FR2690522A1 - Hot wire liquid level detector for vehicle engines - has element with rectangular cross-section included in sensor to make response less time dependent - Google Patents
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Abstract
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. The present invention relates to the field of liquid level measuring devices with resistive probe, of the type described in document FR-A-2367276.
On a décrit dans ce document un dispositif de mesure comprenant une sonde formée par un élément électriquement résistif à coefficient de température de la résistivité élevé, destinée à être plongée dans le liquide d'un réservoir, un élément d'alimentation en courant de la sonde, et des moyens permettant de comparer la tension initiale Uo aux bornes de la sonde, 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 est généralement métallique. There has been described in this document a measuring device comprising a probe formed by an electrically resistive element with a high coefficient of temperature of resistivity, intended to be immersed in the liquid of a reservoir, a current supply element for the probe. , and means making it possible to compare the initial voltage Uo at the terminals of the probe, with the voltage Ut present at the terminals thereof after a time t, for which the probe has reached or at least has approached its state thermal stability. The element making up the probe is generally metallic.
Par tension initiale Uo, on entend la tension présente aux bornes de la sonde à l'instant to de mise en service du dispostif d'alimentation. By initial voltage Uo is meant the voltage present at the terminals of the probe at the instant to put the supply device into service.
On sait qu'un élément résistif ayant un coefficient de température positif élevé voit sa résistance propre augmenter en fonction de sa température, celle-ci dépendant de la masse thermique du fil, de l'énergie apportée , de la température initiale et des échanges thermiques. Par ailleurs, la partie de l'élément résistif disposée au-dessus du liquide et donc exposée à l'air, est bien moins refroidie que la partie immergée. It is known that a resistive element having a high positive temperature coefficient sees its own resistance increasing as a function of its temperature, the latter depending on the thermal mass of the wire, the energy supplied, the initial temperature and the heat exchanges. . Furthermore, the part of the resistive element disposed above the liquid and therefore exposed to air, is much less cooled than the submerged part.
Ainsi lorsqu'un tel élément résistif est plongé dans un liquide, la variation de sa résistance entre les instants to et t dépend du niveau de liquide.Thus when such a resistive element is immersed in a liquid, the variation of its resistance between instants to and t depends on the level of liquid.
Lorsque l'élément résistif est alimenté par un courant électrique, on observe une différence de potentiel à ses bornes. La tension initiale Uo aux bornes de cet élément dépend de la température ambiante. Après une période de temps tl à la fin de laquelle ledit élément résistif 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. When the resistive element is supplied with an electric current, there is a potential difference across its terminals. The initial voltage Uo across this element depends on the ambient temperature. After a period of time tl at the end of which said resistive element has reached or at least has approached its state of thermal stability, the voltage U1 present at the terminals of the element is greater than the initial voltage Uo. The growth in tension is significantly exponential.
Plus précisément, l'amplitude de l'accroissement de la tension dépend du niveau de liquide dans lequel est plongé ledit élément.More precisely, the amplitude of the increase in voltage depends on the level of liquid in which said element is immersed.
Plus le niveau de liquide est élevé, plus l'élément est refroidi et donc l'accroissement de la température moyenne de cet élément est plus faible. I1 en est de même de sa résistance. The higher the liquid level, the more the element is cooled and therefore the increase in the average temperature of this element is lower. The same is true of its resistance.
Bien entendu, le phénomène inverse se produit pour une diminution du niveau de liquide dans lequel est plongé l'élément résistif. Of course, the opposite phenomenon occurs for a reduction in the level of liquid in which the resistive element is immersed.
Par conséquent, la tension initiale Uo, lors de la mise en service des moyens d'alimentation électrique, est la même pour deux sondes identiques placées à la même température ambiante, quel que soit le niveau de liquide dans lequel sont plongées ces sondes. Consequently, the initial voltage Uo, when the electrical supply means are put into service, is the same for two identical probes placed at the same ambient temperature, whatever the level of liquid in which these probes are immersed.
En revanche, après un temps tl requis pour approcher l'état de stabilité thermique, la tension aux bornes d'une sonde immergée dans un liquide sera plus faible que la tension aux bornes d'une sonde placée dans l'air. Cette différence de tension est due à la différence de température moyenne entre les deux sondes. On the other hand, after a time tl required to approach the state of thermal stability, the voltage across a probe immersed in a liquid will be lower than the voltage across a probe placed in air. This difference in voltage is due to the difference in average temperature between the two probes.
De ce fait, la différence entre la tension initiale Uo aux bornes de la sonde et la tension Ut aux bornes de celle-ci à l'instant t, est directement représentative du niveau de liquide dans lequel est plongée la sonde. As a result, the difference between the initial voltage Uo at the terminals of the probe and the voltage Ut at the terminals of the latter at time t is directly representative of the level of liquid in which the probe is immersed.
La Demanderesse a déjà commercialisé un grand nombre de dispositifs de mesure du type indiqué ci-dessus. The Applicant has already marketed a large number of measuring devices of the type indicated above.
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. Various improvements to this measuring device are described in the following documents: FR-A2522065, FR-A-2514134, FR-A-2514497, FR-A-2457480, FR-A2485726, FR-A-2573866, FR-A- 2526940 and in patent application 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. We will usefully refer to all of the documents which have just been described for the proper understanding of the present invention.
Le plus souvent les sondes sont formées d'un fil fin en métal à base de nickel-chrome plié à mi-longueur pour former deux brins 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. Most often the probes are formed of a fine metal wire based on nickel-chromium bent at mid-length to form two generally parallel strands carried by an elongated support of electrically insulating material and stretched by an elastic element, for example by a spring as described in document FR-A-2485726 and in patent application FR 91 04255.
Ces sondes 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. These probes further include two connection pieces connected to the ends of the metal element and a connector cap, connected to the support, and on which is fixed a ring provided with a thread to allow the probe to be fixed on the tank housing. to be checked, for example on the casing of an internal combustion engine.
On a représenté sur la figure 1 annexée l'évolution de tension aux bornes d'une telle sonde connue. There is shown in Figure 1 attached the evolution of voltage across such a known probe.
Plus précisément, sur la figure 1, on a représenté en traits continus, l'évolution de la tension aux bornes d'une sonde plongée dans un liquide et en traits interrompus réguliers, l'évolution de la tension aux bornes de la même sonde placée dans l'air. More precisely, in FIG. 1, the evolution of the voltage across the terminals of a probe immersed in a liquid is shown in solid lines and in regular broken lines the evolution of the voltage across the terminals of the same probe placed in the air.
Comme indiqué précédemment, la différence de tensions (U1-Uo) est représentative du niveau de liquide. As indicated previously, the difference in voltages (U1-Uo) is representative of the liquid level.
La sonde précédemment décrite est utilisée couramment pour mesurer le niveau d'huile dans le carter de moteurs de véhicules automobiles. The previously described probe is commonly used to measure the oil level in the crankcase of motor vehicle engines.
Par ailleurs, la Demanderesse a constaté que les éléments métalliques résistifs, réalisés généralement en nickel-chrome présentent des dispersions non négligeables et inévitables. Pour corriger ces dispersions la
Demanderesse a proposé de relier une résistance de correction, choisie en fonction des caractéristiques de chaque élément métallique résistif, en parallèle de ce dernier. Cette résistance de correction, formée d'un composant discret, a jusqu'ici été placée dans le chapeau de la sonde.Furthermore, the Applicant has found that the resistive metallic elements, generally made of nickel-chromium have non-negligible and inevitable dispersions. To correct these dispersions the
Applicant has proposed to connect a correction resistor, chosen according to the characteristics of each resistive metallic element, in parallel with the latter. This correction resistor, formed of a discrete component, has so far been placed in the cap of the probe.
Dans la pratique, la géométrie de ces carters de moteurs impose cependant fréquemment une disposition de sonde qui ne soit pas verticale et qui soit différente d'un type de motorisation à l'autre. In practice, the geometry of these motor casings however frequently requires a probe arrangement which is not vertical and which is different from one type of motorization to another.
Par ailleurs, comme cela est schématisé sur les figures 2A et 2B annexées, deux sondes présentant une inclinaison différente par rapport à la verticle, et conçues pour jauger la même différence de niveau (entre niveau mini et niveau maxi) posséderont des longueurs différentes. Furthermore, as shown schematically in Figures 2A and 2B attached, two probes having a different inclination relative to the verticle, and designed to gauge the same difference in level (between minimum level and maximum level) will have different lengths.
I1 en résulte que pour un même modèle de véhicule, à un même tableau de bord sont associées plusieurs références de sondes correspondant à plusieurs motorisations ; et chacune de ces références de sonde correspond à une longueur de fil différente. It follows that for the same vehicle model, with the same dashboard are associated several references of probes corresponding to several engines; and each of these probe references corresponds to a different length of wire.
Pour utiliser le même circuit de traitement et donc obtenir le même écart de tension (U1-Uo) avec la même intensité d'alimentation, la Demanderesse a déjà proposé de modifier le diamètre d du fil composant la sonde, d'une référence à l'autre, sur la base de la relation (1) AU =(a p2 1 I3) / K d5 dans laquelle a représente le coefficient d'augmentation de la résistivité avec la température, p représente la résistivité de la sonde, 1 représente la longueur du fil composant la sonde,
I représente l'intensité dans le fil de la sonde,
K représente le coefficient d'échange thermique entre le fil et le milieu environnant, et d représente le diamètre du fil.To use the same processing circuit and therefore obtain the same voltage difference (U1-Uo) with the same supply current, the Applicant has already proposed to modify the diameter d of the wire making up the probe, from a reference to l other, on the basis of the relation (1) AU = (a p2 1 I3) / K d5 in which a represents the coefficient of increase in resistivity with temperature, p represents the resistivity of the probe, 1 represents the length of the wire making up the probe,
I represents the intensity in the probe wire,
K represents the heat exchange coefficient between the wire and the surrounding medium, and d represents the diameter of the wire.
En d'autres termes, en appliquant la relation (1), on veille à avoir le rapport l/d5 égal à une constante pour avoir le même AU à intensité constante, quelle que soit la longueur du fil de la sonde. In other words, by applying relation (1), care is taken to have the ratio l / d5 equal to a constant in order to have the same AU at constant intensity, whatever the length of the probe wire.
Toutefois, la relation (1) donne la valeur de AU à l'asymptote. Or dans la pratique, on ne peut attendre que le fil ait atteint très exactement son état de stabilité thermique. En effet, ii est nécessaire d'opérer la mesure de U1 avant que la pompe à huile n'entraîne l'huile dans l'ensemble du circuit de lubrification. However, equation (1) gives the value of AU to the asymptote. However in practice, one cannot wait until the wire has reached its state of thermal stability very exactly. In fact, it is necessary to carry out the measurement of U1 before the oil pump entrains the oil in the entire lubrication circuit.
Par ailleurs, le diamètre d du fil intervient dans le temps de réponse. De ce fait, deux fils de diamètres différents auront des temps de réponse différents. In addition, the diameter d of the wire intervenes in the response time. As a result, two wires of different diameters will have different response times.
Pour ces raisons, lorsque l'on utilise des fils de longueurs différentes, l'exploitation de la relation (1) permet d'obtenir le même AU pour les différents fils, à un temps de mesure tl donné, comme représenté en traits mixtes interrompus sur la figure 1, mais interdit d'obtenir le même AU pour les différents fils à tout instant. For these reasons, when using wires of different lengths, the exploitation of relation (1) makes it possible to obtain the same AU for the different wires, at a given measurement time tl, as shown in broken dashed lines. in Figure 1, but forbidden to obtain the same AU for the different wires at any time.
En conclusion, les sondes jusqu'ici proposées imposent un temps de mesure tl précis et déterminé si l'on veut utiliser le même tableau de bord, à courant constant quel que soit le type de motorisation. In conclusion, the probes hitherto proposed impose a precise and determined measurement time tl if it is wished to use the same dashboard, at constant current whatever the type of motorization.
La présente invention a pour but de perfectionner les dispositifs de mesure existants en éliminant la contrainte du temps de mesure imposée jusqu'ici. The object of the present invention is to improve the existing measurement devices by eliminating the constraint of the measurement time imposed hitherto.
Ce but est atteint selon la présente invention grâce à un dispositif de mesure du type précité dans lequel la sonde comprend un fil résistif à coefficient de température élevé possédant une section qui n'est pas pleine cylindrique de révolution afin d'introduire un paramètre permettant de contrôler la courbe de réponse de la sonde. This object is achieved according to the present invention by means of a measuring device of the aforementioned type in which the probe comprises a resistive wire with a high temperature coefficient having a section which is not full cylindrical of revolution in order to introduce a parameter making it possible to check the response curve of the probe.
Selon un premier mode de réalisation le fil métallique possède une section droite généralement oblongue. According to a first embodiment, the metal wire has a generally oblong cross section.
Selon un second mode de réalisation le fil métallique est un fil creux. According to a second embodiment, the metal wire is a hollow wire.
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 diverses courbes de réponse de sonde conforme à l'état de la technique, - les figures 2A et 2B représentent deux schémas d'implantation de sonde conforme à l'état de la technique, - la figure 3 représente une vue en section droite d'une sonde conforme à un premier mode de réalisation de la présente invention, - la figure 4 représente une vue en section droite d'une sonde conforme à un second mode de réalisation de la présente invention, et - la figure 5 représente une vue en section droite d'une sonde conforme à un troisième mode de réalisation de la présente invention. Other characteristics, objects and advantages of the present invention will appear on reading the detailed description which follows, and with reference to the appended drawings given by way of nonlimiting examples and in which - Figure 1 previously described represents various curves of response of probe in accordance with the state of the art, - Figures 2A and 2B represent two diagrams of implantation of probe in accordance with the state of the art, - Figure 3 represents a cross-section view of a probe according to a first embodiment of the present invention, - Figure 4 shows a cross-sectional view of a probe according to a second embodiment of the present invention, and - Figure 5 shows a cross-sectional view d 'a probe according to a third embodiment of the present invention.
Comme indiqué précédemment, selon une caractéristique essentielle de l'invention, la sonde comprend un fil métallique résistif à coefficient de température élevé possédant une section qui n'est pas pleine cylindrique de révolution afin d'introduire un paramètre permettant de contrôler la courbe de réponse de la sonde. As indicated above, according to an essential characteristic of the invention, the probe comprises a resistive metal wire with a high temperature coefficient having a section which is not full cylindrical of revolution in order to introduce a parameter making it possible to control the response curve of the probe.
Plus précisément, selon un premier mode de réalisation conforme à la présente invention, le fil métallique composant la sonde possède une section droite pleine généralement oblongue. More specifically, according to a first embodiment in accordance with the present invention, the metal wire making up the probe has a solid cross section which is generally oblong.
Selon un mode de réalisation avantageux, comme illustré sur la figure 3, le fil 10 présente plus précisément encore, une section droite rectangulaire de longueur a et de largeur b. According to an advantageous embodiment, as illustrated in FIG. 3, the wire 10 more precisely still has a rectangular cross section of length a and width b.
La fonction qui donne la progression du bU du fil résistif en fonction du temps est la suivante : (2)
dans laquelle t représente le temps, a représente le coefficient d'augmentation de résistivité avec la température, p représente la résistivité,
I représente l'intensité, s représente la section du fil, p représente le périmètre du fil, h représente la hauteur dans l'huile, l représente la longueur totale du fil,
KA représente le coefficient d'échange thermique du fil dans l'air, KH représente le coefficient d'échange thermique du fil dans l'huile, yreprésente la capacité calorifique du fil.The function which gives the progression of the bU of the resistive wire as a function of time is as follows: (2)
in which t represents time, a represents the coefficient of increase in resistivity with temperature, p represents resistivity,
I represents the intensity, s represents the section of the wire, p represents the perimeter of the wire, h represents the height in the oil, l represents the total length of the wire,
KA represents the heat exchange coefficient of the wire in air, KH represents the heat exchange coefficient of the wire in oil, y represents the heat capacity of the wire.
Le processus de calcul de la section du fil rectangulaire conforme à la présente invention est alors le suivant. The process for calculating the section of the rectangular wire according to the present invention is then as follows.
On pose en appelant E l'écart entre le niveau mini et le niveau maxi à détecter. We set by calling E the difference between the minimum level and the maximum level to be detected.
E (3) - = A
s2p
p (4) ---- = B
s
A et B sont des constantes qui ne dépendent que de la nature du fil et de la nature du fluide environnant.E (3) - = A
s2p
p (4) ---- = B
s
A and B are constants which only depend on the nature of the wire and the nature of the surrounding fluid.
On en déduit
avec (7) s = ab et (8) p = 2(a+b) soit
with (7) s = ab and (8) p = 2 (a + b) either
De là, on déduit
L'homme de l'art comprendra aisément que le respect des relations (3) et (4), plus précisément le respect des relations (11) et (12) précitées dans le cas d'un fil de section droite rectangulaire permet d'obtenir le même AU (t) et par conséquent la même courbe de réponse pour les diverses sondes utilisées. Those skilled in the art will readily understand that respecting relationships (3) and (4), more specifically respecting relationships (11) and (12) above in the case of a wire of rectangular cross section allows obtain the same AU (t) and therefore the same response curve for the various probes used.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée à une section droite parfaitement rectangulaire mais s'étend à toute variante de section droite généralement oblongue, c'est-à-dire non cylindrique de révolution. Le cas échéant, on peut par exemple retenir un fil de section droite généralement rectangulaire à angles arrondis. Of course, the present invention is not limited to a perfectly rectangular cross section but extends to any variant of generally oblong cross section, that is to say non-cylindrical of revolution. If necessary, it is possible, for example, to retain a wire of generally rectangular cross section with rounded angles.
Selon un second mode de réalisation conforme à la présente invention, comme illustré sur la figure 4, le fil métallique composant la sonde peut être un fil creux. Bien entendu, là encore, il y a lieu d'adapter la section de la couronne composant le fil métallique pour obtenir une même courbe de réponse pour les diverses sondes. According to a second embodiment in accordance with the present invention, as illustrated in FIG. 4, the metal wire composing the probe can be a hollow wire. Of course, here again, it is necessary to adapt the section of the crown making up the metal wire to obtain the same response curve for the various probes.
Plus précisément encore, le fil métallique peut être formé d'un tube fin creux 20, dont l'espace interne 21 est rempli d'air, comme représenté sur la figure 4, ou encore comme représenté sur la figure 5 d'un tube fin creux 20 dont l'espace interne 22 est formé d'un support, par exemple un matériau électriquement isolant tel qu'une fibre de verre ou tout moyen équivalent, ou encore un support électriquement conducteur, par exemple un fil métallique présentant des caractéristiques différentes du tube externe 20 servant à la détection. More precisely still, the metal wire can be formed of a thin hollow tube 20, the internal space 21 of which is filled with air, as shown in FIG. 4, or also as shown in FIG. 5 of a thin tube. hollow 20, the internal space 22 of which is formed of a support, for example an electrically insulating material such as a glass fiber or any equivalent means, or else an electrically conductive support, for example a metal wire having characteristics different from the external tube 20 used for detection.
Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit mais s'étend à toute variante conforme à son esprit. Of course the present invention is not limited to the particular embodiment which has just been described but extends to any variant in accordance with its spirit.
La présente invention concerne également les sondes elles mêmes utilisées pour la mise en oeuvre du dispositif précité. The present invention also relates to the probes themselves used for the implementation of the above-mentioned device.
De plus 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. In addition, the probe can be supplied by a source of electrical voltage as taught in the above-mentioned prior documents, as well as by a current source.
On notera par ailleurs que la conformation particulière de la section du fil peut être obtenue lors du processus d'assemblage du dispositif de mesure, par exemple par laminage d'un fil rond afin d'adapter à la fois l'écart de tension AU et le temps de réponse, sans nécessiter l'adjonction de résistance parallèle comme cela était connu dans l'état de la technique. It will also be noted that the particular conformation of the section of the wire can be obtained during the assembly process of the measuring device, for example by rolling a round wire in order to adapt both the voltage difference AU and response time, without requiring the addition of parallel resistance as was known in the prior art.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2690522B1 (en) | 1994-07-29 |
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