Brevet FR2514497A1 — publié le 19830415

La présente invention concerne la détection du niveau d'un liquide. La demanderesse a déjà proposé (brevet français publié sous le N O 2 367 276) un dispositif permettant le contrôle du niveau de liquide contenu dans un réser- voir Ce dispositif comporte une sonde filaire résistive partiellement immergée en direction générale non-horizon- tale dans le liquide, des moyens dblimentation capables d'appliquer de l'énergie électrique à ladite sonde, des moyens sensibles à l'une au moins des grandeurs électri- ques tension et courant dans la sonde, et des moyens pour surveiller l'évolution de ladite grandeur à partir de sa valeur initiale, au début de l'application d'éner- gie électrique, afin d'en déduire des informations sur - le niveau de liquide L'indication de niveau obtenue selon ce brevet antérieur est assez fiable pour per- mettre une alerte lorsqu'un seuil de niveau est atteint, par exemple - Cependant, il est apparu souhaitable d'obtenir des indications de niveau plus précises malgré la comple- xité des problèmes thermiques mis en jeu, et c'est ce que vise la présente invention. A cet effet, le dispositif proposé comporte des moyens pour enregistrer au moins une table de cor- respondance entre des valeurs numériques possibles d'une grandeur différentielle représentative de l'évolution de ladite grandeur, et des valeurs numériques de niveau respectivement associées, et les moyens de surveillance mesurent numériquement ladite grandeur différentielle, afin d'afficher le niveau correspondant d'après ladite table. Selon un autre aspect important de l'invention, le dispositif comprend des moyens pour mémoriser un jeu de tables de correspondance auxiliaires, définissant des corrections numériques de la grandeur différentielle en 2- fonction de la valeur brute de celle-ci,-des moyens pour sélectionner l'une de ces tables auxiliaires en fonction de la valeur initiale de la grandeur électrique, et pour appliquer à la grandeur différentielle brute la correc- tion associée dans la table ainsi sélectionnée. Très avantageusement, le dispositif comprend encore des moyens pour mémoriser une troisième table de correspondance entre ladite valeur initiale de la gran- deur électrique et des valeurs numériques correspondantes de température, ainsi que des moyens capables d'afficher la température correspondant à la valeur initiale rencon- trée. Selon un premier mode de réalisation, les moyens d'alimentation sont du type à courant constant, et la grandeur électrique détectée est la tension aux bornes de la sonde. Selon un autre mode de réalisation, les moyens d'alimentation sont du type source de tension, la sonde est en série sur une résistance, et les tensions sont détectées aux bornes de la sonde et de la-résistance. En variante, si la tension d'alimentation est susceptible de varier trop (batterie d'automobile par exemple), les moyens d'alimentation comprennent un montage pour alimenter la sonde sous tension constante avec détection d'une grandeur relative au courant qui la traverse. Selon une autre variante, sont prévus des moyens surveillant leévolution de la tension et du courant dans la sonde afin d'appliquer à celle-ci une énergie totale prédéterminée. Dans un premier type de mise en oeuvre de l'invention, la grandeur différentielle est égale à la différence (U 1 ho) entre les valeurs de la tension initiale à l'instant zéro d'alimentation et au bout d'un temps (T 1) prédéterminé. -3- Dans un second type de mise en oeuvre de l'invention, la résistance (A) de la sonde est calculée à partir des tensions U et/ou V aux bornes de la sonde et d'une résistance série R, les valeurs de U et V étant mesurées à l'instant initial d'alimentation et au bout d'un temps Tl prédéterminé, tandis que ladite grandeur différentielle est de la forme 1 U 1A 1 (A 1AO) o les indices zéro et un indiquent une valeur à l'ins- tant zéro et à l'instant t 1 respectivement. Selon un troisième type de mise en oeuvre de l'invention, la grandeur différentielle est de la forme 2 Ul/V UO/Vo FN = R 2 o R est une résistance en série sur la sonde, U et V sont les tensions aux bornes de la sonde et de la résis- tance R, l'indice zéro représente l'instant de début d'alimentation, et l'indice un représente un instant prédéterminé, postérieur à la fin de l'alimentation. Selon un quatrième type de mise en oeuvre de l'invention, la grandeur différentielle est le temps mis par la grandeur surveillée pour atteindre une valeur de référence. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, ainsi que sur les dessins annexés, sur lesquels les figures 1 à 5 illustrent quatre modes de réalisation du montage incorporant une sonde filaire selon la présente invention; et les figures l A, 2 A, 3 A, 4 A, 4 B et 5 A illus- trent respectivement différents organigrammes illustrant -4- les opérations complémentaires effectuées dans le dispo- sitif des figures précédentes de numéros correspondants. Sur la figure 1, la référence SCC désigne une source de courant constant susceptible d'être commandée pour alimenter en direct sous un courant I constant une sonde S, qui est la sonde filaire résiÉtive immergée en direction générale non horizontale dans le réservoir de liquide La tension U aux bornes de la sonde est pré- levée par un convertisseur analogique-numérique CAN, dont la sortie est reliée à un microprocesseur MP Le microprocesseur est apte à commander lasource dé courant constant SCC pour la mettre en oeuvre à un instant que l'on définira par T = 0, et l'arrêter au bout d'un certain temps que l'on désignera par T 1 Le micro- processeur MP est également relié à un organe d'affi- chage ou visualisation VS. Le dispositif de la figure 1 est susceptible de fonctionner 'avecdans les microprocesseurs,des fonc- tions de commande illustrées par l'organigramme de la figure 1 A, en même temps que les fonctions de mémorisa- tion correspondantes. Sur la figure l A, on voit que-l'étape 101 consiste à appliquer le courant constant, en excitant la source SCC, tout en initialisant le temps (T = 0). Pratiquement au même instant, l'étape 102 va mesurer la tension U, et la mémoriser en temps que valeur V O * Ensuite, les étapes 103 et 104 constituent une boucle chronométrique susceptible d'incrémenter le temps de manière connue en soi Lorsque un délai T 1 après l Vins- tant initial est écoulé, on passe à l'étape 105 qui consiste à mesurer ànouveau la valeur de U, qui sera maintenant mémorisée en tant que valeur U 1 L'étape 106 calcule la grandeur différentielle DU = U U 0. Ensuite, dans l'étape 107, on va chercher dans une table de correspondance préétablie la valeur -5- numérique de niveau correspondant à la valeur numérique de la grandeur différentielle DU Ensuite, à l'étape 108 on affiche cette valeur numérique de niveau dans l'afficheur VS, après quoi l'étape 109 va pouvoir interrompre le fonctionnement de l'appareil en commandant la source SCC pour qu'elle retourne à l'état de repos. Le bon fonctionnement de ce premier mode de réalisation repose sur l'observation suivante: la loi de correspondance existant entre la grandeur dif- férentielle DU et le niveau réel s'est avérée assez complexe, 'mais présentant une répétitivité suffisante pour pouvoir être représentée par une table, tout en conservant une bonne précision. Malgré tout, il s'est avéré largement pré- férentiel de faire une correction sur la grandeur dif- férentielle DU, en fonction de la valeur initiale mesurée U 0. A cet effet, on insère entre les étapes 106 et 107 les étapes 111 à 113; l'étape 111 consiste àccm- parer la grandeur U O à différentes valeurs notées ici A, B, C et D, etc Suivant le résultat de cette comparaison, on va à l'étape 112 chercher une table correspondante Par exemple si U O est inférieure à A, on va chercher une première table,si U O est comprise entre A et B on va chercher une seconde table, et ainsi de suite Après cela, à l'étape 113 on corrige la valeur présente de DU en fonction de la correction inscrite dans la table pour cette même valeur, ou plus exactement pour une fourchette de valeur qui la contient. Dans une variante préférentielle, on prévoit encore une troisième table qui fait correspondre aux valeurs initiales U 0 des valeurs de température, là encore par fourchette ou intervalle En pareil cas, on ajoute à l'organigramme de la figure l A une étape 114 qui consiste à aller chercher dans cette troisième -6- table la température correspondant à U 0, tandis qu'à l'étape 115 on peut afficher la température Cet affi- chage de température peut se produire soit en cours de l'organigramme global, soit séparément, sur une commande spéciale du microprocesseur, comme cela est classique dans les automobiles. De cette manière, on peut par exemple mesurer le niveau d'huile dans un moteur, ainsi que sa tempéra- ture -On peut également envisager de mesurer par le même moyen le niveau de carburant. Sur la figure 2, une alimentation en tension continue peut être appliquée à un instant T = O, par l'intermédiaire d'un commutateur C, à un ensemble série constitué d'une résistance de valeur connue R et de la sonde S selon l'invention Les tensions U aux bornes de la sonde S,et V aux bornes de la résistance R sont analysées et numérisées par un convertisseur analogique- numérique CAN, relié au microprocesseur MP qui peut d'une part commander la fermeture de l'interrupteur C et d'autre part exciter l'affichage VS. Sur la figure 2 A, on voit que la première étape de fonctionnement du microprocesseur consiste à appliquer une tension U + V tout en initialisant le temps (étape 201) Ensuite, aux étapes 202 et 203 on mesure successivement les valeurs U et V, que l'on conserve en tant que U O et VO. Après cela, à l'étape 204, on peut calculer la résistance initiale de la sonde, qui est donnée par la valeur Ao Après cela, on retrouve la boucle de chronomé?rie constituée par le test 205 et l'incrémentation 206. Au bout du temps T 1 défini par le test 205, on va maintenant mesurer et mémoriser les grandeurs U 1 et V 1, puis à l'étape 208 calculer la résistance nouvelle de la sonde A 1 R Ui Ensuite, l'étape 209 consiste à V 1 -14497 -7- calculer une grandeur différentielle notée K, et définie par la formule suivante U 2 A K = A 1 (A, AO) Si la précision demandée n'est pas trop grande, on peut alors à l'étape 210 aller chercher directement dans la table principale le niveau correspondant à la valeur numérique de K puis l'afficher à l'étape 211 et enfin interrompre la tension d'alimentation à l'étape 212. Pour une meilleure précision selon l'invention, on compare la valeur initiale de la résistance de la sonxe k à -plusieurs valeurs de seuil notées ici E, F, G et H, etc. Après cette étape 221, l'étape 222 consiste à aller chercher une table correspondant au résultat de cette comparaison, comme précédemment dans le cas de la figure 1 A, après quoi l'étape 223 permet de corriger la grandeur différentielle K selon la table sélectionnée, et l'on poursuit ensuite par les étapes 210 à 212 déjà citées. Tout comme pour la figure 2 A, on peut également déterminer la température en cherchant dans une troisième étape 224 la température correspondant à la valeur ini- tiale A de la résistance de la sonde, puis à afficher cette température à l'étape 225. Dans certaines applications, notamment à bord des automobiles, les sources de tension continue sont assez fortement variables On peut alors utiliser le mode de réalisation de la figure 3, o après l'inter- rupteur de commande C, on trouve un montage générateur de tension constante aux bornes de la sonde Ce montage comprend,entre les bornes positive et négative de la source,une polarisation réalisée par une résistance R 30, suivie d'une diode Zener D 31 montée en inverse et d'une diode normale D 32 montée en direct e De cette manière, -8- le point commun à la diode Zeneretàla résistance com- mandera de façon pratiquement insensible à la température la base d'un transistor Q dont l'émetteur-est relié à la sonde S qui va d'autre part vers la borne négative, tandis que son collecteur est relié à une résistance R qui va vers la borne positive à travers le commutateur C On voit immédiatement que la tension aux bornes de la sonde S est constante, et peut être mémorisée donc dans le microprocesseur MP de façon définitive Par contre, là tension V aux bornes de la résistance R est analysée et mesurée par un convertisseur analogique-numérique CAN-qui la transmet ensuite au microprocesseur Celui-ci peut en déduire facilement le courant dans la sonde, puisque ce courant I est égal à V/R. Après l'étape d'initialisation 301 de la figure 3 A, qui consiste à appliquer la tension d'alimentation à l'instant T = O, on va ensuite mesurer le courant I dans-la sonde, que l'on appellera Ib en tant que courant initial Après cette étape 302, on calcule comme précé- demment la résistance initiale de la sonde par la rela- tion A U étant constant et connu Après le test chronométrique 304 et 305, on pourra mesurer à nouveau le courant et le mémoriser en tant que valeur I dans l'étape 306, ceci après un retard T 1, puis calculer la nouvelle résistance de la sonde A 1 à l'étape 307. L'étape 308 est semblable à l'étape 209 de la figure 2 A, sauf qu'au lieu d'une valeur mesurée U 1, on utilise une valeur prédéterminée U Et le reste de la figure 3 A correspond exactement à ce qui a été décrit à propos de la figure 2 A. La figure 4 illustre un schéma constituant une variante de celui de la figure 2, mais qui peut s'appli- quer aux autres figures La principale différence est qu'on introduit à l'aide d'un dispositif de présélection PS une valeur prédéterminée notée WF, et qui représente une énergie constante que l'on désire appliquer à la sonde On va voir cependant en référence à la figure 4 A que le mode de fonctionnement est dans ce cas assez différent. L'étape initiale '401 consiste à recevoir et mémoriser la valeur introduite de l'extérieur WF, tout en mettant à zéro un accumulateur noté SW L'étape 402 consiste à appliquer la tension par fermeture du contact C, tout en initialisant le temps Ensuite, à l'étape 403 on mesure U que l'on conserve en'tant que valeur initiale Uo L'étape 404 détecte non pas l'écoulement de l'inter- valle de temps prédéterminé, mais au contraire le pas- sage d'un élément de temps Comme précédemment, une chronométrie est entretenue à l'aide de l'opération 405. Et l'on notera naturellement que la chronométrie doit être nettement plus précise, de façon que l'on puisse surveiller un élément de temps d T nettement inférieur à la valeur T 1 précédemment rencontrée Chaque fois qu'un élément de temps d T est écoulé, on mesure à l'étape 406 les valeurs courantes de U et V, et l'on calcule alors une valeur W = UV dt, comme indiqué à l'étape 407. R Ensuite, on ajoute cette valeur W à l'accumulateur SW déjà cité, que l'on conserve en mémoire, ceci à l'étape 408 Si la valeur introduite initialement WF n'est pas atteinte, le test 409 renvoie en amont de l'étape chro- nométrique pour continuer les opérations Si au contraire l'énergie désirée est atteinte, on interrompt à l'étape 410 la tension d'alimentation On mesure alors à l'étape 411 la tension U qui va donner la valeur U 1 Ensuite, l'étape 412 permet le calcul de la grandeur différentielle U 1 Uo Après cela, on peut chercher dans une table principale le niveau correspondant à la valeur de cette grandeur différentielle U 1 U O à l'étape 413, puis afficher le niveau à l'étape 414. -10- Une variante relativement simple consiste à comparer la grandeur différentielle à une valeur de référence à l'étape 415, puis à exciter une alarme suivant cette comparaison, cette variante permettant de surveiller par-exemple un niveau de seuil important, comme peut l'être le niveau d'huile à bord d'un véhicule. Bien qu'on ne les ait pas représentées, cette figure 4 A est susceptible des mêmes variantes que pré- cédemment, à savoir-une rectification de la grandeur différentielle en fonction d'une comparaison de la -valeur initiale U à différents intervalles numériques, et par choix d'une table de correction correspondante. De même, on peut naturellement envisager un affichage de température, sous réserve de connaître suffisamment bien la tension d'alimentation-au démarrage. Cette variante qui vient d'être décrite pré- sente l'avantage qui ne nécessite pas que la tension d'alimentation soit constante, celle-ci pouvant varier dans certaines limites. Le mode de réalisation de la figure 4, sans l'organe PS, ou encore le mode de réalisation de la figure 2, est susceptible de fonctionner d'une autre manière, qui est définie par l'organigramme de la figure 4 B. Dans ce cas, l'étape initiale 451 consiste à appliquer la tension d'alimentation en initialisant le temps Après cela, à l'étape 452, on mesure les valeurs U Et V que l Tn mémorise comme valeurs initiales U O et VO. Après cela, on peut sauter directement aux étapes 460 et 461 qui consistent à chercher une tempé- rature correspondante et à l'afficher. La ligne principale de l'organigramme suppose que l'on passe en revanche pas les étapes chronométriques 453 et 454, qui permettent de déterminer l'écoulement d'un intervalle de temps Ti à partir d'un instant initial. -11- Contrairement à ce qui se passait précédemment, après cet instant T 1, on interrompt la tension d'alimen- tation, lors de l'étape 455. Immédiatement ou peu après, l'étape 456 consiste en une nouvelle mesure des grandeurs électriques U et V que l'on mémorise U et V 1. Ensuite, l'étape 457 consiste à calculer une grandeur différentielle notée ici FN, et définie par la relation suivante 2 (U 1/V 1 UO/VO) FN = R 2 V 1 /R Après cela, l'étape 458 consiste à chercher dans la table principale le niveau correspondant à la valeur FN, niveau que l'on affiche à l'étape 459. En variante ou en complément, l'étape 481 con- siste à comparer ce niveau à une valeur de référence, tandis que l'étape 482 permet d'exciter une alarme en fonction du résultat de cette comparaison (J Les moyens d'alarme ne sont pas représentés sur les figures des composants). Là encore, ce mode de réalisation est naturel- lement susceptible des mêmes variantes de correction de la grandeur différentielle en fonction des valeurs initiales déterminées. La figure 5 illustre encore un autre schéma électrique de réalisation de l'invention Là encore, une tension notée ici + E peut être appliquée par l'inter- médiaire d'un commutateur C à un ensemble série constitué d'une résistance R de valeur connue et de la sonde S On mesure la tension U aux bornes de la sonde S, à l'aide du convertisseur analogique-numérique CAN relié au micro- processeur MP, celui-ci étant susceptible de recevoir une valeur de seuil d'un dispositif de présélection PS, en même temps que d'exciter les moyens d'affichage -12- numériques ou visualisation VS,ainsi que des moyens d'alarme AL. En parallèle sur la résistance R et la sonde S sont prévues deux résistances R 50 et R 51 formant diviseur de tension, l'une d'entre elles étant réglable Le point commun des deux résistances va donc donner une tension de référence Ur, dont la valeur est directement reliée à la variation éventuelle de la tension d'alimentation + E. La figure 5 A illustre un exemple d'organigramme correspondant A l'étape 501, on applique la tension E par fermeture du contact C sous le contrôle du micro- processeur MP Immédiatement, l'étape 502 permet une me-. sureetidne mémorisation de la tension Ur, tandis que l'étape 503 permet de faire de même avec la tension U O qi est égale à la tensioninitie aux bornes de la sonde A l'étape 504, on va alors dans un temps très bref remet- tre à zéro le temps et démarrer un comptage de temps. L'étape 505 consiste en un test de surveillance pour savoir ZO si la tension U devient ou non égale à la tension de référence Ur Tant que l'égalité n'est pas respectée, on reste en position d'attente par couplage sur le test 505. Au contraire, lorsque l'égalité est obtenue, on arrête à l'étape 506 le comptage de temps, tout en ouvrant l'interrupteur C, et en mémorisant le temps t en cours. A l'étape 507, on va alors rechercher dans une table principale le niveau numérique correspondant à la valeur numérique du temps t Puis l'étape 508 consiste à afficher le niveau, et enfin le test 509 surveille si secondes d'affichage sont écoulée% cela permet de maintenir l'affichage de niveau pendant 10 secondes, puis si nécessaire de retourner à l'étape 501 pour re- commencer une nouvelle mesure, celle-ci étant ici tr-ès peu-dépendante de la valeur de la tension d'alimentation. -13- En complément, on peut prévoir un test 510 qui détecte si le temps t écoulé jusqu'à ce que l'on ait U = Ur est supérieur à la valeur de seuil intro- duite par le dispositif PS Si non on active l'alarme 512, de manière permanente, par exemple jusqu'à remise zéro par l'usager Dans le cas contraire,àl'étape 511, on décide de ne pas effectuer d'alarme, et de reprendre l'organigramme à l'étape 501. Dans la description qui précède,-on a indiqué de nombreux modes de réalisation de l'invention, avec leurs différentes variantes, qui peuvent s'appliquer d'une manière générale à l'ensemble des différents modes de réalisation. Bien entendu, la présente invention n'est pas 0 2 C de même niveau (forme du genre parabole ou chaînette). Une-telle disposition permet notamment d'aménager la réponse de la sonde en fonction du-niveau, pour tenir compte par exemple de la forme du réservoir. -14- REVENDICATIONS 1 Dispositif pour la détection du niveau d'un liquide, du type comprenant une sonde filaire résistive (S) au moins partiellement immergée danis le liquide, des moyens d'alimentation capables d'appliquer de l'énergie électrique à ladite sonde, des moyens sen- sibles à l'une au moins des grandeurs électriques tension (U) et courant (représenté par V) dans la sonde, et des moyens pour surveiller l'évolution de la- dite grandeur à partir de sa valeur initiale, au début de l'application d'énergie électrique, afin d'en déduire des informations sur le niveau de liquide, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens (SP) pour enre- gistrer au moins une table de correspondance entre des valeurs numériques possibles d'une grandeur différen- tielle représentative de l'évolution de ladite grandeur, et des valeurs numériques de niveau respectivement asso- ciées, et que les moyens de surveillance mesurent numé- 2,3 riquement (CAN) ladite grandeur différentielle, afin d'afficher (VS) le niveau correspondant d'après ladite table ( 107, 210, 309, 413, 458, 507). 2 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé par le fait qu'il comprend des moyens (MP) pour mémoriser un jeu de tables de correspondance auxiliaires, définissant des corrections numériques de la grandeur différentielle en fonction de la valeur brute de celle- ci, des moyens ( 112, 222, 322) pour sélectionner l'une de ces tables auxiliaires en fonction de la valeur ini- tiale de la grandeur électrique, et pour appliquer ( 113, 223, 323) à la grandeur différentielle brute la correction associée, dans la table ainsi sélectionnée. 3 Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (MP) pour mémoriser une troisième table de correspondance - entre ladite valeur initiale de la grandeur électrique et des valeurs numériques correspondantes de température, ainsi que des moyens capables d'afficher la température correspondant à la valeur initiale rencontrée ( 114, 115; 224, 225; 324, 325; 460, 461). 4 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les moyens d'alimenta- tion sont du type à courant constant (SCC, figure 1), et que la grandeur électrique détectée est la tension (U) aux bornes de la sonde (S). Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les moyens d'alimenta- tion sont du type à tension continue (figure 2), que la sonde (S) est en série sur une résistance (R), et que sont détectées les tensions (U et V) aux bornes de la sonde (S) et de la résistance -(R). 6 Dispositif selon l'une des-revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les moyens d'alimenta- tion comprennent un montage (Q, R 30, D 31, D 32) pour alimenter la sonde sous tension constante avec détection (V) d'une grandeur relative au courant qui la traverse. 7 Dispositif-selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que sont prévus des moyens surveillant l'évolution de la tension et du courant dans la sonde afin d'appliquer à celle-ci une énergie totale prédéterminée. 8 Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé par le fait que la grandeur différentielle est égale à la différence (U 1 U 0) entre les valeurs de la tension initiale à l'instant zéro d'alimentation et au bout d'un temps (T 1) prédéterminé. 9 Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait que la tension d'alimenta- tion est sensiblement constante, la résistance (A) de la sonde étant donnée par A = R U/V, les valeurs de U et V -16- étant mesurées à l'instant initial d'alimentation et au bout d'un temps T 1 prédétermine, tandis que ladite gran- deur différentielle est de la forme: 2 Ao 1 K=1 A 1 (A 1 AO) o les indices zéro et un indiquent une valeur à l'ins- tant zéro ou à l'instant tl, respectivement. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que la grandeur différentiel- le est de la forme: 2 -1 vO v FN = R V 1 /R 'o R est une résistance en série sur la sonde, U et V sont les tensions aux bornes de la sonde et de la résis- tance R, l'indice zéro représente l'instant de début d'alimentation, et l'indice un représente un instant pré- déterminé, postérieur à la fin de l'alimentation. 11 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la grandeur différen- tielle est le temps mis par la grandeur surveillée pour atteindre une valeur de référence.