FR2690521A1 - Dispositif de mesure de niveau de liquide à fil chaud. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif de mesure du type connu comprenant une sonde (100) formée par un élément résistif à coefficient de température élevé, destinée à être plongée dans une position générale verticale, dans le liquide (220) d'un réservoir (200), un élément (300) d'alimentation en courant de la sonde (100) et des moyens (400) permettant de comparer la tension initiale Uo aux bornes de la sonde (100), à la tension Ut 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, caractérisé par le fait que la sonde (100) comprend au moins un épanouissement sensiblement horizontal (110), libre d'échange thermique avec le milieu environnant liquide/air, au niveau d'un seuil à détecter.
Description
La présente invention concerne le domaine des dispositifs de mesure de niveau de liquide à sonde résistive, du type décrit dans le document FR-A-2367276.
On a décrit dans ce document un dispositif de mesure du type schématisé sur la figure 1 annexée comprenant une sonde 10 formée par un élément électriquement résistif à coefficient de température de la résistivité élevé, destinée à être plongée dans le liquide 22 d'un réservoir 20, un élément 30 d'alimentation en courant de la sonde 10, et des moyens 40 permettant de comparer la tension initiale Uo aux bornes de la sonde 10, à la tension Ut 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.
L'élément composant la sonde 10 est généralement métallique.
Par tension initiale Uo, on entend la tension présente aux bornes de la sonde 10 à l'instant to de mise en service du dispostif d'alimentation 30.
On sait qu'un élément résistif 10 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 10 disposée au-dessus du liquide 22 et donc exposée à l'air, est bien moins refroidie que la partie immergée. Ainsi lorsqu'un tel élément résistif 10 est plongé dans un liquide 22, la variation de sa résistance entre les instants to et t dépend du niveau de liquide 22.
Lorsque l'élément résistif 10 est alimenté par un courant électrique, on observe une différence de potentiel à ses bornes. La tension initiale Uo aux bornes de cet élément 10 dépend de la température ambiante. Après une période de temps tl à la fin de laquelle ledit élément résistif 10 a atteint ou tout du moins a approché son état de stabilité thermique, la tension U1 présente aux bornes de l'élément est supérieure à la tension initiale Uo. La croissance de la tension est sensiblement exponentielle comme celà est illustré sur la figure 2. Plus précisément, l'amplitude de l'accroissement de la tension dépend du niveau de liquide 22 dans lequel est plongé ledit élément 10.
Plus le niveau de liquide 22 est élevé, plus l'élément 10 est refroidi et donc l'accroissement de la température moyenne de cet élément 10 est plus faible. I1 en est de même de sa résistance.
Bien entendu, le phénomène inverse se produit pour une diminution du niveau de liquide 22 dans lequel est plongé l'élément résistif 10.
Par conséquent, la tension initiale Uo, lors de la mise en service des moyens d'alimentation électrique 30, est la même pour deux sondes 10 identiques placées à la même température ambiante, quel que soit le niveau de liquide 22 dans lequel sont plongées ces sondes 10.
En revanche, après un temps tl requis pour approcher l'état de stabilité thermique, la tension aux bornes d'une sonde 10 immergée dans un liquide 22 sera plus faible que la tension aux bornes d'une sonde 10 placée dans l'air. Cette différence de tension est due à la différence de température moyenne entre les deux sondes 10.
De ce fait, la différence entre la tension initiale Uo aux bornes de la sonde 10 et la tension Ut aux bornes de celle-ci à l'instant t, est directement représentative du niveau de liquide 22 dans lequel est plongée la sonde.
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-A2522065, FR-A-2514134, FR-A-2514497, FR-A-2457480, FR-A2485726, FR-A-2573866, FR-A-2526940 et dans la demande de brevet FR 91 04255.
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 10 sont formées d'un fil fin en métal à base de nickel-chrome plié à milongueur pour former deux brins 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 et dans la demande de brevet FR 91 04255.
Ces sondes 10 comprennent en outre deux pièces de connexion reliées aux extrémités de l'élément métallique et un chapeau formant connecteur, relié au support, et sur lequel est fixée une bague pourvue d'un filetage pour permettre de fixer la sonde sur le carter du réservoir à contrôler, par exemple sur le carter d'un moteur à combustion interne.
On a représenté sur la figure 2 annexée l'évolution de tension aux bornes d'une telle sonde connue.
Plus précisément, sur la figure 2, on a représenté en traits continus, l'évolution de la tension aux bornes d'une sonde 10 plongée dans un liquide et en traits interrompus réguliers, l'évolution de la tension aux bornes de la même sonde 10 placée dans l'air.
Comme indiqué précédemment, la différence de tensions (U1-Uo) est représentative du niveau de liquide.
L'évolution de cette différence de tension (U1-UO) en fonction du niveau de liquide h est représentée sur la figure 3.
Pour un niveau de liquide h compris entre la hauteur hO correspondant au fond du réservoir et une hauteur hl correspondant à la base de la sonde 10, la différence de tension est constante, égale à une valeur
U10. En effet la sonde 10 est intégralement et continuellement dans l'air.
U10. En effet la sonde 10 est intégralement et continuellement dans l'air.
Pour un niveau de liquide h évoluant entre la hauteur hl précitée et une hauteur h2 correspondant au sommet de la sonde 10, la différence de tension évolue de façon linéaire entre la valeur U10 précitée et une valeur inférieure Uli. En effet au fur et à mesure de l'élévation du liquide, la hauteur de sonde 10 refroidie par le liquide augmente.
Pour un niveau de liquide h supérieur à h2, la différence de tension reste constante à la valeur U11.
La sonde précédemment décrite est utilisée couramment pour mesurer le niveau d'huile dans le carter de moteurs de véhicules automobiles.
La présente invention a pour but de perfectionner les dispositifs de mesure existants en améliorant la sensibilité lors du franchissement d'un seuil donné.
Ce but est atteint selon la présente invention grâce à un dispositif de mesure du type précité dans lequel la sonde comprend au moins un épanouissement sensiblement horizontal, libre d'échange thermique avec le milieu environnant liquide/air, au niveau d'un seuil à détecter.
Selon une caractéristique avantageuse de la présente invention, l'épanouissement sensiblement horizontal est formé d'une bobine comportant au moins une spire.
Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, l'épanouissement sensiblement horizontal est prévu en partie inférieure de la sonde, afin d'améliorer la sensibilité de détection lors d'un franchissement d'un niveau minimal par le liquide.
En variante, l'épanouissement sensiblement horizontal peut être prévu à un niveau intermédiaire sur la hauteur de la sonde.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels
- la figure 1 précédemment décrite représente schématiquement un dispositif de mesure connu conforme à l'état de la technique
- la figure 2 précédemment décrite représente diverses courbes de réponse de sonde conforme à l'état de la technique,
- la figure 3 précédemment décrite représente, en fonction du niveau de liquide, l'évolution de la différence de tension mesurée,
- la figure 4 représente schématiquement la structure d'un dispositif conforme à un premier mode de réalisation de la présente invention,
- la figure 5 illustre l'évolution de la différence de tension mesurée aux bornes de la sonde représentée sur la figure 4,
- la figure 6 représente une vue de détail d'un mode de réalisation d'un épanouissement sensiblement horizontal conforme à la présente invention,
- la figure 7 représente schématiquement la structure d'un dispositif conforme à un second mode de réalisation de la présente invention, et
- la figure 8 illustre l'évolution de la différence de tension mesurée aux bornes de la sonde représentée sur la figure 7.
- la figure 1 précédemment décrite représente schématiquement un dispositif de mesure connu conforme à l'état de la technique
- la figure 2 précédemment décrite représente diverses courbes de réponse de sonde conforme à l'état de la technique,
- la figure 3 précédemment décrite représente, en fonction du niveau de liquide, l'évolution de la différence de tension mesurée,
- la figure 4 représente schématiquement la structure d'un dispositif conforme à un premier mode de réalisation de la présente invention,
- la figure 5 illustre l'évolution de la différence de tension mesurée aux bornes de la sonde représentée sur la figure 4,
- la figure 6 représente une vue de détail d'un mode de réalisation d'un épanouissement sensiblement horizontal conforme à la présente invention,
- la figure 7 représente schématiquement la structure d'un dispositif conforme à un second mode de réalisation de la présente invention, et
- la figure 8 illustre l'évolution de la différence de tension mesurée aux bornes de la sonde représentée sur la figure 7.
On a représenté sur la figure 4 un dispositif de mesure conforme à la présente invention comprenant une sonde 100 formée par un élément résistif à coefficient de température élevé, plongée dans le liquide 220 d'un réservoir 200 dans une position générale verticale, un élément 300 d'alimentation en courant de la sonde 100, et des moyens 400 permettant de comparer la tension initiale
Uo aux bornes de la sonde 100, à la tension Ut 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.
Uo aux bornes de la sonde 100, à la tension Ut 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.
Plus précisément selon la représentation donnée sur la figure 4, la sonde 100 comprend à sa base un épanouissement horizontal 110.
L'évolution résultante de la différence de tension (U1-U0) est représentée sur la figure 5.
Comme on le voit sur cette figure pour un niveau de liquide h compris entre la hauteur hO correspondant au fond du réservoir et une hauteur hl correspondant à la base de la sonde 10, la différence de tension est constante, égale à une valeur U10. En effet la sonde 10 est intégralement et continuellement dans l'air.
Lorsque le niveau de liquide franchit la hauteur hl correspondant à la base de la sonde , c'est à dire franchit l'épanouissement horizontal 110, la différence de tension descend subitement de la valeur U10 à une valeur Pull. Ceci est du au fait que l'épanouissement 110 précédemment dans l'air est alors placé dans le liquide et se trouve par conséquent beaucoup plus refroidi.
Pour un niveau de liquide h évoluant entre la hauteur hl précitée et une hauteur h2 correspondant au sommet de la sonde 100, la différence de tension évolue de façon linéaire entre la valeur U11 précitée et une valeur inférieure U12. En effet au fur et à mesure de l'élévation du liquide, la hauteur de sonde 100 refroidie par le liquide augmente.
Pour un niveau de liquide h supérieur à h2, la différence de tension reste constante à la valeur U12.
L'homme de l'art comprendra aisément que l'épanouissement 110 permet d'améliorer la sensibilité de détection du niveau mini hl dans le réservoir.
On a illustré schématiquement sur la figure 6 un exemple de réalisation d'épanouissement 110 sous forme d'une bobine horizontale d'axe vertical. La bobine comprend au moins une spire, le cas échéant plusieurs.
Il est important que l'épanouissement horizontal 110 soit libre d'échange thermique avec le milieu environnant soit le liquide ou l'air. Pour celà l'épanouissement 110 peut être supporté par tous moyens appropriés.
On a représenté sur la figure 7 un autre dispositif de mesure conforme à la présente invention comprenant une sonde 100 formée par un élément résistif à coefficient de température élevé, plongée dans le liquide 220 d'un réservoir 200 dans une position générale verticale, un élément 300 d'alimentation en courant de la sonde 100, et des moyens 400 permettant de comparer la tension initiale Uo aux bornes de la sonde 100, à la tension Ut 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.
Plus précisément selon la représentation donnée sur la figure 7, la sonde 100 comprend à mi-hauteur un épanouissement horizontal 110.
L'évolution résultante de la différence de tension (U1-U0) est représentée sur la figure 8.
Comme on le voit sur cette figure pour un niveau de liquide h compris entre la hauteur hO correspondant au fond du réservoir et une hauteur hl correspondant à la base de la sonde 100, la différence de tension est constante, égale à une valeur U10. En effet la sonde 10 est intégralement et continuellement dans l'air.
Pour un niveau de liquide h évoluant entre la hauteur hl précitée et une hauteur h2 correspondant à l'épanouissement 110, la différence de tension évolue de façon linéaire entre la valeur U10 précitée et une valeur inférieure U11. En effet au fur et à mesure de l'élévation du liquide, la hauteur de sonde 100 refroidie par le liquide augmente.
Lorsque le niveau de liquide franchit la hauteur h2 correspondant à l'épanouissement horizontal 110, la différence de tension descend subitement de la valeur U11 à une valeur U12. Ceci est du au fait que l'épanouissement 110 précédemment dans l'air est alors placé dans le liquide et se trouve par conséquent beaucoup plus refroidi.
Pour un niveau de liquide h évoluant entre la hauteur h2 précitée et une hauteur h3 correspondant au sommet de la sonde 100, la différence de tension évolue de façon linéaire entre la valeur U12 précitée et une valeur inférieure U13. En effet au fur et à mesure de l'élévation du liquide, la hauteur de sonde 100 refroidie par le liquide augmente.
Pour un niveau de liquide h supérieur à h3, la différence de tension reste constante à la valeur U13.
L'homme de l'art comprendra aisément que l'épanouissement 110 permet d'améliorer la sensibilité de détection du niveau h2 dans le réservoir.
Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit.
Ainsi par exemple, on peut prévoir de placer plusieurs épanouissements sensiblement horizontaux répartis sur la hauteur de la sonde 100.
L'épanouissement 110 conforme à la présente invention peut ainsi être utilisé pour corriger la courbe de réponse de la sonde, par rapport à une plage de tolérance donnée.
La sonde peut être alimentée par une source de tension électrique comme celà est enseigné dans les documents antérieurs précités, aussi bien que par une source de courant.
Claims (8)
1. Dispositif de mesure du type connu comprenant une sonde (100) formée par un élément résistif à coefficient de température élevé, destinée à être plongée dans une position générale verticale, dans le liquide (220) d'un réservoir (200), un élément (300) d'alimentation en courant de la sonde (100) et des moyens (400) permettant de comparer la tension initiale Uo aux bornes de la sonde (100), à la tension Ut 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, caractérisé par le fait que la sonde (100) comprend au moins un épanouissement sensiblement horizontal (110), libre d'échange thermique avec le milieu environnant liquide/air, au niveau d'un seuil à détecter.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'épanouissement sensiblement horizontal (110) est formé d'une bobine comportant au moins une spire.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'épanouissement sensiblement horizontal (110) est prévu en partie inférieure de la sonde (100) afin d'améliorer la sensibilité de détection lors d'un franchissement d'un niveau minimal par le liquide.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'épanouissement sensiblement horizontal (110) est prévu dans une position intermédiaire sur la hauteur de la sonde (100).
5. Sonde pour la mise en oeuvre du dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 4, du type connu formée par un élément résistif à coefficient de température élevé, caractérisée par le fait qu'elle comprend au moins un épanouissement sensiblement horizontal (110), libre d'échange thermique avec le milieu environnant liquide/air, au niveau d'un seuil à détecter.
6. Sonde selon la revendication 4, caractérisée par le fait que l'épanouissement sensiblement horizontal (100) est formé d'une bobine comportant au moins une spire.
7. Sonde selon l'une des revendications 4 ou 6, caractérisée par le fait que l'épanouissement sensiblement horizontal (110) est prévu en partie inférieure de la sonde (100) afin d'améliorer la sensibilité de détection lors d'un franchissement d'un niveau minimal par le liquide.
8. Sonde selon l'une des revendications 4 ou 6, caractérisée par le fait que l'épanouissement sensiblement horizontal (110) est prévu dans une position intermédiaire sur la hauteur de la sonde (100).
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| FR (1) | FR2690521B1 (fr) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE19858695B4 (de) * | 1998-12-18 | 2005-12-22 | Siemens Ag | Füllstandssensor |
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| DE1172870B (de) * | 1960-04-22 | 1964-06-25 | Max Planck Gesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Fluessigkeitsstandes tiefsiedender Fluessigkeiten |
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- 1992-04-24 FR FR9205072A patent/FR2690521B1/fr not_active Expired - Lifetime
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| FR2690521B1 (fr) | 1994-07-29 |
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