Brevet FR2533311A1 — publié le 19840323

L'invention-concerne un dispositif de détection de niveau de liquide, ne comportant pas d'éléments mobiles Celui-ci peut être utilisé, par exemple, à l'intérieur d'un réservoir de combustible lequel peut être monté dans un véhicule automobile. La demanderesse a déjà proposé des systèmes du même genre uti- lisant des thermistances, lesquelles, immergées ou émergées, fournissent un signal correspondant à un niveau ponctuel à l'intérieur du réservoir, l'in- terpolation entre les niveaux étant effectué par un débitmàtre existant sur le véhicule. De cette façon, un compteur, prédéterminé au départ sur la quantité de com- bustible entrée dans le réservoir, est décompté par les impulsions provenant du débitmétre placé dans la conduite d'admission au carburateur et recalé systématiquement à chaque niveau délimité par les thermistances Il est ainsi possible d'obtenir à tout moment une indication du niveau L'inconvé- nient d'un tel système réside dans le fait qu'il nécessite un débitmàtre à demeure sur le véhicule. La présente invention remédie à cela en éliminant cet appareil coûteux, lorsque celui-ci n'est pas utilisé à d'autres fins. Le dispositif selon l'invention comporte de 2 à N éléments de sonde filaire résistive disposés sur une plaquette laquelle est introduite dans le réservoir selon une direction générale non horizontale. La demanderesse a déjà proposé de nombreuses réalisations, com- portant une sonde filaire unique alimentée en courant ou en tension, le po- tentiel aux bornes de celle-ci étant fonction du niveau de liquide Ceci a pu être-obtenu en utilisant un fil à fort coefficient de température et en exploitant le fait que le fil immergé est refroidi, amenant ainsi une modi- fication de sa résistance et donc, une tension différente à ses bornes fonc- tion de la longueur du fil immergée Il existe, cependant, une difficulté à ce procédé due à la 301 ongueur du'fil, lequel n'ayant pas un coefficient de température linéique constant, nécessite l'introduction de facteurs complexes de correction dans les mémoires du microprocesseur d'exploitation O D'autre parte la tension d'alimentation étant appliquée sur la totalité du fil, le gradient de ten- sion est faible et il peut en résulter des erreurs O Selon l'invention, les problèmes énoncés ci-dessus sont en grande partie éliminés, et la précision nettement améliorée. L'invention sera mieux comprise au regard des schémas joints et qui montrent: en fig O 1 le schéma d'un exemple de réalisation d'une sonde de mesure selon l'invention O 2 253331 1 en fig 2 le schéma d'un dispositif électronique associé à cette sonde et donné également à titre d'exemple. en fig 3 un organigramme de fonctionnement. en fig 4 la représentation en fonction du temps de la tension aux bornes de la sonde. Comme on le voit en fig 1 les sondes 10 sont disposées les unes au dessous des autres sur un substrat isolant 20 et décallées dans le sens horizontal de façon à permettre un léger recouvrement entre elles Les extrémités inférieures 30 sont réunies et reliées au même point de poten- tiel (la masse dans notre cas)0 Les autres extrémités sont reliées chacune séparément à une lame de contact située, par exemple, dans la partie haute du substrat Sept sondes sont ainsi représentées dans cet exemple et chaque extrémité est numérotée de 1 à 7 L'ensemble du capteur avec ses connexions peut être avantageusement réalisé en circuit imprimé Celui-ci est placé dans un récipient /40 ne comportant avec l'extérieur qu'un seul orifice calibré 41, situé dans la partie basse Ainsi, le niveau de liquide inté- rieur se trouve-t-il peu affecté par les variations rapides de niveau du réservoir principal. Ce détecteur de niveau peut comporter autant de sondes filai- res qu'il est nécessaire La longueur de celles-ci est indifférente, cepen- dant de façon préférentielle et pour simplifier les calculs on s'efforce de la déterminer de façon telle que la variation de niveau d'une extrémité à l'autre se traduise par une variation proportionnelle de la capacité du réservoir de liquide Sinon, une table de conversion peut être utilisée. Chaque sonde délimite ainsi une quantité exacte, plus il y a de sondes, et plus la précision de la mesure est grande En pratique, la limitation se situe au niveau du prix. Un schéma synoptique de l'électronique de commande est repré- senté en fige 2 Les sondes 10 sont alimentées séparément en tension à par- tir d'une source unique de tension V, Dar ltintermédiaire de résistances R 1, R 2, R 3, Rn Celles-ci peuvent être identiques, ou non, suivant que l'on désire appareiller les capteurs entre eues en réglant les gradients de tension à la même valeur Il est également possible d'utiliser une source de courant séparée pour chacune des sondes comme représenté sur la figii- re, ou, une source de courant à partir d'une tension V, ceci pouvant être obtenu facilement en choisissant des résistances RI, R 2, R 3, R très grandes devant la résistance des sondes Les tensions V 1, V 2, V 3, Vn sont appliquées aux entrées d'un multiplexeur analogique M dont la sortie est reliée à un convertisseur Analogique / Digital A Le résultat de la conversion effectuée sur 7 bits est appliqué sur le "bus" d'entrée d'un microprocesseur lequel dirige l'ensemble des opérations La génération et la commutation de la tension ou du courant I est faite à l'intérieur d'une boîte de commande C en liaison avec le microprocesseur Les résistances R 1, Rn peuvent etre avantageusement situées sur le substrat 20, faisant ainsi partie intégrante du capteur. L'organigramme de fonctionnement est donné en fig 3 Dans un premier temps, à l'étape 100, les sondes sont alimentées La tension aux bornes de la sonde 1 est ensuite, à l'étape 101, prélevée puis convertie en un nombre binaire par le convertisseur A/D et enfin mémorisée à l'intéw rieur du microprocesseur Mêmes opérations aux étapes 102 et 103 pour l'en- semble des sondes du capteur Puis, aux étapes 104 et 105, le YF' effectue un retour au programme principal durant un temps t 1 (de l'ordre de quelques. secondes) Au bout de ce temps, les opérations précédentes se répètent, de l'étape 106 à l'étape 108 Puis à l'étape 109, les sondes sont désalimentées. Ainsi, les mémoires du microprocesseurs ont emmagasiné pour chaque sonde 2 valeurs de tension correspondant, la première à la tension aux bornes d'une sonde froide et la deuxième à la tension aux bornes d'une sonde échauffée Lorsqu'une sonde filaire résistive est parcourue par un courant, sa température interne croît Le fil ayant un coefficient de tem- pérature élevé, la résistance se modifie et cela d'autant plus que la sonde s'échauffe davantage C'est ce que montre la figure 4 Au temps to, la ten- sion aux bornes est Vy, et au bout d'un temps t 1, elle atteint Va si elle est à l'extérieur du liquide et Vb si elle est à l'intérieur Va > Vb Si le coefficient de température de la sonde est positif Entre ces deux posi- tions extrêmes s'échelonnent les valeurs de tension Vi correspondant aux dif- férents degrés d'immersion de la sonde. La sonde étant par définition très sensible à la température, la tension V O mesurée au temps to, dépend essensiellement de l'environne- ment climatique et ne peut donc pas être constante Pour cette raison, on exploite le rapport des deux tensions relevées au temps to et au temps t 1, lequel ne dépend que de l'élévation de la température de la sonde lorsqu' elle est parcourue par un courant A noter également, que la valeur nomina- le de la sonde peut être quelconque, éliminant de ce fait tout réglage d'origine nécessité par les dispersions sur la résistivité du fil. Revenons à l'organigramme de la fig 3, o l'on voit que le microprocesseur effectue successivement le rapport des tensions relevées aux bornes des sondes Etape 110: KI Su 1, mémorisation du rapport à Si l'étape 111 253331 1 Etape 112 K 2 S'2, mémorisation du rapport à l'étape 113 Etape 114:Kn = S'n, mémorisation du rapport à - Sn l'étape-115. Puis en tenant compte du fait que le rapport K est d'autant plus grand que la sonde S dissipe sa puissance à l'extérieur du liquide, ou teste d'abord Ki, à l'étape 116, afin de savoir si ce rapport est plus grand qu'une cer- taine valeur N correspondant à une sonde totalement émergée Si ce n'est pas le cas, c'est que la sonde est partiellement dans le liquide; le j P va alors chercher en mémoire morte la correspondance entre le rapport K 1 et les litres, puis ajoutera alors à cette quantité trouvée, le nombre de litres correspondant aux n-1 sondes (étapes 117 et 118) La quantité res- tante de liquide se trouve ainsi disponible en mémoire vive. Si Kl > N, c'est que la sonde est totalement émergée Le _LP teste alors la sonde suivante 52 à l'étape 119 et le processus précédemment décrit se reproduit aux étapes 120 et 121 si K 2 litres correspondant aux n-2 sondes) Si K 2)> N, on passe à la sonde sui- vante et ainsi de suite jusqu'à la dernière sonde, appelée Sn dans notre exemple Si Kn litres est recherchée à l'étape 123; aucune autre opération n'est a effec- tuer, puisque, cette sonde étant la dernière, le nombre trouvé en mémoire morte correspond directement au nombre de litres restant dans le réservoir. Si K 2 > N, le réservoir est vide. Après un temps suffisant, nécessaire au refroidissement des sondes, le programme est de nouveau effectué par)-p. Il est possible d'intercaler, à un ou plusieurs niveaux choi- sis, des alarmes précises, comme indiqué à l'étape 124. M O Pour compenser d'éventuelles irrégularités de contenance du réservoir, les sondes peuvent ne pas être nécessairement rectilignes et présenter une courbure telle que leur variation de résistance en fonction de leur degré d'immersion corresponde à une loi particulière Cette confi- guration spéciale peut être utilisée dans le cas o la contenance de la mémoire morte du microprocesseur est insuffisante ou simplement si le sys- tème d'exploitation n'en comporte pas. e 333 1 1 R E V E N D I C A T I 0 N S 1 Dispositif de mesure de niveau dans un réservoir utilisant le principe d'une sonde filaire résistive à coefficient de température non nul dont la résistance varie, lorsqu'elle est plus ou moins plongée dans un liquide, dispositif, Caractérisé par la présence sur un substrat isolant d'une pluralité de celles-ci, disposées les unes au dessus des autres, chacune d'entre elles étant alimentée séparément en courant électrique et Ilensem- bleétant plongé dans le réservoir selon une direction générale non hori- zontale. 2 Dispositif selon la revendication 1, Caractérisé par le fait qu'il existe un recoupement entre chaque extrémité d'une sonde et ses voisines de façon telle que lorsqu'une sonde est totalement immergée, l'extrémité inférieure de la sonde supérieure baigne dans le liquide. 3 Dispositif selon la revendication 2, Caractérisé par une longueur inégale des sondes permettant ainsi d'obtenir une meilleure adaptation à des formes particulières de réservoir. 4 Dispositif selon la revendication 3, Caractérisé par le fait que les sondes ne sont pas néces- sairement rectilignes ce qui permet de compenser-d'éventuelles non linéa- rités entre la hauteur du liquide dans le réservoir et la capacité. Dispositif selon la revendication 4, Caractérisé par leutilisation d'un dispositif permettant d'examiner successivement la tensionaux bornes de chaque sonde laquelle après un traitement approprié est envoyée à un système permettant sa mémo- risation puis son exploitation. 6 Dispositif selon la revendication 5, Caractérisé par le fait que pour s'affranchir des diffé- rentes conditions ambiantes, la tension aux bornes de chaque sonde est mesurée au moment de son alimentation, puis de nouveau, un temps tj après. C'est le rapport entre ces deux tensions qui est exploité. 7 Dispositif selon la revendication 6, Caractérisé par la présence dans une mémoire morte de la correspondance entre le rapport mesuré et la quantité de liquide.