Brevet FR2695203A1 — publié le 19940304

DETECTEUR DE LIQUIDE A THERMISTANCE La présente invention concerne les détecteurs de présence de liquide, utilisables comme détecteurs de niveau d'un liquide dans un réservoir, du type comprenant une sonde contenant une thermistance dont la valeur change rapidement avec la température (résistance à coefficient de température négatif ou CTN en général), un générateur électrique destiné à dissiper une puissance par effet Joule dans la sonde et des moyens pour comparer la valeur de la résistance de la sonde à un seuil déterminé. Le principe utilisé dans ces détecteurs est la différence de conductibilité thermique entre les liquides et les gaz Pour une même puissance dissipée dans une thermis- tance, la température d'équilibre atteinte est plus élevée lorsque la thermistance est dans un gaz que lorsqu'elle est dans un liquide En mesurant la différence de potentiel aux bornes de la thermistance et connaissant le courant qui la traverse on peut déterminer la valeur de la résistance et dans quel milieu se trouve la thermistance. Les détecteurs fondés sur ce principe présentent des limitations graves En particulier, ils n'ont un fonctionnement satisfaisant que lorsque les températures du liquide et du gaz varient peu Dans le cas contraire, il n'est plus possible de déterminer dans quel milieu se trouve la sonde par simple comparaison de sa résistance avec une valeur déterminée unique La figure 1 illustre cette limitation dans le cas particulier d'un détecteur de niveau de carburant placé dans un réservoir et surmonté par de l'air, la thermistance étant du type CTN à variation de résistance suivant une loi se rapprochant d'une exponen- tielle négative La résistance R 1 de la CTN varie en fonction de la température e suivant la courbe 10 lors- qu'elle est plongée dans l'air, suivant la courbe 12 lorsqu'elle est plongée dans le carburant Lorsqu'on utilise un seuil de discrimination R O constant, la détection de niveau ne peut s'effectuer qu'entre deux températures Tl et T 2 relativement proches. La présente invention vise notamment à fournir un détecteur de liquide répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il autorise une plage de mesures notablement accrue. Dans ce but l'invention propose un détecteur de liquide du type ci- dessus défini, caractérisé en ce que la sonde contient également une thermistance à coefficient de température positif, dite CTP, montée électriquement en série avec la thermistance à coefficient de température négatif et ayant une variation progressive de sa résistance en fonction de la température. Grâce à cette disposition, et en utilisant une CTP dont la résistance, au milieu de la plage de fonctionnement prévue, est correctement proportionnée à celle de la CTN, on assure une compensation en température telle que la plage de mesures est notablement augmentée sans pour autant qu'il soit nécessaire de modifier le seuil de discrimination en fonction de la température. Dans la pratique, la CTP aura généralement une résistance au milieu de la plage de températures de mesure comprise entre 1/10 et 1/100 de celle de la CTN En consé- quence la chaleur dissipée dans la CTP est très faible, comparée à la chaleur dissipée par la CTN, et ne perturbe pratiquement pas le milieu environnant En conséquence la résistance de la CTP est représentative de la température de ce milieu. On utilisera en règle générale une CTP dont la résistance varie en fonction de la température de façon approximativement linéaire. Les détecteurs de liquide classiques nécessitent trois fils d'alimentation, donc trois points de connexion. Deux des fils alimentent la sonde en courant Le troisième fil permet de mesurer la tension aux bornes de la thermis- tance et donc d'en déduire la résistance de cette dernière. Un autre but recherché par l'invention est de réduire le nombre de points de connexion, ce qui présente un avantage tout particulier en aéronautique, o la réalisation des connexions est coûteuse, du fait de la qualité requise. L'invention propose dans ce but un détecteur dans lequel le générateur électrique est un générateur à courant constant de sorte que la tension aux bornes du générateur est représentative de la résistance de la sonde. Un avantage supplémentaire de cette constitution, lorsque plusieurs détecteurs de présence de liquide compor- tent chacun une sonde placée à un niveau différent dans un réservoir, de façon à constituer un détecteur de niveau, est que le nombre de fils qui doivent pénétrer dans le réservoir est réduit d'un tiers, ce qui est particulièrement apprécia- ble en aéronautique o l'on cherche à réduire le nombre des pénétrations dans les réservoirs Le gain de masse est également appréciable. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: la figure 1, déjà mentionnée, montre la varia- tion de la résistance R 1 d'une CTN parcourue par un courant constant, en fonction de la température ambiante, lors- qu'elle est placée dans l'air et dans un liquide; la figure 2 montre l'allure de la courbe de variation de la résistance R 2 d'une CTP en fonction de la température e; la figure 3, similaire à la figure 1, montre la loi de variation de la résistance totale d'une sonde conforme à un mode particulier de réalisation de l'inven- tion, en fonction de la température ambiante, lorsque la sonde est dans l'air et lorsqu'elle est dans un liquide; la figure 4 est un schéma de principe d'un détecteur de niveau mettant en oeuvre l'invention. L'invention part de la constatation qu'il est possible de réduire l'incidence de la température ambiante sur la résistance d'une sonde à thermistance de type CTN en montant, en série avec cette CTN, une CTP de valeur notable- ment inférieure, ayant une résistance, dans la plage de mesures, et un coefficient de température choisis de façon appropriée Pour cela, on utilisera une thermistance à coefficient de température positive présentant non pas une variation brutale de résistance, mais une variation progres- sive et approximativement linéaire, du genre montré en figure 2, pour toute la plage de températures de mesure prévue, entre T 3 et T 4. Dans ce cas, la variation de la résistance R 1 +R 2 de la thermistance en fonction de la température ambiante 0, lorsqu'un courant constant et déterminé parcourt la thermis- tance, est du genre indiqué par la courbe 14 lorsque la sonde est dans l'air, par la courbe 16 lorsqu'elle est immergée On constate qu'on peut alors déterminer sans ambiguïté le milieu dans lequel se trouve la sonde en comparant la résistance R 1 +R 2 à un seuil de discrimination déterminé fixe R 0, pour une plage allant de T 3 à T 4, très supérieure à la plage T 1-T 2. A titre d'exemple, on a réalisé un détecteur de carburant d'avion dans un réservoir utilisant une CTN 18 ayant une résistance au milieu de la plage de mesures d'environ 10 KQ et une CTP 20 ayant une résistance au milieu de la plage de mesures d'environ 200 Q Il est possible de déterminer si la sonde est dans le carburant ou dans l'air (ou un gaz d'inertage surmontant le carburant) par comparai- son avec une valeur fixe Ro pour une plage de température allant de T 3 =-30 'C à T 4 = 90 'C, ce qui se traduit par un domaine utile et pratique allant de -20 'C à + 60 'C au moins. Comme on l'a indiqué plus haut, l'invention permet de réaliser un détecteur comportant deux fils seulement de liaison entre la sonde 22 et l'électronique de mesure 24 qui lui est associée et qui est placée hors du réservoir 25. L'électronique comporte un générateur 26 de courant constant I et un circuit 28 de mesure de la tension, représentative de la résistance de la sonde, aux bornes du générateur 26. Le circuit 28 comporte également un comparateur entre la tension aux bornes du générateur 26 et une tension de discrimination VO, représentative de la résistance R 0. Un ensemble détecteur peut être constitué par des sondes 22 placées à différents niveaux dans un réservoir et une électronique commune 24, munie de moyens de commutation commandés par un séquenceur et permettant de déterminer celles des sondes qui se trouvent immergées et celles qui sont émergées. Il faut remarquer que le détecteur de liquide peut aisément être complété de façon à détecter lui même toute anomalie de fonctionnement Il suffit en effet d'ajouter deux comparateurs supplémentaires aux bornes du générateur de courant 26 Un comparateur à minimum permet de déterminer la mise en court-circuit, qui se traduit par un effondrement de la tension aux bornes du générateur Un comparateur à maximum permet de déterminer une situation de circuit ouvert, qui se traduit par une augmentation de la tension aux bornes qui arrive à une valeur nettement supérieure à la valeur maximale susceptible d'être rencontrée lors d'une mesure normale. REVENDICATIONS 1 Détecteur de présence de liquide, comprenant une sonde ( 22) contenant une thermistance à coefficient de température négative ( 18), un générateur électrique destiné à dissiper une puissance par effet Joule dans la sonde et des moyens pour comparer la valeur de la résistance de la sonde à un seuil déterminé, caractérisé en ce que la sonde contient également une thermistance à coefficient de température positif ( 20), montée électriquement en série avec la thermistance à coefficient de température négatif et ayant une variation progressive de sa résistance en fonction de la température. 2 Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le seuil est maintenu à une valeur constante. 3 Détecteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la thermistance à coefficient de température positif a une résistance au milieu de la plage de température de mesure comprise entre 1/10 et 1/100 de celle de la thermistance à coefficient de température négatif. 4 Détecteur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la thermistance à coefficient de température positif a une résistance qui varie en fonction de la température de façon approximativement linéaire. 5 Détecteur selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le générateur électrique est un générateur à courant constant et en ce que lesdits moyens sont prévus pour mesurer la tension aux bornes du générateur, représentative de la résistance de la sonde et la comparer à une valeur de référence. 6 Détecteur de niveau dans un réservoir selon la revendication 5, caractérisé en ce que le générateur et lesdits moyens sont placés hors du réservoir et reliés à la sonde par deux fils seulement. 7 Détecteur selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que lesdits moyens comportent également des comparateurs de la tension aux bornes du générateur avec deux autres valeurs de référence, sélectionnées pour permettre de déterminer l'ouverture et la mise en court- circuit de la sonde.