Brevet FR2562244A1 — publié le 19851004

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CONTROLE DE NIVEAU DE LIQUIDE DANS UN RESERVOIR. La présente invention est relative à un procédé et un dispositif de contrôle de niveau d'un liquide dans un réservoir, du type utilisant la variation, en fonction de la température, de la résistance d'un élément résistif à coefficient de température élevé. Un tel dispositif utilise la différence de conduction thermique entre un environnement gazeux et 'un environ- nement liquide. Lorsqu'un élément conducteur élec- trique à fort coefficient de température est parcouru par un courant, il s'échauffe. Cet échauffement est plus ou moins grand suivant que le conducteur élec- trique est plus ou moins immergé dans le liquide, car la partie de l'élément qui se trouve exposée à l'air est bien moins refroidie que la partie immergée. La résistance de l'élément étant fonction de sa tempéra- ture, on peut déduire le niveau de liquide de la valeur de cette résistance. Les dispositifs de ce type étant très sensibles à la température ambiante, il est impératif d'apporter des corrections tenant compte de celle-ci, notamment dans le cas d'une utilisation sur véhicule automobile o l'on rencontre des variations importantes de cette température. De nombreux dispositifs font appel à des composants extérieurs pour compenser ces variations, mais leur complexité est incompatible avec une fabrication en grande série à faible coût. - 2 - Le brevet FR-A- 2 367 276 tente d'apporter une solu- tion à ce problème au moyen d'un dispositif comprenant un élément résistif placé dans le liquide dont la pré- sence est à détecter et un circuit électronique injec- tant un courant d'intensité constante prédéterminée dans l'élément. La comparaison entre la tension ini- tiale apparaissant lors de l'établissement du courant et la tension finale au bout d'un temps prédéterminé mesurées aux bornes de l'élément est utilisée pour fournir une indication du niveau de liquide. Ce dispositif a l'avantage de n'utiliser qu'un seul élément résistif mais les indications qu'il fournit sont malheureusement toujours fortement tributaires de la température ambiante. Le brevet FR-A- 2 514 497 décrit des perfectionnements au brevet précité qui ont pour but d'assurer une mesure continue et précise de niveau dans des gammes de température plus larges. Les solutions décrites ont cependant l'inconvénient de faire subir à l'élément résistif ou sonde des échauffements excessifs dans le cas de températures élevées et, pour certaines, de recourir à l'emploi de composants additionnels. La présente invention vise à fournir un procédé et un dispositif du type précité qui permettent la mesure précise d'un niveau de liquide dans une large gamme de températures ambiantes, tout en ne nécessitant qu'un seul élément résistif et en évitant tout échauffement excessif de ce dernier. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de contrôle du niveau de liquide contenu dans un réservoir 49398 11676 - 3 - utilisant la variation, en fonction de la température, de la résistance d'un élément résistif à coefficient de température élevé, immergé dans le liquide dont on veut mesurer le niveau, dans lequel on fait passer un. courant constant à travers ledit élément, on compare la tension à ses bornes à deux instants différents et on détermine le niveau de liquide à partir du résultat de ladite comparaison, caractérisé en ce que: - on fait passer dans ledit élément une impulsion de courant de référence d'intensité I et de durée pré- déterminées suffisamment faibles pour ne provoquer qu'un échauffement négligeable de l'élément; - on mesure la tension V engendrée aux bornes de l'élément par le courant de référence I; o - on fait passer dans l'élément un courant de mesure Iocorr dont l'intensité constante est une fonction o corr de ladite tension V telle que la différence entre la tension engendrée aux bornes de l'élément par le courant Io corr à chaque instant et ladite tension Vo est sensiblement indépendante de ladite tension VO;et - on détermine le niveau de liquide à partir de la comparaison entre la tension Vm engendrée aux bornes de l'élément par le courant Iocorr à un instant donné et la tension initiale Vo, V' engendrée aux bornes de l'élément lors de l'établissement du cou- rant de référence Io ou du courant de mesure Io corr Suivant un premier aspect de l'invention, on mesure la tension finale Vm engendrée par le courant de mesure Io corr au bout d'une période de temps constante 49398 1 1676 - 4 - prédéterminée tm, et on détermine le niveau de liquide par comparaison entre les valeurs de la tension-finale V et de la tension initiale V V' m o' o Suivant un autre aspect de l'invention, on mesure la tension initiale V' engendrée aux bornes de l'élément o au moment de l'établissement du courant de mesure Io corr' on ajoute à ladite tension initiale V' un seuil de tension A V de valeur prédéterminée, on com- pare en permanence la somme V' + A V desdites tensions o à la tension instantanée engendrée aux bornes de l'élé- ment par le courant de mesure Io corr' on mesure la période de temps A T qui s'écoule entre l'instant de mesure de la tension initiale V' et celui o ladite o tension instantanée devient égale à ladite somme, et on déduit le niveau de liquide de ladite période de temps mesurée A T. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus compre- nant un élément résistif à coefficient de température élevé, des moyens de génération de courant constant pour alimenter ledit élément, des moyens de mesure de la tension aux bornes de l'élément, et des moyens de commande et de calcul de niveau de liquide associés aux moyens de génération de courant et de mesure de tension, caractérisé en ce que les moyens de commande et de cal- cul sont constitués par un microprocesseur programmé comprenant en mémoire une première table de correspon- dance entre la tension V engendrée par le courant de o référence I et le courant de mesure Io corr et une deuxième table de correspondance entre le résultat de la comparaison de la tension V avec la tension ini- m tiale Vo, V' et le niveau de liquide. 49398 11676 - 5 -- D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortirent de la description qui va suivre de plu- sieurs modes de sa réalisation donnés uniquement à titre d'exemple et illustrés par les dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est un graphique montrant, pour diffé- rentes températures ambiantes et un même niveau de liquide, l'évolution en fonction du temps de la ten- sion aux bornes d'un élément résistif alimenté par un courant d'intensité constante prédéterminée; - la figure 2 est un schéma bloc d'un dispositif sui- vant un premier mode de réalisation; - la figure 3 est un organigramme illustrant le fonc- tionnement du dispositif de la figure 2 - la figure 4 est un schéma bloc d'un dispositif sui- vant un deuxième mode de réalisation; - la figure 5 est un schéma bloc d'un dispositif sui- vant un troisième mode de réalisation. La figure 1 illustre le fonctionnement d'une sonde de niveau conforme au brevet FR 2 367276.Lorsqu'on injecte un courant I d'intensité prédéterminée dans un élé- ment résistif à fort coefficient de température positif immergé sur une hauteur h dans un liquide dont il con- vient de détecter le niveau, il apparaît initialement à ses bornes une tension V. Cependant, comme le montre la figure 1, cette tension initiale V au temps t o dépend de la température du milieu environnant l'élé- ment résistif: elle peut ainsi prendre des valeurs Vl, 49398 t 1676 -6- V2 ou V3 pour des températures ambiantes T1, T2, T3 telles que T1 plus erronée que l'on s'écarte d'une température nomi- nale prédéterminée. La figure 2 montre un dispositif qui permet de mesurer avec une bonne précision le niveau d'un liquide à dif- férentes températures ambiantes. Ce dispositif com- prend un élément résistif à coefficient de température positif 1, ciaprès appelé sonde, immergé dans le liquide dont on veut mesurer le niveau. La sonde 1 est alimentée par un générateur de courant 2 commandé en tension par un microprocesseur 3 par l'intermédiaire d'un convertisseur numérique/analogique 4 et piloté par ce même microprocesseur. Ce dernier lit la tension aux bornes de la sonde 1 par l'intermédiaire d'un con- vertisseur analogique/numérique 5 et commande un module d'affichage numérique 6 ou analogique 7. Le fonctionnement de ce dispositif sera maintenant décrit en se reportant également à la figure 3 qui est un organigramme illustrant le fonctionnement du micro- processeur 3. Après réception d'une commande appro- priée, le microprocesseur 3 transmet une information numérique convertie par le convertisseur numérique/ analogique 4 sous forme d'une tension U. 49398 X 1671 -7- Cette tension est appliquée au générateur de courant commandé en tension 2 qui engendre un courant de réfé- rence I (étape 10). L'intensité et la durée très O courte de ce courant Io sont contrôlées par le micro- processeur 3 de façon à ne provoquer au niveau de la sonde 1 qu'un échauffement négligeable. Il apparaît donc aux bornes de la sonde 1 une impulsion de tension d'amplitude V0 et de très courte durée qui est une image de la température du milieu dans lequel la sonde 1 est plongée. Cette tension V est convertie par le convertisseur analogique/numérique 5 et mise en mémoire dans le microprocesseur 3 (étape 11). Cette donnée est utilisée comme référence pour adres- ser une première table mémorisée dans le microproces- seur 3 et dans laquelle, à chaque valeur de V0, cor- respond une autre valeur U0 corr déterminée expérimen- talement pour maintenir constants les A V de la figure 1, pour un temps de mesure prédéterminé et un niveau à mesurer identique h (étape 12). Cette information U corr est transmise par l'intermédiaire du conver- o corr tisseur numérique/analogique 4 au générateur 2 qui engendre un courant constant Io corr pendant une période de temps constante prédéterminée tm programmée par le microprocesseur 3 (étape 13). La tension initiale V'0 apparaissant aux bornes de la sonde 1 au moment de l'établissement du courant Io corr dans la sonde 1 est, comme la tension Vo, une image de la température du milieu environnant et n'a pas lieu d'être mémorisée. Au bout du temps tm, le microproces- seur 3 mémorise la tension Vm recueillie aux bornes de la sonde et convertie sous forme numérique par le con- vertisseur 5 (étape 14) et l'alimentation de la sonde 49398 11676 est interrompue (étape 15). L'information niveau de liquide est ensuite élaborée par le microprocesseur en fonction de V0 et Vm par adressage d'une deuxième table dont les valeurs mémorisées dans le microproces- seur ont été déterminées expérimentalement (étape 16). Cette information niveau est alors affichée sur le module 6 ou 7 (étape 17). En résumé, avec le dispositif décrit le courant Io corr o corr est choisi par le microprocesseur 3 en fonction de la température du milieu environnant représentée par la tension V0 de manière telle que, pour un niveau de liquide donné, la valeur de A V (différence entre V m et V) soit indépendante de cette température. On o remarquera que, dans l'organigramme de la figure 3, on pourrait calculer cette valeur / V et adresser la deuxième table en fonction de cette valeur à l'étape 16. En variante, les mêmes calculs pourraient être effectués en mémorisant V' au lieu de VO. o Trois avantages principaux ressortent du procédé de correction en température par variation du courant injecté dans la sonde tel que décrit ci-dessus: - le premier est que la sonde ne subit pas des échauf- fements excessifs, car les puissances mises en jeu sont très peu différentes en fonction de la tempéra- ture, ce qui permet d'augmenter sa durée de vie de façon appréciable; - le deuxième est qu'il permet une certaine dispersion sur la valeur nominale de la résistance de la sonde: si la valeur nominale est plus grande, la tension V0 le sera aussi et le courant injectéIocorr sera plus 49391 1167 faible, d'o une compensation simple sur le résultat de la mnesu-re de niveau. Si la valeur nominale est plus petite, le phénomène inverse assure également une compensation. Des tolérances moins sévères sur la valeur nominale de la résistance de la sonde peuvent en outre conduire à des économies de fabri- cation. - Le troisième est qu'il permet de diminuer la dyna- mique du signal aux bornes de la sonde, tout en gar- dant les mêmes variations de la mesure de niveau. Ceci peut s'avérer utile dans le cas o la tension disponible de la source d'alimentation s'avère limitée. La figure 4 représente un second mode de réalisation qui présente la particularité de n'utiliser qu'un microprocesseur associé à des circuits analogiques classiques. Le dispositif comprend une sonde 20 ali- ventée en courant par un convertisseur tension/courant 21 commandé en tension par un microprocesseur 22 par i'Ln;ermédiaire d'un filtre passebas 23 et piloté par ce meme microprocesseur. Une mémoire analogique 24 commandée par le microprocesseur 22 et connectée à la sonde 20 permet de stocker la tension présente aux bornes de 1a sonde, et la sortie de la mémoire analo- gique est rewle au microprocesseur 22 par l'intermé- diaire d'un convertisseur tension/temps 25 également commandé par le microprocesseur. Ce dernier pilote enfin un module d'affichage 26. En fontionnement lorsqu'il reçoit une commande approprie, le ic2oprocesseur 22 génère sur sa sortie A un signal de retfrernc:ectangulaire ayant un rapport 49398 1 167f - 10 - cyclique prédéterminé. Ce signal est filtré par le filtre passe-bas 23 pour donner à sa sortie une ten- sion continue UO qui est appliquée à l'entrée du con- vertisseur tension/courant. Le microprocesseur 22 envoie une impulsion de commande de mise en service du convertisseur 21 lorsque la tension Uo, valeur moyenne du signal de référence, est stable. Cette impulsion de commande est très courte de façon à n'envoyer du cou- rant dans la sonde 20 que pendant un temps très bref et à ne provoquer qu'un échauffement négligeable de celle-ci. Ce courant I généré par le convertisseur O tension/courant 21 fait apparaître aux bornes de la sonde une tension V qui est stockée dans la mémoire o analogique 24. Le convertisseur tension/temps 25 con- vertit V en un temps To qui est mémorisé dans le microprocesseur 22. Ce temps T sert à adresser une première table de cor- o rection mémorisée dans le microprocesseur et dans laquelle à chaque temps To correspond un rapport cyclique. Après adressage de cette première table, le microprocesseur 22 engendre donc à sa sortie A un signal ayant un certain rapport cyclique qui, après traitement par le filtre passe-bas 23, donne une ten- sion Uo corr' elle-même convertie par le convertisseur 21 en un courant constant Io corr permettant la com- pensation en température décrite précédemment. Au bout du temps constant de mesure tm, le microprocesseur 22 commande le convertisseur 21 pour interrompre l'ali- mentation en courant de la sonde 20 et la tension Vm présente aux bornes de celle-ci et stockée dans la mémoire analogique 24 est convertie par le convertis- seur 25 en un temps Tm mémorisé par le microprocesseur. 49398 1 1 - il - Les informations T et T servent à adresser une o m deuxième table mémorisée dans le microprocesseur 22 et délivrant l'information niveau qui est transmise au module d'affichage 26. La figure 5 montre un troisième mode de réalisation dans lequel le courant circulant dans la sonde s'ob- tient de la même manière qu'avec le dispositif de la figure 4. Ce dispositif comprend donc une sonde 30 alimentée en courant par un convertisseur tension/ courant 31 commandé en tension par un microprocesseur 32 par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas 33 et piloté par ce même microprocesseur. Une mémoire analo- gique 34 connectée aux bornes de la sonde 30 est reliée, d'une part, au microprocesseur 32 par l'inter- médiaire d'un convertisseur tension/temps 35 et, d'autre part, à une entrée d'un sommateur de tension 36. Ce sommateur reçoit sur une autre entrée une ten- sion de référence d'un générateur 37 et applique la somme de ces tensions à une entrée d'un comparateur 38 dont l'autre entrée est connectée à la borne de mesure de tension de la sonde 30. Enfin, le microprocesseur commande un module d'affichage 39. En fonctionnement, les courants I et Io corr sont obtenus comme décrit à la figure 4 au moyen du micro- processeur 32, du filtre passe-bas 33, du convertisseur tension-courant 31, de la mémoire analogique 34 et du convertisseur tension/temps 35. Au moment de l'établis- sement du courant Io corr dans la sonde 30, la tension V'0 apparaissant aux bornes de celle-ci est stockée dans la mémoire analogique 34. Cette tension ajoutée à la tension de référence / V du générateur 37 dans le sommateur 36 est comparée en permanence à la'tension 49398 1 1676 - 12 - présente aux bornes de la sonde 30 pendant son échauf- fement sous l'effet du courant Io corr' Le micropro- cesseur 32 mesure au moyen de son horloge interne le temps T qui s'écoule entre l'instant d'apparition de la tension V'0 et celui o la tension instantanée aux bornes de la sonde dépasse la tension V' + A V appli- o quée à la première entrée du comparateur 38 par le sommateur 36, instants qui se traduisent chacun par le basculement de la sortie du comparateur 38. Ce temps A T sert à adresser une deuxième table fournissant une mesure du niveau de liquide qui est affichée par le module 39. En outre, dès l'égalisation des deux tensions à l'entrée du comparateur 38, le microproces- seur 32 interrompt l'alimentation de la sonde 30. On notera que le comparateur 38 peut aisément servir de convertisseur tension/temps par multiplexage des différents signaux. Dans les modes de réalisation des figures 4 et 5, le filtre passe-bas joue un rôle très important. Pour des sensibilités identiques, en l'absence de filtre, les valeurs crêtes du signal rectangulaire affecteraient considérablement la durée de vie de la sonde, car cette dernière recevrait des courants et des tensions impulsionnels très importants. D'autre part, pour les applications à des véhicules automobiles, les excur- sions de tension sont rapidement limitées par les ten- sions d'alimentation disponibles. Il est donc préfé- rable de travailler en tension et courant continus pour ces deux raisons, ce qui conduit à l'utilisation d'un filtre passe-bas. Les dispositifs des figures 4 et ' présentent les mêmes avantages que le mode de réali- sation de la figure 2, mais la variante de la figure 5 - 13 - a pour avantage supplémentaire de limiter la puissance maximale dissipée par la sonde: en effet, alors que dans le cas des figures 2 et 4 la sonde est alimentée pendant un temps prédéterminé tm, dans celui de la figure 5 le temps de mesure est d'autant plus court que l'échauffement est plus important, c'est-à-dire que le niveau de liquide est faible, puisque le seuil de comparaison A V est constant. En résumé, l'un des points essentiels de l'invention réside dans le fait que l'on mesure la tension V o engendrée aux bornes de la sonde par un courant de référence d'intensité I et de durée prédéterminées suffisamment faibles pour ne provoquer qu'un échauffe- ment négligeable de la sonde. Ainsi, la tension V est une image de la température du milieu environnant la sonde. On choisit alors en fonction de la tension V o mesurée un courant de mesure dont l'intensité Io corr o cr déterminée expérimentalement est telle que la diffé- rence entre la tension engendrée aux bornes de la sonde par le courant Io corr à chaque instant et la tension V est sensiblement indépendante de Vo, c'est-à-dire de la température du milieu environnant la sonde, et ne dépend que du niveau de liquide. Ce courant Io corr o cr correspond très sensiblement à l'application d'une puissance constante aux formes de la sonde quelle que soit la tempe^ature. Ce procédé est particulièrement approprié à la détection du niveau d'huile des moteurs à combustion interne. 49398 I 1676 - 14 - REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle du niveau de liquide contenu dans un réservoir utilisant la variation, en fonction de la température, de la résistance d'un élément résis- tif à coefficient de température élevé, immergé dans le liquide dont on veut mesurer le niveau, dans lequel on fait passer un courant constant à travers ledit élément, on compare la tension à ses bornes à deux instants différents et on détermine le niveau de liquide à partir du résultat de ladite comparaison, caractérisé en ce que: - on fait passer dans ledit élément une impulsion de courant de référence d'intensité I et de durée pré- déterminées suffisamment faibles pour ne provoquer qu'un échauffement négligeable de l'élément; - on mesure la tension V engendrée aux bornes de o l'élément par le courant de référence I, - on fait passer dans l'élément un courant de mesure I dont l'intensité constante est une fonction de o corr ladite tension V telle que la différence entre la tension engendrée aux bornes de l'élément par le courant Io corr à chaque instant et ladite tension Vo est sensiblement indépendante de ladite tension Vo, et - on détermine le niveau de liquide à partir de la comparaison entre la tension Vm engendrée aux bornes de l'élément par le courantcorr à un instant donné et la tension initiale VO' V'0 engendrée aux bornes de l'élément lors de l'établissement du courant de référence I ou du courant de mesure I O o corr 49398 I 1676 - 15 - 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mesure la tension finale Vm engendrée par le courant de mesure Io corr au bout d'une période de temps constante prédéterminée tm, et on détermine le niveau de liquide par comparaison entre les valeurs de la tension finale Vm et de la tension initiale Vo, VI o 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mesure la tension initiale V'0 engendrée aux bornes de l'élément au moment de l'établissement du courant de mesure 1o corr' on ajoute à ladite tension initiale V' un seuil de tension A V de valeur prédé- o terminée, on compare en permanence la somme V' + A V o desdites tensions à la tension instantanée engendrée aux bornes de l'élément par le courant de mesure 1o corr' on mesure la période de temps AT qui s'écoule entre l'instant de mesure de la tension initiale V' o et celui o ladite tension instantanée devient égale à ladite somme, et on déduit le niveau de liquide de ladite période de temps mesurée A T. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant un élément résistif (l; 20; 30) à coefficient de température élevé, des moyens (2, 4; 21, 23; 31, 33) de génération de courant constant pour alimenter ledit élément, des moyens (5; 24, 25; 34, 35) de mesure de la tension aux bornes de l'élément, et des moyens (3; 22; 32) de commande et de calcul de niveau de liquide associés aux moyens de génération de courant et de mesure de tension, caractérisé en ce que les moyens de commande et de calcul sont constitués par un micropro- cesseur programmé (3; 22; 32) comprenant en mémoire 49398 11676 - 16 - une première table de correspondance entre la tension V0 engendrée par le courant de référence Io et le cou- rant de mesure Io corr et une deuxième table de cor- respondance entre le résultat de la comparaison de la tension Vm avec la tension initiale Vo, V'0 et le niveau de liquide. 5. Dispositif selon la revendication 4 lorsqu'elle dépend de la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de génération de courant comprennent un générateur de courant (2) commandé par le microproces- seur par l'intermédiaire d'un convertisseur numérique/ analogique (4) et les moyens de mesure de tension com- prennent un convertisseur analogique/numérique entre l'élément (1) et le microprocesseur (3). 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de génération de courant comprennent un filtre passe-bas (23; 33) produisant une tension continue à partir d'un signal rectangulaire émis par le microprocesseur (22; 32) avec un rapport cyclique déterminé, et un convertisseur tension/courant (21; 31) connecté entre le filtre passe-bas (23; 33) et l'élément (20; 30) et en ce que les moyens de mesure de tension comprennent une mémoire analogique (24; 34) et un convertisseur tension/temps (25; 35) connecté entre la mémoire analogique et le microprocesseur. 7. Dispositif selon la revendication 6 lorsqu'elle dépend de la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de mesure de tension comprennent un généra- teur de tension de référence (37), des moyens (36) de sommation de la tension (A V) du générateur de réfé- rence (37) avec la tension initiale (V') de l'élément O (30) mémorisée par la mémoire analogique (34) au moment de l'établissement du courant de mesure Io corr dans 493U I 167 - 17 - l'élément, et des moyens (38) dont la sortie est con- nectée au microprocesseur (32) pour comparer la ten- sion instantanée aux bornes de l'élément à ladite somme (V' +AV). o 49398 1 1676