FR2461934A1 - Dispositif de mesure electrostatique de la quantite de carburant contenue dans un reservoir - Google Patents
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Abstract
DISPOSITIF DE MESURE ELECTROSTATIQUE DE LA QUANTITE DE CARBURANT CONTENUE DANS UN RESERVOIR. DISPOSITIF DE MESURE ELECTROSTATIQUE DE LA QUANTITE DE CARBURANT COMPRENANT UNE PAIRE D'ELECTRODES OPPOSEES 4 SUPPORTEES PAR DES ELEMENTS D'ESPACEMENT5 EN MATIERE ISOLANTE, LESDITES ELECTRODES ETANT IMMERGEES DANS LE CARBURANT LIQUIDE CONTENU DANS UN RESERVOIR ET LA VARIATION DE LA CAPACITE ELECTROSTATIQUE ENTRE LES ELECTRODES4 EN FONCTION DE LA VARIATION DU NIVEAU DE CARBURANT LIQUIDE ETANT DETECTEE ELECTRIQUEMENT, LA QUANTITE DE CARBURANT ETANT MESUREE ET INDIQUEE SUR UN DISPOSITIF D'AFFICHAGE. APPLICATION A LA MESURE DE LA QUANTITE DE CARBURANT CONTENU DANS UN RESERVOIR DE VEHICULE AUTOMOBILE.
Description
Dispositif de mesure électrostatique de la quantité de carburant contenue
dans un réservoiro La prsent-he invention se rapporte à un dispositif de mesure de carbu:ant pour aesure- et indiquer la quantité de carburant cn::ee dans le rse--.oir de carburan- dLiun véhicule au'Oile Pour e.--:e i quaiet c7e carburan-t contenue dans un rése rvoi e -; O'ura nt dl hn hJeiccule c-n utii- se d"une iani1 e? gjélérale un- d{ispc- siifn cembil:nanat un flo-teu3rf e:t u:.:e. rLsistanuce % r--seu Ce d iîspositi F n. comprend e. incihpe u1 f1io:".Lurn iut i!a sur face! crran onen dans le rése-o, eo ti--_ n fLo-/e e sentat! q nit d canlc b u2:e 1'5 Jcon--e-îee a! r6se vest - ee plc e Cmouveren de c uiis 5semene--k q u un curseus sCOu. -',-ec] e fort e.fec'i par rapport. Un 5is.e p our conE!a position dn f- o-:eur-. en 2,-e:-;neu !Ecrique;. svoi une valeur d2en l Esisance!e- iqueV ce'--- Eur de îss-ance dtaent mesu:úe i-20 41ectricquerene._!a qcuan'. L- de carbura'nt co:'-ntenue dans le rese-rvo:i eL i'-anl rive d: c%-ite mesur e de sistance Dans ce dispositif usuel la valeur de rsistance e,
sentant la quantité de carburanc est prélev-ée m;acaniquemen-
par le curseur_ La résistance de contact entre le curseo r ec la résistance varie considérablement sous ieffet- du veie isse n
ce qui al-lre la précision de la mesure, Par ailleurs e con-ca-.
électrique entre le curseur et la résistance est imparai% e'-
constitue une source d'erreurso Enfinf le montage d un tel
dispositif sur le réservoir de carburant pose des prob!1mes.
La présente invention a pour objet un dispositif de mesuree de carburant rem6diant à ces inconvénients du dispositif connu,
décrit ci-dessus.
Selon l'invention, le dispositif de mesure électrostatique de carburant comprend au moins une paire d'électrodes en forme de plaques, montées en position opposée dans le réservoir de carburant et sur la base du principe de la différence entre les constantes diélectriques du carburant et de l'air et de. la variation consécutive de la capacité diélectrique entre les électrodes, la quantité de carburant est déterminée avec
précision à partir de la mesure de ladite capacité électro-
statique. En se référant au dessin annexe, on va décrire ci-après plus en détail plusieurs modes de réalisation de l'objet de l'"nvsentiont sur ce dessin: la figure I A représente schématiquement un réservoir de carburant équipé d'un dispositif de mnsure élect.ostLati.que de carburant, confo.e a l'inventi-'on; la f iaure B st une vue en perspective, pa Dus <rande échnie, de la p&rtie essr iel.le du dispositif de la figure !.; les figures 2 et 2A re-présente-t; l'uzne en -orspctl.ve et i'autre en clupe suivant;B ia f qure 2L, un autre mode de réalisation des élecrodes du dispositiîf la figure 3 représeeite en-core un autre mode de réalisation dvi disp.sitif conforme A lin'ïention; la figure 4A représente le schéma dun! ivi-rateur asiable utiliset e coQpinRison avec le dispositif de la figure 9; la figure 4B montre la forme du signal de sortie du circuit de la figure 4A; la figure 5 morntre e schéma syno--'- ique de la partie de traitement et d'indicati-n du résultat du dispositif de mesure
de la figure 3.
Un premier mode de réalisatien de l'objet de la présente
invention est illustré par les figures lA et lB.
La figure 1A représente le montage de la partie de mesure du dispositif de mesure électrostatique de carburant 2 dans un réservoir 1 contenant du carburant 3. Le dispositif de mesure de carburant 2 comprend principalement une paire d'électrodes 4 formées par des plaques métalliques disposées de façon opposée avec un intervalle de séparation déterminé entre elles, les deux extrémités des électrodes étant fixées à des éléments d'espacement 5 en matière isolante, comme le montre la figure lB. Chacune des deux électrodes 4 est reliée à un conducteur électrique 6. Suivant une variante illustrée par les fiqures 2A et 2B, les deux électrodes opposées peuvent être des
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plaques métalliques cylindriques 4' de diamètres différents, disposées concentriquement de manière qu'un intervalle subsiste
entre les surfaces opposées des deux plaques cylindriques.
Bien entendu, la forme des électrodes peut être modifiée en fonction de la relation que l'on veut établir entre la quantité
de carburant contenue dans le réservoir et la capacité électro-
statique entre les électrodes.
On va décrire ci-après le principe de la mesure à l'aide
d'un dispositif de mesure de carburant tel que défini ci-
dessus.
Dans le cas d'électrodes en forme de plaques parallèles, la capacité électrostatique C entre les électrodes est définie par d o: S = surface d'une plaque E0= constante diélectrique dans le vide constante diélectrique de la substance se trouvant
entre les électrodes.
d = distance entre les plaques.
Par conséquent, en admettant que le niveau du carburant contenu dans le réservoir 1 se trouve à une hauteur h au-dessus du fond du réservoir, comme indiqué sur la figure 1, et que la surface des électrodes 4 en forme de plaques, immergée dans le carburant, est S, la capacité électrostatique Cx entre les électrodes est donnée par la formule Do S C(1-X)À + Xe f Cx d o:EÀ = constante diélectrique spécifique de l'air
X = constante diélectrique spécifique du carburant.
Sur la base du principe ci-dessus, toute variation du niveau de carburant dans le réservoir entraîne une variation correspondante de la capacité électrostatique entre les deux électrodes en forme de plaques, et par mesure de cette capacité électrostatique,il est possible de détecter la quantité de
carburant contenu dans le réservoir.
En tant que dispositif de mesure de la capacité électro-
statique, on peut considérer par exemple un système oscillant comprenant une bobine ou une résistance. Dans ce cas, les
électrodes du dispositif de mesure du carburant 2 sont incor-
porées au système oscillant et par mesure de la variation de la fréquence d'oscillation sous l'effet de la variation de la capacité électrostatique, on détecte la quantité résiduelle
de carburant contenue dans le réservoir. De nombreuses possi-
bilités existent pour la mesure et l'indication.
Dans la pratique, une mesure basée sur la capacité élec-
trostatique pose un problème. En effet, la constante diélec-
trique spécifique de l'essence qui est généralement utilisée
comme carburant pour un véhicule varie en fonction de la tempé-
rature, à savoir qu'elle augmente avec l'accroissement de la température. Par ailleurs, la constante diélectrique spécifique varie dans une certaine mesure en fonction de la composition en hydrocarbures de l'essence. De plus, lorsque de l'alcool ou des substances semblables sont mélangées à l'essence, la
constante diélectrique spécifique varie dans une large mesure.
Pour résoudre ce problème, on utilise, comme représenté sur la figure 3, une paire d'électrodes de référence 8 pour mesurer la constante diélectrique spécifique E du carburant lui-même, ces électrodes de référence 8 étant séparées des électrodesde mesure principales 7 en forme de plaques destinées à mesurer la quantité de carburant de la même manière que dans i mode de réalisation suivant la figure lB. Ces deux électrodes
de référence 8 sont constituées par des petites plaques métal-
liques de telle manière que lesdites électrodes soient toujours complètement immergées dans le carburant lorsqu'elles sont
montées dans le réservoir de carburant.
Lors de l'utilisation de ce dispositif de mesure électrosta-
tique de carburant 2' illustré par la figure 3, la constante diélectrique spécifique 8 du carburant lui-même peut être mesurée
par les électrodes de référence 8 même si la constante diélec-
trique t du carburant varie en fonction des variations de la température, des variations de la composition du carburant ou des variations analogues. Par l'utilisation de la relation = ú,oo te est la constante diélectrique spécifique dans le vide, la constante diélectrique spécifique 6 du carburant
peut être obtenue et l'influence de la température, de la compo-
sition, etc.. du carburant peut immédiatement être compensée, de sorte que la quantité résiduelle de carburant contenu dans
le réservoir peut être mesurée avec une très grande précision.
En cas d'utilisation, comme carburant, d'un mélange d'essence et d'alcool, la composition du mélange peut être détectée à l'aide des électrodes de référence 8 et en faisant varier le rapport air-carburant en fonction du signal détecté, il est possible de contrôler de façon optimale le rapport air-carburant îo ou l'angle d'avance à l'allumage en vue de l'adaptation à la
composition du carburant.
En se référant aux figures 4 et 5, on va décrire ci-après un mode de réalisation de l'objet de l'invention dans lequel le dispositif de mesure électrostatique de carburant 2' selon la figure 3 est incorporé à un système de contrôle pour calculer la moyenne de consommation de carburant ou l'autonomie possible en fonction de la quantité résiduelle de carburant, au moyen
d'un -microprocesseur.
La figure 4A représente un circuit de traitement de
signaux utilisé en amont du microprocesseur. Ce circuit cons-
titue un multivibrateur astable et comprend les paires d'élec-
trodes de référence 8 et d'électrodes de mesure 7 du dispositif
de mesure de carburant 2' de la figure 3, les paires d'élec-
trodes 8 et 7 étant représentées respectivement sous la forme de condensateurs C1 et C2' Deux résistances R1 et R2 déterminent
la constante de temps. Le circuit comprend en outre des tran-
sistors Tr1 et Tr2 ainsi que des résistances R3 et R4 consti-
tuant des résistances de charge pour les transistors Tr et Tr2, respectivement.
Le circuit comprend donc deux circuits oscillants conte-
nant les électrodes de mesure en tant qu'un élément compacitif formant un pont résonnant et les électrodes de référence en tant qu'autre élément compacitif formant un second pont résonnant,
le circuit ayant une sortie unique a.
Ce type de multivibrateur astable est utilisé en général
comme circuit oscillant pour la production de signaux rectan-
gulaires, les transistors Tr1 et Tr2 étant en alternance passante et bloqués. La figure 4B représente le signal de sortie rectant gulaire obtenu à la borne de sortie a. Les durées T1 et T2 de la période du signal rectangulaire sont définies par les équations suivantes
T _ 0.7 R C
1 ll
T 0.7 R C
2 2 2
Par conséquent, les durées T1, T2, c'est-à-dire la fréquence d'impulsion du signal, varient en fonction de la variation de la capacité des électrodes de référence 8 et des
électrodes de mesure 7.
Si le circuit de traitement pour le signal appliqué à l'entrée du microprocesseur est formé par un tel multivibrateur astable, la ligne de transmission d'entrée au microprocesseur peut se résumer à un unique circuit et le nombre des éléments
du circuit peut être réduit, ce qui améliore la fiabilité.
La figure 5 représente le schéma synoptique d'un système
de calcul de la consommation moyenne de carburant, de l'auto-
nomie possible en fonction du carburant résiduel, ou de carac-
téristiques analogues, à partir du signal de sortie du circuit
de traitement de la figure 4A.
Dans ce système, le signal S du dispositif de mesure électrostatique de carburant 2' selon la figure 3 et des signaux S2 d'un détecteur de vitesse du véhicule, d'un commutateur de changement de mode de fonctionnement ou analogue (pour passer du calcul de la consommation moyenne de carburant au calcul de l'autonomie résiduelle et inversement) sont inscrits dans un calculateur central 11 sur la base d'un programme enregistré dans une mémoire ROM (mémoire permanente) 12, en passant par un interface entrée/sortie 13. A partie de ces signaux, la consommation moyenne de carburant ou l'autonomie résiduelle peut être calculée et les valeurs obtenues à la sortie S3 sont affichées sur un indicateur 14 constitué par un tube indicateur
à cristaux liquides ou phosphorescent, en passant par l'inter-
face entrée/sortie 13. La référence 15 désigne un accumulateur intervenant dans le transfert ou le traitement des données, la référence 16 est une mémoire RAM (mémoire à accès direct) pour
mémoriser temporairement les résultats intermédiaires du cal-
cul et la référence 17 désigne la voie des données.
2 16 9 4
7. Il existe de multiples possibilités pour réaliser le
système de traitement et d'indication de sorte qu'une expli-
cation détaillée à ce sujet n'est pas justifiée.
Comme expliqué ci-dessus, la structure du dispositif de mesure de carburant suivant la présente invention peut être très simple, de sorte que son montage dans le réservoir de carburant est également très simple; néanmoins, le dispositif permet une mesure de grande précision. La forme des électrodes ou de l'intervalle entre les électrodes peut être modifiée -en vue de l'adaptation à la forme du réservoir qui varie en fonction des différents types de véhicules, de sorte que la
relation entre la quantité de carburant et la capacité élec-
trostatique peut être sensiblement unifiée, ce qui permet d'utiliser le même dispositif de traitement de signaux pour
différents types de réservoirs de carburant.
RFVEHIDJ CAT I ONc
1.. Dispositlf ce m.esture lec.l-ost:a ilue et, CalrlltratL-
pour mesutll-tr la (iulai é car-manti lt Iliqluid C()lt(nct' dans un réservoir cde carburant, caracterisé lpar le falit qu'il cRmprend au moins une' pairc ld'electro(ldes o)pos;s(4), montées dans le réservoir de càirburant de iman lreè ctue l.a suri-ace iimmergée des électrodes varie cn f.onLcLtiti du niveau ldu ca.rhuratlt]:-iquide (lans lc réservoiret des moyens (2) de mesurti r tct ritLiuLe pour ldét rlrllilicI la capacçiOté é.lctLrostalt i(luv lnl'rt-u is élecl:rocles, laciqtlLI le vatr ie fonction de- ld i d it.e surf acet-ds électrodes, l-nl vuiiC de Ieit î;il:fer éleclriucenit: la lquanl it- i de Carburant dans Le réservoir sur la base de la capacité tIectros.;atiqud ainsi détermin6e. 2. Dislositif suivanllt la revendicatLion -.,- caractérisé par le faiLt qu leis électrodes sont piLat:es et: sont: dlisp.osées en
opp)os iL.ionl, de faaçon sensi i]ecme;nL îarallècles l'tun.i à 1'autre.
3..! i,': i t i f suiVatl]a i i r itc i oun 1., ca racl érisé par le Fail: lque les élctrrodes sont' cylilindriqucs, présentent des -1iami. tres di f rrenLs ct- sont disposées conceln:riquemnt l'une
à l'atutr:e.
4. Dispositif suivant l'unc cluquelco!lque des revendications
pr.écé6dentets, caractr-Oisé par le fait qu' il compriend, en outre, un. aire de pet:ti.tts élet.Cc ro.es de - ré frerncc (8) disposées de maniere à, rue Loujour-s compli:.ç,ment:-immcrgées dans Ic carburant
conLtenu dans le reservo)ir, i esdi:tes élctrodCS: é-f-érence,-
6-in. 111Olw-x; (1:; ( 1 it'rodes de iin:;lire (7) pour déterminer, par mes-ure él1c.tc irUetc la cn)tsLante diC]ectriqul spécifique -du
carlburant.
5. I)ispositif suivant Viune quelcconque des revendications
à 3, caractprisé par le.fait que lesdite:s élucLtrodes de rmesure (4, 7) sonlt mlontées dans un circuit de mesurte de la' capacité é lectlros. tal:i que Cnit rt les é crocs, comprenant un circuit osc:illant: qu.i conrtiLent lesdites -l.uc iroclus vn tain. qu'61émenlt
conpcl ifiif forma-n ti un ponLt résolnna-t.
Disposilif suivanr La r(evevndicaLion 4, caractérisé par le rf it: ( lesd1Lus ôle '.kl-odq]s dtr nu(lle'i-f' t.4t lesdiLes i électrodes 9- de référrt!ce.ont-mointées dans iun circuit de niet$ure de la capac.i.[ '(lecttrost-atique etlrc It c:; 61t:ctlrodes dtu mestire, ce - circuit comprenant dieux c i rcu i; osc i 11 ant -s co. enil t lesdites él]. ectrobdets (tce nesure: on talt qu'un 6!reC h t. comlac iti f formant un pont résonnant et]esdites 6nltl rock" de réfé'r.nce en tant qcp'autre 61 6ément compnaciti if ForImanlt un seconId ponlt r6sonnanit,
ledit circuit ayant unt! seule sort ite.
7. -lispositi.f suivailt 'l].a rvndicatiOn (, caract'risé par Je Failt que le.dit circuit d(e mesull-: e;-t cosL itué par un milnt.ivi. v.a. l'l:ur a.st' ableo 8. Anpparel1 dte mesurle 6]ec:tvs-{: qu( ti { (1:; indication de -cavlil)li-anlt' comprel(nan.: tii d.ismpos l i.' f:ui va. tillue quetlconque des revundicati.ons] à 4, caracterJ se par7] c fai.t qu' il comprend,
en olutre, un circuit doe détection constiJtu.' par un mu.ltivibra-
-
teur astalie cldont le signal de sortie est trai t- dans un ca].cu-
lateur central (11) CO'ljoOn 'teuntint avec d'autres Si(cliaiuX produits clans le vélhi:cuile tet que la qtiani:it cide carburant conteLnue ldais le r' survowr etst id i quée vi suel]]e1.t par tdes moyetns (i' afflcIlag,
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