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SONDE PSYCHROMETRIOUE A PEIGNES INTERPENETRES
La présente invention est relative à une sonde psychrométrique à peignes interpénétrés destinée à détecter la présence d'air saturé de vapeur d'eau au voisinage d'une vitre de véhicule, plus particulièrement un pare-brise, une lunette arrière, une vitre latérale ou un rétroviseur ou un miroir de véhicule, et enclencher un système de dégivrage afin de prévenir la formation de buée, avant même qu'elle n'apparaisse sous forme de fines gouttelettes de vapeur d'eau condensée susceptibles de se déposer sur la vitre, constituée de deux peignes ayant de dents qui s'interpénètrent l'une l'autre.
Le problème de la formation de buée sur une vitre d'auto est bien connu, en raison de la perte importante de visibilité que cette buée provoque tant à l'avant, qu'à l'arrière et aux côtés du véhicule.
Dès que de la buée se dépose sur les vitres ou les miroirs du véhicule, la conduite est malaisée tant que la buée n'a pas été convenablement éliminée.
Lors de la formation de buée sur une vitre de véhicule, il s'établit entre la paroi froide de la vitre et l'habitacle, une couche limite d'air saturé de vapeur d'eau.
Un refroidissement ultérieur de la vitre en dessous de la température de rosée produit sur la surface de contact, une condensation de la vapeur d'eau contenue dans l'air ambiant. La formation de buée sur la vitre n'est en fait que le dépôt sur celle-ci d'un fin brouillard constitué de fines micro-gouttelettes provenant de la condensation de vapeur d'eau. Ces gouttelettes d'eau provoquent par diffraction de la lumière un écran opaque qui fait obstacle à la vision claire à travers la vitre ou à la réflexion dans le cas d'un miroir.
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On connaît par le document US-A-5, 033,672 un appareil de conditionnement d'air pour véhicule comprenant un système de ventilation de l'habitacle du véhicule, une sonde de détection du point de rosée formée d'un support d'alumine basique sur lequel sont fixées des électrode en forme de peignes ayant des dents qui s'interpénètrent. Les dents sont recouvertes d'un produit hygroscopique. Un thermistor est relié à l'une des électrodes et mesure la variation de résistivité du produit hygroscopique en fonction de l'état hygrométrique de l'air. Un tel système n'est pas fiable. Il s'encrasse aisément par la poussière et se détériore par oxydation du produit hydrophile et accumulation d'humidité.
La présente invention vise à réaliser un dispositif fiable et durable apte à détecter la présence d'une couche limite saturée de vapeur d'eau, avant même qu'un film de buée ne se dépose sur la vitre. Elle vise une sonde capable d'anticiper et prévenir la formation de buée avant que ne survienne une diminution de la visibilité. Elle propose dans ce but une sonde qui permet de détecter la formation de fines gouttelettes d'eau dès leur germination. La sonde détecte le moment où l'air est saturé de vapeur d'eau et enclenche automatiquement le système de dégivrage de la lunette arrière et éventuellement des autres vitres du véhicule, avant même qu'une buée ne s'y dépose ou que le point de rosée ne soit atteint.
La sonde est constituée d'un support isolant sur lequel sont imprimés deux peignes interpénétrés.
Lorsque l'air ambiant est sec, la résistance entre les deux peignes est très élevée. Cette résistance diminue sensiblement lorsque l'état hygrométrique de l'air se
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rapproche de la saturation.
La sonde permet de détecter le dépôt sur les peignes de fines gouttelettes d'eau dès leur formation. La création d'un champ électrique favorise le dépôt des microgouttelettes d'eau entre les dents des peignes. Dès qu'un nombre suffisant de fines gouttelettes d'eau sont présentes dans la sonde, la conductivité des gouttelettes d'eau entre les dents donnent lieu à des impulsions électriques qui sont traitées par une bascule de Schmitt. Cette bascule a la propriété d'éviter toute commutation trop fréquente du système de dégivrage.
Un calibrage préalable permet de régler l'écartement des dents du peigne pour obtenir une probabilité suffisante d'intercepter un nombre suffisant de gouttelettes d'eau.
La présente invention concerne également un kit de montage d'une sonde psychrométrique. Ce kit comprend :
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deux peignes ayant des dents interpénétrées ; un circuit intégré (LM1830) de National Semi-con- doctor@ ; un transistor de puissance, et un relais de commande du dispositif de dégivrage.
Ces caractéristiques et d'autres particularités et détails de l'invention apparaîtront au cours de la description détaillée suivante d'une forme de réalisation particulière de l'invention faisant référence aux dessins ci-annexés donnés à titre illustratif et non limitatif de l'invention.
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Dans ces dessins : la figure 1 donne un schéma de montage d'une bas- cule de Schmitt, la figure 2 donne une allure de la tension Ve et des tensions de basculement V et viz la figure 3 donne un schéma de montage d'une sonde psychrométrique selon l'invention, complétée par un dispositif d'enclenchement d'un dispositif de dégivrage.
Dans ces dessins les mêmes signes de référence désignent des éléments identiques ou analogues.
La sonde psychrométrique, selon l'invention, est constituée d'un support isolant, de préférence en résine époxy, sur lequel sont imprimés des éléments en forme de peignes ayant des dents qui s'interpénètrent.
Les dents sont constituées d'un conducteur métallique à nu. La distance entre les dents est choisie afin de permettre d'intercepter un nombre raisonnable de microgouttelettes qui engendrent des ponts électriques de conductivité variable et créent des impulsions électriques dans la sonde.
La figure 1 donne un schéma de principe d'une bascule de Schmitt, encore appelée trigger de Schmitt, constituée par une cascade de deux étages amplificateurs T, Tri à courant continu, couplés de plus par une résistance Re d'émetteur commune. Une impulsion d'attaque Ve de signe donné et de valeur supérieure à une valeur de déclenchement V donne lieu à un basculement qui enclenche un système de dégivrage.
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Dans la bascule de Schmitt, le transistor d'entrée T n'a pas sa base polarisée et il se trouve dans l'état bloqué. La tension Vce aux bornes du transistor T est voisine de la tension continue de polarisation Vcce du transistor. Cette tension est appliquée par le diviseur de tension, constitué par les résistances
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R et Rasur la base du transistor T'qui se trouve par conséquent saturée. Lorsqu'une tension de sens convena- ble (positive pour un transistor T du type npn), est appliquée à l'entrée, le point de fonctionnement du transistor d'entrée T se déplace vers la région de saturation.
La figure 2 donne l'allure de la tension Ve fournie par la source S de la bascule de Schmitt illustrée dans la figure 1. Les valeurs Vel et Ve2 représentent les valeurs possibles des tensions de basculement.
La figure 3 donne un schéma du circuit électronique de la sonde et du dispositif d'enclenchement automatique d'un dispositif de dégivrage d'une lunette arrière d'un véhicule. La sonde comprend un circuit intégré (LM1830) de National Semi-conductor formé d'un oscillateur interne et d'un condensateur Cl de 68 nF (2,4 V..., 100 Hz) produisant un signal alternatif, qui est appliqué, à travers un condensateur de couplage C2 de 47 nF, aux bornes d'entrée et de sortie des peignes de la sonde. La résistance interne du circuit électronique de la sonde est de 13 Kohms.
Grâce au condensateur C2, la sonde ne présente aucune composante de tension continue. Tout phénomène d'électrolyse et de galvanisation est donc évité. Tant que la sonde est sèche, aucun courant ne traverse la sonde.
La borne d'entrée de l'un des peigne présente un signal qui est du même niveau que le signal de l'oscillateur.
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Dès l'instant où l'air est saturé de vapeur d'eau, la borne d'entrée est plus ou moins reliée à la masse, proportionnellement à la conductivité de la sonde. La tension mesurée aux bornes du transistor d'entrée de la bascule de Schmitt diminue. Si cette chute de tension est supérieure à 0.6 Volt par rapport à une résistance de référence interne, le signal de l'oscillateur interne est appliqué sur la base du transistor T' de sortie. Le transistor T'oscille à la même fréquence que l'oscillateur interne. La différence de potentiel de 0,6 Volt donne une hystérésis qui permet d'éviter tout basculement trop fréquent du transistor T.
Un condensateur C3 de 10 Jl. F utilisé comme filtre élimine toute perturbation parasite externe pouvant faire commuter le transistor T en absence du signal de l'oscillateur sur sa base. Le condensateur filtre aussi le signal de l'oscillateur sur la base du transistor.
Il permet d'utiliser une charge inductive en sortie.
La sortie du circuit intégré attaque un étage dit interface de puissance. L'ensemble du circuit électrique de la sonde se contente d'une consommation de courant inférieure à 5 mA au repos et à 120 mA à l'état actif. Une résistance de charge (2K7) polarise correctement un transistor de puissance (BC557) qui lui-même attaque un relais. Ce relais comprend une diode (lN4007) et un condensateur C4 de 100nF pour assurer la protection et éviter les rebonds du relais qui reste le composant idéal pour raccorder la sonde au circuit électrique de la voiture.
Une résistance limite le courant à une intensité maximale de 50 mA pour éclairer une LED, qui sert éventuellement de lampe témoin à la mise en service de la résistance du dispositif de dégivrage de la vitre.
Un étage régulateur dans le circuit intégré permet
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d'utiliser correctement la sonde sous des tensions variant entre 10 V et 16 V.
Les circuits susdits peuvent être réalisés en circuits intégrés. La sonde et le dispositif d'enclenchement, comprenant la bascule de Schmitt, un transistor et un relais de puissance P peuvent être vendus sous forme de kit à monter sur le véhicule. Les connexions de montage sont accessibles, soit dans le tableau de bord, soit dans la boîte à fusibles F et le support de relais du véhicule.
La fixation de la sonde sur la lunette arrière est réalisée à l'aide d'une colle rapide appliquée sur toute la surface de côté support de la sonde.
La sonde est collée à cheval sur une ligne de la résistance chauffante du système de dégivrage. Toute rupture de câble met en position de sécurité (non-fonctionnement) le système de dégivrage.
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PSYCHROMETRIC PROBE WITH INTERPENETER COMBS
The present invention relates to a psychrometric probe with interpenetrating combs intended to detect the presence of air saturated with water vapor in the vicinity of a vehicle window, more particularly a windshield, a rear window, a side window or a rear view mirror or a vehicle mirror, and activate a defrosting system to prevent the formation of fogging, even before it appears in the form of fine droplets of condensed water vapor likely to be deposited on the glass, consisting of two combs having teeth which interpenetrate one another.
The problem of fogging on a car window is well known, due to the significant loss of visibility that this fogging causes both at the front, at the rear and at the sides of the vehicle.
As soon as fog settles on the windows or mirrors of the vehicle, the pipe is difficult until the fog has not been properly eliminated.
When fogging occurs on a vehicle window, a boundary layer of air saturated with water vapor is established between the cold wall of the window and the passenger compartment.
Subsequent cooling of the glass below the dew temperature produces on the contact surface, a condensation of the water vapor contained in the ambient air. The formation of fogging on the glass is in fact only the deposit on it of a fine mist consisting of fine micro-droplets coming from the condensation of water vapor. These water droplets cause by diffraction of light an opaque screen which obstructs clear vision through the glass or reflection in the case of a mirror.
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Document US-A-5,033,672 discloses an air conditioning device for a vehicle comprising a ventilation system for the passenger compartment of the vehicle, a dew point detection probe formed by a basic alumina support. on which are fixed electrodes in the form of combs having teeth which interpenetrate. The teeth are covered with a hygroscopic product. A thermistor is connected to one of the electrodes and measures the variation in resistivity of the hygroscopic product as a function of the hygrometric state of the air. Such a system is not reliable. It is easily clogged with dust and deteriorates by oxidation of the hydrophilic product and accumulation of moisture.
The present invention aims to provide a reliable and durable device capable of detecting the presence of a saturated boundary layer of water vapor, even before a film of mist is deposited on the glass. It targets a probe capable of anticipating and preventing the formation of fogging before a reduction in visibility occurs. To this end, it offers a probe which makes it possible to detect the formation of fine water droplets as soon as they germinate. The sensor detects the moment when the air is saturated with water vapor and automatically activates the defrost system of the rear window and possibly of the other windows of the vehicle, even before a fog settles there or until the point dew is not reached.
The probe consists of an insulating support on which two interpenetrating combs are printed.
When the ambient air is dry, the resistance between the two combs is very high. This resistance decreases appreciably when the hygrometric state of the air
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approaches saturation.
The probe makes it possible to detect the deposit on the combs of fine water droplets as soon as they are formed. The creation of an electric field promotes the deposition of microdroplets of water between the teeth of the combs. As soon as a sufficient number of fine water droplets are present in the probe, the conductivity of the water droplets between the teeth give rise to electrical pulses which are processed by a Schmitt rocker. This toggle has the property of avoiding too frequent switching of the defrosting system.
A preliminary calibration makes it possible to adjust the spacing of the teeth of the comb to obtain a sufficient probability of intercepting a sufficient number of water droplets.
The present invention also relates to a kit for mounting a psychrometric probe. This kit includes:
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two combs with interpenetrating teeth; an integrated circuit (LM1830) from National Semi-con- doctor @; a power transistor, and a control relay for the defrosting device.
These characteristics and other particularities and details of the invention will appear during the following detailed description of a particular embodiment of the invention with reference to the attached drawings given by way of illustration and without limitation of the invention. .
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In these drawings: FIG. 1 gives an assembly diagram of a Schmitt rocker, FIG. 2 gives an appearance of the voltage Ve and of the switching voltages V and viz FIG. 3 gives an assembly diagram of a psychrometric probe according to the invention, supplemented by a device for switching on a defrosting device.
In these drawings the same reference signs denote identical or analogous elements.
The psychrometric probe according to the invention consists of an insulating support, preferably made of epoxy resin, on which are printed elements in the form of combs having teeth which interpenetrate.
The teeth consist of a bare metal conductor. The distance between the teeth is chosen to allow interception of a reasonable number of microdroplets which generate electrical bridges of varying conductivity and create electrical pulses in the probe.
FIG. 1 gives a schematic diagram of a Schmitt flip-flop, also called a Schmitt trigger, constituted by a cascade of two amplifier stages T, Tri DC current, further coupled by a resistor Re of common emitter. An attack pulse Ve of given sign and of a value greater than a trigger value V gives rise to a tilting which activates a defrosting system.
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In the Schmitt flip-flop, the input transistor T does not have its polarized base and it is in the blocked state. The voltage Vce across the terminals of the transistor T is close to the DC bias voltage Vcce of the transistor. This voltage is applied by the voltage divider, formed by the resistors
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R and Rasur the base of the transistor T 'which is therefore saturated. When a voltage of suitable sense (positive for a transistor T of the npn type) is applied to the input, the operating point of the input transistor T moves towards the saturation region.
FIG. 2 gives the shape of the voltage Ve supplied by the source S of the Schmitt flip-flop illustrated in FIG. 1. The values Vel and Ve2 represent the possible values of the tilting voltages.
FIG. 3 gives a diagram of the electronic circuit of the probe and of the device for automatic engagement of a device for defrosting a rear window of a vehicle. The probe includes an integrated circuit (LM1830) of National Semi-conductor formed by an internal oscillator and a capacitor Cl of 68 nF (2.4 V ..., 100 Hz) producing an alternating signal, which is applied, through a 47 nF C2 coupling capacitor, at the input and output terminals of the probe combs. The internal resistance of the electronic circuit of the probe is 13 Kohms.
Thanks to the capacitor C2, the probe does not have any DC voltage component. Any phenomenon of electrolysis and galvanization is therefore avoided. As long as the probe is dry, no current flows through the probe.
The input terminal of one of the combs has a signal which is at the same level as the signal from the oscillator.
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As soon as the air is saturated with water vapor, the input terminal is more or less grounded, proportional to the conductivity of the probe. The voltage measured across the input transistor of the Schmitt flip-flop decreases. If this voltage drop is greater than 0.6 Volt compared to an internal reference resistance, the signal from the internal oscillator is applied to the base of the output transistor T '. The transistor T oscillates at the same frequency as the internal oscillator. The potential difference of 0.6 Volt gives a hysteresis which makes it possible to avoid any too frequent switching of the transistor T.
A capacitor C3 of 10 Jl. F used as a filter eliminates any external parasitic disturbance which can cause the transistor T to switch in the absence of the signal from the oscillator on its base. The capacitor also filters the oscillator signal on the basis of the transistor.
It allows the use of an inductive load at the output.
The output of the integrated circuit attacks a stage called the power interface. The entire electrical circuit of the probe is satisfied with a current consumption of less than 5 mA at rest and 120 mA in the active state. A load resistor (2K7) correctly polarizes a power transistor (BC557) which itself drives a relay. This relay includes a diode (lN4007) and a capacitor C4 of 100nF to provide protection and avoid bouncing of the relay, which remains the ideal component for connecting the probe to the car's electrical circuit.
A resistor limits the current to a maximum intensity of 50 mA to illuminate an LED, which may serve as a warning lamp when the resistance of the window defrost device is put into operation.
A regulator stage in the integrated circuit allows
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to use the probe correctly under voltages varying between 10 V and 16 V.
The above circuits can be made in integrated circuits. The probe and the interlocking device, comprising the Schmitt rocker, a transistor and a power relay P can be sold in the form of a kit to be mounted on the vehicle. The mounting connections are accessible either in the dashboard or in the fuse box F and the vehicle's relay support.
The probe is fixed to the rear window using a quick glue applied to the entire surface on the support side of the probe.
The probe is stuck astride a line of the heating resistance of the defrosting system. Any cable break puts the defrost system in the safety position (non-functioning).