FR2466754A1 - Dispositif de mesure de quantite et de debit de fluide - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de mesure et de débit de fluide dans un réservoir. Il comporte une sonde capacitive 10 constituée par deux électrodes concentriques 40, 42 plongées dans le fluide du réservoir. Un circuit d'interface 12 produit des impulsions dont la période dépend de la capacité de la sonde et un dispositif de traitement 14 traite les impulsions reçues pour déterminer la quantité de fluide dans le réservoir et son débit. L'invention s'applique notamment à des véhicules automobiles à moteur Diesel. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

La présente invention se rapporte au domaine des dis-

positifs de mesure de débit et de quantité de fluide, et concerne plus particulièrement un dispositif de mesure de

quantité de fluide utilisant une sonde capacitive.

Les techniques actuelles de mesure de quantité de com- bustible dans les véhicules sont relativement imprécises et les quantités sont généralement exprimées en fractions

de la capacité du réservoir, ce qui ne donne qu'une estima-

tion grossière. Les débits de fluide sont généralement

déterminés par des mécanismes à déplacement positif, rela-

tivement coûteux, par exemple des pistons ou des turbines.

Des dispositifs à déplacement positif, tels que décrits par exemple par les brevets des Etats-Unis d'Amérique no 4 043 198 et 2 304 8c2 comportent des mécanismes à

flotteurs et/ou des mécanismes à commutateur à soupape.

Certains types de dispositifs de mesure de débit utilisent un réservoir, ou un "réservoir soustracteur" conjointement avec un mécanisme à déplacement positif, tel que décrit par exemple dans les brevets des Etats Unis d'Amérique

no 3 332 283, 3 695 097, 3 714 823, 3 937 083 et 4 020 683.

Ces types de dispositifs de mesure de débit ne peuvent mesurer en ellemême la quantité de combustible qui -reste

ou qui est ajoutée, ou la variation du niveau du réservoir.

En outre, la précision et la robustesse de ces mécanismes sont affectées par des forces dynamiques comprenant les vibrations, les chocs, les accélérations du véhicule, la

dynamique des fluides, etc...

Il est déjà connu. d'utiliser des sondes capacitives pour mesurer une quantité de fluide, comme le décrivent les brevets des Etats-Unis d'Amérique no 2 354 964,

2 656 977, 2 767 360, 2 772 049, 4 090 408 et 3 918 306.

Ces dispositifs ne sont généralement pas assez souples

pour être utilisés à la mesure du débit et du fluide con-

sommé ou qui reste et ils dépendent largement d'un appa-

reil analogique complexe et coûteux qui ne donne qu'une mesure grossière. Des techniques de traitement numérique sont également connues dans leur application à différents types de capteurs, par exemple des capteurs de vitesse et des capteurs de combustible. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique no 3 908 451, 3 921 444 3 927 305, 3 938 372, 3 975 952, 4 061 023, 4 112 492 et 4 136 563 décrivent des

exemples de dispositifs de ce genre.

Les brevets des Etats Unis d'Amérique no 4 134 301 et 4 073 186 décrivent des microprocesseurs utilisés dans des dispositifs de mesure de débit non capacitifs tandis

que le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 4 083 248 dé-

crit une sonde capacitive et une mémoire permanente con-

tenant une table de consultation pour la compensation des

non linéarités de la sonde.

Les brevets précités, mettant en oeuvre la technique

du réservoir soustractif, par exemple le brevet des Etats-

Unis d'Amérique n0 3 423 998 sont dirigés particulièrement sur la mesure de fluides en-recirculation, comme cela se

produit par exemple dans les moteurs à allumage par com-

pression. Dans ces moteurs, un pourcentage important du combustible admis n'est-pas brûlé dans le moteur mais

retourne au réservoir. Des mesures de quantité de com-

bustible sont difficiles car le combustible en retour est

généralement chaud, mousseux et instable.

Un objet de l'invention est donc d'éliminer les in-

convénients de la technique antérieure grâce à un disposi-

tif de mesure de quantité de fluide simple, peu coûteux

souple et sans intrusion permettant de mesurer des quanti-

tés de fluides et des débits.

Un autre objet de l'invention est de proposer un appa-

reil de mesure de quantité de combustible qui élimine la difficulté de lecture de la différence entre deux débits dans des moteurs à allumage par compression, lorsqu'une

quantité importante du combustible reçu par le moteur re-

vient au réservoir.

Un autre objet de l'invention est de proposer une sonde

de mesure de quantité de combustible, sans intrusion, spé-

cialement adaptée pour être incorporée dans des réservoirs existants de combustible de véhicules à moteur diesel, sans nécessiter aucune modification spéciale de la structure

du réservoir.

Un autre objet encore de l'invention est de proposer

un appareil de mesure de débit et de quantité de combusti-

ble qui n'impose aucun dispositif spécial de compensation de température mais qui utilise au contraire une propriété du combustible dont le coéfficient de température est à peu près égal mais opposé au coéfficient de température de dilatation en volume. Plus particulièrement, grâce à l'utilisation d'une sonde capacitive comportant une soupape capacitive qui dépend de la permittivité du combustible, des mesures précises de débit et de quantité de combustible peuvent être faites sans aucun dispositif de compensation

-de température.

Un autre objet encore de l'invention est de proposer une sonde capacitive sans intrusion combinée avec un circuit d'interface numérique et un microprocesseur permettant de

réaliser un dispositif de mesure et d'enregistrement sou-

ple et peu coûâteux de niveau et de débit de combustible dans un moteur à allumage par compression. Des dispositions sont prises pour afficher devant le conducteur du véhicule des informations de niveau et de débit de fluide ainsi que pour les enregistrer pour leur lecture ultérieure et leur

traitement à distance.

Un autre objet encore de l'invention est de proposer une sonde capacitive combinée avec un circuit d'interface numérique et un dispositif de traitement de données, pour mémoriser l'évolution passée de signaux de niveau et de

débit de combustible, qui peuvent être utilisés pour déter-

miner le combustible consommé ou le combustible qui reste.

L'invention concerne donc un dispositif de mesure de combustible, sans intrusion, destiné à être associé avec un réservoir à combustible d'un véhicule, et qui comporte une sonde capacitive, un circuit d'interface numérique, un

dispositif de traitement de données et un dispositif d'émis-

sion de signaux de données. La sonde capacitive comporte

des première et seconde électrodes montées concentrique-

ment, un dispositif de fixation des première et seconde électrodes de manière qu'elles soient espacées l'une de l'autre, et un dispositif de fixation de la sonde sur le réservoir et de positionnement des électrodes à l'intérieur

du réservoir pour qu'elles soient plongées dans le combus-

tible. Le circuit d'interface numérique est fixé sur la sonde et lui est connecté électriquement pour produire des signaux numériques représentant la capacité entre les deux

électrodes. Le dispositif de traitement de données es posi-

tionné à distance du réservoir et près du compartiment du conducteur du véhicule, pour recevoir les signaux numériques Le dispositif de traitement de données comporte une mémoire de programme, une mémoire de données, un circuit de calcul

connecté à la mémoire de programme et à la mémoire de don-

né,es et destiné à calculer, à partir des signaux de données, la quantité de combustible dans le réservoir. La mémoire de données mémorise les signaux de données correspondant à

la quantité de combustible. Le dispositif de sortie déli-

vre des signaux de données afin d'indiquer la quantité de combustible. En effectuant des mesures de niveau de fluide pendant des périodes relativement courtes, le dispositif de traitement de données peut calculer les débits de fluide sur une base presque instantanée. Des signaux de données correspondant aux débits de fluide ainsi qu'aux niveaux

de fluide-peuvent être mémorisés pour être lus par un dis-

positif de saisie de données et être traités ultérieurement

dans un appareil central de traitement à distance.

Ainsi, le dispositif électronique de mesure de quantité

de combustible selon l'invention offre l'avantage particui-

lier de permettre des mesures de débit de combustible con-

sommé. La durée du cycle de mesure peut être établie à en-

viron 1 à 2 secondes (nominalement 1,2 seconde). Les signaux de données qui sont mémorisés et qui indiquent le niveau

du combustible permettent un accès facile à plusieurs lec-

tures de niveau espacées entre elles d'intervalles relati-

vement courts. Cela permet à un programme simple de calcu-

ler la valeur moyenne d'un groupe de lectures précédentes - 35 afin de l'afficher pour le conducteur et pour la mémoriser en vue de son transfert ultérieur à des dispositifs de saisie de données. Il est possible d'effectuer les mesures de niveau à des intervalles très courts, de l'ordre de dix millisecondes. Cela penret d'effectuer des masures de débit pratiquement instantanées en utilisant l'ensemble du microprocesseur, de l'interface numérique et de la sonde capacitive. En outre, le dispositif décrit de mesure de combustible est complètement sans intrusion et ne perturbe pas les circuits normaux ou les débits qu'il y a

lieu de mesurer. L'appareil de mesure de quantité de com-

bustible offre donc un avantage distinct sur de nombreux autres appareils qui imposent une dérivation des conduites

normales d'écoulement pour mesurer les débits.

Dans le cadre de l'invention, le combustible peut être défini comme tout produit pétrolier, par exemple du mazout, de l'essence, du kérosène, de l'huile de chauffage, de

l'huile & moteur, des huiles synthétiques, etc.. La cons-

tante diélectrique de ces substances est généralement de l'ordre de 2 à 3. Dans le but de différencier le fluide mesuré de l'air, la sonde et l'appareil selon l'invention

peuvent être utilisés d'une façon générale avec des substan-

ces dont la constante diéléctrique est supérieure à l'unité.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention

apparaîtront au cours de la description qui va suivre.

Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exem-

ples nullement limitatifs: la figure 1 est un schéma simplifié global d'un appareil électronique de mesure de quantité de combustible selon 1 'invention, la figure 2 est une coupe de la sonde capacitive et du dispositif de montage d'interface,

la figure 3 est une coupe d'un' second mode de réalisa-

tion de la sonde de la figure 1 dans lequel une sonde de référence est incorporée à l'extrémité inférieure,

la figure 3A est un schéma simplifié illustrant l'in-

corporation d'un second circuit d'interface numérique pour la sonde.de référence de la figure 3,

la figure 4 est un schéma du circuit d'interface numé-

rique selon l'invention, et la figure 5 est un schéma du dispositif de traitement

selon 1 'invention.

La figure 1 est donc un schéma général simplifié d'un appareil électronique 2 de mesure de combustible. L'appareil

2 représenté est utilisé pour mesurer la quantité de com-

bustible d'un moteur à allumage par compression comprenant un réservoir 4 qui contient le combustible, une tubulure d'admission 6 du moteur et une conduite 8 de retour de

combustible au réservoir. L'appareil 2 de mesure de combus-

tible comporte une sonde capacitive 10, un circuit d'inter-

face numérique 12 et un dispositif de traitement 14. La sonde 10 et positionnée dans une ouverture 16 du réservoir 4 destinée à recevoir une jauge courante, et elle est fixée

par une collerette 18 qui s'adapte et se fixe sur la colle-

rette existante 20 de l'orifice 16. Un carter 22 est uti-

lisé pour couvrir l'interface 12; L'-alimentation est four-

nie au circuit d'interface 12 par des lignes 24 et 26, géné-

ralement connectées a la batterie d'accumulateurs du véhi-

cule. En variante, une petite batterie peut être incorporée dans le dispositif d'interface 12. Le signal de sortie de la sonde 10 et du circuit d'interface 12 est transmis au dispositif de traitement 14 par une ligne 28. Le dispositif de traitement 14 peut comporter par exemple un dispositif

de calcul et une mémoire de données pour mémoriser des si-

gnaux provenant de la sonde 10 et du circuit d'interface 12, représentant la capacité de la sonde 10 correspondant au niveau du fluide dans le réservoir 4. Le signal de sortie du dispositif de traitement 14 peut être affiché pour le conducteur au moyen d'un panneau d'affichage 30. Le dispositif de traitement 14 peut en outre être connecté à une liaison de données 32 qui lit les signaux mémorisés dans la mémoire du dispositif de traitement 14 afin de les mémoriser dans une mémoire interne. La mémoire interne peut consister par exemple en une bande magnétique. La liaison

de données est portative et constitue un mécanisme d'extrac-

tion de données de la mémoire de nombreux appareils de me-

sure de combustible afin que toutes ces données puissent

être traitées par un grand calculateur central. Par consé-

quent, la liaison de données 32 est-représentée connectée par une ligne en pointillés à un dispositif 34 de traitement à distance. Ce dernier est connecté à une imprimante 36 qui délivre une copie des données traitées. L'utilisation de la liaison de données et de l'appareil de traitement à distance est similaire à celle décrite dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 020 622 déposée le 14

mars 1979 au nom de John E. Juhasz.

Comme le montre la figure 1, la longueur de la sonde ca-

pacitive 10 est telle qu'elle pénètre jusqu'à un point lé-

gèrement au-dessous de l'extrémité de la conduite 6 d'arri-

vée de combustible au moteur. Il n'est généralement pas souhaitable de prolonger la longueur de la sonde 10 jusque très près du fond du réservoir car le combustible qui s'y -trouve n'est généralement pas accessible à la conduite 6 et par conséquent, sur le plan pratique, le réservoir est vide lorsque le niveau du combustible se trouve au-dessous

de l'extrémité de la conduite d'arrivée 6.

En outre, de l'eau et d'autres substances peuvent se

trouver au fond du réservoir.

Le dispositif de traitement 14 peut interroger plusieurs bornes d'entrée pour recevoir d'autres données, par exemple des signaux provenant des transducteurs de vitesse au sol et de rotation du moteur, etc..., comme cela est décrit dans la demande de brevet précitée. Ainsi, le dispositif

de calcul 14 peut dtre utilisé pour calculer d'autres para-

mètres du véhicule, par exemple des kilomètres par litre, des litres par tour du moteur, des litres par allumage des

cylindres, etc... Par ailleurs, d'autres sondes 10 et d'au-

tres circuits d'interface 12 peuvent être utilisés pour mesurer les niveaux d'autres fluides dans le véhicule, par

exemple l'eau, l'huile, le fluide de freinage, etc...

Ces entrées supplémentaires sont indiquées en 29 sur la

figure 1.

La figure 2 est une coupe détaillée de'la sonde 10 et du support du circuit d'interface 12. La sonde 10 comporte une électrode cylindrique 40 extérieure et une électrode

cylindrique 42 intérieure. Ces deux électrodes sont posi-

tionnées concentriquement et sont ouvertes aux extrémités inférieures 44 et 46. Une collerette 18 permet de fixer le

cylindre extérieur et le cylindre intérieur dans son ouver-

ture centrale. Un dispositif d'isolement 48, sous la forme d'une entretoise cylindrique, permet de fixer le cylindre intérieur et le cylindre extérieur à une certaine distance l'un de l'autre. Les extrémités inférieures des électrodes

cylindriques 40 et 42 sont maintenues écartées par des ri-

vets isolants 50. Par exemple, trois de ces rivets peuvent

être prévus, espacés les uns des autres de 1200.

La sonde comporte également un support d'extrémité su-

périeure 52 qui ferme l'électrode cylindrique intérieure

42 de la sonde 10 et qui sert à supporter le circuit d'in-

terface 12. Ce dernier est monté sur une carte 54 de circuit

imprimé fixée rigidement sur l'électrode cylindrique inté-

rieure par une vis 56, une entretoise 58, un écrou à rivetage

60 et le support 52 d'extrémité supérieure. Le contact é-

lectrique entre l'électrode cylindrique intérieure 42 est également établi par le support 52 d'extrémité supérieure, l'écrou 60 et la vis 56 (et/ou l'entretoise 58). La plaque 54 de circuit imprimé est. également fixée sur la collerette 18 par des vis 62 et des entretoises 64 associées. Par

exemple trois de ces vis et entretoises peuvent être posi-

tio.nnées à 1200 les unes des autres suivant la périphérie

de la plaque 54. Les composants discrets du circuit d'in-

terface 12 sont montés sur la carte 54 et ne sont pas-re-

présentés pour simplifier la figure. La figure 4 est un

schéma détaillé du circuit d'interface 12.

Le carter 22 enferme le circuit d'interface 12 et le

protège contre les dommages, la poussière, etc..

La collerette 18 comporte plusieurs trous 66 qui cor-

respondent à la collerette 20 de l'orifice habituel, afin de permettre la fixation sur le réservoir 4 de l'ensemble

de la sonde.

En pratique, il est souhaitable (l'utiliser une sonde dont la longueur est telle qu'elle arrive lég'èrement au-dessous de l'extrémité inférieure de la conduite 6

d'arrivée de combustible au moteur. Au cours de la fabrica-

tion de la sonde 10, il est possible de couper simplement les électrodes cylindriques 40 et 42, extérieure et

intérieure, et de percer ensuite des trous près de l'extré-

mité 44 de l'électrode intérieure 42 afin d'y positionner les rivets isolants 50. En variante, des groupes standards de trous à rivets sur l'électrode intérieure 42 peuvent être percés suivant la longueur de cette électrode avant

de la couper.

Dans un mode de réalisation de l'invention, les élec-

trodes cylindriques 40 et 42 sont anodisées afin d'aliminer

toute tendance aux courts-circuits résultant de la conduc-

tion dans le combustible. Des électrodes peuvent être uti-

lisées dans d'autres dispositions que celles représentées,

mais il est préférable que ces électrodes soient position-

nées concentriquement afin d'assurer une bonne rigidité structurale.

Selon un autre aspect de l'invention, une sonde de ré-

férence peut être montée sur un dispositif de fixation d'extrémité de la sonde principale 10. La figure 3 est

une coupe d'un dispositif 80 de fixation d'extrémité uti-

lisé comme sonde de référence. Ce dispositif 80 de fixa-

tion d'extrémité est fabriqué en une matière isolante, par exemple en acétate ou en nylon et il comporte un cylindre 82 dans lequel trois trous sont percés pour recevoir des rivets isolants 50. Le diamètre extérieur du cylindre 82

est légèrement inférieur au diamètre intérieur de l'élec-

trode cylindrique intérieure 42. Le dispositif 80 de fixa-

tion d'extrémité comporte en outre un épaulement 84 avec une rainure 86 pour recevoir une bague torique 88. Cette

dernière est comprimée entre la paroi intérieure de l'é-

lectrode cylindrique extérieure 40 et l'épaulement 84, comme

le montre la figure 3. Le dispositif 80 de fixation d'extré-

mité est ainsi utilisé pour fixer des extrémités infé-

rieures des électrodes cylindriques 40 et 42, coaxialement l'une par rapport à l'autre. Des ouvertures 89 sont prévues pour permettre-le passage du fluide entre l'électrode

intérieure et l'électrode extérieure.

La surface du cylindre 84 reçoit un placage électro-

lytique 90 pour former une électrode de référence. L'élec-

trode cylindrique extérieure 40 est utilisée comme élec-

trode de niasse. Un condensateur de référence peut ainsi être fabriqué par placage électrolytique de la surface du cylindre 82, séparée et sans contact électrique avec

l'électrode cylindrique intérieure 42. L'électrode cylin-

drique extérieure 40 à la masse peut ainsi servir d'électro- de à la fois pour l'électrode cylindrique intérieure 42

et l'électrode de référence 90.

Le positionnement de l'électrode de référence 90 à un

niveau au-dessous de l'extrémité inférieure 46 de Itélec-

trode cylindrique intérieure assure que cette électrode de

référence 90 se trouve toujours plongée dans le combusti-

ble. Un fil 94 connecte électriquement l'électrode de

référence à un circuit d'interface 12' similaire au cir-

cuit d'interface 12. Le dispositif de traitement 14 re-

çoit des signaux des deux circuits d'interface 12 et 12',

comme le montre la figure 3A.

Un avantage particulier de l'utilisation du mode de réalisation de la figure 3 est que le dispositif 80 de fixation d'extrémité peut avoir les mêmes dimensions pour toutes les longueurs de la sonde 10. Il suffit donc de

couper les électrodes cylindriques extérieure et inté-

rieure aux longueurs voulues. Le dispositif 80 de fixation d'extrémité est ensuite ajusté sur l'extrémité de toutes

les sondes 10 afin de maintenir les deux électrodes espa-

cées l'une de l'autre et de former la sonde de référence voulue. L'utilisation de la sonde à condensateur de référence, représentée sur la figure 3, offre l'avantage particulier de permettre de déterminer le type de fluide que contient le réservoir. Etant donné que l'électrode de référence

est normalement toujours plongée dans le fluide, sa sur-

face effective ainsi que la longueur de l'intervalle sont constantes et les seules variations de la capacité sont -dues à la constante diélectrique de la matière entre les électrodes de référence. Mais la constante diélectrique indique directement le type de matière utilisé. Il est donc possible de déterminer si du mazout, de l'eau ou d'autres substances ont été pompées dans le réservoir, en- mémorisant simplement la période des signaux résultant attendus pour le combustible voulu, ainsi que les substances

étrangères courantes qui peuventêtre pompées dans le réser-

voir. Une indication de présence d'une substance indésira-

ble peut être affichée pour le conducteur du véhicule en utilisant le panneau d'affichage 30 de la figure 1 ou en mettant en oeuvre des techniques de table de consultation permettant d'établir l'identité du fluide qui se trouve dans

le réservoir.

La figure 4 est un schéma du circuit d'interface 12

selon l'invention. Ce dernier comporte un circuit tempori-

sateur 100, des résistances R1, R2, R3 et R4, un potentio-

mètre P1, des condensateurs C1, C2, C3 et C4 et une diode D1. Le circuit temporisateur 100 délivre des signaux de sortie sur une ligne de sortie 28 et réagit au niveau de

tension sur les lignes d'entrée 102 et 104. Le circuit tem-

porisateur 100 peut être par exemple un modèle MC1555 fonc-

tionnant comme un multivibrateur astable.(les numéros des broches pour le circuit du modèle MC1555 sont ceux donnés

par la notice d'information du fabricant). Le circuit mul-

tivibrateur astable résultant de la configuration représen-

tée est chargé par la chaine de résistances R1, B1, P2 et R3

et il est déchargé par la chaîne de résistances R1, P1 et R2.

La sonde capacitive 10 fait partie du circuit RC de charge et de décharge de sorte que la période d'un signal de sortie

rectangulaire à la broche 3, sur la ligne 28, est propor-

tionnelle à la capacité de la sonde 10. Le potentiomètre P1

et le condensateur variable C4 permettent de régler le pas-

sage par zéro et la lecture à déviation totale de la sonde

capacitive. Le passage par zéro veut dire que la sonde capa-

citive 10 possède une capacité mesurable même stil n'y a pas de combustible entre l'électrode cylindrique extérieure et l'électrode cylindrique intérieure 42. Le réglage du

condensateur C4 permet de régler la valeur du zéro en l'ab-

sence de combustible. Le réglage de la constante de temps de charge par le potentiomètre P1 permet de modifier la

période, ce qui permet d'obtenir la plage dynamique souhai-

tée de l'ensemble de sonde. A titre d'exemple nullement limitatif, la longueur de la sonde peut être 700mm, la capacité du condensateur C3 peut être comprise entre 50 et 100 pF, celle du condensateur C4 entre 5 et 50 pF, les valeurs de R2 et R3 peuvent être comprises entre 50K et 100K, la valeur nominale de Pl peut être 200K. Dans le but d'assurer la stabilité en température du circuit, les résistances Rl, Pl et R2 et les condensateurs C3 et c4 doivent être choisis avec des faibles coeéfficient

de température, de -l'ordre de 100 ppm.

La figure 5 est un schéma général simplifié du disposi-

tif de traitement 14 de la figure 1. Le dispositif de trai-

tement 14 comporte un circuit 120 de conditionnement de si-

* gnaux, un adaptateur d'interface adaptatif 122, une unité

centrale de traitement 124, une mémoire permanente program-

mable 126, une mémoire à accès direct 128, un circuit d'hor-

loge 130 et un compteur 132.

Le dispositif 120 de conditionnement de signaux compor-

te un comparateur 140 dont l'entrée inverseuse est connec-

tée de manière à recevoir le signal d'entrée sur la ligne

28. Le comparateur 140 est interconnecté avec des résistan-

ces R5-R1O, une diode D2 et un condensateur C5. Ce circuit

de conditionnement de signaux fonctionne comme un inver-

seur insensible aux parasites et il délivre des signaux de

sortie de même période que les signaux d'entrée sur la li-

gne 28. Les signaux de sortie sont délivrés sur la ligne 142 vers l'adaptateur 122. Ce dernier comporte un registre

144 qui mémorise le nombre de comptages provenant de la li-

gne d'entrée 142 pendant une période déterminée par le circuit d'horloge 130 et le compteur 132. La période, et par conséquent la fréquence, des signaux sur la ligne 142 sont les mêmes que sur la ligne 128 et correspondent par conséquent à la capacitéde la sonde 10. L'unité centrale de traitement 124 est interconnectée avec l'adaptateur 122

par des lignes de sélection de données et de registre dési-

gnées globalement par 146. L'unité centrale de traitement 124 fonctionne conjointement avec un programme enregistré dans la mémoire permanente 126 et les données résultant du traitement dans l'unité 124 sont mémorisées dans la mémoire a accès direct 128. Un segment 150 de la mémoire 128 est réservé pour la mémorisation de signaux de données traitées proportionnelles aux lectures séquentielles de la sortie (nombre de comptages) du registre 144 afin d'indiquer l'évolution des mesures passées. Un avantage particulier de ce dispositif de mesure de

combustible est qutil permet la mesure des débits de com-

bustible. Ces mesures sont possibles grâce à un échantil-

lonnage relativement rapide du niveau du combustible, c'est à dire un échantillonnage sur des courtes périodes. Les variations de niveau de combustible pendant ces périodes indiquent les débits. Par-exemple, l'unité centrale de traitement 124 peut être utilisée pour commander leregistre 144 de manière qu'il mémorise des comptages pendant un intervalle de 10 millisecondes et les signaux de sortie du registre 144 peuvent être délivrés à l'unité centrale de traitement et être mémorisés dans la mémoire à accès direct pendant un cycle de lecture de données apparaissant toutes les 1,2 secondes, à la commande du circuit d'horloge 130 et du compteur 132. L'unité centrale de traitement 124 peut être programmée pour examiner les signaux d'entrée sur la ligne 142 à une vitesse d'échantillonnage de 0,8

microseconde pendant l'intervalle de comptage de 10 milli-

secondes, afin de déterminer le nombre des transitions positives et négatives, et par conséquent le nombre des

impulsions reçues pendant l'intervalle de comptage donné.

Le nombre des impulsions reçues est proportionnel à la fréquence des impulsions du signal reçu et inversement proportionnel à leur période. La période des impulsions est proportionnelle au niveau du fluide (et à la capacité

de la sonde).

Le segment de mémoire 150 peut comporter par exemple

registres pour mémoriser des signaux de données trai-

tées correspondant aux 15 précédentes lectures du registre 144. La lecture du registre 144 toutes les 1,2 secondes permet de connaître l'évolution en 18 secondes des données, pour leur mémorisation dans le segment 150 de la mémoire 128. Les programmes mémorisés dans la mémoire permanente 126 peuvent alors être utilisés pour commander l'unité centrale de traitement 124 afin de connaître la valeur moyenne des 15 registres du segment 120 et produire un signal de sortie moyen pour le panneau d'affichage 130 et/

ou pour la liaison de données 32 de la figure 1. En varian-

te, la lecture la plus récente du registre 144 peut être utilisée comme signal de sortie. Par ailleurs, un signal de sortie qui est apparu 18 secondes plus t8t peut être utilisé comme signal d'affichage. Ce signal de mesure retardé convient particulièrement, par exemple, lorsque le véhicule.commence à rouler et que le combustible est éclaboussé autour du réservoir 4, rendant instable la

lecture des mesures de niveau. Dans ce cas, l'unité cen-

trale de traitement peut être programmée pour prélever la valeur du niveau du combustible avant le démarrage et pour l'afficher, ou pour la transférer ensuite à la liaison de données. De plus, l'unité centrale de traitement peut être programmée pour attendre un temps supplémentaire après le démarrage ou l'arrêt du véhicule, et avant de mesurer un autre niveau de combustible. Par exemple, un retard de 15 à 30 secondes s'est avéré avantageux pour permettre la

stabilisation du niveau du-combustible.

Les 15 positions de mémoire peuvent être utilisées

pour mémoriser les données actuelles de niveau de combus-

tible ou de débit de combustible pendant 18 secondes. Les nouvelles données sont mémorisées en bas de la pile et décalent chacune d'une position vers le haut les données

déjà mémorisées. Les plus anciennes données sont éliminées.

Il est ainsi possible en utilisant le dispositif de traitement 14 avec le circuit dtinterface 12 et la sonde

10 d'effectuer non seulement des mesures de niveau de flui-

de mais également des mesures de débit de fluide avec pra-

tiquement tout degré voulu de granularité. En outre, le dispositif décrit de mesure de combustible est absolument sans intrusion et ne perturbe en aucune manière les débits normaux qu'il y a lieu de mesurer. Ce dispositif de mesure offre ainsi un avantage important sur les nombreux autres

dispositifs qui imposent une dérivation des conduites nor-

males d'écoulement pour mesurer les débits.

A titre d'exemple9 l'unité centrale de traitement 124

peut consister par exemple en un microprocesseur du mo-

dèle 6504 et l'adaptateur d'interface 122 peut être un

modèle 6522, tous deux fabriqués par Rockwell Internatio-

nal. La mémoire permanente programmable 126 peut consister par exemple en un modèle 2716 et la mémoire à accès direct 128 peut 4tre un modèle 4104, tous deux fabriqués par Mostek.

Le fonctionnement de l'appareil électronique de mesu-

re de quantité de combustible repose sur la relation entre la capacité et la longueur de la sonde plongée dans le combustible. D'une façon générale, la capacité entre deux électrodes est donnée par C = EA/g, o C est la capacité?

Lest la constante diélectrique, A est la surface de l'élec-

trode et g est l'intervalle entre les électrodes. Dans le

présent mode de réalisation, les électrodes sont cylindri-

ques et sont disposées concentriquement comme le montre

la figure 2. Dans ces conditions, la surface est propor-

tionnelle à la longueur de l'électrode et par conséquent,

la capacitéest proportionnelle à la longueur de la sonde.

Cette capacité varie en fonction de la constante diélectri-

que de la matière entre les deux électrodes et; par consé-

quent, la capacité de la sonde à un instant donné est di-

-rectement proportionnelle à la hauteur du combustible

dans le réservoir. Le circuit d'interface 12 est un méca-

nisme destiné à convertir la valeur de la capacité en une période d'impulsions produites par le circuit temporisateur 100. Par exemple, une sonde vide a une capacité telle que

le circuit temporisateur produit des impulsions d'une pério-

de de 60 microsecondes. Quand la sonde est complètement plongée dans le combustible, indiquant un réservoir plein, la capacité est telle qu'elle produit un signal de sortie d'une période de 110 microsecondes. Connaissant le volume du réservoir, les deux points d'extrémité peuvent être utilisés pour associer d'une façon linéaire la période des signaux du circuit temporisateur 100 avec le niveau

du combustible dans le réservoir, et par conséquent le vo-

lume qui reste. Si l'on suppose par exemple un réservoir

de 500 litres, une variation de la période de 90 microse-

condes à 70 microsecondes indique une diminution de 20/50 ou 40 % du niveau du combustible dans le réservoir, ce qui correspond à une diminution de 40 % de volume, à savoir 200 litres consommés. Bien entendu, la relation entre le niveau du combustible et son volume dépend de la géométrie du réservoir et une relation linéaire n'est strictement vraie que pour les réservoirs rectangulaires. La grande majorité des réservoirs à combustible, particulièrement 0 ceux utilisés dans des camions, sont cylindriques et par conséquent, la relation entre le niveau du combustible et son volume n'est pas exactement linéaire. Mais il s'est

avéré que pour des niveaux qui variet entre 20 % et 80 jo-

du volume dans des réservoirs cylindriques, la relation est linéaire avec un facteur d'erreur de 0,8 p. L'utilisation d'une sonde caâcitive selon l'invention a fait apparaître un avantage particulier. Notamment, il n'existe aucune nécessité d'utiliser une compensation de

température dans l'appareil de mesure de combustible.

Une augmentation de température produit une augmentation correspondante du volume du combustible et une diminution correspondante de sa densité. Mais une diminution de la densité du combustible produit également une diminution de sa constante diélectri<tac qui compense directement la

variation de densité. L'effet global est donc que la capa-

cité ne change pas de façon notable avec la température.

Le coéfficient de température de la constante diélectrique

du combustible de moteur diesel est 0,0576 par degré centi-

grade tandis que le coéfficient de température de densité

de ce même combustible est 0,0594 par degré centigrade.

Une indépendance de la température a été notée pour ce combustible, par exemple dans des plages de températures

entre -23 et +881C. Etant donné que la constante diélectri-

que d'une matière est proportionnelle à sa densité, il y - 35 a lieu de penser que l'indépendance entre la capacité et la température est non seulement vraie pour le combustible de moteur diesel mais également pour l'essence et autres

produits pétroliers.

Il est bien entendu que de nombreuses modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit et

illustré à titre d'exemple nullement limitatif sans sor-

tir du cadre ni de l'esprit de l'invention.

Claims (23)

REVENDI CATIONS

1 - Dispositif de mesure de quantité de fluide asso-

cié avec un réservoir à fluide et destiné à effectuer des mesures telles que de fluide consommé, de fluide restant ou de débit, dispositif caractérisé-en ce qu'il comporte une sonde capacitive (10) comprenant des première et seconde électrode (40,42), un dispositif (18) destiné à maintenir lesdites électrodes espacées l'une de l'autre et un dispositif (18) destiné à fixer lesdites électrodes

dans ledit réservoir (4), le dispositif comportant égale-

ment un circuit (12) connecté électriquement auxdites première et seconde électrodes et destiné à produire des impulsions représentant la capacité de ladite snnde, un microprocesseur (14) destiné à recevoir et à traiter

lesdites impulsions, et comprenant une mémoire de pro-

gramme (126), une mémoire de données (128), une unité

centrale de traitement (124) qui, en accord avec un pro-

gramme de ladite mémoire de programme, calcule à partir

desdites impulsions reçues, des signaux de données cor-

respondants auxdites meesures de fluide, et un dispositif

(150) de mémorisation desdites mesures de fluide dans la-

dite mémoire de données, ledit dispositif comportant en-

fin un dispositif (30,32) destiné à émettre lesdits si-

gnaux de données mémorisés afin d'en fournir une indica-

tion.

2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites impulsions représentent le niveau du fluide dans ledit réservoir (4), ledit microprocesseur

comportant un dispositif (130,132) destiné à échantil-

lonner lesdites impulsions à des intervalles de temlps relativement courts, ladite unité centrale de traitement

(124) calculant les débits comme ladite mesure de fluide.

3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites impulsions représentent le niveau

du fluide dans ledit réservoir (4), ledit microproces-

seur (14) comportant un dispositif (130,132) destiné à échantillonner lesdites impulsions à des intervalles de

temps relativement courts, ladite unité centrale de trai-

tement (124) calculant le fluide consomrmé comme ladite me-

sure de fluide.

4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites impulsions représentent le niveau du fluide dans ledit réservoir (4), ledit microprocesseur (14) comportant un dispositif (130,132) destiné à échantillonner

lesdites impulsions à des intervalles de temps relative-

ment courts, lrcóite uii;6 cettrale de traitement (124) calculant le fluide qui reste sous forme de ladite mesure

de fluide.

Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 2 à 4, caractérisé en ce que lesdits intervalles

d'échantillonnage sont de l'ordre d'une seconde.

6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites impulsions sont échantillonnées pendant une période de comptage relativement courte dans lesdits intervalles de temps, ladite période de comptage étant de

l'ordre de 10 millisecondes.

7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la fréquence d'échantillonnage dudit dispositif

d'échantillonnage est de l'ordre de 0,8 seconde.

8 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit produit lesdites impulsions avec une période proportionnelle à la capacité de ladite sonde

2.5 (10).

9 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite sonde (10) comporte en outre une électrode de référence (90) positionnée à proximité de l'extrémité inférieure desdites première et seconde électrodes (40,42)

de manière à être plongée complètement dans le fluide du-

dit réservoir (4, ledit circuit (12) comportant un circuit supplémentaire (12') connecté électriquement à ladite électrode de référence et destiné à produire des impulsions supplémentaires représentant la capacité de ladite électrode de référence, ledit microprocesseur (14) recevant et

traitant lesdites inpulsioxns et lesdites impulsions supplé-

mentaires. - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé

en ce que ladite mémoire de données (128) mémorise des si-

gnaux de référence correspondants à ladite électrode de référence (90) plongée dans des fluides différents, ledit

microprocesseur (14) traitant lesdites impulsions supplé-

Dentaires pour indiquer une caractéristique du fluide

dans lequel ladite électrode de référence est plongée.

il - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé

en ce que ledit fluide est un combustible pétrolier, les-

dites impulsions correspondant à la quantité de combustible

indépendamment des variations de température, le coéffi-

cient de température du volume dudit combustible étant pratiquement égal et opposé au coeéfficient de température de la constante diélectrique dudit combustible de sorte qu'une indépendance de la température t obtenue sans

appareil spécifique de compensation de température.

12 - Dispositif de mesure de quantité de combustible

sans intrusion pour un réservoir à combustible d'un véhi-

cule, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte une sonde

capacitive (10) comprenant des première et seconde électro-

des (40,42) montées concentriquement, un dispositif (18,50)

destiné à maintenir lesdites première et seconde électrodes-

espacées l'une de l'autre, un dispositif de montage (18) destiné à fixer ladite sonde sur ledit réservoir (4) et à positionner lesdites première et seconde électrodes à l'intérieur dudit réservoir pour qu'elles soient plongées

dans ledit combustible, ledit dispositif de mesure compor-

tant également un circuit (12) d'interface numérique fixé et connecté électriquement sur ladite sonde et destiné à produire des signaux numériques représentant la capacité entre lesdites première et seconde électrodes, un dispositif de traitement de données (14) positionné à distance dudit réservoir et près du compartiment du conducteur dudit véhicule, cpour recevoir lesdits signaux numériques, ledit dispositif de traitement de données comportant une mémoire

de programme (126), une mémoire de données (128), un dis-

positif de calcul (124) connecté à ladite mnémuoire de pro-

gramme et à ladite mémoire de données et destiné à calcu-

ler la quantité de combustible dans ledit réservoir à partir desdits signaux numériques, ladite mémoire de données

mémorisant des signaux de données correspondant à la quanti-

té de combustible et ledit dispositif de mesure comportant

enfin un dispositif (30,32) destiné à émettre lesdits si-

gnaux de données afin d'indiquer la quantité de combusti- ble. 13 Dispositif selon la revendication 12, caractérisé

en ce que ledit dispositif de calcul (124) calcule, à par-

tir desdits signaux numériques, la quantité de combustible

consommé entre des premier et second évènements.

14 - Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que lesdits premier et second évènements correspondent à des premier et second instants, ce qui permet d'indiquer

la quantité de combustible consommé, la quantité de combus-

tible qui reste et le débit de combustible.

- Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que lesdits premier et second évènements correspondent

au début et à la fin d'un voyage du véhicule.

16 - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que lesdites première et seconde électrodes (40,42)

sont cylindriques.

17 - Dispositif selon la revendication 12 ou 16, carac-

térisé en ce que lesdites première et seconde électrodes

(42,40) sont anodisées.

18 - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que ladite mémoire de données (128) consiste en une mémoire à accès direct destinée à mémoriser des signaux de dnnnées. 19 - Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que ledit dispositif de traitement de données (14) mémorise, dans ladite mémoire à accès direct, les signaux de données les plus récemment calculés pour remplacer

continuellement les signaux de données précédemment calcu-

lés parmi lesdits signaux de données.

20 - Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que ledit dispositif de traitement de données (14) calcule une valeur moyenne desdits signaux de données et mémorise ladite valeur moyenne dans ladite mémoire à accès

direct sous forme de signaux de données supplémentaires.

21 - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit circuit (12) d'interface numérique délivre des signaux numériques dont la période est proportionnelle à la capacité de ladite sonde (10). 22 Dispositif selon la revendication 21, caractérisé en ce que ledit circuit d'interface (12) et ladite sonde capacitive (10) forment un circuit multivibrateur astable,

le temps de charge'et de décharge de ladite sonde capaci-

tive déterminant la période d'oscillation dudit multivibra-

teur astable et desdits signaux numériques.

23 - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que ladite sonde(10) comporte en outre une électrode de référence (90) positionnée à proximité de l'extrémité inférieure desdites première et seconde électrodes (40,42) de manière à etre plongée complètement dans le combustible dudit réservoir (4), ledit circuit électrique comportant un circuit supplémentaire (121) connecté électriquement

à ladite électrode de référence et produisant des impul-

sions supplémentaires représentant la capacité de ladite

électrode de référence, ledit microprocesseur (14) rece-

vant et traitant lesdites impulsions et lesdites impulsions supplémentaires. 24 - Dispositif selon la revendication 23, caractérisé en ce que ladite mémoire de données (128) mémorise des signaux de référence correspondant à ladite électrode de référence (90) plongée dans des fluides différents, ledit

microprocesseur (14) traitant lesdites impulsions supplé-

mentaires pour indiquer une caractéristique du fluide dans

lequel ladite éledrode de référence est plongée.

- Dispositif selon la revendication 12, caractérisé.

en ce que lesdits signaux numériques correspondent à la

quantité de fluide indépendamment des variations de tempé-

rature, ledit fluide ayant un coefficient de température

de volume égal et opposé au coefficient de température.

de sa constante diélectrique, de manière que l'indépendance à la température soit obtenue sans appareil spécifique de

compensation de température.

26 - Dispositif de mesure de quantité de combustible associé avec un réservoir à combustible d'un véhicule à moteur à combustion interne à allumage par compression

et à recirculation de combustible, ledit réservoir compor-

tant un orifice de jauge à combustible, dispositif caracté-

risé en ce qu'il comporte une sonde capacitive (10) compre-

nant des première et seconde électrodes (40,42) espacées l'une de l'autre pour recevoir du combustible entre elles, un dispositif (18) de montage de ladite sonde sur ledit orifice de manière à plonger lesdites électrodes dans le combustible dudit réservoir (4), un circuit (12) connecté

électriquement auxdites électrodes et produisant des im-

pulsions qui représentent la capacité de ladite sonde, un dispositif (56) de fixation dudit circuit sur une partie

dudit dispositif de montage et à l'extérieur dudit réser-

voir, un dispositif de traitement (14) connecté pour re-

cevoir lesdites impulsions et qui, à la commande d'un pro-

gramme, mémorise des signaux de données indiquant la

quantité de combustible dans ledit réservoir, et un dis-

positif (30) assurant la sortie desdits signaux de données

mémorisés afin d'indiquer la quantité de combustible.

27 - Dispositif selon la revendication 26, caractérisé en ce que lesdites première et seconde électrodes (40,42) sont des électrodes cylindriques extérieure et intérieure

montées concentriquement.

28 - Dispositif selon la revendication 27, caractérisé en ce que ledit dispositif de montage (18) consiste en une collerette fixée sur ladite électrode extérieure et des

isolants (50) positionnés entre lesdites électrodes inté-

rieure et extérieure à proximité de leurs extrémités.

29 - Dispositif selon la revendication 28, caractérisé en ce que ledit circuit (12) est monté sur une plaque (54) de circuit imprimé, ledit dispositif de fixation consistant en une vis (56) traversant ladite carte de circuit imprimé

vers ladite collerette.

- Dispositif selon la revendication 26, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une sonde de référence (90) positionnée à l'extrémité inférieure de ladite sonde

capacitive (10).

31 - Dispositif selon la revendication 27, caractérisé en ce que ladite électrode extérieure (4o) est connectée à la masse dudit réservoir (4) et se prolonge au-delà de ladite électrode intérieure (42) et de sa partie inférieure ledit dispositif comportant en outre un condensateur de

référence (90) comprenant une électrode de référence posi-

tionnée au-dessous de ladite électrode intérieure et iso-

lée de celle-ci et comprenant ladite électrode extérieure

comme électrode de masse.

32 - Dispositif selon la revendication 26, caractérisé en ce que lesdites impulsions correspondent à la quantité de fluide dans ledit réservoir (4) indépendamment des variations de température, ledit combustible ayant un

coéfficient de température de volume pratiquement égal et-

opposé au coéfficient de température de sa constante di-

électrique, de manière qutune indépendance à la tempéra-

ture soit obtenue sans appareil spécifique de compensation

de température.

33 - Dispositif de mesure de débit de combustible des-

tiné à un réservoir à combustible d'un véhicule à moteur

à combustion interne à allumage par compression, avec re-

circulation de combustible, ledit réservoir à combustible

comportant un orifice pour une jauge à combustible, dis-

positif caractérisé en ce qu'il comporte une sonde capaci-

tive (10) comprenant des première et seconde électrodes

(40,42) espacées l'une de l'autre pour recevoir du com-

bustible entre elles, un dispositif (18) de montage de

ladite sonde sur ledit orifice de manière à plonger les-

dites électrodes dans le combustible dudit réservoir, un circuit (12) connecté électriquement auxdites électrodes et produisant des impulsions représentant la capacité de

ladite sonde, un dispositif (56) de fixation dudit cir-

cuit sur une partie dudit dispositif de montage et à l'ex-

térieur dudit réservoir, un dispositif de traitement (14) connecté pour recevoir lesdites impulsionsiet qui, à la commande d'un programme, mémorise les signaux de données indiquant le débit net de combustible provenant dudit

réservoir, et un dispositif assurant la sortie desdits si-

gnaux de données mémorisés de manière à indiquer le débit

de combustible.

34 - Dispositif de mesure de quantité de combustible du type capacitif, sans intrusion, destiné à un réservoir à combustible d'un véhicule à moteur à combustion interne à allumage par compression, ledit combustible ayant un coefficient de température de dilatation en volume égal et

opposé à son coefficient de température de constante diélec-

trique, permettant ainsi des mesures capacitives indépendan-

tes de la température par ledit dispositif, ledit disposi-

tif de mesure comportant une sonde capacitive (10) compre-

nant des première et seconde électrodes (40,42) montées concentriquement, un dispositif (50) destiné à maintenir lesdites première et seconde électrodes espacées l'une de

l'autre, un dispositif de montage (18) destiné à fixer la-

dite sonde sur ledit réservoir et à positionner lesdites

première et seconde électrodes à l'intérieur dudit réser-

voir pour qu'elles soient plongées dans ledit combustible, un circuit (12) d'interface numérique fixé et connecté électriquement sur ladite sonde et destiné à produire des

signaux numériques représentant la capacité desdites pre-

mière et seconde électrodes, un dispositif (14) de traite-

ment de données positionné à distance dudit réservoir

et à la proximité d'un compartiment du conducteur dudit véhi-

cule, pour recevoir lesdits signaux numériques, ledit dis-

positif de traitement de données comportant une mémoire de programme (126) , une mémoire de données (128), un dispositif de calcul (124) connecté à ladite mémoire de programme et

à ladite mémoire de données et destiné à calculer la quan-

tité de combustible dans ledit réservoir à partir desdits signaux numériques, et ladite mémoire de.données mémorisant

des signaux de données correspondant à la quantité de com-

bustible, ledit dispositif de mesure comportant enfin un dispositif destiné à émettre lesdits signaux de données

afin d'indiquer la quantité de combustible.