Brevet FR2835056A1 — publié le 20030725

La présente invention vise un procédé et un dispositif de mesure de niveau de liquide dans un réservoir. Elle s'applique, en particulier, à la mesure de niveau d'huile dans le réservoir d'huile moteur d'un véhicule automobile, avec un capteur de type "fil chaud". La mesure de niveau d'huile par"fil chaud"consiste à disposer dans le réservoir d'huile, un fil résistif dont la longueur immergée dépend du niveau d'huile dans le réservoir, ou carter. On applique à ce fil un courant constant Ic pendant une durée dt et on mesure la tension Us aux bornes du fil, avant l'application du courant constant, UsO, et après application de ce courant pendant la durée dt, Usdt. Du fait de l'élévation de température due à l'effet Joule, en particulier sur la partie émergée du fil, la résistance du fil varie et la tension Us évolue pendant la durée dt, en fonction du niveau d'huile dans le réservoir. Les documents FR 86 08 056, EP 249,521 et US 5,272, 919 exposent différentes réalisations de dispositifs de mesure de niveau d'huile utilisant ce principe. La mise en oeuvre du principe exposé ci-dessus implique un coût et une complexité de mise en oeuvre due à la nécessité de générer un courant constant avec une grande précision (de l'ordre de un pour cent). La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en asservissant le courant moyen dans le fil résistif par utilisation d'un générateur de courant à rapport cyclique variable et d'une sonde de mesure du courant moyen généré par le générateur. A cet effet, la présente invention vise un dispositif de mesure de niveau de liquide dans un réservoir, comportant un conducteur électrique résistif en contact thermique avec le liquide, sur une longueur qui varie avec le niveau de liquide dans le réservoir, caractérisé en ce qu'il comporte : - un moyen de mesure de courant placé en série avec ledit conducteur électrique résistif et fournissant un signal représentatif du courant traversant ledit conducteur électrique, - un générateur de courant à rapport cyclique variable qui applique un courant à rapport cyclique variable à ladite résistance de mesure en série avec ledit conducteur électrique résistif, pendant une durée prédéterminée dt, - un moyen d'asservissement du rapport cyclique du courant délivré par le générateur de courant, en fonction du signal fourni par le moyen de mesure de courant, et - un circuit de mesure de niveau d'huile relié aux bornes du conducteur électrique résistif. Grâce à ces dispositions, le courant moyen traversant le conducteur électrique résistif est précisément maîtrisé, sans que l'alimentation utilisée ne soit coûteuse ou complexe. Selon des caractéristiques particulières, le moyen de mesure de courant est une résistance de précision, le signal fourni par le moyen de mesure de courant étant la tension aux bornes de ladite résistance. Grâce à ces dispositions, la mesure du courant est aisée et peu sensible aux signaux parasites. Selon des caractéristiques particulières, le circuit de mesure est associé à un convertisseur analogique-numérique relié aux bornes du conducteur électrique, ledit convertisseur fournissant un signal numérique représentatif de la tension aux bornes dudit conducteur électrique résistif et comporte un microprocesseur recevant ledit signal numérique. Grâce à ces dispositions, l'asservissement peut être réalisé par un microprocesseur d'un calculateur du véhicule qui assure d'autres fonctions de traitement dans le véhicule. Selon des caractéristiques particulières, le moyen d'asservissement comporte un deuxième convertisseur analogique-numérique fournissant un signal numérique représentatif de la tension aux bornes de la résistance de mesure et un microprocesseur recevant ledit signal numérique et commandant, en fonction dudit signal numérique, le rapport cyclique du courant délivré par le générateur. Grâce à ces dispositions, le traitement des tensions en début et en fin d'intervalle de temps de durée dt pour obtenir une mesure du niveau d'huile dans le réservoir peut être réalisé par un microprocesseur d'un calculateur du véhicule qui assure d'autres fonctions de traitement dans le véhicule. Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un procédé de mesure de niveau de liquide dans un réservoir, mettant en oeuvre un conducteur électrique résistif en contact thermique avec le liquide, sur une longueur qui varie avec le niveau de liquide dans le réservoir, caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape d'asservissement d'un rapport cyclique d'un courant traversant ledit conducteur électrique résistif, pendant une durée dt, en fonction d'un signal fourni par un moyen de mesure de courant placé en série avec ledit conducteur électrique résistif, et - une étape de mesure de niveau d'huile en fonction d'une évolution d'une tension aux bornes dudit conducteur électrique. Les caractéristiques particulières et les avantages de ce procédé étant identiques à ceux du dispositif succinctement exposé ci-dessus, ils ne sont pas rappelés ici. D'autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente un dispositif selon un mode de réalisation particulier de la présente invention et - la figure 2 représente un diagramme temporel de variation de tension. En figure 1, un dispositif 10 de mesure de niveau de liquide comporte un générateur de courant à rapport cyclique variable 11, une résistance de mesure 12, un conducteur électrique résistif 13 qui traverse la surface libre d'un liquide 14 contenu dans un réservoir 15, un circuit d'asservissement de courant 16 relié aux bornes de la résistance de mesure 12, un premier convertisseur analogique-numérique 17 relié aux bornes du conducteur électrique résistif 13 et un circuit de mesure de niveau de liquide 18. Le générateur de courant à rapport cyclique variable 11 est de type connu. Le rapport cyclique du courant est commandé par le circuit d'asservissement 16. La résistance de mesure 12 est une résistance de précision, dont la résistance est préférentiellement connue à moins de deux pour cent près. Le conducteur électrique résistif 13 est de type connu dans les applications de mesure de niveau de liquide par"fil chaud". Aussi, le conducteur électrique résistif 13 a, de préférence, un coefficient de température élevé, c'est-à-dire que sa résistance varie fortement avec sa température. La résistance globale du conducteur électrique résistif 13 dépend du rapport entre les longueurs de la partie du conducteur électrique résistif 13 qui est immergée, et qui est donc refroidie par le liquide, et de la partie émergée, moins refroidie que la partie immergée. Le circuit d'asservissement de courant 16 comporte un deuxième convertisseur-analogique 19 relié aux bornes de la résistance de mesure et un microprocesseur 20 qui reçoit du deuxième convertisseur analogique-numérique 19 un signal numérique représentatif de la tension aux bornes du conducteur électrique résistif 13 et met en oeuvre un programme d'asservissement de telle manière que l'intensité de courant moyenne appliquée pendant la phase de mesure soit une intensité moyenne prédéterminée, indépendamment de la température du moteur et/ou de l'huile dans le carter. Le premier convertisseur analogique-numérique 17 fournit un signal numérique représentatif de la tension aux bornes du conducteur électrique résistif 13. Le circuit de mesure de niveau de liquide 18 comporte un microprocesseur 21 mettant en oeuvre un programme de mesure de niveau d'huile en fonction de l'évolution de la tension aux bornes du conducteur électrique résistif 13, selon des algorithmes connus. Lorsque, pendant une durée dt, le générateur de courant à rapport cyclique variable 11 applique au conducteur électrique résistif 13 un courant dont l'intensité moyenne est prédéterminée, la température, la résistance globale du conducteur électrique résistif 13 et la tension aux bornes du conducteur électrique résistif 13 évoluent en fonction du niveau d'huile dans le carter. La tension initiale est notée UsO et la tension à la fin de la durée dt est notée Usdt. Par traitement des valeurs de UsO et Usdt, le circuit de mesure de niveau de liquide 18 détermine le niveau d'huile et transmet le niveau d'huile mesuré à un calculateur (non représenté) du véhicule qui traite ce niveau d'huile, par exemple pour déclencher l'émission d'un signal visuel sur le tableau de bord, par exemple par allumage d'un voyant d'alerte ou affichage d'un symbole. On comprends que, grâce à la mise en oeuvre de la présente invention, l'intensité moyenne du courant qui traverse le conducteur électrique résistif 13 est connue, à l'avance, avec une précision qui dépend de la précision de la valeur de la résistance de mesure 12. Ainsi, en fonction de la variation de la tension aux bornes du conducteur électrique résistif 13, on mesure la hauteur de liquide dans le carter, avec une précision correspondant à la précision de la valeur de la résistance de mesure 12. En variante, le microprocesseur 20 et le microprocesseur 21 sont confondus en un unique microprocesseur mettant en oeuvre d'une part le programme de mesure de niveau d'huile et le programme d'asservissement. On observe, en figure 2, l'évolution de différents signaux mis en oeuvre dans le dispositif illustré en figure 1, au cours de l'intervalle de temps de durée dt, soit, de haut en bas : - le signal 22 de commande de rapport cyclique émise par le circuit d'asservissement de courant 16, - l'intensité 23 du courant fourni par le générateur de courant à rapport cyclique variable 11, - la tension 24 aux bornes de la résistance de mesure 12, - la tension moyenne 25 aux bornes de la résistance de mesure 12 depuis le début de l'intervalle de temps de durée dt, et - la tension 26 aux bornes du conducteur électrique résistif 13. Dans un but de simplification, on a considéré en figure 2 que l'intervalle de temps dt était composé de trois phases successives P1, P2 et P3, de durées égales, le signal 22 de commande de rapport cyclique ne pouvant changer qu'entre deux phases successives. Cependant, dans la réalité, le signal de commande d'asservissement peut varier très fréquemment, par exemple à chaque cycle du générateur de courant 11. On observe que les périodes d'alternance du signal 22 de commande de rapport cyclique et de l'intensité 23 du courant fourni par le générateur de courant 11 ne sont pas à la même échelle temporelle que les autres courbes, la durée d'un cycle étant préférentiellement de plusieurs ordres de grandeur plus courte que la durée dt. Ainsi, pour chaque phase de la mesure, la tension 24 est une courbe pratiquement linéaire comme illustré en figure 2. La tension 24 aux bornes de la résistance de mesure 12 est proportionnelle à l'intensité 23 du courant fourni par le générateur de courant 11, conformément à la loi de Joule. En superposition avec la tension moyenne 25 aux bornes de la résistance de mesure 12, on à indiqué la tension moyenne de référence 27 aux bornes de la résistance de mesure 12 qui correspond à l'intensité moyenne prédéterminée du courant que l'on vise à fournir au conducteur électrique résistif 13. Le but du dispositif d'asservissement est qu'à la fin de l'intervalle de temps dt, le courant moyen ayant traversé le conducteur électrique résistif 13 soit aussi proche que possible de l'intensité moyenne prédéterminée qui correspond à la tension moyenne de référence 27 : la tension moyenne de référence 27 correspond au produit de l'intensité moyenne prédéterminée par la résistance de la résistance de mesure 12. On observe que, au début de l'intervalle de temps de durée dt et de la phase P1, le signal de commande de rapport cyclique possède une valeur prédéterminée qui peut dépendre de la dernière valeur de rapport cyclique utilisée au cours de la période de mesure précédente. Par exemple, ici, le rapport cyclique est de un demi. Comme illustré en figure 2, on suppose que, dans la première phase P1, la tension moyenne 25 est supérieure à la tension de référence 27. Dans ce cas, à la fin de la phase P1, le circuit d'asservissement 16 réduit le rapport cyclique appliqué par le générateur 11 en réduisant la valeur du signal 22 de commande de rapport cyclique. Ainsi, au cours de la phase P2, le rapport cyclique étant réduit par rapport au rapport cyclique mis en oeuvre au cours de la phase P1, la tension moyenne 25 aux bornes de la résistance de mesure 12 décroît progressivement. Comme illustré en traits interrompus en figure 2, on suppose que, dans la phase P2, la décroissance progressive de tension moyenne 25 est, en valeur absolue, supérieure à ce qui correspond à une convergence de la tension moyenne 25 vers la tension de référence 27. Dans ce cas, à la fin de la phase P2, le circuit d'asservissement 16 augmente légèrement le rapport cyclique appliqué par le générateur 11 en augmentant légèrement la valeur du signal 22 de commande de rapport cyclique. Ainsi, au cours de la phase P3, le rapport cyclique étant réduit par rapport au rapport cyclique mis en oeuvre au cours de la phase P2, la tension moyenne 25 aux bornes de la résistance de mesure 12 décroît progressivement mais avec un taux de décroissance plus léger que celui de la phase P2. Grâce à l'asservissement, réalisé ici en deux étapes, la tension moyenne 25 aux bornes de la résistance de mesure est, à la fin de la phase P3 égale ou sensiblement égale à la tension de référence 27, ce qui signifie que l'intensité moyenne du courant ayant traversé le conducteur électrique résistif 13 est sensiblement égale à l'intensité prédéterminée. Grâce à la précision avec laquelle l'intensité moyenne du courant est contrôlée, les valeurs initiale Us0 (au début de l'intervalle de temps dt) et finale Usdt (à la fin de l'intervalle de temps dt) de la tension aux bornes du conducteur électrique résistif 13 représentent précisément la quantité de liquide 14 dans le réservoir 15. La fonction d'asservissement du rapport cyclique à la différence entre la tension moyenne 25 et la tension de référence 27 est choisie pour assurer une convergence rapide entre ces deux tensions, au cours de l'intervalle de temps dt. Comme connu dans le domaine des automatismes, la convergence peut être progressive, sans franchir la valeur finale ou osciller autour de cette valeur finale. On observe que la tension moyenne 27 peut dépendre de la température de l'huile dans le carter, grâce à la mise en oeuvre d'un capteur de température non représenté. Bien que dans toute la description, la mesure de l'intensité moyenne du courant traversant le conducteur électrique résistif 13 est effectuée avec une résistance de mesure 12, en variante, on met en oeuvre d'autres moyens de mesure de courant, par exemple des moyens sensibles au champ magnétique généré par le passage de ce courant à travers un conducteur électrique mis en série avec le conducteur électrique résistif 13 REVENDICATIONS 1] Dispositif (10) de mesure de niveau de liquide (14) dans un réservoir (15), comportant un conducteur électrique résistif (13) en contact thermique avec le liquide, sur une longueur qui varie avec le niveau de liquide dans le réservoir, caractérisé en ce qu'il comporte : - un moyen de mesure de courant (12) mis en série avec ledit conducteur électrique résistif et fournissant un signal représentatif du courant traversant ledit conducteur électrique, - un générateur de courant à rapport cyclique variable (11) qui applique un courant à rapport cyclique variable à ladite résistance de mesure en série avec ledit conducteur électrique résistif, pendant une durée prédéterminée dt, - un moyen d'asservissement (16) du rapport cyclique du courant délivré par le générateur de courant, en fonction du signal fourni par le moyen de mesure de courant, et - un circuit de mesure de niveau d'huile (18) relié aux bornes du conducteur électrique résistif. 2] Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de mesure de courant (12) est une résistance de précision, le signal fourni par le moyen de mesure de courant étant la tension aux bornes de ladite résistance. 3] Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit de mesure (18) est associé à un convertisseur analogique-numérique (17) relié aux bornes du conducteur électrique, ledit convertisseur fournissant un signal numérique représentatif de la tension aux bornes dudit conducteur électrique résistif et comporte un microprocesseur (21) recevant ledit signal numérique représentatif de la tension aux bornes dudit conducteur électrique résistif. 4] Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen d'asservissement (16) comporte un deuxième convertisseur analogique-numérique (19) fournissant un signal numérique représentatif du signal fourni par le moyen de mesure de courant et un microprocesseur (20) recevant ledit signal numérique représentatif du signal fourni par le moyen de mesure de courant et commandant, en fonction dudit signal numérique, le rapport cyclique du courant délivré par le générateur. 5] Procédé de mesure de niveau de liquide (14) dans un réservoir (15), mettant en oeuvre un conducteur électrique résistif (13) en contact thermique avec le liquide, sur une longueur qui varie avec le niveau de liquide dans le réservoir, caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape d'asservissement d'un rapport cyclique d'un courant traversant ledit conducteur électrique résistif, pendant une durée dt, en fonction d'un signal fourni par un moyen de mesure de courant (12) placé en série avec ledit conducteur électrique résistif, et - une étape de mesure de niveau d'huile en fonction d'une évolution d'une tension aux bornes dudit conducteur électrique. 6] Procédé de mesure selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'étape de mesure comporte une étape de conversion analogique-numérique de la tension aux bornes du conducteur électrique résistif. 7] Procédé de mesure selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'étape d'asservissement comporte une étape de conversion analogique-numérique du signal fourni par le moyen de mesure de courant.