise qui est acheminée au capteur S. Le dispositif de production de la tension de référence composé des résistances R 4, R 5 et des diodes Zener Dl et D 2 montées en cascade, donne une valeur de référence stable sur de larges intervalles de tensions de l'accumulateur et, de la température La tension de polari- sation de base du transistor T est produite par les résis- tances R 2 et R 3 d'un diviseur de tension L'entrée positive de l'amplificateur opérationnel B est connectée au diviseur-de tension formé par les résistances R 7 et R 6, qui est connecté à la tension de référence L'entrée négative de l'amplificateur opérationnel B est fournie à travers la résistance R 8; par la tension d'alimentation apparais- sant sur la résistance Ri Par ailleurs, une résistance R 12 est intercalée dans le circuit périphérique. La sortie de l'amplificateur opérationnel B est connectée à travers une résistance R 9 à la base du transistor T 1. La réaction du signal de compensation UK en fonction de la température est assurée par les résistances R 10 et Rl' L'amplificateur opérationnel B 2 forme avec ses éléments périphériques un amplificateur pour le signal UK. Il travaille avec l'amplification nécessaire V_ RM + K Le signal UK est transmis à l'entrée K R positive à travers la résistance R 21 et la résistance R 22. L'entrée négative est connectée aux résistances R 23 et R 24 * Sa sortie est connectée à la base du transistor T 2 dont l'émetteur est connecté à la résistance R 25 Le collecteur transmet le signal UK amplifié aux résistances R 1 o, R 1,. Avec cet agencement de circuit, il est possible d'obtenir un couplage relativement dépourvu de réaction d'autres étages et la réaction du signal VK x UK peut être intro- duite dans la source de courant à l'encontre de la ligne plus. L'amplificateur différentiel est formé par l'amplificateur opérationnel B 3 et ses éléments péri- phériques Il sert à assurer la combinaison U VK x U S KK Il amplifie le signal différentiel dans le rapport R 29/R 27 = R 28/R 26 de sorte que le signal de niveau de liquide résultant Uh utilise une grande partie de la plage de tension de l'accumulateur. Le signal Us du capteur est transmis à travers la résistance R 26 à l'entrée positive de l'amplificateur opérationnel B tandis que son entrée négative est connectée à travers la résistance R 27 à l'émetteur du transistor T 2. La résistance R 29 est connectée entre l'entrée négative et la sortie. L'amplificateur opérationnel B 4 forme avec ses éléments périphériques un amplificateur qui permet l'indi- cation de la température d'une partie déterminée du signal de compensation UK sous une forme étalée A cet effet, son entrée positive est connectée au transistor T 2 à travers la résistance R 30 La résistance R 31 est connectée à la- ligne négative d'alimentation de l'accumulateur, les résistances R 33 et R 34 sont connectées à l'entrée négative 33 34 de l'amplificateur opérationnel. A la sortie, on peut prélever la tension UT qui donne l'indication de température. Les transistors T 3 et T 4 forment avec leurs éléments périphériques, les résistances R 13, R 14, R 15, R 16, R 17, R 18, R 19 et R 20 ainsi que-la diode D 4 un régulateur de tension qui produit des tensions de référence précises qui sont nécessaires pour le réglage du point de fonction- nement des amplificateurs. Le condensateur C et la diode D forment en 1 3 qualité d'éléments périphériques, avec la résistance R 12, une protection contre les surtensions pour la tension d'alimentation des amplificateurs opérationnels B 1 B 4. On donne ci-après à titre d'exemple une liste de valeurs et de types de composants entrant dans la construction du circuit de la Fig 2. Liste des composants R o 1 10 _+ 5 % TK 100 ppm R 1,6 K 6 _ " 2 R 3 1,3 K _/x " R 4 R 4 270 _/1 " R 620 J' - R 1,8 K _J 1 _ 6 R 7 ca 3,2 K et 1-" R 10 K el t " Rg 6,8 K _n " R i O ca 20 K _ 1 t- Rl ca 700 / t " il -15 _/AL se 1 Watt f il R 12 2 5 1 22 O 1 R 13 300 5 % R 1 K R 15 réglage env Ca 0, 1 K R 16 4, 3 K -/'L + 1 % R 5,6 K JL R 6,2 K R 19 2,4 K R 1,5 K R 20 K R 22 100 K JL R 20 K 23 R 100 K R 1 K R 26 10 K R 27 10 K R 62 K -e-t- R 29 62 K R 30 10 K R 31 51 K R 33 51 K R 34 10 K C 1 100 t LF D 1 ZPD 8,2 D 2 ZPD 5,1 D 3 Zy 20 D ZPD 5,1 BD 876 BC 237 BC 635 BC 237 1 LM 2902 il 1 il 1 il' T 1 T 2 T 3 T 4 Bl B 2 B 3 B 4 REVENDICATIONS 1 Circuit pour la mesure continue du niveau de remplissage d'un réservoir rempli au moins partiel- lement de liquide, en particulier d'un réservoir de carburant, et qui comprend une résistance de mesure (RM) ayant un coefficient de température relativement élevé, connectée a une source de courant constant (STK) et pouvant être chauffée par cette source, et qui est immergée dans le liquide, une résistance de compensation (RK) à coefficient de température relativement élevé, également connectée à une source de courant constant (STK), qui est immergée dans le liquide, un circuit d'exploitation, qui traite le signal de mesure qui lui est amené et le signal de compensation en formant une différence et qui détermine une indication correspondant au niveau de remplissage de ce moment,le courant traver- sant la résistance de mesure (RM) étant commandé indé- pendamment de la température qui règne audessus de la surface libre du liquide caractérisé en ce que la résis- tance de compensation (RK) est disposée de manière à être immergée dans le liquide même au niveau minimum de ce liquide, en ce que la résistance de compensation(k) et la résistance de mesure (R,) sont connectées en série à une source de-courant constant commune S To) et en ce qu'un circuit de réaction réglable est prévu entre l'en- trée du circuit d'interprétation (V 1) du signal de com- pensation (UK)et la source de courant constant. 2 Dispositif suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que la résistance de compensation (RK) est en outre connectée à un indicateur de température (UT).