Brevet FR2753761A1 — publié le 19980327

La présente invention concerne le domaine des dispositifs de mesure et le problème de l'amortissement des oscillations d'un élément mobile de ces dispositifs, en particulier l'amortissement d'un bras mobile de capteur ou l'amortissement d'une aiguille mobile de dispositif indicateur. Elle vise un procédé et un dispositif d'amortissement des oscillations d'un tel élément mobile. Le problème de l'amortissement des oscillations d'un élément mobile dans les dispositifs de mesure est un problème classique. On connaît des dispositifs d'amortissement d'oscillations dans lesquels un bain d'huile sert à freiner les mouvements d'un tel élément mobile. Ainsi, dans les galvanomètres, le cadre magnétique mobile est généralement relié à un frein papillon plongé dans un bain d'huile. La viscosité de l'huile permet un freinage des mouvements du cadre rotatif. On obtient ainsi un mouvement amorti de l'aiguille indicatrice vers la position correspondant à la mesure, évitant que le cadre n'oscille longtemps autour de la position de mesure. Cependant, si la valeur de l'amortissement est trop élevée, l'aiguille indicatrice peut se bloquer avant d'atteindre la position correspondant à la valeur exacte de la mesure. La valeur de la viscosité de l'huile est donc essentielle pour obtenir un mouvement suffisament amorti et raccourcir la durée d'établissemnt de la mesure pour l'observateur, sans que les frottements ne faussent l'indication de la mesure. Un problème similaire existe inversement dans certains capteurs ou jauges comportant un élément mobile soumis à des vibrations ou des oscillations parasites. Par exemple, les jauges de carburant de véhicule automobile comportent un bras relié à un flotteur et à un dispositif de mesure de position du bras. Dans le réservoir de carburant de tels véhicules automobiles, les vibrations et les cahots provoquent des oscillations du niveau de carburant. La position du bras oscille donc autour d'un niveau moyen correspondant au volume réel de carburant. Pour donner une mesure stable, certains dispositifs de mesure prévoient un filtrage électronique du signal électrique issu du dispositif de mesure. On connaît également des dispositifs d'amortissement mécanique du bras. Le bras peut par exemple être relié à un frein plongé dans un bain d'huile ou de silicone. Comme l'amortissement d'un bras de jauge de véhicule automobile doit être important, le freinage du bras doit être fort. Certains dispositifs de freinage comportent ainsi un peigne mobile en translation ou en rotation dans une chambre cloisonnée fixe. Dans de tels dispositifs, chaque lame du peigne entrainé par le bras de jauge, se déplace entre deux cloisons parallèles très proches. La chambre cloisonnée est remplie d'huile de sorte que chaque lame est plongée dans un bain d'huile formé entre les cloisons. Lorsque les lames du peigne se déplacent, l'huile est refoulée d'un côté des lames vers le côté opposé. Comme l'espace entre une lame et les deux cloisons adjacentes est très réduit, cet écoulement forcé provoque un très fort freinage du peigne. La viscosité de l'huile ou du silicone est soigneusement choisie pour amortir suffisament les oscillations sans bloquer ou retarder excessivement les mouvements du bras, dont la mesure serait alors faussée. Ainsi, il serait gênant que le mouvement du bras de jauge soit amorti au point que suite au plein de carburant, la mesure n'indiquerait pas le plein du réservoir. On constate que les dispositifs d'amortissement connus ne permettent pas de s'adapter à des amplitudes variables d'oscillations. Un but de la présente invention est de supprimer de tels inconvénients. Ce but est atteint selon l'invention en utilisant un bain d'huile à viscosité variable, la viscosité de l'huile étant modifiée en appliquant un champ électromagnétique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, qui s'appuie, de façon non limitative, sur un exemple de mise en oeuvre du procédé d'amortissement variable dans un dispositif de jauge de carburant. La mesure du niveau de carburant sur un véhicule automobile comporte typiquement un dispositif de mesure ayant une jauge avec un bras mobile verticalement autour d'un axe de rotation. Le bras comporte un flotteur à son extrémité, de telle sorte que la position du bras corresponde au niveau de carburant que l'on veut mesurer. Le flotteur de la jauge se déplace de préférence verticalement dans la partie centrale du réservoir. Cette partie est en effet soumise à des amplitudes d'oscillations réduites du niveau de carburant par rapport aux oscillations du niveau le long de parois latérales du réservoir. Le procédé selon l'invention permet un amortissement variable des oscillations en prévoyant de freiner le mouvement d'un instrument mobile en utilisant une huile ayant une viscosité modifiable par un champ électro-magnétique. En effet, certains fluides non conducteurs, comportant des particules polarisables, ont la propriété de voir leur viscosité modifiée par un champ électrique. Une telle composition est par exemple formée de polymères ou de gel de silice dispersés dans une huile de silicone. Sous l'influence d'un champ électrique, les particules polarisées forment des chaînes entre les électrodes et la viscosité augmente. La viscosité est donc modifiable en fonction de la tension appliquée. D'autres corps huileux, appelés ferrofluides ont des propriétés semblables. Cependant c'est l'application d'un champ magnétique qui modifie leur viscosité. Dans la présente, l'expression huile rhéologique" sera utilisée, de façon générale, pour désigner des corps ayant, aux températures ambiantes, une viscosité comparable aux huiles, celle-ci pouvant être modifiée par un champ magnétique ou par un champ électrique. Cependant l'expression "huile" n'implique pas que le corps soit un corps gras au sens ou l'entend la chimie organique, tout fluide ayant une viscosité moyenne et modifiable par champ électromagnétique étant visé par l'expression "huile rhéologique". Pour distinguer parmi les huiles rhéologiques les ferrofluides et les huiles ayant une viscosité modifiable par un champ électrique, nous appelerons ces dernières huiles électro-rhéologiques. De plus, l'expression "champ électromagnétique" désigne généralement dans la présente, un champ ayant des composantes électriques et des composantes magnétiques aussi bien qu'un champ électrique pur ou un champ magnétique pur. Le procédé selon l'invention prévoit donc de former un bain d'huile dans lequel les mouvements de l'instrument mobile sont freinés, en utilisant une huile rhéologique. Le bras de jauge à dispositif d'amortissement selon l'invention peut par exemple être monté en rotation sur un axe et relié à un piston d'amortisseur, le cylindre d'amortisseur étant rempli d'huile rhéologique. Selon un autre exemple, le bras de jauge peut être relié à un frein en forme de papillon, ce frein étant plongé dans un bain d huile rhéologique. Le mode de réalisation préféré de l'invention comporte un dispositif d'amortissement à peigne mobile dans une chambre cloisonnée fixe. La chambre cloisonnée est, selon l'invention, remplie d'huile rhéologique. Chaque lame du peigne mobile est plongée dans un bain d'huile rhéologique respectif formé dans l'espace entre les cloisons. L'espacement de la lame et des cloisons est très réduit de sorte que lorsque cette lame du peigne est entrainée par les mouvements du bras de jauge, l'huile freine son déplacement. En utilisant une huile rhéologique, le freinage pourra être plus ou moins élevé selon la valeur de la viscosité de l'huile. En effet, quand on applique un champ électromagnétique, les molécules ou les particules sensibles contenues dans l'huile forment des chaînes polymériques et entravent le mouvement de la lame. Ainsi, une huile électro-rhéologique contient des molécules polaires qui peuvent former des chaînes polymériques lorsqu'un champ électrique est appliqué, modifiant ainsi la viscosité. De même, les ferrofluides contiennent des particules magnétiques ou magnétisables qui présentent une affinité accrue sous l'effet d'un champ magnétique, ce qui modifie la viscosité. L'invention, prévoit donc des moyens d'application de champ électromagnétique à travers l'huile. Dans le mode de réalisation préféré, les cloisons de la chambre du dispositif d'amortissement sont des électrodes métalliques. Chaque électrode peut être portée à un potentiel différent pour permettre l'apparition d'un champ électrique transversal aux cloisons. Les lames du peigne sont parallèles aux cloisons et ont une certaine épaisseur par rapport à l'intervalle séparant les cloisons pour limiter la "lumière" d'écoulement de l'huile. Elles se déplacent parallèlement aux cloisons. Ainsi, lorsque le champ électrique est appliqué, la viscosité de l'huile est modifiée et l'écoulement de l'huile subit alors un freinage plus important et l'amortissement du bras de jauge mobile relié au peigne est augmenté. D'autre dispositifs de freins ou d'amortissement, connus de l'homme de métier, pourront être adaptés pour comporter un amortissement par bain d'huile rhéologique sans sortir du cadre de l'invention. Selon l'invention, la viscosité de l'huile, donc le degré d'amortissement des mouvements de l'instrument mobile, sera modifié en appliquant un champ électromagnétique à travers l'huile. Si on utilise une huile électro-rhéologique, l'invention prévoit, bien sûr, d'appliquer un champ électrique à travers l'huile. Un dispositif selon l'invention comporte par exemple une chambre cloisonnée ou une cuve ou un cylindre d'amortisseur contenant une telle huile et des électrodes plongées dans le bain d'huile et traversées par un courant électrique, de telle sorte que le champ électrique produit traverse le bain d'huile et modifie sa viscosité. Dans le cas où l'huile rhéologique est un ferrofluide, l'invention prévoit d'appliquer un champ magnétique à travers l'huile. Un dispositif selon l'invention comporte par exemple, une cuve ou un cylindre d'amortisseur contenant le bain de ferrofluide et des bobines magnétiques disposées prés de la cuve ou du cylindre, de telle sorte que le champ magnétique traverse le ferrofluide et modifie sa viscosité. L'invention prévoit de mesurer l'amplitude des oscillations de l'instrument et d'asservir le champ appliqué à travers l'huile sur la mesure de l'amplitude des oscillations. Ainsi, le dispositif selon l'invention comporte de préférence un circuit électrique détectant l'amplitude des oscillations de l'instrument, par exemple l'amplitude des oscillations du signal électrique de sortie de la jauge de carburant. Dans le cas d'utilisation d'un ferrofluide, le circuit électrique commande la valeur du courant appliqué aux bobines pour modifier le champ magnétique appliqué.Le circuit commande ainsi la valeur de la viscosité du ferrofluide et l'amortissement des oscillations en fonction de cette amplitude d'oscillations. Dans le cas d'une huile électrorhéologique, c'est-à-dire une huile dont la viscosité est modifiée par un champ électrique, le circuit commande une tension appliquée aux électrodes pour modifier la viscosité de l'huile électro-rhéologique. Dans ces deux variantes, on réalise ainsi avantageusement un asservissement qui permet, de minimiser l'amortissement lorsque les oscillations du carburant sont faibles, et d'augmenter l'amortissement en fonction, de préférence proportionnelle, de l'amplitude des oscillations. Lorsque l'agitation du véhicule est importante, on obtient ainsi une bonne pondération de la mesure, tandis que lorsque le véhicule est au repos, le bras mobile de jauge est peu amorti et la mesure est quasiment immédiate. L'invention prévoit également de supprimer l'application du champ magnétique lorsque l'instrument est au repos. Cette disposition est particulièrement avantageuse dans une application aux jauges de carburant de véhicule automobile, car à la mise sous contact, alors que le véhicule ne bouge pas, on obtient ainsi avantageusement une indication de mesure très rapide du niveau de carburant. Lors du réapprovisionnement en carburant, on peut également obtenir une indication précise et rapide du volume de carburant stocké dans le réservoir. En particulier, une application avantageuse du dispositif selon l'invention est l'étalonnage des dispositifs de mesure. Par exemple, lors du contrôle de l'étalonnage des jauges de mesure de niveau de carburant en fin de fabrication, on peut inhiber l'amortissement du bras de jauge, afin d'effectuer un contrôle plus rapide et plus précis. En l'absence d'une telle inhibition de l'amortissement, le mouvement du bras de jauge entre la position maximale et la position minimale, peut durer dix minutes sous l'effet de la gravité ou nécessiter des actionneurs puissants. L'inhibition de l'amortissement est donc particulièrement avantageuse au cours de l'étalonnage de ces dispositifs. L'amortissement de l'aiguille mobile d'un indicateur de mesure peut également être inhibé lors de l'étalonnage, afin d'effectuer un contrôle plus précis. Le procédé décrit dans la présente peut être mis en oeuvre dans des dispositifs très variés sans sortir du cadre de l'invention. Bien que l'exemple de mise en oeuvre décrive un dispositif de capteur, on comprend aisément que des dispositifs d'amortissement selon l'invention peuvent être appliqués aux dispositif indicateurs de mesure.Par exemple, le tableau de bord d'un véhicule automobile comporte généralement de multiples dispositifs indicateurs comportant des aiguilles mobiles. Ces aiguilles mobiles pourront avoir un amortissement variable en fonction de l'amplitude de leurs mouvements selon l'invention. On voit donc que le procédé et les dispositifs selon l'invention s'appliquent particulièrement aux dispositifs de mesure complets au niveau du capteur ou au niveau du dispositif indicateur. L'amortissement variable selon l'invention peut d'ailleurs être centralisé sur un véhicule automobile, un circuit électronique détectant selon l'invention, l'amplitude des mouvements d'un instrument mobile de référence, comme le bras mobile de jauge de carburant, cette mesure d'amplitude servant à asservir l'amortissement variable de plusieurs autres instruments mobiles, comme les diverses aiguilles mobiles indicatrices de tableau de bord. REVENDICATIONS 1. Procédé d'amortissement d'oscillations d'un instrument mobile, dans lequel les mouvements de l'instrument sont freinés par une huile, caractérisé en ce qu'il comporte des étapes consistant à - utiliser une huile ayant une viscosité modifiable par un champ électromagnétique - appliquer un champ électromagnétique à travers l'huile pour modifier l'amortissement des mouvements de l'instrument. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'huile est un ferrofluide et on applique un champ magnétique à travers l'huile. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'huile est une huile électro-rhéologique et on applique un champ électrique à travers l'huile. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape supplémentaire consistant à - mesurer l'amplitude des oscillations de l'instrument - asservir le champ appliqué à travers l'huile sur la mesure de l'amplitude des oscillations. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape supplémentaire consistant à - supprimer l'application du champ lorsque l'instrument est au repos. 6. Dispositif d'amortissement d'oscillations d'un instrument mobile, comportant une chambre contenant de l'huile et un frein plongé dans l'huile, le frein étant relié à l'instrument pour amortir ses mouvements, caractérisé en ce que la chambre contient une huile ayant une viscosité modifiable par un champ électromagnétique, et des moyens d'application de champ électromagnétique à travers l'huile, de telle sorte que l'amortissement des mouvements de l'instrument soit modifié, selon la viscosité de l'huile, par l'application du champ. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la chambre est cloisonnée et en ce que le frein comporte un peigne ayant une série de lames, chaque lame étant engagée entre deux cloisons. 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le dispositif comporte des bobines magnétiques pour appliquer un champ magnétique à travers l'huile et modifier sa viscosité, l'huile étant un ferrofluide. 9. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le dispositif comporte des électrodes plongées dans l'huile pour appliquer un champ électrique à travers l'huile et modifier sa viscosité, l'huile étant électrorhéologique. 10. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le dispositif comporte un circuit électrique mesurant en amplitude les oscillations de l'instrument, le circuit commandant la valeur du champ appliqué à travers l'huile, de telle sorte que l'amortissement des oscillations augmente lorsque l'amplitude des oscillations a augmentée. 11. Dispositif de mesure caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'amortissement d'oscillations selon l'une des revendications 6 à 10. 12. Dispositif de mesure caractérisé en ce qu'il comporte un capteur à bras mobile relié à un dispositif d'amortissement d'oscillations selon l'une des revendications 6 à 10. 13. Dispositif de mesure caractérisé en ce qu'il comporte un indicateur à aiguille mobile reliée à un dispositif d'amortissement d'oscillations selon l'une des revendications 6 à 10. 14. Jauge de mesure de niveau de carburant, notamment pour réservoir de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'elle comporte un dispositif selon lune des revendications 6 à 10.