Brevet FR2624969A1 — publié le 19890623

L'invention concerne un dispositif pour mesurer le niveau d'unliquidedans un récipient, en particulier le niveau de L'huile dans Le moteur a combustion interne d'un véhicule automo- bile, comprenant un élément résistif dont la résistance électrique varie en fonction de la température et qui est disposé dans le récipient de manière à s'étendre sur toute la plage de variations possibles du niveau du liquide, une source de courant pour alimenter l'élément résistif de façon continue avec un faible courant à tra- vers une résistance et pour l'alimenter périodiquement avec un courant de forte intensité à travers un élément de commutation, un comparateur qui mesure la chute de tension sur l'élément résistif, un élément d'exploitation qui reçoit le signal de sortie du compa- rateur, ainsi qu'un indicateur optique ou acoustique commandé par le circuit d'exploitation. Par le document DE-OS 29 39 355, on connaît un dis- positif de ce type, qui présente un élément résistif dont la résis- tance varie avec la température et qui demande notamment un circuit de compensation pour compenser des variations de la température du liquide dont il s'agit de mesurer le niveau. Ce dispositif connu a cependant des inconvénients. Le circuit de compensation nécessaire pour compenser des variations de température du liquide, ainsi que d'autres composants du montage électrique, rendent le dispositif complexe, de sorte que sa fabri- cation peut être onéreuse. Comme il n'y a qu'un seul élément résistif dans ce dispositif connu, un ajustement de base de cet élément est néces- saire à la mise en service. Ceci demande du temps et peut rendre la fabrication encore plus coûteuse. Dans le cas du dispositif connu, la température du liquide doit être mesurée lors des phases de refroidissement de l'élément résistif, au cours desquelles cet élément est seulement alimenté avec un faible courant. A cet effet, l'élément résistif doit d'abord être refroidi sensiblement à la température du liquide, de sorte que les temps de refroidissement nécessaires peuvent être très Longs. Le dispositif risque ainsi d'être rendu si lent que son emploi dans des véhicules automobiles, par exemple, o le niveau de l'huile du moteur peut changer très rapidement, semble excLu, d'autant qu'une perte d'huile non détectée peut conduire à des dommages importants dans une telle application. Du fait que le niveau et la température du Liquide sont mesurés L'un après l'autre, la mesure du niveau peut être faussée lorsque la température du liquide s'est modifiée entre- temps. Cette source d'erreurs et celle mentionnée précédemment ont pour conséquence que le dispositif connu convient seulement, en beaucoup de cas, à la mesure d'un niveau de liquide préfixé. Donc, en beaucoup de cas, ce dispositif ne permet pas de mesurer un changement continu du niveau du liquide dans le récipient. Certes, par le document DE-PS 12 93 461, on connaît déjà un dispositif pour mesurer le niveau de liquides dans des récipients à l'aide de deux éléments résistifs. Cependant, ces éléments sont constamment alimentés avec la même tension et le dispositif ne permet pas de mesurer la température du liquide. Le but de l'invention est de procurer un dispositif simple et économique qui permette, sans que cela demande un ajustement, une mesure continue aussi sore et rapide que possible du niveau d'un liquide dans un récipient. A cet effet, un dispositif comme défini au début est caractérisé en ce qu'il est muni d'un second élément résistif dont la résistance varie en fonction de la température, qui est également disposé dans le récipient pour s'étendre sur toute la plage de variations possibles du niveau et qui peut être alimenté électri- quement de façon continue à travers une deuxième résistance, et que le comparateur mesure la chute de tension sur le second élément résistif et la compare avec la chute de tension sur le premier élément résistif. Grâce à la prévision d'un second élément résistif dont la résistance varie avec la température et qui est disposé à l'intérieur du récipient de manière à s'étendre sur la plage de variations possibles du niveau, la résistance du premier élément résistif peut être mesurée par rapport à la résistance du second élément -esistif. Par cette disposition selon l'invention, la mesure du niveau du Liquide, réaLisée par La mesure des résistances variables avec La température, est pratiquement indépendante de La température du Liquide. Comme Le second éLément résistif est alimenté conti- nûment à travers une deuxième résistance, La température du second éLément résistif, ou la résistance mesurée de cet éLément, dépend de l'intensité du courant, de la température du liquide et de la profondeur d'immersion du second éLément résistif. Comme l'intensité du courant est constante, conformément à l'invention, la résistance électrique dépend de la température du liquide et de la profondeur d'immersion. La résistance du premier éLément résistif est éga- lement fonction de l'intensité du courant, de la température du liquide et de la profondeur d'immersion de ce premier élément résis- tif dans le liquide. Cette profondeur d'immersion correspond à celle du second éLément résistif, Les deux éléments plongeant dans le même liquide dont il s'agit de surveiller le niveau. L'influence de ces deux grandeurs sur les éléments résistifs est donc la même, de sorte qu'il n'y a pas de différence mesurable entre les résistances électriques ou les chutes de tension mesurées. Comme seule grandeur provoquant une différence mesurable entre les résistances électriques des éléments résistifs, il reste l'alimentation différenciée des éléments en courant éLec- trique car le premier élément résistif est alimenté en continu, à travers une première résistance, avec un faible courant électrique qui est inférieur à celui alimentant en continu le second élément résistif. Si ce faible courant agissait seul, il s'établirait sur le premier élément résitif une température inférieure à la tempé- rature du second élément résistif. De plus, le premier élément résistif peut être alimenté périodiquement, par un élément de commutation, avec un courant élevé qui est supérieur à celui alimentant le second élément résistif. Par conséquent, la température du premier élément varie entre une valeur éLevée, s'établissant lorsque l'élément de commutation est enclenché et qui est supérieure à la température du second éLément résistif, et une valeur plus basse qui s'établit lorsque l'élément de commutation est ouvert et aui est inférieure à la température du second élément résistif. Ces variations de température sont mesurables, par le comparateur dans le montage selon l'invention, comme des varia- tions de résistance ou de tension et la durée pendant laquelle l'élément de commutation électrique est ouvert ou fermé, ou alors l'énergie électrique envoyéeau premier élément résistif lorsque l'élément de commutation est fermé, représente une mesure de la profondeur d'immersion des éléments résistifs. Cette durée ou cette énergie électrique peut être mesurée par le circuit d'exploitation. Comparativement à l'appareil connu, le dispositif selon l'invention a l'avantage que, grâce au second élément résistif prévu selon l'invention, des dispositions supplémentaires pour com- penser des variations de température ne sont pas nécessaires, si bien que la fabrication du dispositif selon l'invention peut être plus simple et plus économique. A la différence de l'appareil connu, le dispositif selon l'invention ne demande pas un ajustement à la mise en service parce que l'influence de la température du liquide sur les deux éléments résistifs n'a pas d'effet - en raison de la soustraction dans le comparateur - sur le niveau mesuré. En raison de l'indépendance de la température et de la fixation préalable d'un seuil, le dispositif selon l'invention est beaucoup moins lent que l'appareil connu, du fait que le refroi- dissement du premier élément résistif jusqu'à la température du liquide n'est pas nécessaire. L'expérience a montré que le dispositif de mesure permet d'atteindre des fréquences de mesure de 2 à 3 Hertz. Comme la mesure de la température n'est pas néces- saire, il ne se produit pas, avec le dispositif selon l'invention, à la différence de l'appareil connu, des imprécisions dues à la mesure consécutive du niveau et de la température. Par conséquent, le dispositif selon l'invention ne présente pas les sources d'erreurs essentielles de l'appareil connu, de sorte qu'il autorise une mesure continue du niveau, ce qui a é orTirmé par des essais. Des modes de réalisation et des perfectionnements avantageux de l'objet de L'invention seront décrits dans ce qui va suivre. IL est particulièrement avantageux de prévoir un générateur d'impulsions qui puisse être mis en marche et arrêté par le circuit d'expLoitation et qui commande l'élément de commu- tation. Ce générateur assure l'alimentation du premier élément résistif avec des impulsions de courant d'une fréquence préfixée, pendant le temps de chauffage, de sorte que la perte de puissance sur l'élément de commutation est faible. Il est avantageux, dans ce -contexte, que le circuit d'exploitation exploite le signal de sortie du comparateur dans les intervalles entre les impulsions délivrées par le générateur parce que la température du premier élément résistif peut être mesurée, au cours de ces intervalles, par la mesure de la chute de tension sur la première résistance. Il est également avantageux de concevoir le circuit d'exploitation de manière que ce circuit arrête le générateur d'impulsions lorsque le résultat de la comparaison dépasse une valeur limite préfixée et qu'il remette ce générateur en marche lorque le résultat de la comparaison descend au-dessous d'une seconde valeur limite préfixée, de sorte que la température du premier élément résistif oscille entre des limites fixes prédé- terminées par rapport à la température du second élément résistif. On évite ainsi l'échauffement du premier élément résistif à des températures qui risquent de le détruire ou de compromettre son fonctionnement convenable par oxydation. A cet égard, il est également très avantageux que le circuit d'exploitation mesure la durée d'arrêt du générateur d'impulsions. Cette durée d'arrêt représente une mesure de la pro- fondeur d'immersion du premier élément résistif parce que la dis- sipation de la chaleur de ce premier élément dépend de sa profondeur d'immersion et parce que La dissipation détermine la durée de refroidissement nécessaire au premier élément résistif pour passer de la température plus éLevée à la température plus basse. La durée du refroidissement correspond à la durée d'arrêt du générateur d'impulsions. La mesure de cette dernière a l'avantage, comparativement àLa mesuredu temps d'êncLenchement du générateur par exemple, que la durée d'arrêt est plus longue en beaucoup de cas, de sorte que la résolution dans le temps et la précision de la mesure du niveau sont accrues. La mesure de durées est avantageuse, en comparaison avec la mesure pure de températures par exemple, en raison de la plus grande précison obtenue. Dans le but d'éviter des fluctuations de l'indi- cation en fonction de variations du niveau du liquide, par exemple sous l'effet du mouvement du récipient, il est avantageux de déter- miner la durée d'arrêt du générateur d'impulsions par la prise de la moyenne sur plusieurs durées ou intervalles d'arrêt. En tenant compte surtout du fait que le coefficient de température du matériau des éléments résistifs ne risque pas de fausser la valeur mesurée dans le cas d'un dispositif selon l'in- vention, il est avantageux de réunir ces éléments en un capteur, de les disposer sur un support capable de supporter la température du liquide et de les réaliser comme des pistes conductives. Afin d'augmenter la variation de la température dans le cas d'un changement donné du niveau du liquide, il-est avan- tageux de disposer les pistes conductives en méandres sur le ou les supports. La distance entre les boucles des méandres formés par les pistes conductives peut être rendue variable, par exemple en fonction de la forme géométrique du récipient, de manière à permettre une indication en unités quantitatives désirées, indé- pendamment de la forme du récipient. Pour que le dispositif selon l'invention soit uti- lisable aussi dans des liquides de température très élevée, il est avantageux de réaliser les éléments résistifs comme des pistes conductives en nickel disposées sur un support en tôle d'acier émaillée. Ainsi, les éléments résistifs peuvent fonctionner aussi à des températures supérieures à 200 C par exemple. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est le schéma électrique d'un exemple de réali- sation du dispositif selon l'invention; et - la figure 2 est un diagramme montrant la variation en fonction du temps de la chute de tension sur le premier élément résistif du dipositif selon la figure 1. Dans l'exemple selon la figure 1, le pôle négatif d'une source de courant, constituée par la batterie d'une automobile par exemple, est connecté en parallèle à l'indicateur de température TA, à l'indicateur de niveau de liquide FA, un circuit d'exploi- tationA, un premier élément résistif W1, un second élément résistif W2, et un générateur d'impulsions P. Le pôle positif de la source de courant B est connecté, à travers un interrupteur S qui peut être constitué par le contacteur d'allumage du véhicule automobile, parallèlement, à l'indicateur de température TA, l'indicateur de niveau FA et le circuit d'exploitation, à travers une deuxième résistance R2 au second élément résistif W2, à travers une première résistance R1 au premier élément résistif W1, au collecteur d'un transistorMPN T et au générateur d'impulsions P. Le tansistor T sert d'élément de commutation dans Le dispositif selon l'invention représenté à titre d'exemple sur La figure 1. Le point de connexion de la première résistance R1 et du premier élément résistif W1 est relié à une première entrée d'un comparateur V, le point de connexion de la deuxième résistance R2 et du second élément résistif W2 est relié à une seconde entrée du comparateur V et la sortie de ce dernier est connectée d'une part, en rétroaction, à travers une troisième résistance R3, à la seconde entrée et d'autre part au circuit d'exploitation A. Le circuit d'exploitation A commande le générateur d'impulsions P, attaquant lui-même la base du transistor T. L'émetteur de ce transistor est relié au point de connexion de la première résistance R1 et du premier élément résistif Wl, de sorte que la résistance R1 est shuntée torsque le transistor T est rendu con- ducteur. L'indicateur de niveau FA et l'indicateur de tem- pérature TA sont commandés à travers des lignes séparées par le circuit d'exploitation A. Le premier élément résistif W1 et le second élément résistif W2 sont réunis en un capteur de niveau F qui est installé dans un récipient FB de manière que les éléments W1, W2 s'étendent sur toute la plage des variations possibles du niveau du liquide contenu dans ce récipient. La figure 1 montre, à titre d'exemple, deux niveaux N1 et N2. L'indicateur de niveau FA et l'indicateur de tem- pérature TA sont des dispositifs qui, dans l'exemple représenté sur la figure 1, fournissent une indication continue, de sorte que l'on peut connaître, par exemple, le niveau du liquide à un moment donné. Le fonctionnement du dispositif selon la figure 1 sera expliqué plus en détail à l'aide du diagramme tension/temps de la figure 2. Il est supposé que le liquide dans le récipient FB se trouve au niveau N1 à partir d'un instant de départ tO jusqu'à un premier instant tl. Il est supposé en plus qu'à partir de ce premier instant tl, le liquide descend au second niveau N2. Si l'état de remplissage du récipient ne change pas, de sorte que le liqỉde a le premier niveau N1, la tension U au point de connexion de la première résistance R1 et du premier élément résistif W1 présente, de l'instant tO jusqu'au premier instant tl, l'allure illustrée sur la figure 2. Il est supposé qu'à l'instant tO, la tension sur ce point de connexion a atteint un seuil inférieur U(T), la tension U mesurée dépendant de la tem- pérature du premier élément résistif W1. Cette tension mesurée U(T) correspond à une valeur de comparaison qui est enregistrée par le comparateur V et est transmise au circuit d'exploitation A. Parce que La tension U(T) avait été atteinte, le circuit d'exploitation A met le générateur d'impulsions P en marche; par la base du transistor T, le générateur shunte périodiquement la première résistance R1 et, dans les intervalles au cours desquels cette résistance est shuntée, le générateur alimente le premier élément résistif W1 essentiellement avec la tension d'alimentation positive +UB. Dans les intervalles au cours desquels la première résistance R1 n'est pas shuntée, la tension sur le point de connexion est mesurée de nouveau pour vérifier si la température du premier élément résitif W1 ou la tension sur le point de connexion a atteint son seuil supérieur. Tant que cela n'est pas le cas, la première résistance R1 est périodiquement shuntée par le générateur d'impul- sions P et le transistor T. Quand la tension au point de connexion a atteint le second seuil préfixé ou seuil supérieur U(T+AT), le circuit d'exploi- tation A arrête le générateur B, de sorte que la première résistance R1 n'est plus shuntée. Par suite de l'arrêt du générateur P, le premier élément résistif W1 se refroidit, de préférence selon une fonction exponentielle décroissante. Après la fin d'une première durée 6t1 représentée sur la figure 2, la tension au point de connexion atteint, en raison de ce refroidissement, le seuil infé- rieur U(T). Ceci est enregistré par le circuit d'exploitation A, lequel remet le générateur P en marche afin de produire de nouveau le chauffage du premier élément résistif W1. La durée d'arrêt At1 du générateur P a été mesurée par le circuit d'exploitation A. La durée en question est trans- formée, par ce circuit, selon une fonction préfixée - déterminée par des essais par exemple et pouvant dépendre également du réci- pient de liquide FB notamment - en une grandeur électrique qui représente le niveau du liquide dans le récipient. Cette grandeur électrique est transmise par le circuit d'exploitation A à l'in- dicateur de niveau FA, lequel transforme la grandeur électrique de façon connue en signaux électriques ou optiques. Tant que le liquide dans le récipient FB reste au premier niveau N1, les durées At ne changent pas. Autrement dit, les temps de refroidissement d'une température T+AT e une température T restent les mêmes, comme représenté sur la figure 2. Celle-ci montre, à La suite d'un deuxième cycle de chauffage, une deuxième courbe de refroidissement, suivant Laquelle, aprÈ Mre deuxième durée At2, la tension sur le point de connexion atteint le seuil inférieur U(T). Du fait que le liquide se trouve encore au premier niveau N1, la deuxième durée 6t2 est égale à la première Atl. Comme déjà mentionné, au premier instant tl, le liquide descend au second niveau N2. Le comportement dans le temps de l'échauffement et du refroidissement du premier élément résistif W1 est ainsi modifié parce que la dissipation de la chaleur par cet élément à l'environnement s'est changée. Les liquides, y compris les huiles pour moteurs par exemple, ont habituellement une conductibilité et une capacité thermiques bien plus élevées que les fluides gazeux comme l'air par exemple ou des mélanges de gaz dans des récipients de liquides. Il s'ensuit que,lorsque le niveau du liquide descend à N2, la dissi- pation à l'environnement de la chaleur produite dans le premier élément résistif W1 se fait plus lentement que lorsque le liquide a le niveau N1. Le résultat en est que, comme représenté pour le troisième cycle de chauffage sur la figure 2, l'échauffement du premier élément résistif W1 depuis la température limite inférieure T à la température limite supérieure T+AT, se fait plus rapidement parce que la quantité de chaleur évacuée pendant l'échauffement du premier élément W1 est plus faible que lors des deux premiers cycles de chauffage représentés sur la figure 2. Après que la tem- pérature du premier élément résistif W1 a atteint la valeur limite supérieure T+AT, ou après que la tension au point de connexion a atteint la valeur U(T+AT), le circuit d'exploitation A arrête de nouveau le générateur d'impulsions, de sorte que le premier élément résistif W1 peut se refroidir de nouveau à la température limite inférieure T. Cependant, le temps nécessaire au premier élément résistif W1 pour atteindre la température limite inférieure T est nettement plus long, en comparaison avec son temps de refroidissement lorsque le liquide est au premier niveau N1, du fait que la dissi- patioe chaleur par ce premier élément W1 à l'environnement est plus faible. Ce troisième temps de refroidissement ou troisième durée At3 est représenté sur la figure 2 sous Le troisième cycle de refroidissement. Si le liquide reste au second niveau N2, le temps de chauffage diminue plus encore lors d'un quatrième cycle de chauffage, représenté sur la figure 2, alors que le temps de refroi- dissement, égal à la quatrième durée 6t4 sur la figure 2, est encore prolongé en comparaison avec le troisième temps de refroi- dissement. Ce prolongement du temps de refroidissement est à attribuer, par exemple, au liquide qui s'écoule seulement lentement du capteur de niveau F, ou des éléments résistifs W1 et W2, ce qui conduit, en particulier à la suite d'un brusque changement du niveau du liquide dans une période de transition, à un certain retard de la mesure du niveau et, par conséquent, à une indication légèrement retardée du niveau par l'indicateur FA. Si l'on considère toutefois que l'on peut obtenir des fréquences de cycle de 2 à 3 Hertz, en dimensionnant convenablement les éléments résistifs W1 et W2, et qu'un tel retard de la mesure du niveau s'étend habi- tuellement sur 2 à 3 cycles de mesure, le retard dans l'indication effective du niveau est seulement d'une seconde environ. Ceci est relativement rapide en comparaison avec les appareils connus. Si le liquide devait remonter au premier niveau NI, on obtiendrait de nouveau des courbes d'échauffement et de refroidissement comme celles illustrées sur la figure 2 pour les deux premiers cycles de mesure. Une nouvelle fois, on mesurerait alors des premières durées 6t1 et des deuxièmes durées At2 comme temps de refroidissement. En plus de l'indicateur de niveau FA, l'exemple selon la figure I comporte un indicateur de température TA qui est capable d'indiquer quasiment en permanence la température du liquide dans le récipient FB. Ceci est possible parce que, grâce au chauf- fage du second élément résistif W2 par un courant constant, à tra- vers la deuxième résistance R2, le second élément résistif W2 prend une température déterminée au-dessus de la température du liquide. Lorsqu'on connaît le courant qui traverse le premier élément résistif W1 et te second éLément résistif W2, son calcul par le circuit d'exploitation A, à partir de la température du liquide, est réalisable de façon relativement simple. La sortie du comparateur V est couplée en réaction, à travers une troisième résistance R3, à toutes ses entrées afin d'assurer me certaine hystérésis du signal de sortie du compa- rateur V et afin de rendre ce signal insensible aux brèves fluc- tuations du niveau du liquide et de la tension d'alimentation. Le circuit d'exploitation A peut être réalisé notamment, conjointement avec le générateur d'impulsions P, comme partie d'un circuit à microcalculateur. Les microcalculateurs ont l'avantage qu'ils comportent souvent des organes de mesure du temps dont on peut se servir pour mesurer les temps de refroidissement. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour mesurer le niveau d'un liquide dans un récipient, en particulier le niveau de l'huile dans le moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, comprenant un élément résistif dont la résistance électrique varie en fonction de la température et qui est disposé dans le récipient de manière à s'étendre sur toute la plage de variations possibles du niveau du liquide, une source de courant pour alimenter l'éLément résistif de façon continue avec un faible courant à travers une résistance et pour l'alimenter périodiquement avec un courant de forte inten- sité à travers un élément de commutation, un comparateur qui mesure la chute de tension sur l'élément résistif, un élément d'exploitation qui reçoit le signal de sortie du comparateur, ainsi qu'un indicateur optique ou acoustique commandé par le circuit d'exploitation, carac- térisé en ce qu'il est muni d'un second éLément résistif (W2) dont la résistance varie en fonction de la température, qui est également disposé dans le récipient (FB) pour s'étendre sur toute la plage de variations possibles du niveau et qui peut être alimenté électri- quement de façon continue à travers une deuxième résistance (R2), et que le comparateur (V) mesure la chute de tension sur Le second élément résistif (W2) et la compare avec la chute de tension sur le premier élément résistif (W1). 2. Dispositif selon La revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un générateur d'impulsions (P) pouvant être mis en marche et arrêté par le circuit d'exploitation (A) et qui commande l'élément de commutation (T). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit d'exploitation (A) exploite le signal de sortie du comparateur (V) dans les intervalles entre les impulsions délivrées par le générateur d'impulsions (P). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit d'exploitation (A) arrête le générateur d'im- pulsions (P) lorsque le résultat de la comparaison dépasse une valeur limite préfixée (U(T+AT)) et remet ce générateur (P) en marche lorsque le résultat de la comparaison descend au-dessous d'une seconde valeur limite préfixée (U(T)). 5. Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce que le circuit d'exploitation (A) mesure La durée d'arrêt du générateur d'impulsions (P). 6. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le circuit d'exploitation (A) présente une sortie supplémentaire pour l'indication (TA) de la température du liquide. 7. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'élément de commutation est un transistor (T). 8. Dispositif Belon la revendication 5, carac- térisé en ce que la durée d'arrêt (Atl à At4) du générateur d'im- pulsions (D) est déterminée par la prise d'une moyenne sur plusieurs durées ou intervalles d'arrêt (Atl à at4).