Brevet FR2934064A1 — publié le 20100122

'-1- DETECTEUR CONDITIONNEUR MINIATURE POUR REGULATION DE NIVEAUX SOMMAIRE La présente invention concerne un très petit régulateur électronique à plusieurs niveaux destiné à être implanté dans une mini cuve en liaison avec les bacs de rétention des condensats de climatiseurs. On peut distinguer les caractéristiques principales suivantes : • Hauteur inférieure à 12 mm correspondant à 3 niveaux de consigne pour une largeur inférieure à 50 mm • Détecteurs de niveau échelonnés de 3 mm à 10 mm pour trois valeurs de référence associés à un circuit à hystérésis pour le pilotage du circuit de puissance de commande d'une pompe de régulation • Epaisseur de l'ordre de 2 mm permettant, compte tenu des autres dimensions ci-dessus, de constituer des mini cuves de détection de niveau facilement implantables à l'intérieur ou à l'extérieur des bacs de rétention de climatiseurs. • Fonctionnement indépendant des caractéristiques diélectriques et résistives de l'eau de condensat (avec ou sans impureté, déminéralisée...) • Protection des parties conductrices permettant une tension de claquage pouvant atteindre 1000 volts (sécurité en cas de défaillance du circuit d'alimentation électrique) • Protection contre tous défauts des circuits électroniques et des isolements de protection diélectrique, par des limiteurs de courant passifs à sécurité intrinsèque (courant inférieur à 1 mA) • Circuit de commande de l'actionneur de pompe pouvant délivrer 2 mA • Circuit de commande du seuil de sécurité pouvant délivrer jusqu'à 500 mA • Dessin du détecteur conditionneur permettant un fonctionnement pour des angles atteignant 30° par rapport à l'horizontal 2934064 --2- ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE L'évolution des climatiseurs réversibles sur les plans techniques et esthétiques a conduit les constructeurs à réduire la hauteur des bacs de récupération de condensat. 5 La vidange de ces bacs est réalisée par une pompe commandée par un détecteur de niveau à trois seuils (minimum, commande de pompe, sécurité haute). Une étude des systèmes de mesure de niveau disponible sur le marché a montré que : • La hauteur minimale identifiée est de l'ordre de 30 mm, la demande actuelle se 10 situant à un maximum de 15 mm • Le système de détection est composé d'un flotteur associé à un aimant permanent coulissant le long d'un tube contenant trois relais à commande magnétique 15 • Indépendamment de l'impossibilité de réduire cette hauteur et du coût dû à la complexité du montage, ce système comporte des risques de blocages verticaux pouvant engendrer des débordements de la cuve de rétention des condensats Ce risque est augmenté lors d'une inclinaison de ce système. 20 Il est important de préciser qu'un blocage de ce déplacement vertical supprime automatiquement le déclenchement du seuil de sécurité, ces trois seuils (régulation et sécurité) étant commandés par le même aimant à déplacement vertical. Le poids et les dimensions de l'ensemble aimant plus flotteur interdit la réalisation de 25 systèmes miniatures pour lesquels le marché est demandeur. - PRINCIPE - DESCRIPTION Un substrat isolant de dimensions 12 x 50 x lmm3 correspondant respectivement à la hauteur, la largeur et l'épaisseur, comporte des zones conductrices et des traversés sur toute l'épaisseur assurant un � mouillage � des différentes surfaces en fonction des niveaux d'eau sans risque de présence permanente de gouttes d'eau entre ces zones conductrices. L'ensemble du circuit est recouvert d'une résine isolante dont l'épaisseur est définie et constante sur toute la surface des deux faces. Le circuit électronique intégré au même substrat génère une onde pseudo-sinusoïdale d'une fréquence comprise entre 50 KHz et 200 KHz. Pour cette fréquence, l'impédance de l'eau d'immersion est indépendante de son état de 15 pureté et ne dépend que de la constante diélectrique de ce liquide. Les zones conductrices juxtaposées se comportent comme des électrodes de condensateur reliées par le liquide dont la permittivité est supérieure d'au moins un facteur 20 par rapport à la permittivité de la résine d'isolation. Par conséquent, le franchissement par l'eau des zones indépendantes (3 niveaux) se traduit par une variation d'impédance détectée par des comparateurs électroniques également indépendants. 25 Le schéma électronique permet aux comparateurs des niveaux 1 (seuil minimal) et du niveau 2 (seuil de mise en route de la pompe), de se comporter comme un circuit à hystérésis d'amplitude égale à la différence de ces 2 niveaux (de l'ordre de 5 mm). L'indépendance de chacune des zones de détection et des comparateurs correspondants 30 permet d'assurer un fonctionnement sans défaillance même en cas de court circuit entre chacune de ces zones et l'eau environnante. 20 La consommation, compte tenu du fonctionnement discontinu, est inférieure à 0,1 mA (1 mW sous 10 V) permettant une alimentation continue ou alternative de l'ordre de 24V de très faible puissance. Tous les points (dont la masse) du circuit électronique pouvant être en contact avec l'eau comportent des résistances en série de l'ordre de 1 MO limitant ainsi le courant de court-circuit à une valeur inférieure à 1 mA pour la tension la plus élevée et en cas de rupture de la couche isolante.10 -5-CARACTERISTIQUES PARTICULIERES • Très faible hauteur du système complet avec plusieurs seuils successifs pouvant être distants de 3 mm. • Isolement général (capteur et conditionneur électronique) atteignant 1000 Mn et une tension de claquage de 1000 volts. IO • Limitation intrinsèque du courant èntre I'ensemble des circuits actifs et passifs et l'eau environnante à une valeur inférieure à 1 ma. • Logique de commande marche-arrêt de la pompe intégrée au capteur. 15 • Fonctionnement sur basse tension alternative ou continue comprise entre 5 V et 30 V • Fonctionnement ràtiométrique 20 ILLUSTRATION 1 Détection niveau sécurité 2 Détection niveau marche actionneur 3 Détection niveau arrêt actionneur 25 4 Electrode de référence 5 Circuit électronique 2934064 MODE DE REALISATION Un substrat, dont certaines zones sont rendues conductrices par dépôt électrolytique de métal ou par sérigraphie d'une encre conductrice, est recouvert d'une résine isolante sur 5 les deux faces et les champs après gravure des zones conductrices et des usinages. La résine isolante est multicouche avec une épaisseur contrôlée sur toutes les surfaces conductrices. Le circuit électronique, également immergé, est également rendu étanche par la même résine. Ce circuit comporte l'oscillateur et les différents comparateurs associés à la logique spécifique de l'application. La faible dimension de chacun des ces micro-systèmes permet la fabrication d'une plaque prédécoupée multi unités réduisant la manutention et le coût.15 UTILISATION Ce circuit dont l'originalité est constituée par sa très faible dimension en hauteur et sa très faible consommation électrique, trouve son application dans tous les systèmes miniatures 5 de régulation de niveau. Dans une première phase, compte tenu de l'important marché des systèmes de climatisation réversible en forte croissance, ce détecteur conditionneur a été adapté à cette demande mais convient à toute application similaire. -7 10 REVENDICATIONS1. Capteur détecteur capacitif de niveaux composé d'un substrat isolant quelconque ayant des zones conductrices indépendantes discontinues séparées par des découpes particulières de ce substrat. 2. Capteur détecteur selon la revendication 1 caractérisé par l'intégration sur ce substrat d'un circuit électronique de conditionnement sans liaisons filaires. 3. Capteur détecteur selon la revendication 2 caractérisé par la génération d'une onde 10 pseudo sinusoidale d'une fréquence pouvant varier de 50 KHz à 200 KHz. 4. Capteur détecteur selon les revendications 1 et 2 caractérisé par une précision des seuils indépendante des caractéristiques électriques (résistance) et diélectriques (permittivité) du fluide pour lequel on se propose de détecter le franchissement vertical 15 des différents niveaux. 5. Capteur détecteur selon la revendication 1 caractérisé par une géométrie des découpes du substrat de base supprimant tout risque de � pontage � par des gouttes d'eau en phase de décroissance du niveau. 6. Capteur détecteur selon la revendication 1 caractérisé par des dimensions maximales de 10 mm de hauteur et de 2 mm d'épaisseur. 7. Capteur détecteur selon la revendication 1 caractérisé par un isolement électrique entre 25 le liquide conducteur et le circuit électrique pouvant atteindre 1000 V. 8. Capteur détecteur selon les revendications 1 et 2 caractérisé par le dépôt de couches diélectriques d'épaisseur contrôlée sur toutes les surfaces. 30 9. Capteur détecteur selon la revendication 1 caractérisé par des zones conductrices de l'électricité (métal ou résine chargée) sur une face ou sur les deux faces de ce substrat. 20