Brevet FR2662248A1 — publié le 19911122

La présente invention a pour objet un dispositif de mesure du niveau d'un liquide dans un réservoir. Un tel dispositif est utilisé notamment dans le domaine automobile, pour la mesure du niveau de liquides tels que des carburants, des lubrifiants et autres liquides analogues. On connaît déjà des dispositifs du type défini ci-dessus. La plupart d'entre eux comprennent un flotteur mobile, qui se déplace avec le niveau à mesurer, et un dispositif de détermination de la position du flotteur selon la hauteur du réservoir. La présence d'une pièce mobile comme le flotteur est cependant à l'origine d'un certain nombre d'inconvénients. En effet, les inévitables frottements qui accompagnent le déplacement du flotteur sont à l'origine de risques de blocage, d'une usure qui raccourcit la durée de vie du dispositif, et d'imprécisions qui font que la position du flotteur ne reflète pas toujours fidèlement celle de la surface du liquide.Le plus souvent d'ailleurs, la détermination de la position du flotteur se fait en mesurant la résistance de la portion d'une piste résistante comprise entre une extrémité de cette piste et un curseur mobile entraîné par le flotteur, ce qui augmente encore les frottements et introduit d'autres inconvénients, liés à l'encrassement et à l'usure du contact susceptibles de fausser la mesure électrique. La présente invention vise à pallier les inconvénients précédents en procurant notamment un dispositif fiable et précis de mesure du niveau d'un liquide dans un réservoir, ne comportant ni flotteur, ni aucune autre pièce mobile. A cet effet, elle a pour objet un dispositif de mesure du type défini ci-dessus, caractérisé par le fait qu'il comprend: - une source lumineuse fixe, disposée au fond du réservoir pour émettre un faisceau lumineux dirigé vers le haut du réservoir, - une pluralité de moyens optiques, chacun d'entre eux étant disposé sur le trajet dudit faisceau et agencé pour ne pas dévier ledit faisceau lorsqu'il est immergé et pour le dévier, transversalement audit trajet, lorsqu'il est est émergé, et, - des moyens optoélectroniques, pour déterminer la position, le long dudit trajet, du faisceau dévié, position représentative du niveau à mesurer. Dans le dispositif de l'invention, la position du niveau du liquide est détectée du fait que c'est le premier moyen optique émergé, en partant du fond du réservoir, qui dévie le faisceau. En effet, puisque les moyens optiques immergés ne dévient pas le faisceau, celui-ci se propage en ligne droite dans le liquide, jusqu'à ce qu'il rencontre le premier moyen optique émergé qui le dévie. Les moyens optiques émergés suivants n'interviennent plus, puisqu'ils ne se trouvent pas sur le trajet du faisceau dévié. La résolution de la mesure dépend de la dimension de chacun des moyens optiques, dans la direction parallèle au trajet du faisceau. Pour obtenir une résolution élevée, il suffit donc de prévoir, sur le trajet du faisceau, un assez grand nombre de moyens optiques de petite dimension. Dans la forme de réalisation préférée, chaque moyen optique est un prisme réalisé dans un matériau transparent d'indice sensiblement égal à celui dudit liquide. Dans ce cas, les moyens nécessaires à la mise en oeuvre de l'invention sont particulièrement simples et d'un prix de revient réduit. Avantageusement, lesdits moyens optoélectroniques comprennent une piste photorésistante disposée le long dudit trajet et éclairée localement par le faisceau dévié, la piste photorésistante est en contact avec une piste résistante le long d'un de ses bords longitudinaux et en contact avec une piste conductrice le long de son autre bord longitudinal, et il est prévu des moyens pour soumettre ladite piste résistante à une différence de potentiel et déterminer le potentiel de ladite piste conductrice. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante de la forme de réalisation préférée du dispositif de mesuro de niveau de l'invention, faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels, - la figure 1 représente une vue en coupe d'un réservoir pourvu du dispositif de mesure du niveau de l'invention, et, - la figure 2 représente une vue plus détaillée du dispositif optoélectronique de détermination de la position du faisceau lumineux dévié du dispositif de la figure I. Sur la figure 1 est représenté, de façon schématique, un réservoir 1 contenant un liquide 2. Comme cela a déjà été signalé, l'invention est relative à un dispositif 3 pour mesurer le niveau du liquide 2 dans le réservoir 1. Le dispositif 3 comprend, de façon connue, un boîtier 31, ici en forme de cylindre circulaire, destiné à supporter et à protéger ses constituants. Ici, le réservoir 1 étant monté à bord d'un véhicule automobile et donc soumis à des vibrations et secousses relativement importantes, le boîtier 31 permet de plus le filtrage des variations brusques résultantes du niveau du liquide 2, grâce à des orifices 311, de faibles dimensions, pratiqués dans sa paroi pour laisser passer le liquide 2. De façon connue, le boîtier 31 est rendu solidaire du réservoir 1 par sa partie supérieure qui s'adapte à un orifice prévu à cet effet dans la paroi supérieure de ce réservoir. Le boîtier 31 s'étend sur toute la hauteur du réservoir 1. Entre la partie supérieure du boîtier 31 et son fond est maintenue, de façon non représentée sur la figure 1 dans un souci de simplicité, une barrette 4 en matériau transparent, par exemple en verre ou en matière plastique compatible, d'un point de vue chimique, avec le liquide 2, et d'indice sensiblement égal à celui de ce liquide 2. Cette barrette 4, ici disposée selon l'axe du boîtier 31, s'étend donc pratiquement sur toute la hauteur du réservoir 1. Elle a ici la forme d'une crémaillère inversée, comme si elle était constituée de l'empilage d d'une pluralité de prismes 41, chacun d'entre eux ayant une face inférieure horizontale et une face supérieure inclinée à 45 degrés. Une source de lumière 5, ici une diode électroluminescente, est disposée au fond du réservoir 1 pour émettre un faisceau lumineux 51 dirigé vers le haut du réservoir, et ici verticalement. La source 5 est choisie à diagramme de rayonnement relativement étroit. Le cas échéant, lorsque la source 5 est à diagramme de rayonnement relativement large, il est possible de prévoir un dispositif optique, non représenté, et comprenant par exemple une lentille de collimation, pour concentrer l'énergie lumineuse émise par la source 5 en un faisceau fin parallèle. La source 5 est disposée pour que chacun des prismes 41 de la barrette 4 se trouve à la verticale de la source 5, ctest-à-dire sur le trajet du faisceau 51 tant qu'il n'est pas dévié. Un dispositif optoélectronique 6, décrit plus en détail dans la suite, s'étend verticalement le long de la barrette 4, de façon à ce que le faisceau dévié 52, qui résulte de la déviation du faisceau 51 par le premier prisme 41 émergé, vienne frapper ce dispositif optoélectronique 6 sensiblement perpendiculairement à la surface de celui-ci. Un circuit électronique 7 est pourvu d'une sortie d'alimentation de la source 5, d'une sortie d'alimentation et d'une entrée de mesure reliées au dispositif optoélectronique 6, et d'une sortie reliée ici à un dispositif d'affichage 8. Le dispositif optoélectronique 6 est du type connu sous le nom de "potentiomètre optoélectronique" et il est maintenant décrit en référence à la figure 2. Un tel dispositif comprend trois pistes parallèles 61, 62 et 63 déposées sur un substrat allongé qui s'étend sur toute la hauteur du réservoir 1. La piste 61 est une piste photorésistante, par exemple en séléniure de cadmium CdSe ou en sulfure de cadmium CdS. Elle est en contact électrique, le long d'un de ses bords longitudinaux, avec la piste 63 réalisée en matériau de résistivité assez faible pour se comporter comme un court-circuit. La piste photorésistante 61 est également en contact électrique, le long de son deuxième bord longitudinal, avec une piste 62 réalisée dans un matériau de résistivité élevée. Le circuit 7 est agencé pour soumettre la piste résistante 62 à une différence de potentiel déterminée. Une extrémité de la piste résistante 62 est ainsi portée au potentiel zéro de la masse électrique, l'autre extrémité étant portée à un potentiel V. Par ailleurs, une extrémité, ici l'extrémité supérieure, de la piste conductrice 63 est reliée à l'entrée plus d'un amplificateur opérationnel 71 dont l'entrée moins est reliée à la masse. De façon connue, la résistivité de la piste 61 est relativement élevée dans l'obscurité, et elle diminue avec l'intensité de la lumière à laquelle elle est soumise. Ainsi, lorsque seule une zone localisée de la piste photorésistante 61, comme la zone 64 de la figure 2, est éclairée, cette zone se comporte comme une résistance de faible valeur qui relie localement la piste conductrice 63 à la piste résistante 62. Le potentiel sur l'entrée plus de l'amplificateur 71 est donc le même que celui de la piste résistante 62 au niveau de la zone éclairée 64. La mesure de ce potentiel permet donc la détermination de la position de la zone 64 le long de la piste 62, puisque le potentiel varie continûment de 0 à V le long de cette piste. L'impédance d'entrée élevée de l'amplificateur opérationnel 71 permet de s'affranchir des contraintes liées au fait que la résistance de la zone éclairée 64 de la piste photorésistante 61 n'est pas, en général, nulle. Le potentiomètre 6 est protégé de l'attaque du liquide 2 par une couche de vernis transparent. Le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne comme suit. Du fait que l'indice du matériau des prismes 41 est sensiblement égal à celui du liquide 2, chacun d'entre eux ne dévie pas, lorsqu'il est immergé, le faisceau 51. Celuici se propage donc verticalement vers le haut du réservoir, comme il le ferait en l'absence de prismes 41. Par contre, dès que faisceau 51 rencontre la face supérieure, inclinée à 45 degrés, du premier prisme 41 non-immergé en partant du fond du réservoir, il est dévié, transversalement à son trajet d'origine, ici pour donner naissance au faisceau dévié 52. L'impact de ce faisceau 52 sur la piste 61 du potentiomètre optique 6 est une zone lumineuse de faible surface comme la zone 64 de la figure 2. La position de cette zone, le long de la hauteur de la piste 61, est représentative de la position du niveau du liquide 2 dans ce réservoir.Le détermination de la position de la zone 64 par le circuit électronique 7 permet donc la mesure de ce niveau et son affichage sur le dispositif 8. Naturellement, il est préférable que l'intérieur du boîtier 31 soit bien séparé, du point de vue optique, du milieu extérieur, de façon à ce qu'aucune lumière parasite ne vienne fausser les mesures. De même, la présente invention n'est pas limitée à la forme de réalisation qui vient d'être décrite. C'est ainsi que le dispositif optoélectronique 6 peut être protégé du liquide 2 par un tube protecteur, en verre par exemple, au lieu de l'être par la couche de vernis qui a été décrite. I1 est possible que le circuit électronique 7 commande la source de façon continue ou en impulsions. De façon connue, le fonctionnement en impulsions permet notamment d'augmenter le rendement lumineux. On peut évidemment utiliser tout matériau photosensible autre que le CdS et le CdSe pour la piste photorésistante. Afin d'éviter, dans le cas où le faisceau émis par la source 5 n'est pas assez étroit, la propagation de lumière directement de la source vers le dispositif optoélectronique 6, il est possible de disposer devant celui-ci un filtre spatial, comprenant par exemple une multitude de petits volets horizontaux agencés à la manière d'un store vénitien, pour ne laisser passer vers le dispositif 6 que la lumière dirigée horizontalement. Dans certains cas, le réservoir n'est pas de forme simple comme celui de la figure 1 et le volume du liquide qu'il contient n'est pas proportionnel à la hauteur de ce liquide dans le réservoir. Comme on s'intéresse en général au volume restant du liquide et que l'on souhaite alors une variation linéaire de la valeur affichée avec ce volume, il est possible de compenser en totalité ou en partie les nonlinéarités de la variation volume/hauteur par des nonlinéarités de la variation hauteur/potentiel mesuré, notamment en jouant localement sur la largeur ou encore éventuellement sur l'épaisseur de la piste résistante 62. Il est à noter que, lorsque l'indice du liquide n'est pas rigoureusement égal à celui du matériau dans lequel sont réalisés les prismes, il se produit une légère déviation du faisceau dans la partie immergée, à chaque fois qu'une interface prisme-liquide, ou liquide-prisme est franchie. Sans précautions particulières,il se peut que le cumul des déviations soit tel que le trajet du faisceau ne passe plus par les prismes à partir d'une certaine hauteur de liquide. Ce phénomène amène à limiter le nombre total de prismes. Dans les cas pratiques, il est à la portée de l'homme du métier, compte tenu des valeurs possibles de l'indice du liquide et de celui du matériau des prismes, de déterminer le nombre de prismes à ne pas dépasser. Il est possible, pour atténuer les effets du phénomène, de prévoir un nombre de prismes plus grand dans la partie basse du réservoir que dans la partie haute. On conserve ainsi une bonne résolution là ou elle est nécessaire, c'est-à-dire dans la partie basse du réservoir, tout en réduisant le nombre total de prismes. Revendications 1. Dispositif optique de mesure du niveau d'un liquide (2) dans un réservoir (1), caractérisé par le fait qu'il comprend: - une source lumineuse (5) fixe, disposée au fond du réservoir pour émettre un faisceau lumineux (51) dirigé vers le haut du réservoir (1), - une pluralité de moyens optiques (41), chacun d'entre eux étant disposé sur le trajet dudit faisceau (51), et agencé pour ne pas dévier ledit faisceau (51) lorsqu'il est immergé et pour le dévier, transversalement audit trajet, lorsqu'il est émergé, et, - des moyens optoélectroniques (6, 7, 8), pour déterminer la position, le long dudit trajet, du faisceau dévié (52), position représentative du niveau à mesurer. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel chaque moyen optique est un prisme (41) réalisé dans un matériau transparent d'indice sensiblement égal à celui dudit liquide (2). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel lesdits moyens optoélectroniques comprennent une piste photorésistante (61) disposée le long dudit trajet et éclairée localement par le faisceau dévié (52), la piste photorésistante est en contact avec une piste résistante (62) le long d'un de ses bords longitudinaux et en contact avec une piste conductrice (63) le long de son autre bord longitudinal, et il est prévu des moyens (7) pour soumettre ladite piste résistante (62) à une différence de potentiel et déterminer le potentiel de ladite piste conductrice (63).