Capteur de mesure du niveau d'un liquide

La présente invention concerne un capteur de mesure du niveau d'un liquide, en particulier du niveau d'huile dans un carter ou dans une boîte de vitesses.

Le contrôle du niveau de liquide dans le domaine automobile est une préoccupation permanente, car il en dépend le bon fonctionnement du véhicule, voire la sécurité des utilisateurs.

La figure 1 montre un schéma d'un capteur 1 de mesure du niveau d'un liquide qui est fixé sur un réservoir 2, par exemple un carter d'un moteur de véhicule automobile pour mesurer le niveau de liquide 3 , tel que l'huile de lubrification du moteur.

Un tel capteur de mesure est schématisé avec son alimentation électrique sur la figure 2 annexée. Ce capteur comprend une sonde 4 formée par un élément électriquement résistif à coefficient de température de la résistivité élevé, destinée à être plongée dans le liquide 3 du réservoir 2, un élément 5 d'alimentation en courant de la sonde 4, et des moyens 6 permettant de comparer la tension initiale U ₀ aux bornes de la sonde, à la tension

U, 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.

Par tension initiale U ₀ , on entend la tension présente aux bornes de la sonde à l'instant t^ de mise en service du dispositif 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 U ₀ aux bornes de cet élément dépend de la température ambiante. Après une période de temps t, à la fin de laquelle ledit élément résistif a atteint ou tout du moins a approché son état de stabilité thermique, la tension U, présente aux bornes de l'élément est supérieure à la tension initiale U ₀ . La croissance de la tension est sensiblement logarithmique.

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. Il en est de même de sa résistance.

Bien entendu, le phénomène inverse se produit lors d'une diminution du niveau de liquide dans lequel est plongé l'élément résistif.

On a représenté sur la figure 3 annexée l'évolution de la tension aux bornes d'une telle sonde connue. Plus précisément, 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

(courbe 7) l'évolution de la tension aux bornes de la même sonde placée dans l'air (courbe 8).

La tension initiale U ₀ , 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 t, requis pour approcher l'état de stabilité thermique, la tension aux bornes d'une sonde immergée dans un liquide (courbe 7) sera plus faible que la tension aux bornes d'une sonde placée dans l'air (courbe 8). Cette différence de tension est due à la différence de température moyenne entre les deux sondes.

De ce fait, la différence δU entre la tension initiale U ₀ aux bornes de la sonde et la tension U _t aux bornes de celle-ci à l'instant t, est directement représentative du niveau de liquide dans lequel est plongée la sonde.

Sur la figure 4 annexée, on a représenté la différence de tensions δU = (U ₁ -U ₀ ) qui est le signal de sortie de la sonde en fonction du niveau de liquide. Bien entendu, si la tension U ₀ est toujours constante à la même valeur, il suffit de relever simplement U, lorsque la sonde a atteint ou approché son équilibre thermique.

Sur ce graphe, on a également indiqué les niveaux minimal (Mini) et maximal (Maxi) admis pour le réservoir dont le niveau de liquide doit être surveillé.

On constate que le graphe se compose de trois sections, une première section 10 correspondant à un signal saturé lorsque le capteur est complètement immergé dans l'air, puis une section 11 pour laquelle le signal de sortie est une fonction linéaire du niveau de liquide (c'est la section utile pour la mesure du niveau de liquide), et enfin une section 12 correspondant à un signal saturé lorsque le capteur est complètement immergé dans l'huile. On comprend aisément que les sections 10 et 12 ne peuvent délivrer aucun signal utile de sortie.

Le niveau de liquide, tel que le niveau d'huile, est donc, sur une certaine plage de fonctionnement défini par la section 11, une fonction linéaire de cette différence de tension constituant le signal de sortie utile du capteur.

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-A-2522065, FR-A-2514134, FR-A-2514497, FR-A-2457480, FR- A-2485726, FR-A-2573866, FR-A-2526940. 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 13 et 14 (voir figure 2) 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.

Ces sondes comprennent en outre deux pièces de connexion reliées aux extrémités de l'élément métallique et un chapeau formant connecteur 15 (voir figure 1), relié au support, et sur lequel est fixée une bague 16 pourvue d'un filetage pour permettre de fixer la sonde sur le carter 2 du réservoir à contrôler, par exemple sur le carter d'un moteur à combustion interne.

Toutefois, les nouveaux moteurs, en particulier les nouveaux moteurs diesel à rampe commune d'injection, sont non seulement sensibles à un manque d'huile de lubrification dans le carter, mais aussi à un surplus ou trop plein d'huile dans le carter, ce qui peut en outre conduire à une détérioration du moteur. Or, il est apparu que la variation du signal de sortie entre le niveau Maxi et la saturation du signal de sortie (voir figure 4) était trop faible pour pouvoir détecter un niveau maximal de liquide pouvant causer un dommage, par exemple au moteur.

La présente invention vise à remédier à cet inconvénient, en proposant un capteur de mesure d'un niveau de liquide dont la fiabilité, pour la détection des niveaux de liquide supérieur à un niveau maximal, est améliorée.

A cet effet, l'invention a pour objet un capteur de mesure du niveau d'un liquide comprenant une sonde résistive destinée à être partiellement immergée dans le liquide à surveiller, caractérisé en ce que la longueur active de la sonde résistive comprend une première portion ayant un premier coefficient de température de la résistivité et au moins une seconde portion ayant un second coefficient de température de la résistivité différent du premier coefficient.

Le capteur selon l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : la première portion est destinée à détecter un niveau maximal de liquide,

la première portion présente un coefficient de température plus faible que celui de ladite seconde portion, la longueur active de la sonde comprend une troisième portion ayant un troisième coefficient de température de la résistivité différent du second coefficient, - la troisième portion est destinée à détecter un niveau minimal de liquide et présente un coefficient de température plus faible que celui de ladite seconde portion, la première et la troisième portion présentent le même coefficient de température, chaque portion est formée par un fil résistif, les fils résistifs étant soudés l'un à l'autre, - les fils sont réalisés en un matériau identique avec un diamètre différent, la longueur active est formée par un seul fil résistif et ce fil résistif comprend au niveau de la première portion un revêtement augmentant sa masse thermique, le revêtement est un dépôt d'un matériau électriquement conducteur, par exemple par électrolyse, - le revêtement est un enrobage thermiquement isolant, la longueur active de la sonde est formée par deux brins et les première et troisième portions sont de même longueur, présentent le même coefficient de température de la résistivité et sont situées au même niveau l'un à côté de l'autre, la longueur active de la sonde est formée par un brin unique tendu entre deux attaches.

D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de l'invention, ainsi que sur les figures annexées sur lesquelles : la figure 1 précédemment décrite montre un capteur conforme à l'état de la technique installé sur un réservoir tel qu'un carter d'huile d'un moteur, - la figure 2 précédemment décrite représente schématiquement la structure d'un dispositif de mesure conforme à l'état de la technique, la figure 3 précédemment décrite représente schématiquement les courbes de réponse obtenues à l'aide d'une sonde conforme à l'état de la technique,

la figure 4 précédemment décrite montre schématiquement la fonction entre le niveau de liquide dans un réservoir d'une part et le signal de sortie d'autre part pour un capteur de mesure conforme à l'état de la technique, la figure 5 est une vue de dessus de l'extrémité libre du capteur selon l'invention, dont la moitié supérieure de boîtier a été enlevée, la figure 6 montre schématiquement la fonction entre le niveau de liquide dans un réservoir d'une part et le signal de sortie d'autre part pour un capteur de mesure selon l'invention, la figure 7 est un schéma partiel d'une variante du capteur selon l'invention, et - la figure 8 est une vue schématique d'une autre variante du capteur selon l'invention.

Sur toutes les figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.

La figure 5 présente de façon schématique un capteur 1 de mesure du niveau d'un liquide selon l'invention.

Sur cette figure, on a représenté la partie du boîtier 20 du capteur 1 formant la partie sensible. Le boîtier 20 est formé de deux demi coquilles formant à l'état assemblé un cylindre destiné à être plongé dans le liquide. Sur la figure 5, seule une demi coquille est représentée à l'état ouvert de sorte que l'on puisse voir les éléments montés dans le boîtier. Le boîtier 20 est réalisé en un matériau électriquement isolant, de préférence en matière plastique.

D reçoit dans un logement allongé 22 un élément sensible 24 formé par une sonde résistive pour détecter Ie niveau du liquide à surveiller.

La sonde résistive 24 est destinée à être immergée au moins partiellement dans un liquide à surveiller, tel que l'huile moteur, l'huile de la boîte à vitesse, l'huile pour le circuit d'assistance à la direction. Bien entendu, d'autres applications sont envisageables sans sortir du cadre de la présente demande, en particulier pour surveiller le niveau de liquide d'un circuit de refroidissement.

La sonde résistive 24 possède une étendue linéaire et est tendue entre une première attache métallique 26 à proximité de l'extrémité libre 28 du capteur et une seconde attache métallique 30 sur le côté opposé proche du connecteur 15.

La longueur de la sonde entre les deux attaches 19 et 21 est la longueur active L de la sonde, c'est-à-dire la longueur dont la résistivité varie en fonction de la température et qui sert à mesurer le niveau de liquide comme décrit précédemment.

Selon l'invention, la longueur active L de la sonde 24 comprend une première portion 32 de longueur L ₃₂ ayant un premier coefficient de température de la résistivité et au moins une seconde portion 34 de longueur L ₃₄ ayant un second coefficient de température de la résistivité différent du premier coefficient. De préférence, la longueur de la première portion L ₃₂ est inférieure à la longueur de la seconde portion L ₃₄ .

Avantageusement, les longueurs L ₃₂ et L ₃₄ sont choisies de manière à ce que le point de raccordement 39 corresponde au niveau « maxi » du liquide dont le niveau doit être surveillé.

Avantageusement, la première portion 32 est destinée à détecter le niveau de liquide maximal et les niveaux supérieurs au niveau maximal et présente un coefficient de température plus faible que celui de ladite seconde portion, c'est-à-dire que cette première portion est moins résistive que la seconde portion 34.

Ainsi, la courbe du signal de sortie en fonction du niveau de liquide est modifiée par rapport à celle des capteurs connus (figure 4) de manière à ce qu'une nouvelle section 36 ayant une pente plus faible que la pente de la section 11 parte du niveau Maxi pour rejoindre la section 12 du signal saturé. En conséquence, par cette disposition, on dispose d'une plage élargie utile de mesure entre le niveau Maxi et la saturation du signal de sortie et on peut mesurer le niveau « Trop plein », c'est-à-dire le niveau du liquide à partir duquel le moteur peut subir des dommages, avec une plus grande fiabilité.

Pour obtenir des coefficients différents de température de la résistivité, on a envisagé plusieurs solutions. Selon une première solution, chaque portion 32, 34 est formée par un fil résistif, par exemple en un alliage nickel-chrome ayant un coefficient de température de la résistivité spécifique. De préférence, les fils résistifs sont soudés l'un à l'autre.

Selon une seconde solution, on envisage de réaliser les fils par exemple en un matériau identique, mais avec un diamètre différent. Par exemple la portion 32 possède un diamètre plus grand que la portion 34.

Selon une troisième solution, on envisage par exemple que la longueur active est formée par un seul fil résistif et que ce fil résistif comprend au niveau de la première portion un revêtement augmentant sa masse thermique.

Un tel revêtement peut être un dépôt d'un matériau électriquement conducteur, par exemple par électrolyse, ou encore un enrobage thermiquement isolant.

La figure 7 montre un développement du capteur selon l'invention. Le capteur de la figure 7 se distingue de celui de la figure 5 par le fait que la longueur active L de la sonde 24 comprend une troisième portion 38 ayant un troisième coefficient de température de la résistivité différent du second coefficient de température de la résistivité. De préférence, cette troisième portion 38 est destinée à détecter un niveau minimal de liquide et présente un coefficient de température plus faible que celui de ladite seconde portion. Avantageusement, la première 32 et la troisième 38 portions présentent le même coefficient de température.

Ainsi, on dispose d'une plage de mesure utile élargie non seulement au dessus du niveau maximal, mais aussi en dessous du niveau minimal admis de liquide.

Un autre mode de réalisation est représenté sur la figure 8. Le capteur de ce mode de réalisation possède une structure générale semblable à celui de la figure 2, c'est-à-dire avec deux brins 13 et 14 obtenus par pliage à mi longueur.

La longueur active de la sonde est formée par deux brins 13 et 14. Ce capteur possède des première et troisième portions 32A et 32B qui possèdent par exemple le même coefficient de température de la résistivité que la portion 32 des figures 5 ou 7. Ces portions sont destinées à mieux détecter les niveaux de liquide au dessus du niveau maximal, en particulier les niveaux pouvant causer des dommages au moteur.

Entre ces deux portions 32A et 32B est reliée la seconde portion 34A qui possède avantageusement les mêmes propriétés que les portions 34 des figures 5 ou 7.

Les portions 32A et 32B sont de même longueur, présentent le même coefficient de température de la résistivité et sont situées au même niveau l'une à côté de l'autre, de préférence essentiellement en parallèle.

Pour ce capteur, on obtient également une courbe du signal de sortie en fonction du niveau de liquide qui est semblable à la courbe de réponse de la figure 6.

On comprend donc que le capteur selon l'invention permet de mesurer de manière fiable les niveaux de liquide situés en dehors de la plage normale de fonctionnement, et ceci de manière fiable de sorte que des moteurs par exemple peuvent être protégés efficacement contre les niveaux trop élevés ou trop faibles de liquide.