Brevet FR2564195A2 — publié le 19851115

FR 2564195 A2 19851115 FR 8407372 A 19840511 On a décrit dans le brevet principal une jauge de niveau comprenant au moins un capteur, qui met en oeuvre deux thermorésistances, l'une à coefficient de température positif et l'autre à coefficient de température négatif, disposées en série aux bornes d'une source d'alimentation et couplées thermiquement entre elles, et dont la borne de sortie est reliée au point milieu entre lesdites thermo-résistances, et un circuit d'exploitation, qui comporte un comparateur, dont l'une des entrées est reliée à la sortie dudit capteur, tandis que son autre entrée est reliée à une source de tension de référence, et dont la sortie est reliée, par l'intermédiaire d'un moyen de mesure de courant, par exemple un galvanomètre, à la source d'alimentation du capteur. En pratique, lorsqu'un tel capteur est disposé à un niveau repère déterminé dans un réservoir pour liquide dont il s'agit de contrôler le niveau du contenu, sa borne de sortie se trouve à un premier potentiel, correspondant à une température d'équilibre avec l'atmosphère, lorsqu'il est au-dessus du liquide, et à un second potentiel, correspondant à une température d'équilibre avec ce liquide, lorsqu'il est immergé dans celui-ci, en sorte que, la seconde entrée du comparateur étant par ailleurs reliée à un potentiel de référence déterminé, intermédiaire entre les précédents, il est ainsi possible de déceler, par comparaison du potentiel de la borne de sortie du capteur avec ce potentiel de référence, si le niveau de liquide se situe au-dessus ou au-dessous de celui dudit capteur. En pratique, également, une pluralité de tels capteurs sont prévus, lesdits capteurs étant disposés en parallèle les uns par rapport aux autres tout en étant échelonnés le long d'un même support. En addition au brevet principal, la présente invention a d'une manière générale pour objet divers perfectionnements à une jauge de niveau de ce type, de nature à en améliorer les conditions de fonctionnement et la fiabilité. Suivant un premier de ces perfectionnements, il est procédé à un enrobage de chacun des capteurs, pour le-soustraire à l'effet électrolytique auquel il ne peut manquer d'être soumis lorsqu'il est immergé dans un liquide plus ou moins conducteur, comme cela est le cas, par exemple, de l'essence, qui contient des adjuvants ioniques, tels que plomb tétraéthyle ou autre, et comme cela est aussi usuellement le cas des liquides de frein, qui doivent pouvoir absorber de l'eau. Suivant l'invention, cet enrobage est réalisé en une matière électro-isolante, pour éviter un court-circuit des connexions associées à chacun des capteurs pour la desserte de ceux-ci. De préférence, cette matière électro-isolante est choisie pour être thermiquement bonne conductrice de la chaleur, ce qui permet de compenser avantageusement le fait que le matériau usuellement constitutif d'une thermo-résistance à coefficient de température négatif est le plus souvent lui-même très mauvais conducteur de la chaleur, des gradients de température de plusieurs dizaines de degrés pouvant y être observés. Corollairement, et suivant un deuxième perfectionnement objet de la présente invention, il est de préférence donné à la matière d'enrobage électriquement isolante ainsi mise en oeuvre une surface extérieure sensiblement sphérique, par exemple en goutte d'eau, de manière à plus favoriser les échanges thermiques internes, entre thermo-résistances que les échanges thermiques externes, entre celles-ci et le milieu qui les environne. Ainsi, il peut être pratiquement assuré que chaque thermo-résistance réagira effectivement avec la thermo-résistance avec laquelle elle est conjuguée, sans se mettre en équilibre avec l'extérieur indépendamment de celle-ci. Autrement dit, le couplage thermique recherché entre ces thermo-résistances se trouve ainsi très simplement et avantageusement renforcé. Si désiré, l'enrobage des thermo-résistances peut avantageusement être réalisé en deux couches, l'une, interne, épaisse formant le corps de l'enrobage, et choisie pour des qualités de bonne conductibilité thermique, l'autre, externe, plus mince, et choisie pour présenter des qualités de bonne résistance chimique, tout en étant chimiquement compatible avec la première. Ainsi, une protection à l'égard d'éventuels agents corrosifs extérieurs peut être assurée, notamment dans le cas où le liquide dont le niveau est à contrôler contient des additifs plus ou moins agressifs, comme cela est par exemple le cas de certains carburols0 En outre1 la deuxième couche étant inévitablement moins bonne conductrice de la chaleur que la première1 il est possible, en jouant sur les épaisseurs relatives entre ces deux couches, de favoriser plus, Si désiré, les échanges thermiques internes, entre les deux thermo-résistances, que les échanges thermiques externes, entre celles-ci et le milieu environnant, et contribuer ainsi au bon fonctionnement de ltensemble. Enfin, suivant un troisième perfectionnement objet de la présente invention, entre la borne de la source d'alimentation et la borne correspondante du ou des capteurs mis en oeuvre est disposé l'espace collecteur-émetteur d'un transistor modulateur, et la base de celui-ci est attaquée par un amplificateur opérationnel, dont une entrée est reliée au point milieu d'un pont de thermo-résistances de constitution analogue à celle d'un tel capteur et disposé comme lui en série aux bornes de ladite source d'alimentation, et dont l'autre entrée est reliée au curseur d'un potentiomètre monté en parallèle vis-à-vis dudit pont de thermo-résistances, I1 est ainsi procédé à une modulation de la puissance appliquée aux capteurs en fonction de la température ambiante, cette puissance étant faite d'autant plus grande que ladite température ambiante est plus basse. Grâce à une telle disposition, il est avantageusement possible de diminuer les temps de réponse de la jauge, et d'élargir la gamme d'appliation de celle-ci à des températures allant par exemple de moins 400C à plus 1500cl En outre, il y a avantageusement un auto-bouclage de l'ensemble. Suivant un développement de cette disposition, il est également possible, par exemple par mise en oeuvre d'un condensateur aux bornes de celle des thermo-résistances du pont de thermo-résistances concerné qui est à coefficient de tem pérature positif1 de faire en sorte que, à la mise sous tension de l'ensemble, le niveau de la tension d'alimentation du ou des capteurs soit temporairement augmentée, ce qui permet avantageusement d'en diminuer le temps de réponse, notamment par temps froid, tout en laissant sans effet, en régime établi, d'éventuelles variations rapides et périodiques de niveau telles que celles résultant par exemple d'un effet de clapot dans le réservoir dont le niveau est à contrôler. Les caractéristiques et avantages des perfectionnements objets de la présente invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre,.à titre d'exemple, en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels la figure 1 est un bloc diagramme d'une jauge de niveau à laquelle s'applique l'invention la figure 2 est, à échelle relativement importante, une vue en coupe transversale d'un des capteurs que comporte, suivant l'invention, une telle jauge de niveau, avec son enroba- ge la figure 3 est une vue en plan d'une forme pratique de mise en oeuvre de la jauge de niveau suivant l'invention la figure 4 est une vue en élévation d'une variante de réalisation d'un capteur propre à être mis en oeuvre dans une jauge de niveau suivant l'invention la figure 5 est une vue en perspective illustrant un mode de réalisation possible pour cette variante de réalisation; la figure 6 est le bloc diagramme illustrant la source d'alimentation susceptible d'être mise en oeuvre pour les capteurs que comporte la jauge de niveau suivant l'invention. Sur la figure l, on reconnaît le bloc diagramme d'une jauge de niveau du type de celle décrite dans le brevet principal. Cette jauge de niveau comporte au moins un capteur 10 mettant en oeuvre deux thermo-résistances 11, 15, ou thermistances, qui sont disposées électriquement en série aux bornes d'une source d'alimentation 12, et plus précisément entre la borne positive de celle-ci et la masse, et qui sont couplées thermiquement entre elles. La thermo-résistance 11 est à coefficient de température positif, et la thermo-résistance 15 est au contraire à coefficient de température négatif. En pratique, la jauge de niveau suivant l'invention comporte, en parallèle, une pluralité de tels capteurs 10, échelonnés en hauteur le long d'un même support 19. La borne de sortie 13 de chacun de ces capteurs 10 est reliée au point milieu M, ou point de jonction électrique, entre les thermo-résistances 11, 15 correspondantes. La jauge de niveau suivant l'invention comporte en outre un circuit d'exploitation 26, desservi par les capteurs 10. Ce circuit d'exploitation 26 met en oeuvre une pluralité de comparateurs 27, un par capteur 10. L'une des entrées d'un tel comparateur 27, ou première entrée, est reliée à la borne de sortie 13 du capteur 10 correspondant, tandis que l'autre de ses entrées, ou deuxième entrée, est reliée, en parallèle avec celle des autres capteurs 10, à une même source de tension de référence 28, réglée à un potentiel détermine. Par leur sortie, les comparateurs 27 sont par ailleurs reliés, en parallèle, par l'intermédiaire d'un quelconque moyen de mesure de courant 29, en pratique un galvanomètre, à la borne positive de la source d'alimentation 12, avec, pour chacun d'eux, une résistance 31 entre leur dite sortie et le dit galvanomètre 29. En pratique, la source de tension de référence 28 est constituée par un pont diviseur formé de deux résistances 32 établies entre la borne positive de la source d'alimentation 12 et la masse, et c'est au point milieu de ce pont diviseur qu'est reliée la deuxième entrée des comparateurs 27. Les capteurs 10 sont destinés à être placés dans un réservoir pour liquide, en occupant chacun un niveau repère déterminé dans celui-ci. Suivant que le niveau du li qui de dans ce réservoir est supérieur ou inférieur au niveau repère d'un capteur 10, la borne de sortie 13 de celui-ci est à l'un ou l'autre de deux potentiels distincts, et, la source de tension de référence 28 étant elle-même réglée à un potentiel intermédiaire entre les précédents, la discrimination assurée à ce sujet par le comparateur 27 correspondant permet de déceler Si le niveau du liquide dans le réservoir est effectivement au-dessus ou au-dessous de ce niveau repère. La mesure de courant assurée par le galvanomètre 29 est ainsi à l'image du niveau du liquide dans le réservoir. Comme décrit dans le brevet principal, et tel qu'illustré sur la figure 2, les thermo-résistances 11, 15 constitutives d'un même capteur 10 sont de préférence accolées l'une à l'autre, leur interface formant leur point milieu M, et l'une d'elles, en pratique celle de oinre dimension, est engagée dans un évidement 18 prévu à cet effet dans le support 19 qui les porte. Par exemple, et tel que représenté, figures 2 et 3, ce support 19 peut être constitué par une plaquette de support de circuit imprimé portant, en surface, d'une part, disposés chacun respectivement le long de ses bords, pour l'ensemble des capteurs 10, deux conducteurs parallèles 40, 41, l'un pour leur liaison à la masse, l'autre pour leur liaison à la borne positive de la source d'alimentation 12, et, d'autre part, pour chacun des capteurs 10, un conducteur 42, qui, disposé entre les conducteurs 40, 41, s'étend parallèlement à ceux-ci, pour liaison du point milieu M d'un tel capteur 10 à sa borne de sortie 13 correspondante. Par une connexion 43, la thermo-résistance 15 de chaque capteur 10 est reliée au conducteur 40, et, par une connexion 44, sa thermo-résistance 11 est reliée au conducteur 41. Suivant l'invention, chacune des thermo-résistances 11, 15 ainsi constitutives d'un capteur 10 est enchâssée dans un enrobage 51, 55 en matière électriquement isolante. De préférence, et tel que représenté, chacun de ces enrobages 51, 55 présente extérieurement une surface sensiblement sphérique 61, 65. En pratique, dans la forme de mise en oeuvre représentée, chacun des enrobages 51, 55 s'étend sensiblement en forme de calotte sphérique en saillie sur la plaquette de support de circuit imprimé constituant le support 19 qui leur est commun. La matière constitutive des enrobages 51, 55 est choisie de manière à ce que, tout en étant électriquement isolante, elle soit thermiquement bonne conductrice. Des époxydes peuvent par exemple donner à ce sujet satisfaction. De préférence, la matière ainsi choisie contient une charge thermiquement conductrice, pour en améliorer encore la conductibilité thermique. I1 peut s'agir par exemple d'aluminium, en poudre ou paillettes, et/ou d'oxyde de béryllium. Dans ce qui précède, il est supposé que les enrobages 51, 55 sont en une seule couche. Mais, en variante, et tel que schématisé par des traits interrompus 51', 55' sur la figure 2, ils peuvent chacun être formés de deux couches différentes successives, l'une, interne, épaisse, formant le corps d'un tel enrobage, et choisie comme précédemment pour présenter des qualités de bonne condue- tibilité thermique, l'autre, externe, plus mince, et choisie pour présenter des qualités de bonne résistance chimique, tout en étant chimiquement compatible avec la première. La deuxième couche forme alors, à la surface de 1 & première, un revêtement de protection à l'égard des agents corrosifs susceptibles d'être présents dans le milieu environnant. En pratique, elle est nécessairement moins bonne conductrice que la première couche, et souvent plus coûteuse, sans quoi elle formerait à elle seule la totalité de l'enrobage concerné. Par conséquent, il est possible, en jouant sur les épaisseurs relatives de ces deux couches, de favoriser plus les échanges thermiques,internes, entre les thermo-résistances 11, 15 que ceux, externes, entre celles-ci et le milieu environnant. Par exemple, si ces thermo-résistances ont des tailles très dissemblables, il peut être avantageux de donner à la couche externe une épaisseur supérieure à celle qui est la sienne, lorsque ces tailles sont plus proches l'une de l'autre. De préférence, et tel que représenté sur la figure 2, les connexions 43, 44 des thermo-résistances Il, 15 de chaque capteur 10 sont chacune gainées par un tube en matière isolante 45, 46o I1 s'agit par exemple d'un tube en matière thermo-rétractable. Quoi qu'il en soit, les fils de contact constituant en pratique ces connexions 43, 44 sont de préférence en un métal qui présente une conductibilité thermique relativement faible, I1 s'agit par exemple, et de préférence, d'un ferro-nick à 30-35 % de nickel, qui se situe aux environs du minimum de conductivité des ferro-nickel, et qui est bien mouillé par lez soudures tendres. Dans la variante de réalisation illustrée par la figure 4, les deux thermo-résistances 11, 15 constitutives.d'un même capteur 10 sont conjointement enchâssées dans un enrobage en matière électro-isolante 63, qui leur est commun, et qui forme pour l'ensemble une goutte sensiblement sphérique, tel que représenté. En outre, dans cette variante de réalisation, les connexions 43, 44 correspondantes, aussi bien que la connexion 42 qui leur est associée au lieu d'être constituées par des fils de contact, sont constituées par des languettes. La figure 5 illustre un mode de fabrication possible pour une telle variante de réalisation. Pour cette fabrication, une multiplicité de capteurs 10, dont un seul est représenté, sont assemblés simultanément à une même barrette 70, dont seul un tronçon a été schématisé sur la figure. Cette barrette 70 est découpée dans une feuille de ferre nickel à 30-35 96 de nickel, et,. pour chaque capteur 10, elle présente, latéralement en saillie, sur l'un de ses bords, les trois languettes 42, 43, 44 destinées à constituer les connexions de ce capteur 10. Pour l'assemblage à réaliser, les faces de ces languettes qui formeront contact -avec les facettes correspondantes des thermo-résistances 11, 15, ainsi que les extrémités correspondantes de ces thermo-résstances, sont garnies d'une couche de soudure tendre, à l'étain, plomb ou indium par exem ple. Après mise en place des thermo-résistances Il, 15, la barrette 70 est placée dans un four, et elle y est portée à une température suffisante pour la refusion de la soudure tendre mise en oeuvre. Ainsi qu'on le notera, l'assemblage ainsi réalisé est effectué en une seule opération. Après cet assemblage, les capteurs 10, toujours fixés à la barrette 70, sont plongés dans une résine polymérisable à viscosité élevée, époxyde par exemple, chargée de paillettes d'aluminium. Lorsqu'on retire la barrette 70 de ce bain, la résine qui adhère à chaque capteur 10 forme alors d'elle-m8me une goutte sensiblement sphérique. Après polymérisation de cette résine, on sectionne, suivant une ligne 71,quis,td queschématisé en traits interrompus a la figure 5, est parallèle à la barrette 70, les languettes constituant les connexions 42, 43, 44. Chaque capteur prend alors isolément l'aspect représenté à la figure 4. Pour favoriser encore une bonne reproductibilité des caractéristiques de transfert thermique des capteurs à réaliser, leur enrobage peut également être assuré;par surmoulagetransfert, à l'avancement, par défilement de ces capteurs, toujours fixés à la barrette 70, à l'aplomb d'un moule propre à un tel surmoulage. En vue d'améliorer le fonctionnement de la jauge de niveau suivant l'invention lorsque celle-ci est susceptible d'être mise en oeuvre en ambiances extrêmes, c'est-à-dire à des températures relativement basses et/ou relativement élevées, l'alimentation des capteurs 10 peut être aménagée suivant le schéma de la figure 6. Entre la borne positive de la source d'alimentation 12 et la borne correspondante 41 des capteurs 10 est disposé l'espace collecteur-émetteur d'un transistor modulateur 80, et la base de celui-ci est attaquée par un amplificateur opérationnel 81 dont une entrée est reliée au point milieu d'un pont de thermo-résistances 111, 115 de constitution analogue à celle d'un capteur 10 et disposé comme un tel capteur 10 en série aux bornes de la source d'alimentation 12, entre la borne positive de celle-ci et la masse, et dont l'autre entrée est reliée au curseur d'un potentiomètre 83 monté en parallèle vis-à-vis dudit pont de thermo-résistances 111, 115. Ainsi qu'il est aisé de le comprendre, par le pilotage qu'exerce sur le transistor modulateur 89 l'amplificateur opérationnel 81, la tension d'alimentation de la jauge suivant l'invention se trouve réglée de façon telle que le rapport des résistances des thermo-résistances 111, 115 soit maintenu à une valeur sensiblement constante, fixée par le potentiomètre 83. Or, pour chaque valeur de ce rapport, il correspond une température déterminée. La tension d'alimentation de la jauge suivant l'invention, telle qu'appliquée à la connexion 41 des capteurs 10 de celle-ci, se trouve donc être modulée de telle façon qué la puissance dégradée dans les thermo-résistances 111, 115 corresponde à la puissance dissipée dans l'atmosphère ambiante, à une température sensiblement fixe, Si l'atmosphère ambiante est très froide, la puissance dissipée sera ainsi élevée, et, au contraire, elle sera réduite si cette atmosphère ambiante est chaude. On évite ainsi une surchauffe de la jauge suivant l'invention en ambiance chaude, ainsi que sa mise hors service en ambiance froide. Bien entendu, le gain de l'amplificateur opérationnel 81 peut être ajusté de manière à déterminer le rapport des résistances des thermo-résistances 111, 115 en fonction de l'ambiance dont il est prévu qu'elle sera celle de la jauge suivant l'invention au cours de son utilisation. De préférence, et tel que représenté, la thero-résistan- ce 111, qui est celle à coefficient de température positif, se trouve shuntée par un condensateur 84. Lors de la mise sous tension, ce condensateur 84, qui n'est pas chargé, se comporte comme un court-circuit, provoquant ainsi la saturation du transistor modulateur 80, et l'application au ou aux capteurs 10 de la quasi-totalité de la puissance d'alimentation disponible. Le condensateur 84 se charge ensuite progressivement à travers la thermo-résistance 115, qui est celle à coefficient de température négatif, et, une fois chargé, il ne joue plus aucun rôle, le fonctionnement de l'ensemble redevenant celui décrit précédemment. Ainsi, lors de la mise sous tension, la quasi-totalité de la puissance disponible se trouve appliquée au ou aux capteurs 10 pendant le temps de charge du condensateur 84, ce qui en accélère la mise à température de fonctionnementO En pratique, le temps de charge du condensateur 84 dépend, entre autres, de la valeur de la thermo-résistance à coefficient de température négatif 115, dont la résistance diminue avec la température. Il en résulte que le temps de charge de ce condensateur 84 sera d'autant plus long que la thermo-résistance a coefficient de température négatif est plus froide. Autrement dit, la durée de l'impulsion de puissance maximale fournie au ou aux capteurs sera alors d'autant plus lon- gue que la température environnante sera plus basse, ce qui contribue à rendre le temps de réponse du ou des capteurs à la mise sous tension aussi faible et indépendant de la tempe- rature que possible. La présente invention ne se limite d'ailleurs pas aux formes de réalisation et de mise en oeuvre decrites et repre- sentées, mais englobe toute variante d'exécution. REVENDICATIONS 1. Jauge de niveau du genre comprenant, selon la revendication 1 du brevet principal, au moins un capteur (10), qui met en oeuvre deux thermo-résistanc.es (11,15), l'une a, coef- ficient de température positif, l'autre à coefficient de température négatif, disposées en série aux bornes d'une source d'alimentation (12) et couplées thermiquement entre elles, et dont la borne de sortie (13) est reliée au point milieu (M) entre lesdites thermo-résistances (11,15), et un circuit d'exploitation (26), qui comporte un comparateur (27) dont l'une des entrées est reliée à la borne de sortie (13) dudit capteur (10), tandis que son autre entrée est reliée à une source de tension de référence (28), et dont la sortie est reliée, par l'intermédiaire d'un moyen de mesure de courant (29), à la source d'alimentation (12) du capteur (10), caractérisée en ce que chacune des thermo-résistances (11,15) est enchâssée dans un enrobage (51,55) en matière électriquement isolante. 2. Jauge de niveau suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'enrobage en matière électriquement isolante (51,55) d'une thermo-résistance (11,15) présente extérieurement une surface sensiblement sphérique (61,65). 3. Jauge de niveau suivant la revendication 2, caractérisée en ce que enrobage en matière électriquement isolante (51,55) d'une thermo-résistance (11,15) forme, en saillie sur un support (19), une calotte sensiblement sphérique. 4. Jauge de nivéau suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les thermo-résistances (11,15) sont conjointement enchâssées dans un même enrobage en matière électriquement isolante (51,55), ledit enrobage (51,55) formant pour l ensemble une goutte sensiblement sphérique. 5. Jauge de niveau suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la matière électriquement isolante constitutive d'un enrobage (51,55) contient une charge thermiquement conductrice. 6. Jauge de niveau suivant la revendication 5, caractérisée en ce que ladite charge est en aluminium et/ou oxyde de béryllium. 7. Jauge de niveau suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que chacun des enrobages en matière isolante des thermo-résistances (11,15) est formé de deux couches différentes successives, l'une (51,55), interne, choisie pour des qualités de bonne conductibilité thermique, l'autre (51',55'), externe, choisie pour présenter des qualités de bonne résistance chimique. 8. Jauge de niveau suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que, entre la borne de la source d'alimentation (12) et la borne correspondante (41) du capteur (10), est disposé l'espace connecteur-émetteur d'un transistor modulateur (80), et la base de celui-ci est attaquée par un amplificateur opérationnel (81) dont une entrée est reliée au point milieu d'un pont de thermo-résistances (11,115) de constitution analogue à celle du capteur (10) et disposé comme lui en série aux bornes de ladite source d'alimentation (12), et dont l'autre entrée est reliée au curseur d'un potentiomètre (83) monté en parallèle vis-à-vis dudit pont de thermo-résistances (111,115). 9. Jauge de niveau suivant la revendication 8, caractérisée en ce que la thermo-résistance à coefficient de température positif (111) du pont de thermo-résistances (111,115) se trouve shuntée par un condensateur (84). 10. Jauge de niveau suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les connexions des thermo-résistances (11,15,111,115) sont en ferro-nickel à 30-35 ,' de nickel. 11. Jauge de niveau suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que les connexions des thermo-résistances (11,15,111,115) sont chacune gainées par un tube en matière électriquement isolante, et, par exemple, par un tube en matière thermo-rétractable. 12. Jauge de niveau suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'elle comporte en pa rallèle une pluralité de capteurs (10) échelonnés le long d'un même support (19),