Brevet FR2526159A1 — publié le 19831104

L'invention se rapporte à un détecteur de niveau de liquide dans un réservoir, ce dernier pouvant contenir, par exemple, le combustible nécessaire au fonctionnement d'un moteur. On connait de nombreux systèmes pour mesurer le niveau dans un réservoir La plupart, utilisent le principe du flotteur, lequel mainte- nu par un système de tringles ou de glissières, est porteur d'un curseur qui vient frotter sur un élément résistif modifiant ainsi sa résistance en fonction du niveau. Ces dispositifs présentent beaucoup d'inconvénients et prin- cipalement celui de comporter un contact frottant et donc sujet à usure La mécanique, sans être très compliquée, peut cependant prendre du jeu ou se coincer D'autre part, leur précision est la plupart du temps insuffisante, ce qui est particulièrement gênant surtout lorsqu'ils sont associés à des calculateurs de bord donnant la consommation horaire ou kilométrique ainsi que l'autonomie. On connatt aussi des dispositifs plus précis, mais dont le prix se situe largement au dessus de ce qu'il est possible d'admettre, pour des fabrications de très grande série (systèmes capacitifs, pneumatiques, etc) Il existe également des systèmes permettant de repérer un niveau ponctuel à l'aide d'une résistance à coefficient de température non nul, traversée par un courant, dont la résistance se modifie lorsqu'elle est, ou non, plongée dans le liquide. Le dispositif selon l'invention est essentiellement statique et comporte une pluralité d'éléments réalisant des contacts thermiques con- nectés en série, alimentés par un ou plusieurs fils de commande. Chaque élément délimite un niveau particulier à l'intérieur du réservoir Entre deux niveaux, précis, la mesure de la quantité de li- quide utilisée est effectuée par un débitmètre. Celui-ci est, en effet, indispensable pour fournir au calculateur de bord les éléments nécessaires à la détermination de la consommation instantan- née, de l'autonomie, etc Son utilisation n'amène donc aucun supplément de coût. Différentes caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, ainsi que dans les dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 représente une sonde de mesure de niveau selon l'invention. la figure 2 donne le schéma d'une autre sonde, également conforme à l'invention. 2 2526159 la figure 3 est une vue en coupe du réservoir de combus- tible. la figure 4 est un graphique montrant, en fonction du temps, quelques cas pratiques de recalage et de réinitialisation des quan- tités de combustible consommé. la figure 5 est un organigramme de fonctionnement du système. la figure 6 donne le synoptique du dispositif électroni- que réalisé. la figure 7 est un organigramme décrivant un mode d'ob- lotention d'une alerte en cas de remplissage incomplet du réservoir. La figure 1 représente une sonde de mesure de niveau Celle-ci comporte, à titre d'exemple, 4 dispositifs de mesure constitués chacun d'une résistance fixe 4 et d'une résistance therrio sensible 5 (CTP) à coefficient de tempé- rature positif Différents modes de réalisation sont possibles Les résis- tances fixes peuvent être sondées, ou déposées en couche mince ou couche épaisse sur un substrat 2 en matériau isolant (céramique, verre, etc) Les "CTP" sont soudées aux bornes des résistances fixes et tout l'ensemble est éventuellement recouvert d'un vernis résistant aux hydrocarbures Les ensembles constitués des résistances 4 et 5 sont connectés en série et donc réunis entre eux par un conducteur 6 lequel est fixé par une de ses extrémités au fond du réservoir et ainsi électriquement réuni à la masse. L'autre extrémité sort du réservoir pour être connectée à une résistance fixe 7, elle-meme réunie à un potentiel V positif La plaquette ainsi cons- tituée est située à l'intérieur d'un tube en matériau quelconque 1, possé- dant à sa partie inférieure un trou calibré 3, mettant en commu- nication la partie interne du tube avec le réservoir, ce qui permet grâce à l'effet de retard ainsi réalisé, d'obtenir à l'intérieur du tube un niveau moins perturbé qu'à l'extérieur. On a représenté à la figure 3, l'implantation d'une telle sonde dans un réservoir 8, comportant une sortie d'aspiration du liquide 12 dans le trajet duquel se situe un débitmètre 11 Ce réservoir est fermé par un bouchon 10 actionnant un contact 9 dont l'utilité sera démontrée- plus loin. Le fonctionnement de la sonde indiquée en figure 1 est le suivant. Lorsque le réservoir est vide, les thermistances "CTP" 5 et les résistances 4, sont alimentées par l'intermédiaire de la résistance 7 Les "CTP" s'échauffant, leur résistance est très grande, et on a: 3 2 5 2 6 1 5 9 E r V (R 41 + R 42 + R 43 + R 4 n) R 7 + R 41 + R 42 + R 43 + R 4 n si les résistances R 4 sont choisies telles que R 4 R 5 à l'état chaud. Si cette sonde est alimentée à courant constant on a plus simplement: E ^, I (R 41 + R 42 + R 43 + R 4 n). Quand un ensemble R 4 R 5 est recouvert par le liquide, R 5 se refroidit et sa valeur devient très petite devant celle de R 4, ce qui diminue la ten- sion E. L'examen de celle-ci par un dispositif électronique simple, permet de con- nattre le moment précis o le liquide recouvre ou découvre une thermistan- ce et donc suivant leur répartition à l'intérieur du réservoir de détermi- ner le niveau et de ce fait, la quantité de liquide présente au dessous de la sonde. A titre d'exemple, on a représenté figure 6 le montage élec- tronique réalisé qui comporte un microprocesseur 4 lequel reçoit d'une part des impulsions en provenance d'un débitmrtre Il et d'autre part des signaux logiques ABCD fournis par 4 comparateurs de tension (T 1 à 4) les- quels commutent lorsque la tension E aux bornes de la sonde est supérieure à une tension de référence fixée par un pont de résistance qui leur est propre. On suppose dans cet exemple, que, le réservoir étant plein, le tension E est minimale et que le liquide a atteint le niveau 400 en recouvrant la totalité de la sonde, les trois autres niveaux étant situés à 300, 200 et Si le niveau descend légèrement, la sonde SI n'est plus recouverte par le liquide et la tension E augmentant fait commuter le comparateur T 1 qui passe ainsi à " 1 " Si le niveau augmente légérement, ce m 9 me compara- teur passe à "o", le niveau demeurant le mnme à Sprès Ainsi, pour la rmême indication, le comparateur considéré (ici T 1) peut être à " 1 " ou " O " sui- vant le sens de déplacement du niveau Le tableau ci-dessous indique l'é- 3 Otat des différents comparateurs aux différents niveaux, les flèches don- nant le sens de variation. A B C D H F A B C D I H F 400 i O OO OO ou 1 O O O I O 300 O O O O 1 ou 1 10 O 1 O 200 1 1 O O O l ou 1 ' 1 O o 20110 001 o ilioi Q 11 O 1 ou 1 1 1 1 1 O ' On voit ainsi qu'une meme combinaison existe pour indiquer 2 niveaux différents Par exemple: " 1000 " apparaît deux fois dans le ta- bleau, pour 300 et 400 suivant le sens de déplacement du niveau de liquide. Pour les distinguer, on utilise 4 différentiateurs DI à D 4 associés à 4 inverseurs I 1 à I 4 permettant d'obtenir à la sortie H ou F d'une des 2 portes '1 01 'l et 2, un "puls" positif, suivant que le signal à la sortie d'un comparateur T passe de "O" à " 1 " ou de " 1 " à '0 ". Ce "puis", appliqué sur une entrée du microprocesseur déclenchera une demande d'interruption du programme en cours. Dans le tableau ci-dessus, on a indiqué l'état des deux sorties E et F, suivant le sens de déplacement du niveau Chaque signal transitoire " 1 ", détermine le déroulement d'un programme particulier, une fois la demande d'interruption prise en compte par le microprocesseur Les deux organi- Iogrammes correspondants sont représentés en figures 5-1 et 5-2. Les états 100 et 200 caractérisent respectivement le départ des programmes d'interruption 1 et 2 Les étapes 101, 102, 104, 106, 108 et 201, 202, 204, 206, 208 correspondent au test des entrées A, B, C et D et déterminent suivant la réponse soit le passage au test suivant soit 151 'indexation du registre de quantité de carburant au nombre voulu. (Ce registre, R fig 6, peut éventuellement être extérieur auj P, mais de toute façon son contenu est non volatile). Si le résultat du test est toujours négatif, c'est que la bonne combinaison n'a pas été trouvée et que l'un des comparateurs ne fonctionne plus. Dans ce cas, une alarme est déclenchée (états 110 et 210) et le retour d'interruption effectuée ( 111 et 211) Un troisième organigramme est représenté en figure 5-3 L'état 300 correspond au départ d'une interruption déclenchée par une impulsion débitmètre, ce qui amène, à l'étape 301, le décomptage d'une unité dans le registre de quantité, puis le retour d'interruption en 302. On voit ainsi, qu'en dehors des périodes o un nombre par- ticulier est imposé dans le registre, ce qui permet la réinitialisation de celui-ci, le registre de quantité est régulièrement décompté par les 3 Oimpulsions en provenance du débitmntre Ceci implique qu'à tout moment, le nombre dans le registre est la représentation exacte de la quantité de liquide incluse dans le réservoir. Ceci est vrai même à l'arrêt du moteur car le contenu du registre est alors transféré en mémoire permanente (soit une EEPROM, soit une RAM avec alimentation autonome). Des difficultés peuvent apparaître lors du remplissage du réservoir, puisqu'il s'effectue en général moteur à l'arrgt et donc sans alimentation sur le microprocesseur. Des solutions, selon l'invention, sont données sur des cas 4 oprécis (présentés en fig 4) susceptibles de se présenter au cours de l'utilisation du véhicule Ql, Q 2, Q 3, et Q 4 représentent les 4 niveaux auxquels le registre est systématiquement recalé Ceux-ci sont matériali- sés sur le graphique par des points cerclés Les croix indiquent des ar- rêts et des départs avec remplissage ou non. Au temps to, le registre mémerise une quantité Q 34, puis, le combustible diminuant, le registre est recalé au niveau Q 3 Ensuite, arrêt Puis départ avec une quantité Q 23, recalage à Q 2, enfin arrêt avec une quantité Q 12 puis remplissage au temps tl. En se reportant à la figure 3, et à la figure 6, on voit qu'il existe un contact 9 normalement ouvert qui se ferme lorsque le bou- chon de réservoir est enlevé Ceci à pour effet d'alimenter le micropro- cesseur et de lui fournir un signal y, indiquant que le bouchon de réser- voir a été enlevé. Ce niveau logique "o" est également appliqué par l'inter- médiaire d'une résistance R 2 à un relais L dont l'autre extrémité est réunie au + batterie Ce relais colle alors et s'autoalimente sur le contact C 2 et la résistance Rl Le contact Cl fournit alors l'alimentation du microprocesseur Le contact C 3 représente la clé de contact Les résis- tances Rl et R 2 sont du même ordre de grandeur que la résistance du relais, celui-ci collant pour une tension de 6 ' La résistance R 2 a pour but d'é- viter un court circuit si, par hasard, le bouchon de réservoir est enlevé et la clé de contact en position fermée Le remplissage s'effectue donc, au temps tl, jusqu'au plein Le registre de quantité contient alors la quantité Q 4, après deux recalages successifs à Q 2 et Q 3. Au temps t 2, après recalage à 100, le plein n'est pas fait totalement et la dernière indexation a lieu à Q 3 En se reportant à la figure 7, on voit l'utilité du signal Y dans l'organigramme représenté. Ce sous programme est situé dans l'une des boucles principales du micro- processeur et comprend une étape départ 400, puis un test du signal Y en 30401 S'il n'est pas présent, le retour au programme principal s'effectue. Si le réservoir est ouvert, le signal Y existe et le test suivant en 402, porte sur l'état des comparateurs Si le réservoir n'est pas plein, ABCD # 0000, une alerte clignotante ou un "buzzer" (AI fig 6) est déclenché à l'étape 404 puis, retour de sous programme Si, par con- tre, le réservoir est plein ABCD = 0000, l'alerte est stoppée à l'étape 403. Ceci a pour but de prévenir le conducteur que si le plein n'est pas effec- tué, il doit lui-même intervenir sur le calculateur pour entrer manuelle- ment la quantité indiquée à la pompe qui viendra ainsi en addition avec la quantité précédemment incluse dans le registre de quantité. 6 2526159 On remarquera dans cet organigramme, que l'alarme une fois enclenchée ne sera pas stoppée lorsque le bouchon de réservoir sera remis en place, ce qui force le conducteur à intervenir. En effet, comme on le voit en figure 6, le contact 9 étant ouvert (bouchon de réservoir en place) le signal y repasse à " 1 " par l'intermédiaire de la résistance R 2, le relais L et le microproces- seur restant alimentés, l'un par son contact d'auto entretien C 2 et l'autre par le contact C 1. Lorsque le contact d'allumage C 3 se ferme; le relais L retombe, -puisqu'il n'est plus alimenté C 1 et C 2 s'ouvrent, le microproces- seur est alimenté par C 3 Celui-ci maintient le système d'alarme sous ten- sion jusqu'à ce que l'utilis Lteur ait entré dans le registre la quantité affichée à la pompe. Une autre solution, également dans le cadre de l'invention, consiste, dans le cas d'un remplissage partiel, à ne pas avertir l'utili- sateur qu'il lui faut entrer manuellement la quantité affichée à la pompe, mais, à suspendre momentanément les calculs faisant intervenir la quantité de carburant jusqu'à ce qu'un recalage automatique intervienne. Ceci présente l'avantage de la simplicité puisqu'aucune intervention de l'usager n'est nécessaire. Ceci est réalisé simplement en supprimant les dispositifs d'alerte AI de la figure 6 et en utilisant le signal de commande pour in- hiber les calculs. L'étape 404 de la figure 7 devient: "Inhibition calculs" et l'étape 403: 'narret inhibition". L'étape 111 de la figure SI se transforme en: "arrêt inhibition", le "retour d'interruption" étant reporté à l'étape suivante. Enfin on a représenté en figure 2 le schéma d'une autre sonde également conforme à l'invention, comportant plusieurs thermistances CTP L'une de leurs extrémités est réunie à la masse et l'autre est raccor- dée à des résistances 71, 72, 73, 7 n, elles-mêmes connectées au + bat- terie. La tension existant entre le point de jonction CTP, résistance et la masse est notée El, E 2, E 3, En Celle-ci est faible lorsque la thermistan- ce est refroidie à l'intérieur du liquide et élevée lorsqu'elle est à l'ex- térieur. Le schéma d'exploitation est le même que celui de la figu- re 6 Les tensions El, E 2, E 3, En sont appliquées aux entrées des com- parateurs T 1, T 2, T 3, Tn la tension de référence située entre Emin et Emax étant la même pour tous. 7 2526159 R E V E N D I C A T I O N S 1 Dispositif de mesure statique de niveau comportant des résistances à coefficient de température non nul, Caractérisé par la présence sur une plaque isolante pla- cée verticalement d'une pluralité de celles-ci situées à des hauteurs pré- cises, ladite plaquette étant fixée à l'intérieur d'un récipient de forme quelconque en communication avec l'extérieur par l'intermédiaire d'un ori- fice calibré situé au fond, le montage ainsi réalisé étant placé à l'inté- rieur d'un réservoir. 2 Dispositif selon la revendication 1, Caractérisé par le fait que chaque thermistance est mon- tée en parallèle avec une résistance fixe et que chaque ensemble ainsi cons- titué est placé en série de façon telle qu'un seul fil conducteur sorte de la sonde Celle-ci peut être alimentée à tension constante avec une résis- tance série "ad hoc" ou à courant constant. 3 Dispositif selon la revendication 1, Caractérisé par le fait que chaque thermistance est auto- nome et qu'il existe autant de fils conducteurs de sortie que de niveaux à mesurer Chacune peut être alimentée à tension constante avec une résis- tance série convenable ou à courant constant. 4 Dispositif selon la revendication 2 ou 3, Caractérisé par la présence d'un débitmetre qui associé aux mesures ponctuelles de niveau permet de décompter un registre de quan- tité lequel est 'ystématiquement recalé lors du passage à un niveau précis. Dispositif selon la revendication 4, Caractérisé par la présence de différentiateur pour détec- ter le sens de variation du niveau, permettant ainsi de s'affranchir des erreurs pouvant apparaître lorsque le liquide couvre et découvre l'un des ensembles détecteurs sans que le niveau n'ait varié de façon significative. 6 Dispositif selon la revendication 5, Caractérisé par l'adjonction d'un dispositif assurant une modification d'état, activé par l'absence du bouchon de réservoir, permet- tant d'obtenir, si le plein n'est pas fait, un signal particulier obligeant l'utilisateur à entrer manuellement dans l'appareil le nombre de litres indiqué à la pompe. 7 Dispositif selon la revendication 5, Caractérisé par le fait que l'ouverture du bouchon de réservoir détermine une inhibition des calculs, celle-ci n'étant levée que 8 2526159 par le remplissage complet du réservoir ou par un recalage automatique du registre de quantité lors de la baisse de niveau du liquide à l'intérieur du réservoir.