Brevet FR2690522A1 — publié le 19931029

La présente invention concerne le domaine des dispositifs de mesure de niveau de liquide à sonde résistive, du type décrit dans le document FR-A-2367276. On a décrit dans ce document un dispositif de mesure comprenant une sonde formée par un élément électriquement résistif à coefficient de température de la résistivité élevé, destinée à être plongée dans le liquide d'un réservoir, un élément d'alimentation en courant de la sonde, et des moyens permettant de comparer la tension initiale Uo aux bornes de la sonde, à la tension Ut présente aux bornes de celle-ci au bout d'un temps t, pour lequel la sonde a atteint ou tout du moins a approché son état de stabilité thermique. L'élément composant la sonde est généralement métallique. Par tension initiale Uo, on entend la tension présente aux bornes de la sonde à l'instant to de mise en service du dispostif d'alimentation. On sait qu'un élément résistif ayant un coefficient de température positif élevé voit sa résistance propre augmenter en fonction de sa température, celle-ci dépendant de la masse thermique du fil, de l'énergie apportée , de la température initiale et des échanges thermiques. Par ailleurs, la partie de l'élément résistif disposée au-dessus du liquide et donc exposée à l'air, est bien moins refroidie que la partie immergée. Ainsi lorsqu'un tel élément résistif est plongé dans un liquide, la variation de sa résistance entre les instants to et t dépend du niveau de liquide. Lorsque l'élément résistif est alimenté par un courant électrique, on observe une différence de potentiel à ses bornes. La tension initiale Uo aux bornes de cet élément dépend de la température ambiante. Après une période de temps tl à la fin de laquelle ledit élément résistif a atteint ou tout du moins a approché son état de stabilité thermique, la tension U1 présente aux bornes de l'élément est supérieure à la tension initiale Uo. La croissance de la tension est sensiblement exponentielle. Plus précisément, l'amplitude de l'accroissement de la tension dépend du niveau de liquide dans lequel est plongé ledit élément. Plus le niveau de liquide est élevé, plus l'élément est refroidi et donc l'accroissement de la température moyenne de cet élément est plus faible. I1 en est de même de sa résistance. Bien entendu, le phénomène inverse se produit pour une diminution du niveau de liquide dans lequel est plongé l'élément résistif. Par conséquent, la tension initiale Uo, lors de la mise en service des moyens d'alimentation électrique, est la même pour deux sondes identiques placées à la même température ambiante, quel que soit le niveau de liquide dans lequel sont plongées ces sondes. En revanche, après un temps tl requis pour approcher l'état de stabilité thermique, la tension aux bornes d'une sonde immergée dans un liquide sera plus faible que la tension aux bornes d'une sonde placée dans l'air. Cette différence de tension est due à la différence de température moyenne entre les deux sondes. De ce fait, la différence entre la tension initiale Uo aux bornes de la sonde et la tension Ut aux bornes de celle-ci à l'instant t, est directement représentative du niveau de liquide dans lequel est plongée la sonde. La Demanderesse a déjà commercialisé un grand nombre de dispositifs de mesure du type indiqué ci-dessus. Différents perfectionnements à ce dispositif de mesure sont décrits dans les documents suivants : FR-A2522065, FR-A-2514134, FR-A-2514497, FR-A-2457480, FR-A2485726, FR-A-2573866, FR-A-2526940 et dans la demande de brevet FR 91 04255. On se référera utilement à l'ensemble des documents qui viennent d'être décrits pour la bonne compréhension de la présente invention. Le plus souvent les sondes sont formées d'un fil fin en métal à base de nickel-chrome plié à mi-longueur pour former deux brins généralement parallèles portés par un support allongé en matériau électriquement isolant et tendu par un élément élastique, par exemple par un ressort comme décrit dans le document FR-A-2485726 et dans la demande de brevet FR 91 04255. Ces sondes comprennent en outre deux pièces de connexion reliées aux extrémités de l'élément métallique et un chapeau formant connecteur, relié au support, et sur lequel est fixée une bague pourvue d'un filetage pour permettre de fixer la sonde sur le carter du réservoir à contrôler, par exemple sur le carter d'un moteur à combustion interne. On a représenté sur la figure 1 annexée l'évolution de tension aux bornes d'une telle sonde connue. Plus précisément, sur la figure 1, on a représenté en traits continus, l'évolution de la tension aux bornes d'une sonde plongée dans un liquide et en traits interrompus réguliers, l'évolution de la tension aux bornes de la même sonde placée dans l'air. Comme indiqué précédemment, la différence de tensions (U1-Uo) est représentative du niveau de liquide. La sonde précédemment décrite est utilisée couramment pour mesurer le niveau d'huile dans le carter de moteurs de véhicules automobiles. Par ailleurs, la Demanderesse a constaté que les éléments métalliques résistifs, réalisés généralement en nickel-chrome présentent des dispersions non négligeables et inévitables. Pour corriger ces dispersions la Demanderesse a proposé de relier une résistance de correction, choisie en fonction des caractéristiques de chaque élément métallique résistif, en parallèle de ce dernier. Cette résistance de correction, formée d'un composant discret, a jusqu'ici été placée dans le chapeau de la sonde. Dans la pratique, la géométrie de ces carters de moteurs impose cependant fréquemment une disposition de sonde qui ne soit pas verticale et qui soit différente d'un type de motorisation à l'autre. Par ailleurs, comme cela est schématisé sur les figures 2A et 2B annexées, deux sondes présentant une inclinaison différente par rapport à la verticle, et conçues pour jauger la même différence de niveau (entre niveau mini et niveau maxi) posséderont des longueurs différentes. I1 en résulte que pour un même modèle de véhicule, à un même tableau de bord sont associées plusieurs références de sondes correspondant à plusieurs motorisations ; et chacune de ces références de sonde correspond à une longueur de fil différente. Pour utiliser le même circuit de traitement et donc obtenir le même écart de tension (U1-Uo) avec la même intensité d'alimentation, la Demanderesse a déjà proposé de modifier le diamètre d du fil composant la sonde, d'une référence à l'autre, sur la base de la relation (1) AU =(a p2 1 I3) / K d5 dans laquelle a représente le coefficient d'augmentation de la résistivité avec la température, p représente la résistivité de la sonde, 1 représente la longueur du fil composant la sonde, I représente l'intensité dans le fil de la sonde, K représente le coefficient d'échange thermique entre le fil et le milieu environnant, et d représente le diamètre du fil. En d'autres termes, en appliquant la relation (1), on veille à avoir le rapport l/d5 égal à une constante pour avoir le même AU à intensité constante, quelle que soit la longueur du fil de la sonde. Toutefois, la relation (1) donne la valeur de AU à l'asymptote. Or dans la pratique, on ne peut attendre que le fil ait atteint très exactement son état de stabilité thermique. En effet, ii est nécessaire d'opérer la mesure de U1 avant que la pompe à huile n'entraîne l'huile dans l'ensemble du circuit de lubrification. Par ailleurs, le diamètre d du fil intervient dans le temps de réponse. De ce fait, deux fils de diamètres différents auront des temps de réponse différents. Pour ces raisons, lorsque l'on utilise des fils de longueurs différentes, l'exploitation de la relation (1) permet d'obtenir le même AU pour les différents fils, à un temps de mesure tl donné, comme représenté en traits mixtes interrompus sur la figure 1, mais interdit d'obtenir le même AU pour les différents fils à tout instant. En conclusion, les sondes jusqu'ici proposées imposent un temps de mesure tl précis et déterminé si l'on veut utiliser le même tableau de bord, à courant constant quel que soit le type de motorisation. La présente invention a pour but de perfectionner les dispositifs de mesure existants en éliminant la contrainte du temps de mesure imposée jusqu'ici. Ce but est atteint selon la présente invention grâce à un dispositif de mesure du type précité dans lequel la sonde comprend un fil résistif à coefficient de température élevé possédant une section qui n'est pas pleine cylindrique de révolution afin d'introduire un paramètre permettant de contrôler la courbe de réponse de la sonde. Selon un premier mode de réalisation le fil métallique possède une section droite généralement oblongue. Selon un second mode de réalisation le fil métallique est un fil creux. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels - la figure 1 précédemment décrite représente diverses courbes de réponse de sonde conforme à l'état de la technique, - les figures 2A et 2B représentent deux schémas d'implantation de sonde conforme à l'état de la technique, - la figure 3 représente une vue en section droite d'une sonde conforme à un premier mode de réalisation de la présente invention, - la figure 4 représente une vue en section droite d'une sonde conforme à un second mode de réalisation de la présente invention, et - la figure 5 représente une vue en section droite d'une sonde conforme à un troisième mode de réalisation de la présente invention. Comme indiqué précédemment, selon une caractéristique essentielle de l'invention, la sonde comprend un fil métallique résistif à coefficient de température élevé possédant une section qui n'est pas pleine cylindrique de révolution afin d'introduire un paramètre permettant de contrôler la courbe de réponse de la sonde. Plus précisément, selon un premier mode de réalisation conforme à la présente invention, le fil métallique composant la sonde possède une section droite pleine généralement oblongue. Selon un mode de réalisation avantageux, comme illustré sur la figure 3, le fil 10 présente plus précisément encore, une section droite rectangulaire de longueur a et de largeur b. La fonction qui donne la progression du bU du fil résistif en fonction du temps est la suivante : (2) dans laquelle t représente le temps, a représente le coefficient d'augmentation de résistivité avec la température, p représente la résistivité, I représente l'intensité, s représente la section du fil, p représente le périmètre du fil, h représente la hauteur dans l'huile, l représente la longueur totale du fil, KA représente le coefficient d'échange thermique du fil dans l'air, KH représente le coefficient d'échange thermique du fil dans l'huile, yreprésente la capacité calorifique du fil. Le processus de calcul de la section du fil rectangulaire conforme à la présente invention est alors le suivant. On pose en appelant E l'écart entre le niveau mini et le niveau maxi à détecter. E (3) - = A s2p p (4) ---- = B s A et B sont des constantes qui ne dépendent que de la nature du fil et de la nature du fluide environnant. On en déduit avec (7) s = ab et (8) p = 2(a+b) soit De là, on déduit L'homme de l'art comprendra aisément que le respect des relations (3) et (4), plus précisément le respect des relations (11) et (12) précitées dans le cas d'un fil de section droite rectangulaire permet d'obtenir le même AU (t) et par conséquent la même courbe de réponse pour les diverses sondes utilisées. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée à une section droite parfaitement rectangulaire mais s'étend à toute variante de section droite généralement oblongue, c'est-à-dire non cylindrique de révolution. Le cas échéant, on peut par exemple retenir un fil de section droite généralement rectangulaire à angles arrondis. Selon un second mode de réalisation conforme à la présente invention, comme illustré sur la figure 4, le fil métallique composant la sonde peut être un fil creux. Bien entendu, là encore, il y a lieu d'adapter la section de la couronne composant le fil métallique pour obtenir une même courbe de réponse pour les diverses sondes. Plus précisément encore, le fil métallique peut être formé d'un tube fin creux 20, dont l'espace interne 21 est rempli d'air, comme représenté sur la figure 4, ou encore comme représenté sur la figure 5 d'un tube fin creux 20 dont l'espace interne 22 est formé d'un support, par exemple un matériau électriquement isolant tel qu'une fibre de verre ou tout moyen équivalent, ou encore un support électriquement conducteur, par exemple un fil métallique présentant des caractéristiques différentes du tube externe 20 servant à la détection. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit mais s'étend à toute variante conforme à son esprit. La présente invention concerne également les sondes elles mêmes utilisées pour la mise en oeuvre du dispositif précité. De plus la sonde peut être alimentée par une source de tension électrique comme celà est enseigné dans les documents antérieurs précités, aussi bien que par une source de courant. On notera par ailleurs que la conformation particulière de la section du fil peut être obtenue lors du processus d'assemblage du dispositif de mesure, par exemple par laminage d'un fil rond afin d'adapter à la fois l'écart de tension AU et le temps de réponse, sans nécessiter l'adjonction de résistance parallèle comme cela était connu dans l'état de la technique. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure du niveau de liquide contenu dans un réservoir du type comprenant une sonde formée par un élément résistif à coefficient de température élevé destinée à être plongée dans le liquide d'un réservoir, un élément d'alimentation en courant de la sonde, et des moyens permettant de comparer la tension initiale (Uo) aux bornes de la sonde, à la tension (Ut) présente aux bornes de celle-ci au bout d'un temps (t), pour lequel la sonde a atteint, ou tout du moins, a approché son état de stabilité thermique, caractérisé par le fait que la sonde comprend un fil résistif à coefficient de température élevé (10, 20) possédant une section qui n'est pas pleine cylindrique de révolution afin d'introduire un paramètre permettant de contrôler la courbe de réponse de la sonde. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le fil (10) possède une section droite généralement oblongue. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la section droite du fil est adaptée pour respecter les relations suivantes E (3) - = A s2p p (4) ---- = B s dans lesquelles E représente l'écart entre le niveau mini et le niveau maxi à détecter, s représente la surface du fil (10) p représente le périmètre du fil (10), et A et B sont des constantes. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le fil (10) possède une section droite généralement rectangulaire et par le fait que la section du fil est adaptée pour respecter les relatians r dans lesquelles a représente la longueur de la section du fil, b représente la largeur de la section du fil, A et B sont des constantes, et E représente l'écart entre le niveau mini et le niveau maxi à détecter. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le fil présente une section droite généralement rectangulaire à angles arrondis. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le fil est obtenu'par laminage contrôlé d'un fil de section droite initialement cylindrique de révolution. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le fil (20) est un fil creux. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le fil creux (20) comprend un espace interne rempli d'air. 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le fil creux (20) est placé sur un support (22) électriquement isolant. 10. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le fil creux (20) est placé sur un support (22) électriquement conducteur. 11. Sonde pour la mise en oeuvre du dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 10 caractérisée par le fait qu'elle comprend un fil résistif à coefficient de température élevé (10, 20) possédant une section qui n'est pas pleine cylindrique de révolution afin d'introduire un paramètre permettant de contrôler la courbe de réponse de la sonde. 12. Sonde selon la revendication 11, caractérisée par le fait que le fil (10) possède une section droite généralement oblongue. 13. Sonde selon l'une des revendications 11 à 12, caractérisée par le fait que le fil présente une section droite généralement rectangulaire à angles arrondis. 14. Sonde selon la revendication 11, caractérisée par le fait que le fil (20) est un fil creux. 15. Sonde selon la revendication 11, caractérisée par le fait que le fil creux (20) comprend un espace interne rempli d'air. 16. Sonde selon la revendication 11, caractérisée par le fait que le fil creux (20) est placé sur un support (22) électriquement isolant. 17. Sonde selon la revendication 11, caractérisée par le fait que le fil creux (20) est placé sur un support (22) électriquement conducteur.