Brevet FR2691536A1 — publié le 19931126

L'invention concerne d'une façon générale le domaine de la détection et du contrôle du niveau d'un liquide et, spécifiquement, un détecteur à coefficient de température positif et un circuit de commande associé pour machine à laver le linge. On a utilisé des détecteurs thermiques de niveau d'eau dans une variété de configurations Généralement, la résistance électrique de l'élément détecteur varie en fonction de la température L'élément est monté dans le réservoir d'eau de telle sorte que,lorsque l'eau recouvre l'élément, sa température et, donc, sa résistance varient. Cette variation de la résistance est détectée par un circuit qui fournit l'indication que l'eau a atteint le niveau du détecteur Différentes variantes de cette configuration de base qui améliorent les caractéristiques thermiques et la précision ont été révélées. On utilise généralement des résistances à Coeffi- cient de Température Positif CTP comme éléments détec- teurs Une résistance CTP est un dispositif dont la valeur de résistance électrique augmente quand sa température augmente Comme un élément de chauffage,elle autorégule sa propre température et ne passe pas en glissement thermique. Un inconvénient de ce type de circuit est qu'un seul niveau d'eau peut être détecté Afin de détecter plu- sieurs niveaux, il faut ajouter d'autres détecteurs et circuits associés à chaque niveau à mesurer. La présente invention détecte et contrôle le niveau d'un liquide dans un réservoir,dans une plage continuede niveaux, sans mettre en oeuvre un détecteur discret et un circuit de commande pour chaque niveau L'invention comprend une bande résistante à coefficient de tempéra- ture positif, agencée pour qu'une tension lui soit appli- quée, qui est mise en place sur une paroi du réservoir, de telle sorte qu'un liquide se trouvant à proximité de la bande peut évacuer la chaleur pour réduire la résistance de la bande On prévoit également un moyen pour faire varier la chute de tension entre deux points de référence En outre, on prévoit un moyen pour comparer la tension dans la bande CTP à la tension entre les deux points pour que, lorsque le liquide se trouvantdans le-réservoir atteint un niveau o la chute de tension dans la bande CTP est approximativement égale à la chute de tension entre les deux points, le signal de sortie du moyen comparateur indique que le liquide est à un niveau spécifié. De l'encre résistante CTP peut être déposée à tra- vers un écran de soie sur une couche mince pour réaliser une bande détectrice très mince Le système de contrôle du niveau d'un liquide met en oeuvre cette bande résis- tante CTP pour détecter le niveau d'eau dans une machine à laver ou une autre cuve La bande est mise en place sur une paroi de la cuve et un courant électrique est appli- qué à la bande Quand le courant traverse la bande, le matériau CTP s'échauffe et la résistance de la bande augmente jusqu'à ce que le courant devienne constant. Un circuit de commande actionne des vannes permettant au liquide de remplir la cuve Quand le niveau du li- quide s'élève, il arrive à proximité de la bande résis- tante Le liquide absorbe la chaleur générée par le matériau CTP de la bande Le liquide refroidit le maté- riau CTP en le rendant moins résistant Cela crée une augmentation du courant électrique dans l'élément de chauffage qui est détecté par le contrôleur sous forme de tension Le circuit de commande compare la tension dans la bande CTP à la tension dans une résistance variable ou dans un autre moyen pour faire varier la chute de tension établie par l'opérateur Quand les tensions sont approximativement égales, le contrôleur agit pour fermer les vannes et exciter le circuit moteur de machine à laver. On peut placer un élément résistant CTP supplémentaire au-dessus de la bande pour capter un trop-plein Son fonctionnement peut être semblable, excepté que sa tension peut être comparée à la tension dans une résistance de valeur fixe. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention seront mis en évidence dans la descrip- tion suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la Figure 1 est une vue de face d'une bande résis- tante CTP; la Figure 2 est une vue schématique d'une bande résistance CTP; la Figure 3 est une vue en perspective d'une bande résistante CTP mise en place dans une cuve dé-barbotage de machine à laver; la Figure 4 est un graphique de variation de la résistance d'un matériau résistant CTP en fonction de la température; et la Figure 5 est une vue schématique d'un circuit de commande de machine à laver selon la présente invention. Dans l'exemple de réalisation préféré de la Figure 1, des éléments à coefficient de température positif 10 sont déposés à travers un écran de soie sur une couche plastique d'un matériau tel qu gun polyester, par exemple, et connectés par des conducteurs 20 dans une disposition de circuit en parallèle pour former une bande résistante CTP 12 Les matériaux CTP sont connus dans la technique et, dans l'exemple de réalisation préféré, la bande résistante 12 peut être semblable à un élément de chauffage CTP servant à faire fondre de la glace sur des vitres d'automobile vendues par ITW Chronomatic On peut également utiliser d'autres formes de résistances CTP Quand on l'utilise dans une cuve de machine à laver, la bande 12 doit avoir une longueur comprise environ entre 30 et 38 cm, une largeur entre 2,5 et 7,5 cm et une épaisseur entre 0,76 et 2,54 mm; néanmoins, les dimensions réelles dépendront de la grandeur du réservoir de liquide Electriquement, la bande a les caractéristiques d'une pluralité d'éléments CTP 13 connectés en parallèle comme l'indique la Figure 2. La bande 12 est représentée comme étant mise en place sur une paroi d'un réservoir tel qu'une cuve de barbotage de machine à laver 14 indiquée sur la Fi- gure 3 La bande 12 doit être montée verticalement sur la paroi intérieure de la cuve 14 pour qu'elle s'étende au-delà des limites supérieure et inférieure des niveaux du liquide à détecter Autrement, on peut monter la bande à l'extérieur de la paroi du réservoir 14 pour empêcher l'usure ou la dégradation de la bande causée par le contenu de la cuve 14 Les Figures 2 et 3 repré- sentent un niveau typique 15 du liquide. La Figure 4 représente une courbe de réponse de résistance typique d'un matériau CTP en fonction de la température La courbe est exponentielle et comporte une région essentiellement horizontale qui représente une région de résistance essentiellement constante 16 d'un matériau CTP A une certaine température, la pente de la courbe augmente d'une façon importante en un coude 18 vers lequel elle tend verticalement Cette pente raide représente une région à coefficient de température positif 17 du matériau CTP o toute augmentation de la température du matériau CTP entraîne une augmentation importante de la résistance du matériau On doit choisir le matériau CTP de telle sorte que le coude 18 situé entre les deux régions 16 et 17 de la courbe soit au- dessus de la température normale de l'eau la plus élevée. En appliquer une tension à la bande résistante 12, on peut déterminer sa température par rapport au coude 18 Quand on applique une tension à un élément CTP 13, un courant le traverse et sa température augmente. Initialement, la résistance de l'élément reste prati- quement constante comme l'indique la région de résis- tance constante 16 de la courbe de réponse Puisque la résistance est pratiquement constante, le courant est pratiquement constant La température de l'élément 13 augmente jusqu'à ce qu'elle atteigne la région CTP 17 de la courbe de réponse La résistance augmente alors exponentiellement quand la température augmente Quand la résistance augmente, le courant diminue jusqu'à ce que la température et le courant se stabilisent La résistance atteint alors un état stable à un certain point au-dessus du coude 18 de la courbe. Quand l'élément 13 est immergé dans un liquide, généralement de l'eau, le liquide évacue la chaleur de l'élément, ce qui réduit sa température Quand la tempé- rature de l'élément décroît jusqu'au-dessous du coude 18, sa résistance décroît jusqu'à ce qu'elle atteigne la région de résistance pratiquement constante 16 A ce point, la résistance et le courant effectivement constants et la chaleur générée par l'élément 13 est évacuée par le liquide Le fait qu'un élément est immergé peut être déterminé en mesurant sa résistance Si sa résistance est dans la région de résistance constante 16, l'élément est immergé Si l'élément n'est pas immergé, sa résis- tance sera dans la région CTP 17 Si un élément est par- tiellement immergé, sa résistance sera dans la région CTP 17, mais inférieure à la résistance d'un élément non immergé Si la bande résistante 12 est placée à l'exté- rieur de la cuve 14, le liquide peut évacuer la chaleur de chacun des éléments 13 près et au-dessous du niveau du liquide à travers la paroi de la cuve 14. Quand une pluralité de ces éléments résistants 13 sont connectés ensemble dans une bande résistante CTP 12 et mis en place dans une cuve 14, le niveau 15 du liquide dans la cuve peut être déterminé en mesurant la résis- tance du circuit résistant dans la bande 12 Quand le niveau 15 du liquide s'élève au-dessus de chaque élé- ment 13, sa résistance et, donc, la résistance de la bande 12 diminuent proportionnellement au nombre des éléments qui sont immergés La chute de tension dans la bande peut être comparée à une tension de référence, ce qui donnera une indication du niveau du liquide dans la cuve De cette manière, on peut contrôler le niveau du liquide dans une plage continue de niveaux. On peut également utiliser des bandes résistantes autres que du type représenté sur la Figure 1 Par exem- ple, on peut mettre en série les éléments résistants 13 avec les éléments représentés en parallèle Autrement, on pourrait utiliser un seul élément allongé Il peut être immergé partiellement de telle sorte que sa résis- tance varie proportionnellement au niveau du liquide. La Figure 5 représente un circuit typique qui peut être utilisé pour vérifier et contrôler le niveau 15 du liquide dans une machine à laver le linge Une tension V est appliquée à une extrémité de la bande résistante 12 pour qu'un courant passe dans la bande On prévoit deux points de référence 19 a et 19 b et un moyen 21 pour faire varier la chute de tension entre les deux points 19 a et 19 b De préférence, on applique la tension V à une ex- trémité d'une résistance variable 21, par exemple un rhéostat ou potentiomètre, de telle sorte qu'un courant la traverse On prévoit un moyen pour comparer la tension dans la résistance variable 21 à la tension dans la bande CTP 12 De préférence, le moyen comparateur de tensions est un comparateur 22 La bande 12 est connectée à une première entrée du comparateur 22 et la résistance variable 21 est connectée à une seconde entrée du com- parateur 22 Une résistance de réaction 23 est connectée entre la sortie du comparateur et la résistance variable 21 Les entrées du comparateur 22 sont connectées à la masse par l'intermédiaire de résistances 24 et 25 La résistance variable 21 est réglée à une valeur de résistance de référence qui représente le niveau 15 voulu du liquide C'est-à-dire que la valeur de résis- tance de la résistance variable 21 doit être réglée à la valeur de résistance qu'aura la bande 12 quand le liquide sera à un niveau voulu Quand le liquide atteint un niveau o la valeur de résistance de la bande 12 est approximativement égale à la valeur de résistance de la résistance variable 21,les tensions à chacune des entrées du comparateur sont approximativement égales et le com- parateur sortira-un signalenvoyé à une entrée d'un circuit de commande 26 Les valeurs des résistances 23,24 et 25 doivent être choisies pour que la plage de réglage de la résistance variable corresponde à la plage des niveaux de liquide à détecter et pour fournir un signal approprié au circuit de commande 26. On a représenté un circuit de commande typique 26 de machine à laver comportant des vannes de fourniture d'eau chaude et froide 37 et 38 qui sont commandées par des bobines 27 et 28 ou par d'autres moyens électriques. Des triacs 29 et 30 ou d'autres dispositifs commutateurs électriques sont connectés en série avec les bobines 27 et 28 Un commutateur de commande de moteur 31 est con- necté en série avecun moteur 32 Quand le liguide a atteint le niveau voulu tel que réglé par la résistance variable 21, le signal transmis du comparateur 22 au circuit de commande 26 a pour effet que le circuit de commande ferme les vannes de fourniture d'eau 37 et 38 par les triacs 29 et 30,en désexcitant les bobines 27 et 28,et excite le moteur 32 en fermant le commutateur de com- mande de moteur 31 D'autres fonctions peuvent aussi être commandées par le circuit de commande 26 en réponse au signal de niveau de liquide. On peut ajouter un second circuit détecteur pour détecter un état de trop-plein Un élément CTP 13 rem- place la bande résistante 12 et une résistance fixe 34 remplace la résistance variable 21 La valeur de résistance de la résistance 34 est choisie pour qu'elle soit égale à la valeur de résistance de l'élément CTP 33 quand l'élément est immergé Les résistances 123,124 et sont semblables aux résistances 23,24 et 25 et le comparateur 122 est semblable au comparateur 22 dans le premier circuit décrit plus haut La sortie du compara- teur 122 est connectée à une bobine 35 qui actionne un contact 36 qui peut supprimer l'alimentation des bobines de vanne 27 et 28 L'élément CTP 33 est placé dans la cuve au-dessus du haut de la bande résistante 12 Si la cuve 14 est trop remplie, l'élément CTP 33 devient im- mergé et les tensions aux deux entrées du comparateur 122 sont identiques Le signal de sortie du comparateur ouvre alors le contact 36 par l'intermédiaire de la bo- bine 35 qui ferme les vannes et coupe la fourniture de liquide à la cuve 14. On a décrit la présente invention telle qu'elle est appliquée à un circuit de commande de machine à laver. Cependant, on peut utiliser le circuit détecteur de ni- veau de liquide dans n'importe quelle application o le contrôle électrique du niveau d'un liquide est souhaité. La présente description porte sur plusieurs exem- ples de réalisation de l'invention; cependant, l'inven- tion n'est pas limitée à ces exemples de réalisation. On considère que d'autres variantes sont dans l'esprit et le cadre de l'invention et des revendications annexées. REVENDICATIONS 1 Circuit pour détecter le niveau d'un liquide dans un réservoir, caractérisé en ce qu'il comprend: une bande résistante à coefficient de température positif CTP ( 12) pouvant être mise en place sur une paroi du réservoir ( 14), de telle sorte que du liquide à proximité de la bande peut évacuer la chaleur pour réduire la résistance de la bande, et agencée pour qu'une tension lui soit appliquée quand le circuit est excité; un moyen ( 21) pour faire varier la chute de tension entre deux points de référence ( 19 a,19 b); et un moyen ( 22) pour comparer la tension dans la bande CTP à la tension entre les deux points, de telle sorte que, lorsque le liquide dans la cuve atteint un niveau ( 15) o la chute de tension dans la bande CTP est approximativement égale à la chute de tension entre les deux points, le signal de sortie du moyen de compa- raison indique que le liquide est à un niveau spécifié. 2 Circuit détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquidé est de l'eau. 3 Circuit détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réservoir ( 14) est une cuve de machine à laver. 4 Circuit détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de comparaison ( 22) est un comparateur de tensions. Circuit détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen ( 22) pour comparer des tensions est connecté à un circuit de commande ( 26). 6 Circuit détecteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit de commande ( 26) est connecté pour actionner au moins une vanne de fourniture de liquide ( 37,38). 7 Circuit détecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit de commande ( 26) est connecté pour faire fonctionner un commutateur de commande de moteur ( 31). 8 Circuit détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande CTP ( 12) comprend une pluralité d'éléments CTP ( 13) interconnectés électri- quement. 9 Circuit détecteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les éléments CTP ( 13) sont con- nectés en parallèle. 10 Circuit détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande CTP ( 12) est constituée par de l'encre résistante CTP déposée à travers un écran de soie sur une couche mince et rendue étanche à l'eau. 11 Circuit détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande CTP ( 12) est mise en place à l'intérieur du réservoir ( 14) en ayant une ex- trémité près du haut du réservoir et une extrémité près du bus du réservoir. 12 Circuit détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen ( 21) pour faire varier la chute de tension est une résistance variable. 13 Circuit détecteur selon la revendication 12, caractérisé en ce que la résistance variable ( 21) est un rhéostat. 14 Circuit détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension appliquée à la bande CTP ( 12) est également appliquée au moyen ( 21) pour faire varier la chute de tension. 15 Circuit pour détecter le niveau d'un liquide dans un réservoir, caractérisé en ce qu'il comprend: une bande résistante à coefficient de température positif CTP ( 12) pouvant être mise en place sur une paroi du réservoir ( 14), de telle sorte que du liquide mis en contact avec la bande peut évacuer la chaleur pour réduire la résistance de la bande, et agencée il pour qu'une tension lui soit appliquée quand le circuit est excité; un moyen ( 21) pour faire varier la résistance entre deux points de référence ( 19 a,19 b), agencé pour qu'une tension lui soit appliquée; et un moyen ( 22) pour comparer la tension dans la bande CTP à la tension entre les deux points, de telle sorte que, lorsque le liquide dans la cuve atteint un niveau ( 15) o la chute de tension dans la bande CTP est approximativement égale à la chute de tension entre les deux points, le signal de sortie du moyen de compa- raison indique que le liquide est à un niveau spécifié. 16 Circuit pour détecter le niveau d'un liquide dans un réservoir, caractérisé en ce qu'il comprend: une bande résistance à coefficient de température positif ( 12) pouvant être mise en place dans le réser- voir ( 14), de telle sorte que le liquide peut être mis en contact avec la bande CTP, pour évacuer ainsi la chaleur afin de réduire la résistance de la bande, et agencée pour qu'une tension lui soit appliquée quand le circuit est excité; un moyen ( 21) pour faire varier la chute de tension entre des premier et deuxième points de référence ( 19 a, 19 b); un premier moyen ( 22) pour comparer la tension dans la bande CTP à la tension entre les premier et deuxième points de référence, de telle sorte que, lorsque le liquide dans le réservoir atteint un niveau ( 15) o la chute de tension dans la bande CTP est approximativement égale à la chute de tension entre les premier et deuxième points de référence, le signal de sortie du premier moyen de comparaison indique que le liquide est à un niveau spécifié; un élément résistant à coefficient de température positif CRP-( 33) sépar é au- dessus de la bande CTP ( 12), de telle sorte que du liquide se trouvant au-dessus de la bande CTP sera à proximité de 1 'éléffient CTP séparé, pour évacuer ainsi la chaleur afin de réduire la résis- tance de l'élément CTP séparé,et agencé pour qu'une tension lui soit appliquée; un moyen ( 34) pour créer une chute de tension entre des troisième et quatrième points de référence, o un ou les deux dés troisième et quatrième points de référence peuvent être identiques à un ou aux deux des premier et deuxième points de référence; et un second moyen ( 122) pour comparer la tension dans l'élément CTP séparé ( 33) à la tension entre les troisième et quatrième points de référence, de telle sorte que, lorsque le liquide dans le réservoir atteint un niveau ( 15) o la chute de tension dans l'élément CTP séparé est approximativement égale à la chute de tension entre les troisième et quatrième points de référence, le signal de sortie du second moyen de comparaison in- dique que le liquide est au-dessus de la bande CTP.