WO2001002817A1 - Level sensor-switch - Google Patents

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WO2001002817A1
WO2001002817A1 PCT/FR2000/001867 FR0001867W WO0102817A1 WO 2001002817 A1 WO2001002817 A1 WO 2001002817A1 FR 0001867 W FR0001867 W FR 0001867W WO 0102817 A1 WO0102817 A1 WO 0102817A1
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WO
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integrator
tank
level
capacitor
measurement
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PCT/FR2000/001867
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French (fr)
Inventor
François BAILLIEU
Frédéric LEVACHER
Original Assignee
Roxer
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/26—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields
    • G01F23/263—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors
    • G01F23/266—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors measuring circuits therefor

Definitions

  • the present invention relates to a level sensor or detector intended in particular, but not exclusively, for fuel tanks of motor vehicles.
  • the tank can contain G.P.L., gasoline, fuel oil or any other liquid constituting a good electrical insulator.
  • It also relates to a level detection method using such a sensor or detector.
  • a first object of the invention is to overcome this drawback and to allow precise knowledge, at all times, of the volume of fuel remaining available in the tank, whatever the nature thereof.
  • a second object of the invention is to allow better carburetion of the vehicle engine by detecting the composition of the fuel in the tank, in particular in the case of LPG It therefore relates to a liquid level detector in a reservoir, in particular for a motor vehicle reservoir, connected by means of an electronic circuit to a display panel, comprising a measurement capacitor intended to be placed over the entire height of the reservoir and adapted so that its capacity varies reproducibly with the level of liquid in the reservoir and a reference capacitor intended to be placed at the bottom of the reservoir so as to be always submerged, the measurement and reference capacitors being supplied by and connected to an electronic interpretation circuit, characterized in that it includes switches for controlling the charging and discharging of the capacitors, the operation of which is clocked by clocks periodically emitting tops for interrogating the instantaneous value of the capacitor of the measurement capacitor.
  • the capacitors are produced using electrically conductive coaxial tubes.
  • the central tube or the outer tube is continuous while the other tube is divided into two parts of unequal length.
  • the shortest section is intended to constitute the reference capacitor and the longest, the measurement capacitor.
  • the two tubes are held in relative position by spacers and the internal tube can be pierced with holes to allow free circulation of the fluid.
  • the capacitors consist of flat plates.
  • the material used is such that it is sufficiently rigid and inert with respect to the liquid contained in the tank and a good conductor of electricity.
  • the invention also relates to various circuits for correcting, for example, the temperature of the liquid contained in the reservoir as well as for detecting its composition.
  • the system automatically switches from one tank to another.
  • the interpretation circuit comprises a sensor, an analog / digital converter including a specialized ⁇ modulator and a microcontroller.
  • the detector comprises a microcontroller incorporating the clocks and the comparators, the microcontroller comprising software means for periodically and alternately causing, on the one hand, the charge of the integrator from the reference capacitor and its discharge in the measurement capacitor as soon as the charge of the integrator exceeds a value threshold and, on the other hand, the discharge of one integrator in the reference capacitor and its charge from the measurement capacitor as soon as the charge of the integrator drops below a threshold value.
  • the invention also relates to a method for detecting the level of a liquid in a reservoir by means of a level detector as defined above, characterized in that the integrator is loaded at a regular rate by an amount of electricity taken from the measurement capacitor and the integrator is discharged in the reference capacitor, by a predetermined amount of electricity when, with each pulse of the clocks, the amount of electricity from l integrator exceeds a predetermined threshold value.
  • this method comprises a first step of charging the integrator from the reference capacitor and discharging the integrator into the measurement capacitor as soon as its charge exceeds a threshold value and a second step of discharging the integrator in the reference and integrator charge capacitor from the measurement capacitor as soon as the integrator charge drops below a threshold value, and summation of the measurement signals thus obtained, said first and second steps being carried out periodically and alternately.
  • FIG. 2 a more detailed diagram of the system
  • FIG. 3 a block diagram of the electronic correction and interpretation circuit of the measurements carried out.
  • FIG. 8 illustrates another embodiment of a level detector according to the invention.
  • the probe 1 is made up of two reference and measurement 11 capacitors respectively.
  • the capacity of the reference capacitor 11 is that of the capacity obtained when the tank is empty, this capacitor always remaining immersed.
  • the capacity of the capacitor 12 depends on the filling level of the tank.
  • These two capacitors are connected to an electronic card 2 and supplied periodically by switches 3 from a voltage source whose voltage does not exceed five volts.
  • the armatures of the capacitors 11 and 12 are also connected to an integrator 4 followed by a comparator 5, the output of which is connected by a feedback circuit to the switch 3 corresponding to the capacitor 12, whose capacity is variable with the level, for constitute the specialized ⁇ modulator.
  • the output is also connected to a microcontroller 7 by a four-wire connection.
  • the microcontroller 7 receives motor contact and power supply information from the battery (not shown) and is connected at the output with a filling solenoid valve 8, with a switch G.P .L. / petrol 9 and with a display panel 19. Depending on the information received from the capacitor 12, the controller 7 closes or opens the valve 8 taking into account that, for LPG, the filling rate of the tank must not exceed 80%. LPG petrol switching is automatically controlled by controller 7 depending on the filling level of the LPG tank
  • the small capacitor 11 which keeps a constant value Cn for a given temperature and a given fuel composition is not used.
  • the capacitor 12 extends over the rest of the height of the tank (not shown) and has a capacity C12 which increases or decreases with the filling level of the tank due to the differences in dielectric constants between the liquid fuel and the fuel at l gas state which covers the liquid.
  • the card is supplied with direct current by Vcc. It is connected to ground and receives the clock signals ⁇ l and ⁇ 2 a switching signal C, and transmits the signal SR by the comparator 5.
  • capacitors Co the standard capacitor
  • d offset or calibration capacity
  • C120 is the value of the variable capacity Ci2 when the tank is empty and K a scale factor.
  • An electronic comparator compares this value to a reference value and makes a decision. For this purpose, clocks clock the evolution of the system and emit "tops", each top constituting the elementary timing time. At each top, the capacitor 12 receives an amount of electricity equal to C12.V1 if Vi is the applied voltage.
  • the comparator circuit 5 emits a signal SR which is transmitted to the microcontroller 7 by the link SR which results in the withdrawal of the quantity of electricity Co.Vi, so that the charge of the integrator 4 remains almost constant.
  • the integrator 4 receives the quantity of electricity (X12. Co-N. C12). Vi expression which is substantially equal to "0". X12 is the number of times the comparator is at "1" during the N clock strokes.
  • X12 is not yet the digital representation of the level because the capacitor 12 has, when the tank is empty, a non-zero capacity value.
  • the level measurement is insensitive to variations in the dielectric characteristics of fluids with temperature, since the value of the factor K takes this dependence into account.
  • the level is expressed by the following formula:
  • the metal structure and the spacers constituting the capacities are not deformable with temperature, so knowledge of C11 is sufficient to be able, during each level measurement, to reconstruct the factor sought, namely the K factor. Then Xno is stored in the microcontroller 7.
  • the invention also makes it possible to eliminate the parasitic effects due to the materialization of the algorithm. This parasitic effect and comparable to the presence of a parasitic capacity C4 which is added to or subtracted from the capacity Co.
  • the system architecture includes a one-bit ⁇ modulator adapted to the problem to be treated.
  • modulators are, moreover, known in other applications, whether they are unipolar, symmetrical of the first or second order.
  • FIG. 3 represents a block diagram of a control and interpretation circuit according to the invention.
  • a reservoir 10 including the reference and measurement capacitors 11 constituted, for example as shown in Figures 5 to 7.
  • the capacitors 11 and 12 are charged through the modulator ⁇ 4 itself included in a stage 2.
  • the stage 2 comprises, in addition to the modulator 4, a timing stage 14 consisting of two non-overlapping clocks and a stage 15 delivering the reference voltage.
  • the modulator is itself connected to a microcontroller 7, the outputs of which provide the functions of filling limit or switching of the tanks, the connection with the on-board computer 9 or the display 19.
  • the microcontroller 7 includes a stage 17 of digital / analog conversion connected to an operational amplifier 18 whose output makes it possible to have a resistant analog output 19 for the traditional display of fuel reserve.
  • the measurement result is obtained from the ratio of the number of state changes (SR) of the comparator (5) by the number N of tops sent by the microcontroller 7, oversampled at 100 Khz for example.
  • SR state changes
  • N tops sent by the microcontroller 7, oversampled at 100 Khz for example.
  • These accumulations of ticks X12, X120, X11, X110 take place for a constant number N of clock ticks in this example.
  • Increased resolution and filtering of level fluctuations under the effect of movements of the vehicle is obtained by averaging over a repeated number of measurements (for example 16).
  • the information refresh rate is nevertheless carried out at the rate of a single measurement by a pipelined structure.
  • the circuit which has just been described is particularly suitable for low and medium series.
  • the ⁇ modulator is produced using discrete components of the 4000 series CMOS type, digital data processing (control of the ⁇ modulator, calculation, self-test) is carried out in the microcontroller 7.
  • An analog output requires three components additional amplifier, transistor and resistor.
  • the realization as an integrated circuit for medium or large series includes only a specific integrated circuit and CMOS, two external capacitors (1,2) and two decoupling components. In this case, the analog output only requires an external component.
  • the sensor when the power is turned on the sensor defines whether the level of G.P.L. is greater or less than the reserve by calculating Cn with respect to the capacity Cno stored in digital form.
  • the level is calculated on, for example 32 averages recorded using the value of Cn and that of the stored capacity.
  • the fuel reserve in the tank is then tested. If the answer is "true”, which means that the tank level is below the minimum operating value, the system directly requests switching to the petrol tank. If the answer is "false”, that is to say that the tank is more or less full, we proceed to the calculation of the level as indicated above. The level is then displayed, for example on display 19. After which, the question of switching from the LPG tank to the petrol tank is asked. If the answer is "no", the circuit is looped back between the level calculation and the display. If the answer is "yes”, the level detected is compared to a minimum value of the level. If the answer is "yes”, the system loops before the LEVEL calculation step. If the answer is "no", switching is requested. In both switching cases, the reserve level is displayed.
  • the probe generally designated by the reference 1 consists of a small cylindrical capacitor 11 placed at the bottom of the tank to be permanently immersed in the fuel.
  • This capacitor thus maintains a constant Cn value for a given temperature and fuel composition.
  • the capacitor 12 extends over the rest of the height of the tank (not shown) and has a capacity C12 which increases or decreases with the filling level of the tank due to the differences in dielectric constants between the liquid fuel and the fuel at l gas state which covers the liquid.
  • the plates of the capacitors are cylindrical and coaxial.
  • the central frame being shorter (fig. 5) or longer (fig. 6) than the peripheral frame.
  • the capacitor 11 is of a height much less than that of the capacitor 12.
  • the probe 10 is produced from flat plates.
  • the central plate 4 is made in one piece, the two side plates 25, 26, being divided into two parts of unequal length.
  • the shortest parts serve to constitute the reference capacitor 11 and the longest parts the capacitor 12 for level measurement.
  • the central plate 24 is narrower and longer than the lateral plates 25 and 26 to benefit from the FARADAY cage effect and it can be shaped to take account of the shape of the tank.
  • the spacers 27 are compact so as not to hinder the passage of the liquid between the plates.
  • the assembly is simplified insofar as the side plates 25 and 26 brought to the same potential can be screwed or clipped.
  • this detector also includes a measurement capacitor C12, a reference capacitor C11 and a calibration capacitor CO used for measuring the capacities of the capacitors C12 and Cil.
  • the detector also includes a modulator ⁇ incorporating an integrator 4 and a comparator 5 performing a comparison of the output of the integrator 4 with a reference voltage Vref to generate the signal SR for neutralizing the charge of the integrator.
  • the integrator 4 also includes an operational amplifier 30, the non-inverting input terminal of which is positioned at a reference potential Vref and the output of which is connected to the inverting input terminal via a capacitor C1 .
  • the switches for controlling the charging and discharging of the capacitors C11 and C12, the clocks which periodically emit interrogation tops of the instantaneous value of the capacitance of the measurement capacitor C12, and the comparator 5 are integrated into the microcontroller 7.
  • the level detector has the possibility of giving information either in analog form or in digital form, and of controlling the operation of a driving power relay, for example , a switch for automatic switching from a first tank of a first fuel to a second tank filled with a second fuel when the first tank is empty.
  • a driving power relay for example , a switch for automatic switching from a first tank of a first fuel to a second tank filled with a second fuel when the first tank is empty.
  • the microcontroller 7 incorporates software means periodically and alternately causing the detector to operate in two operating modes, namely a so-called normal mode and a so-called reverse mode, by delivering clock signals ⁇ l and ⁇ 2 appropriate.
  • the integrator of the ⁇ modulator In normal mode, the integrator of the ⁇ modulator is permanently charged from the reference capacitor C11 and, as soon as the amount of charge exceeds a predetermined threshold value, it is discharged into the measurement capacitor C12.
  • the integrator of the modulator ⁇ is permanently discharged into the reference capacitor Cil and, as soon as the charge level in this integrator drops below a predetermined threshold value, it is recharged from a amount of charge taken from the measurement capacitor C12.
  • the influence of the parasitic capacitances due to the implementation of the detector circuit on an electronic card is independent of the mode of operation.
  • the microcontroller 7 also incorporates software means for summing the signals of measurement obtained during the two operating modes so as to cancel the noises generated by the parasitic capacities.
  • the measurement and reference capacitors can be produced either using electrically conductive coaxial tubes or using flat plates.
  • the detector can also be connected to a relay controlling a solenoid valve for filling the tank so as to close it as soon as the capacity value of the measurement capacitor exceeds a value corresponding to filling, for example 80% of the volume of the tank.

Landscapes

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Abstract

The invention concerns a level sensor-switch, in particular for a motor vehicle tank comprising a measuring capacitor (12) designed to be placed over the whole height of the tank and adapted such that its capacitance varies repeatedly with the level of liquid in the tank and a reference capacitor (11) designed to be arranged at the base of the tank so as to be permanently immersed, the measuring and reference capacitors (11, 12) being powered by and connected to an interpreting electronic circuit. It comprises switches (3) controlling the charge and discharge of the capacitors whereof the functioning is timed by clocks periodically emitting beeps querying the instantaneous value of the capacitance of the measuring capacitor (12).

Description

"Capteur de niveau" "Level sensor"
La présente invention a pour objet un capteur ou détecteur de niveau destiné en particulier, mais non exclusivement, aux réservoirs de carburants de véhicules automobiles. Le réservoir peut contenir du G.P.L., de l'essence, du fioul ou tout autre liquide constituant un bon isolant électrique.The present invention relates to a level sensor or detector intended in particular, but not exclusively, for fuel tanks of motor vehicles. The tank can contain G.P.L., gasoline, fuel oil or any other liquid constituting a good electrical insulator.
Elle se rapporte également à un procédé de détection de niveau utilisant un tel capteur ou détecteur.It also relates to a level detection method using such a sensor or detector.
Dans les véhicules, il est essentiel de connaître le volume de carburant disponible afin de faire le plein en temps utile, notamment dans le cas du G.P.L. pour lequel les points de distribution sont encore peu nombreux. Cette connaissance est obtenue approximativement au moyen de jauges de diverses constitutions. La plus utilisée actuellement est constituée par un flotteur portant un contact électrique venant porter sur des contacts de sorte que le niveau soit connu par une mesure de résistance électrique. Mais ce moyen est prohibé pour les réservoirs de G.P.L. en raison des risques d'étincelles. Cette difficulté a été surmontée pour ce carburant en montant un aimant sur le flotteur et en réalisant une liaison magnétique avec un autre aimant. Mais, d'une manière générale, la précision des jauges actuellement utilisées n'est pas satisfaisante.In vehicles, it is essential to know the volume of fuel available in order to refuel in good time, especially in the case of G.P.L. for which the distribution points are still few. This knowledge is obtained approximately by means of gauges of various constitutions. The most used currently consists of a float carrying an electrical contact coming to bear on contacts so that the level is known by an electrical resistance measurement. But this means is prohibited for G.P.L. due to the risk of sparks. This difficulty was overcome for this fuel by mounting a magnet on the float and by making a magnetic connection with another magnet. However, in general, the accuracy of the gauges currently used is not satisfactory.
Un premier but de l'invention est de pallier cet inconvénient et de permettre une connaissance précise, à tout moment, du volume de carburant restant disponible dans le réservoir quelle que soit la nature de celui-ci.A first object of the invention is to overcome this drawback and to allow precise knowledge, at all times, of the volume of fuel remaining available in the tank, whatever the nature thereof.
Un second but de l'invention est de permettre une meilleure carburation du moteur du véhicule par détection de la composition du carburant se trouvant dans le réservoir, notamment dans le cas du G.P.L. Elle a donc pour objet un détecteur de niveau d'un liquide dans un réservoir, notamment pour réservoir de véhicule automobile, relié par l'intermédiaire d'un circuit électronique à un tableau d'affichage, comprenant un condensateur de mesure destiné à être placé sur toute la hauteur du réservoir et adapté pour que sa capacité varie de façon reproductible avec le niveau de liquide dans le réservoir et un condensateur de référence destiné à être disposé au fond du réservoir de manière à être toujours immergé, les condensateurs de mesure et de référence étant alimentés par et raccordés à un circuit électronique d'interprétation, caractérisé en ce qu'il comporte des commutateurs de commande de la charge et de la décharge des condensateurs dont le fonctionnement est cadencé par des horloges émettant périodiquement des tops d'interrogation de la valeur instantanée de la capacité du condensateur de mesure .A second object of the invention is to allow better carburetion of the vehicle engine by detecting the composition of the fuel in the tank, in particular in the case of LPG It therefore relates to a liquid level detector in a reservoir, in particular for a motor vehicle reservoir, connected by means of an electronic circuit to a display panel, comprising a measurement capacitor intended to be placed over the entire height of the reservoir and adapted so that its capacity varies reproducibly with the level of liquid in the reservoir and a reference capacitor intended to be placed at the bottom of the reservoir so as to be always submerged, the measurement and reference capacitors being supplied by and connected to an electronic interpretation circuit, characterized in that it includes switches for controlling the charging and discharging of the capacitors, the operation of which is clocked by clocks periodically emitting tops for interrogating the instantaneous value of the capacitor of the measurement capacitor.
Dans un premier mode de réalisation, les condensateurs sont réalisés à l'aide de tubes coaxiaux conducteurs de l'électricité.In a first embodiment, the capacitors are produced using electrically conductive coaxial tubes.
Le tube central ou le tube extérieur est continu alors que l'autre tube est partagé en deux parties de longueurs inégales. Le tronçon le plus court est destiné à constituer le condensateur de référence et le plus long, le condensateur de mesure. Les deux tubes sont maintenus en position relative par des espaceurs et le tube interne peut être percé de trous pour permettre une libre circulation du fluide .The central tube or the outer tube is continuous while the other tube is divided into two parts of unequal length. The shortest section is intended to constitute the reference capacitor and the longest, the measurement capacitor. The two tubes are held in relative position by spacers and the internal tube can be pierced with holes to allow free circulation of the fluid.
Dans un second mode de réalisation, les condensateurs sont constitués par des plaques planes.In a second embodiment, the capacitors consist of flat plates.
Bien entendu, le matériau utilisé est tel qu'il soit suffisamment rigide et inerte vis-à-vis du liquide contenu dans le réservoir et bon conducteur de l'électricité.Of course, the material used is such that it is sufficiently rigid and inert with respect to the liquid contained in the tank and a good conductor of electricity.
L'invention concerne également différents circuits de correction par exemple de la température du liquide contenu dans le réservoir ainsi que de détection de sa composition.The invention also relates to various circuits for correcting, for example, the temperature of the liquid contained in the reservoir as well as for detecting its composition.
Le système effectue automatiquement la commutation d'un réservoir à un autre.The system automatically switches from one tank to another.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit d'interprétation comprend un capteur, un convertisseur analogique/numérique incluant un modulateur ΣΔ spécialisé et un microcontrôleur.According to another characteristic of the invention, the interpretation circuit comprises a sensor, an analog / digital converter including a specialized ΣΔ modulator and a microcontroller.
Selon un autre mode de réalisation, le détecteur comporte un microcontrôleur incorporant les horloges et les comparateurs, le microcontrôleur comportant des moyens logiciels pour provoquer périodiquement et alternativement, d'une part, la charge de l'intégrateur à partir du condensateur de référence et sa décharge dans le condensateur de mesure dès que la charge de 1 ' intégrateur dépasse une valeur de seuil et, d'autre part, la décharge de 1 ' intégrateur dans le condensateur de référence et sa charge à partir du condensateur de mesure dès que la charge de l'intégrateur descend en dessous d'une valeur de seuil. L'invention a également pour objet un procédé de détection de niveau d'un liquide dans un réservoir au moyen d'un détecteur de niveau tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce que l'on charge l'intégrateur à une cadence régulière par une quantité d'électricité prélevée à partir du condensateur de mesure et l'on décharge l'intégrateur dans le condensateur de référence, d'une quantité d'électricité prédéterminée lorsqu'à chaque impulsion des horloges, la quantité d'électricité de l'intégrateur dépasse une valeur de seuil prédéterminée. De préférence, ce procédé comporte une première étape de charge de l'intégrateur à partir du condensateur de référence et de décharge de 1 ' intégrateur dans le condensateur de mesure dès que sa charge dépasse une valeur de seuil et une deuxième étape de décharge de l'intégrateur dans le condensateur de référence et de charge de l'intégrateur à partir du condensateur de mesure dès que la charge de l'intégrateur descend en dessous d'une valeur de seuil, et de sommation des signaux de mesure ainsi obtenus, lesdites première et deuxième étapes étant réalisées périodiquement et alternativement.According to another embodiment, the detector comprises a microcontroller incorporating the clocks and the comparators, the microcontroller comprising software means for periodically and alternately causing, on the one hand, the charge of the integrator from the reference capacitor and its discharge in the measurement capacitor as soon as the charge of the integrator exceeds a value threshold and, on the other hand, the discharge of one integrator in the reference capacitor and its charge from the measurement capacitor as soon as the charge of the integrator drops below a threshold value. The invention also relates to a method for detecting the level of a liquid in a reservoir by means of a level detector as defined above, characterized in that the integrator is loaded at a regular rate by an amount of electricity taken from the measurement capacitor and the integrator is discharged in the reference capacitor, by a predetermined amount of electricity when, with each pulse of the clocks, the amount of electricity from l integrator exceeds a predetermined threshold value. Preferably, this method comprises a first step of charging the integrator from the reference capacitor and discharging the integrator into the measurement capacitor as soon as its charge exceeds a threshold value and a second step of discharging the integrator in the reference and integrator charge capacitor from the measurement capacitor as soon as the integrator charge drops below a threshold value, and summation of the measurement signals thus obtained, said first and second steps being carried out periodically and alternately.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation, donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins qui représentent :Other characteristics and advantages of the invention will appear during the description which follows of particular embodiments, given solely by way of nonlimiting example, with reference to the drawings which represent:
- La figure 1, un schéma de principe du système de mesure de niveau;- Figure 1, a block diagram of the level measurement system;
- les figures 2, un schéma plus détaillé du système; la figure 3, un schéma par blocs du circuit de correction et d'interprétation électronique des mesures effectuées .- Figures 2, a more detailed diagram of the system; FIG. 3, a block diagram of the electronic correction and interpretation circuit of the measurements carried out.
- la figure 4, un organigramme de fonctionnement pour la commutation G.P.L.- essence;- Figure 4, an operating flow diagram for switching G.P.L.- petrol;
- Les figures 5 à 7 différents modes de construction du condensateur de référence et du condensateur de mesure ; et- Figures 5 to 7 different modes of construction of the reference capacitor and the measurement capacitor; and
- La figure 8 illustre un autre mode de réalisation d'un détecteur de niveau conforme à l'invention.- Figure 8 illustrates another embodiment of a level detector according to the invention.
Sur l'ensemble des figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments.Throughout the figures, the same references designate the same elements.
Sur la figure 1, on voit que la sonde 1 se compose de deux condensateurs respectivement de référence 11 et de mesure 12. La capacité du condensateur de référence 11 est celle de la capacité obtenue lorsque le réservoir est vide, ce condensateur restant toujours immergé. La capacité du condensateur 12 dépend du niveau de remplissage du réservoir. Ces deux condensateurs sont reliés à une carte électronique 2 et alimentés périodiquement grâce à des commutateurs 3 à partir d'une source de tension dont le voltage ne dépasse pas cinq volts. Les armatures des condensateurs 11 et 12 sont par ailleurs reliées à un intégrateur 4 suivi d'un comparateur 5 dont la sortie est connectée par un circuit de contre réaction au commutateur 3 correspondant au condensateur 12, dont la capacité est variable avec le niveau, pour constituer le modulateur ΣΔ spécialisé . La sortie est, par ailleurs reliée à un microcontrôleur 7 par une liaison à quatre fils. Le microcontrôleur 7 reçoit des informations de contact moteur et d'alimentation par la batterie (non représentée) et est connecté en sortie avec une électrovanne 8 de remplissage, avec un commutateur G. P .L. /essence 9 et avec un tableau d'affichage 19. En fonction des informations reçues du condensateur 12, le contrôleur 7 ferme ou ouvre la vanne 8 en tenant compte de ce que, pour le G.P.L., le taux de remplissage du réservoir ne doit pas excéder 80%. La commutation essence G.P.L. est automatiquement commandée par le contrôleur 7 en fonction du niveau de remplissage du réservoir de G.P.L.In FIG. 1, it can be seen that the probe 1 is made up of two reference and measurement 11 capacitors respectively. The capacity of the reference capacitor 11 is that of the capacity obtained when the tank is empty, this capacitor always remaining immersed. The capacity of the capacitor 12 depends on the filling level of the tank. These two capacitors are connected to an electronic card 2 and supplied periodically by switches 3 from a voltage source whose voltage does not exceed five volts. The armatures of the capacitors 11 and 12 are also connected to an integrator 4 followed by a comparator 5, the output of which is connected by a feedback circuit to the switch 3 corresponding to the capacitor 12, whose capacity is variable with the level, for constitute the specialized ΣΔ modulator. The output is also connected to a microcontroller 7 by a four-wire connection. The microcontroller 7 receives motor contact and power supply information from the battery (not shown) and is connected at the output with a filling solenoid valve 8, with a switch G.P .L. / petrol 9 and with a display panel 19. Depending on the information received from the capacitor 12, the controller 7 closes or opens the valve 8 taking into account that, for LPG, the filling rate of the tank must not exceed 80%. LPG petrol switching is automatically controlled by controller 7 depending on the filling level of the LPG tank
Sur la figure 2, on voit que le petit condensateur 11 qui conserve une valeur Cn constante pour une température et une composition de carburant données n'est pas utilisé. Le condensateur 12 s ' étend sur le reste de la hauteur du réservoir (non représenté) et présente une capacité C12 qui croît ou décroît avec le niveau de remplissage du réservoir en raison des différences de constantes diélectriques entre le carburant liquide et le carburant à l'état gazeux qui recouvre le liquide. La carte est alimentée en courant continu par Vcc . Elle est reliée à la masse et reçoit les signaux d'horloge Φl et Φ2 un signal de commutation C, et émet le signal SR par le comparateur 5. En parallèle aux capacités C11 et C12 sont montés des condensateurs Co, la capacité étalon, et d , capacité d'offset ou d'étalonnage dont le rôle sera décrit ci -après.In FIG. 2, it can be seen that the small capacitor 11 which keeps a constant value Cn for a given temperature and a given fuel composition is not used. The capacitor 12 extends over the rest of the height of the tank (not shown) and has a capacity C12 which increases or decreases with the filling level of the tank due to the differences in dielectric constants between the liquid fuel and the fuel at l gas state which covers the liquid. The card is supplied with direct current by Vcc. It is connected to ground and receives the clock signals Φl and Φ2 a switching signal C, and transmits the signal SR by the comparator 5. In parallel to the capacitors C11 and C12 are mounted capacitors Co, the standard capacitor, and d, offset or calibration capacity, the role of which will be described below.
Toutes les capacités sont mesurées par rapport à la capacité étalon Co placée dans le circuit. A titre d'exemple Co est supérieure à toutes les capacités à mesurer.All capacities are measured in relation to the standard capacity Co placed in the circuit. For example, Co is greater than all the capacities to be measured.
Fondamentalement, la hauteur du niveau est égale à: NIVEAU =
Figure imgf000007_0001
Basically, the height of the level is equal to: LEVEL =
Figure imgf000007_0001
C120 est la valeur de la capacité variable Ci2 lorsque le réservoir est vide et K un facteur d'échelle.C120 is the value of the variable capacity Ci2 when the tank is empty and K a scale factor.
Le circuit d'interprétation 4,5 comprend un intégrateur 4 qui charge ou décharge la quantité d'électricité contenue dans les condensateurs par quantités discrètes selon la formule Q=CxV. Un comparateur électronique compare cette valeur à une valeur de référence et prend une décision. A cet effet, des horloges cadencent l'évolution du système et émettent des "tops", chaque top constituant le temps élémentaire de cadencement . A chaque top, le condensateur 12 reçoit une quantité d'électricité égale à C12.V1 si Vi est la tension appliquée.The interpretation circuit 4,5 includes an integrator 4 which charges or discharges the quantity of electricity contained in the capacitors by discrete quantities according to the formula Q = CxV. An electronic comparator compares this value to a reference value and makes a decision. For this purpose, clocks clock the evolution of the system and emit "tops", each top constituting the elementary timing time. At each top, the capacitor 12 receives an amount of electricity equal to C12.V1 if Vi is the applied voltage.
Dès que, la quantité d'électricité de l'intégrateur atteint une valeur de seuil fixée par le comparateur 5, le circuit comparateur 5 émet un signal SR qui est transmis au microcontrôleur 7 par la liaison SR ce qui se traduit par le prélèvement de la quantité d'électricité Co.Vi, de sorte que la charge de l'intégrateur 4 reste quasiment constante.As soon as the quantity of electricity of the integrator reaches a threshold value fixed by the comparator 5, the comparator circuit 5 emits a signal SR which is transmitted to the microcontroller 7 by the link SR which results in the withdrawal of the quantity of electricity Co.Vi, so that the charge of the integrator 4 remains almost constant.
Pendant N tops, l'intégrateur 4 reçoit la quantité d'électricité (X12. Co-N. C12) . Vi expression qui est sensiblement égale à "0". X12 est le nombre de fois où le comparateur est à "1" pendant les N coups d'horloge.During N tops, the integrator 4 receives the quantity of electricity (X12. Co-N. C12). Vi expression which is substantially equal to "0". X12 is the number of times the comparator is at "1" during the N clock strokes.
Toutefois, X12 n'est pas encore la représentation numérique du niveau car le condensateur 12 possède, lorsque le réservoir est vide, une valeur de capacité non nulleHowever, X12 is not yet the digital representation of the level because the capacitor 12 has, when the tank is empty, a non-zero capacity value.
C120. Mesurée en fonction de la capacité Co elle est stockée numériquement sous la forme
Figure imgf000008_0001
C120. Measured according to the capacity Co it is stored digitally in the form
Figure imgf000008_0001
Finalement, pour reconstituer à chaque nouvelle mesure l'expression numérique du niveau on utilise la formule :Finally, to reconstruct the numerical expression of the level for each new measurement, we use the formula:
NIVEAU =
Figure imgf000008_0002
LEVEL =
Figure imgf000008_0002
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la mesure de niveau est insensible aux variations des caractéristiques diélectriques des fluides avec la température, car la valeur du facteur K tient compte de cette dépendance. Pour tenir compte de cette dépendance, le niveau s'exprime par la formule suivante :According to yet another characteristic of the invention, the level measurement is insensitive to variations in the dielectric characteristics of fluids with temperature, since the value of the factor K takes this dependence into account. To take this dependence into account, the level is expressed by the following formula:
NIVEAU =
Figure imgf000008_0003
LEVEL =
Figure imgf000008_0003
Avant le premier remplissage, c'est-à-dire avant immersion du condensateur 11 à la température To , la capacité de celui-ci est de C110. Cette valeur est numérisée à l'aide de la capacité étalon stable en température Co selon la méthode déjà décrite. χU0 = N-C CoBefore the first filling, that is to say before the capacitor 11 is immersed at the temperature To, the capacity thereof is C110. This value is digitized using the standard capacity stable at temperature Co according to the method already described. χ U0 = N -C Co
La structure métallique et les espaceurs constituant les capacités sont peu deformables avec la température, aussi la connaissance de C11 suffit-elle pour être capable, lors de chaque mesure de niveau, de reconstruire le facteur recherché à savoir le facteur K. Puis Xno est mémorisé dans le microcontrôleur 7.The metal structure and the spacers constituting the capacities are not deformable with temperature, so knowledge of C11 is sufficient to be able, during each level measurement, to reconstruct the factor sought, namely the K factor. Then Xno is stored in the microcontroller 7.
Régulièrement, mais selon une récurrence relativement lente, adaptée aux constantes de temps thermiques, la mesure de Cn/Co est répétée selon la même procédure. L'expression devientRegularly, but according to a relatively slow recurrence, adapted to the thermal time constants, the measurement of Cn / Co is repeated according to the same procedure. The expression becomes
NIVEAU = XYuX-"X°iio χXl2X~l2X0l2°LEVEL = X Y u X - "X ° iio χXl2 X ~ l2 X 0 l2 °
L'invention permet également d'éliminer les effets parasites dus à la matérialisation de l'algorithme. Cet effet parasite et assimilable à la présence d'une capacité parasite C4 qui s'ajoute ou se retranche de la capacité Co .The invention also makes it possible to eliminate the parasitic effects due to the materialization of the algorithm. This parasitic effect and comparable to the presence of a parasitic capacity C4 which is added to or subtracted from the capacity Co.
La formule ci -dessus devient donc :The above formula therefore becomes:
NΓVEAU - [ Ciifl - Cno J Ixûwl-2c0 ™NEW - [Ciifl - Cno J Ix û wl-2c0 ™
Cet effet est remarquablement stable pour une implémentation donnée. Il suffit donc de disposer d'une capacité physique C4 pour qu'à chaque top elle produise l'effet inverse du phénomène indésirable et retrouver la mesure résultant de l'équation précédente. Dans la réalisation proposée à titre d'exemple qui est basée sur une implémentation semi discrète unipolaire, la capacité C4 vaut 2pF qu'il faut retrancher de la capacité Cn . Dans une réalisation intégrée unipolaire de même architecture, la capacité C4 serait négligeable, voir nulle pour une intégration symétrique.This effect is remarkably stable for a given implementation. It therefore suffices to have a physical capacity C4 for each top to produce the opposite effect of the undesirable phenomenon and to find the measurement resulting from the previous equation. In the embodiment proposed by way of example which is based on a semi-discrete unipolar implementation, the capacity C4 is worth 2pF which must be subtracted from the capacity Cn. In a single-pole integrated embodiment of the same architecture, the capacity C 4 would be negligible, or even zero for a symmetrical integration.
En réalité, Cn varie en fonction de la température et de la composition. Associée à une mesure de température très précise effectuée par un capteur de température (non représenté) , cette formule permet de remonter à la composition du G.P.L. dont on connaît la variabilité et ainsi de pouvoir optimiser le réglage de l'injection. La très haute résolution obtenue selon l'invention qui croît de façon au moins linéaire avec le temps de mesure permet d'accéder à la connaissance de K et aux compositions du G.P.L. Le carburant G.P.L. sera qualifié de médian lorsqu'il contient autant de propane que de butane.
Figure imgf000010_0001
|Q™dιan est mesuré puis stocké de même que l'algorithme de calcul Mtmédian, T) . La comparaison de M(T) et de M(médian, τ> permet de déterminer la composition du G.P.L. L'architecture du système permet de réaliser des rapports de capacités et de les numériser en vue de construire les algorithmes définis ci-dessus .In reality, Cn varies as a function of temperature and composition. Associated with a very precise temperature measurement carried out by a temperature sensor (not shown), this formula makes it possible to go back to the composition of the LPG of which the variability is known and thus to be able to optimize the adjustment of the injection. The very high resolution obtained according to the invention which increases at least linearly with the measurement time provides access to the knowledge of K and to the compositions of LPG LPG fuel will be classified as median when it contains as much propane as butane.
Figure imgf000010_0001
| Q ™ dιan is measured then stored as well as the Mtmedian calculation algorithm, T). The comparison of M (T) and M (median, τ> makes it possible to determine the composition of the LPG. The architecture of the system makes it possible to carry out capacity reports and to digitize them in order to build the algorithms defined above.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'architecture système inclût un modulateur ΣΔ à un bit adapté au problème à traiter. Ces modulateurs sont, par ailleurs, connus dans d'autres applications, qu'ils soient unipolaires, symétriques du premier ou second ordre.According to another characteristic of the invention, the system architecture includes a one-bit ΣΔ modulator adapted to the problem to be treated. These modulators are, moreover, known in other applications, whether they are unipolar, symmetrical of the first or second order.
La figure 3 représente un schéma par blocs d'un circuit de commande et d'interprétation selon l'invention. On retrouve sur cette figure , sur la droite de celle-ci un réservoir 10 incluant les condensateurs 11 de référence et 12 de mesure constitués, par exemple comme représenté sur les figures 5 à 7. Les condensateurs 11 et 12 sont chargés à travers le modulateur ΣΔ 4 lui-même inclus dans un étage 2. L'étage 2 comprend outre le modulateur 4, un étage de temporisation 14 constitué de deux horloges non recouvrantes et d'un étage 15 délivrant la tension de référence. Le modulateur est lui-même connecté à un microcontrôleur 7 dont les sorties assurent les fonctions de limite de remplissage ou de commutation des réservoirs, la liaison avec l'ordinateur de bord 9 ou l'affichage 19. Le microcontrôleur 7 inclût un étage 17 de conversion numérique/analogique relié à un amplificateur opérationnel 18 dont la sortie permet de disposer d'une sortie 19 analogique résistante en vue de l'affichage traditionnel de réserve de carburant . Le résultat de la mesure est obtenu à partir du rapport du nombre de changements d'états (SR) du comparateur (5) par le nombre N de tops envoyés par le microcontrôleur 7, suréchantilloné à 100 Khz par exemple. Ces accumulations de tops X12, X120, X11, X110 s'effectuent pour un nombre N constant de tops d'horloge dans cet exemple. L'accroissement de la résolution et le filtrage des fluctuations du niveau sous l'effet des mouvements du véhicule s'obtient par une moyenne sur un nombre répété de mesures (par exemple 16) . La vitesse de rafraîchissement de l'information s'effectue néanmoins au rythme d'une seule mesure par une structure pipelinée. Le circuit qui vient d'être décrit est particulièrement adapté aux séries faibles et moyennes. Le modulateur ΣΔ est réalisé à l'aide de composants discrets de type CMOS de la série 4000, le traitement numérique de l'information (pilotage du modulateur ΣΔ, calcul, autotest) est effectué dans le microcontrôleur 7. Une sortie analogique nécessite trois composants supplémentaires un amplificateur, un transistor et une résistance.FIG. 3 represents a block diagram of a control and interpretation circuit according to the invention. We find in this figure, on the right of it a reservoir 10 including the reference and measurement capacitors 11 constituted, for example as shown in Figures 5 to 7. The capacitors 11 and 12 are charged through the modulator ΣΔ 4 itself included in a stage 2. The stage 2 comprises, in addition to the modulator 4, a timing stage 14 consisting of two non-overlapping clocks and a stage 15 delivering the reference voltage. The modulator is itself connected to a microcontroller 7, the outputs of which provide the functions of filling limit or switching of the tanks, the connection with the on-board computer 9 or the display 19. The microcontroller 7 includes a stage 17 of digital / analog conversion connected to an operational amplifier 18 whose output makes it possible to have a resistant analog output 19 for the traditional display of fuel reserve. The measurement result is obtained from the ratio of the number of state changes (SR) of the comparator (5) by the number N of tops sent by the microcontroller 7, oversampled at 100 Khz for example. These accumulations of ticks X12, X120, X11, X110 take place for a constant number N of clock ticks in this example. Increased resolution and filtering of level fluctuations under the effect of movements of the vehicle is obtained by averaging over a repeated number of measurements (for example 16). The information refresh rate is nevertheless carried out at the rate of a single measurement by a pipelined structure. The circuit which has just been described is particularly suitable for low and medium series. The ΣΔ modulator is produced using discrete components of the 4000 series CMOS type, digital data processing (control of the ΣΔ modulator, calculation, self-test) is carried out in the microcontroller 7. An analog output requires three components additional amplifier, transistor and resistor.
La réalisation sous forme de circuit intégré pour les séries moyennes ou grandes comprend seulement un circuit intégré spécifique et CMOS, deux condensateurs externes (1,2) et deux composants de découplage. La sortie analogique ne nécessite plus, dans ce cas qu'un composant externe .The realization as an integrated circuit for medium or large series includes only a specific integrated circuit and CMOS, two external capacitors (1,2) and two decoupling components. In this case, the analog output only requires an external component.
Ainsi, les versions à éléments discrets et intégrée sont identiques jusqu'à un niveau de description fonctionnelle assez bas. Il en résulte une capitalisation aisée de l'expérience acquise dans la version "discrète" pour la réalisation d'une version intégrée ce qui limite les frais d'intégration et limite la diffusion d'information vers le fondeur.Thus, the versions with discrete and integrated elements are identical up to a fairly low level of functional description. This results in easy capitalization of the experience acquired in the "discreet" version for the production of an integrated version, which limits the integration costs and limits the dissemination of information to the founder.
Comme cela apparaît sur l'organigramme de la figure 4, lors de la mise sous tension le capteur définit si le niveau de G.P.L. est supérieur ou inférieur à la réserve en calculant Cn par rapport à la capacité Cno mémorisée sous forme numérique. Le calcul du niveau est effectué sur, par exemple 32 moyennes enregistrées en utilisant la valeur de Cn et celle de la capacité mémorisée.As shown on the flowchart in Figure 4, when the power is turned on the sensor defines whether the level of G.P.L. is greater or less than the reserve by calculating Cn with respect to the capacity Cno stored in digital form. The level is calculated on, for example 32 averages recorded using the value of Cn and that of the stored capacity.
La mise en marche du moteur provoque, soit le réveil du système, soit la fermeture de la vanne 8. La réserve de carburant dans le réservoir est ensuite testée. Si la réponse est "vrai", ce qui signifie que le niveau du réservoir est inférieur à la valeur minimale de fonctionnement, le système demande directement la commutation sur le réservoir essence. Si la réponse est "faux", c'est-à-dire que le réservoir est plus ou moins rempli, on procède au calcul du niveau comme indiqué précédemment. Le niveau est ensuite affiché, par exemple sur l'afficheur 19. Après quoi, on pose la question de commutation du réservoir G.P.L. sur le réservoir essence. Si la réponse est "non", le circuit est rebouclé entre le calcul de niveau et l'affichage. Si la réponse est "oui", on compare le niveau détecté à une valeur minimale du niveau. Si la réponse est "oui", le système se reboucle avant l'étape de calcul NIVEAU. Si la réponse est "non", la commutation est demandée. Dans les deux cas de commutation, le niveau de la réserve est affiché.Starting the engine either causes the system to wake up or the valve 8 to close. The fuel reserve in the tank is then tested. If the answer is "true", which means that the tank level is below the minimum operating value, the system directly requests switching to the petrol tank. If the answer is "false", that is to say that the tank is more or less full, we proceed to the calculation of the level as indicated above. The level is then displayed, for example on display 19. After which, the question of switching from the LPG tank to the petrol tank is asked. If the answer is "no", the circuit is looped back between the level calculation and the display. If the answer is "yes", the level detected is compared to a minimum value of the level. If the answer is "yes", the system loops before the LEVEL calculation step. If the answer is "no", switching is requested. In both switching cases, the reserve level is displayed.
Sur les figures 5 et 6, on voit que la sonde désignée d'une manière générale par la référence 1 se compose d'un petit condensateur cylindrique 11 placé au fond du réservoir pour être en permanence immergé dans le carburant . Ce condensateur conserve ainsi une valeur Cn constante pour une température et une composition de carburant données . Le condensateur 12 s ' étend sur le reste de la hauteur du réservoir (non représenté) et présente une capacité C12 qui croît ou décroît avec le niveau de remplissage du réservoir en raison des différences de constantes diélectriques entre le carburant liquide et le carburant à l'état gazeux qui recouvre le liquide. Dans ce mode de réalisation, les armatures des condensateurs sont cylindriques et coaxiales. L'armature centrale étant plus courte (fig.5) ou plus longue (fig.6) que l'armature périphérique. Bien entendu, le condensateur 11 est d'une hauteur très inférieure à celle du condensateur 12. Sur la figure 7, la sonde 10 est réalisée à partir de plaques planes. La plaque centrale 4 est réalisée d'un seul tenant, les deux plaques latérales 25,26, étant fractionnées en deux parties de longueurs inégales. Les parties les plus courtes servent à constituer le condensateur 11 de référence et les parties les plus longues le condensateur 12 de mesure de niveau. La plaque centrale 24 est moins large et plus longue que les plaques latérales 25 et 26 pour bénéficier de l'effet de cage de FARADAY et elle peut être conformée pour tenir compte de la forme du réservoir. Les espaceurs 27 sont peu encombrants pour ne pas gêner le passage du liquide entre les plaques. Le montage est simplifié dans la mesure où les plaques latérales 25 et 26 portées au même potentiel peuvent être vissées ou enclipsées. A titre d'exemple seulement, les valeurs relevées peuvent être les suivantes: Co= 140pF, Cn = 24pF et C12 max. = 260pF.In FIGS. 5 and 6, it can be seen that the probe generally designated by the reference 1 consists of a small cylindrical capacitor 11 placed at the bottom of the tank to be permanently immersed in the fuel. This capacitor thus maintains a constant Cn value for a given temperature and fuel composition. The capacitor 12 extends over the rest of the height of the tank (not shown) and has a capacity C12 which increases or decreases with the filling level of the tank due to the differences in dielectric constants between the liquid fuel and the fuel at l gas state which covers the liquid. In this embodiment, the plates of the capacitors are cylindrical and coaxial. The central frame being shorter (fig. 5) or longer (fig. 6) than the peripheral frame. Of course, the capacitor 11 is of a height much less than that of the capacitor 12. In FIG. 7, the probe 10 is produced from flat plates. The central plate 4 is made in one piece, the two side plates 25, 26, being divided into two parts of unequal length. The shortest parts serve to constitute the reference capacitor 11 and the longest parts the capacitor 12 for level measurement. The central plate 24 is narrower and longer than the lateral plates 25 and 26 to benefit from the FARADAY cage effect and it can be shaped to take account of the shape of the tank. The spacers 27 are compact so as not to hinder the passage of the liquid between the plates. The assembly is simplified insofar as the side plates 25 and 26 brought to the same potential can be screwed or clipped. By way of example only, the values recorded can be the following: Co = 140pF, Cn = 24pF and C12 max. = 260pF.
On notera enfin que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits. On va en effet décrire, en référence à la figure 8, un autre exemple de réalisation d'un détecteur de niveau conforme à l'invention.Finally, it should be noted that the invention is not limited to the embodiments described. We will indeed describe, with reference to Figure 8, another embodiment of a level detector according to the invention.
Comme dans l'exemple de réalisation décrit précédemment, ce détecteur comporte également un condensateur C12 de mesure, un condensateur Cil de référence et un condensateur CO d'étalonnage servant à la mesure des capacités des condensateurs C12 et Cil.As in the embodiment described above, this detector also includes a measurement capacitor C12, a reference capacitor C11 and a calibration capacitor CO used for measuring the capacities of the capacitors C12 and Cil.
Le détecteur comporte également un modulateur ΣΔ incorporant un intégrateur 4 et un comparateur 5 réalisant une comparaison de la sortie de l'intégrateur 4 avec une tension de référence Vref pour générer le signal SR de neutralisation de la charge de l'intégrateur.The detector also includes a modulator ΣΔ incorporating an integrator 4 and a comparator 5 performing a comparison of the output of the integrator 4 with a reference voltage Vref to generate the signal SR for neutralizing the charge of the integrator.
L'intégrateur 4 comporte également un amplificateur opérationnel 30, dont la borne d'entrée non- inverseuse est positionnée à un potentiel de référence Vref et dont la sortie est raccordée à la borne d'entrée inverseuse par l'intermédiaire d'un condensateur Cl.The integrator 4 also includes an operational amplifier 30, the non-inverting input terminal of which is positioned at a reference potential Vref and the output of which is connected to the inverting input terminal via a capacitor C1 .
Ces bornes inverseuse et non inverseuse sont raccordées, par l'intermédiaire d'interrupteurs analogiques 32 aux condensateurs C0 , Cil et C12.These inverting and non-inverting terminals are connected, via analog switches 32 to capacitors C0, Cil and C12.
Selon cet exemple de réalisation, les commutateurs de commande de la charge et de la décharge des condensateurs Cil et C12 , les horloges qui émettent périodiquement des tops d'interrogation de la valeur instantanée de la capacité du condensateur de mesure C12, et le comparateur 5 sont intégrés au microcontrôleur 7.According to this exemplary embodiment, the switches for controlling the charging and discharging of the capacitors C11 and C12, the clocks which periodically emit interrogation tops of the instantaneous value of the capacitance of the measurement capacitor C12, and the comparator 5 are integrated into the microcontroller 7.
On diminue ainsi considérablement le nombre de composants du circuit électronique du détecteur et donc la taille et le coût global de ce circuit. De plus, dans la mesure où l'on utilise un microcontrôleur, le détecteur de niveau a la possibilité de donner une information soit sous forme analogique, soit sous forme numérique, et de commander le fonctionnement d'un relais de puissance pilotant, par exemple, un commutateur pour la commutation automatique d'un premier réservoir d'un premier carburant à un second réservoir empli d'un second carburant lorsque le premier réservoir est vide . Ainsi, par exemple, lorsque ce détecteur est destiné à équiper un véhicule automobile, il provoque automatiquement l'alimentation du véhicule à partir du deuxième carburant dès que le niveau du premier carburant dans le réservoir correspondant passe en dessous d'une valeur de seuil prédéterminée signifiant que ce réservoir est sensiblement vide .This considerably reduces the number of components of the detector's electronic circuit and therefore the size and overall cost of this circuit. In addition, insofar as a microcontroller is used, the level detector has the possibility of giving information either in analog form or in digital form, and of controlling the operation of a driving power relay, for example , a switch for automatic switching from a first tank of a first fuel to a second tank filled with a second fuel when the first tank is empty. Thus, for example, when this detector is intended to equip a motor vehicle, it automatically causes the vehicle to be supplied with the second fuel as soon as the level of the first fuel in the corresponding tank drops below a predetermined threshold value meaning that this tank is substantially empty.
De préférence, selon ce mode de réalisation, le microcontrôleur 7 incorpore des moyens logiciels provoquant périodiquement et alternativement le fonctionnement du détecteur selon deux modes de fonctionnement, à savoir un mode dit normal et un mode dit inverse, en délivrant des signaux d'horloge Φl et Φ2 appropriés.Preferably, according to this embodiment, the microcontroller 7 incorporates software means periodically and alternately causing the detector to operate in two operating modes, namely a so-called normal mode and a so-called reverse mode, by delivering clock signals Φl and Φ2 appropriate.
En mode normal, l'intégrateur du modulateur ΣΔ est chargé en permanence à partir du condensateur de référence Cil et, dès que la quantité de charge dépasse une valeur de seuil prédéterminée, il est déchargé dans le condensateur de mesure C12.In normal mode, the integrator of the ΣΔ modulator is permanently charged from the reference capacitor C11 and, as soon as the amount of charge exceeds a predetermined threshold value, it is discharged into the measurement capacitor C12.
En mode inverse, l'intégrateur du modulateur ΣΔ est déchargé en permanence dans le condensateur de référence Cil et, dès que le niveau de charge dans cet intégrateur descend en dessous d'une valeur de seuil prédéterminée, il est rechargé à partir d'une quantité de charge prélevée dans le condensateur de mesure C12.In reverse mode, the integrator of the modulator ΣΔ is permanently discharged into the reference capacitor Cil and, as soon as the charge level in this integrator drops below a predetermined threshold value, it is recharged from a amount of charge taken from the measurement capacitor C12.
Comme on le conçoit, l'influence des capacités parasites due à 1 ' implémentation du circuit du détecteur sur une carte électronique est indépendante du mode de onctionnement .As will be appreciated, the influence of the parasitic capacitances due to the implementation of the detector circuit on an electronic card is independent of the mode of operation.
Ainsi, le microcontrôleur 7 incorpore également des moyens logiciels pour procéder à une sommation des signaux de mesure obtenus lors des deux modes de fonctionnement de manière à annuler les bruits engendrés par les capacités parasites .Thus, the microcontroller 7 also incorporates software means for summing the signals of measurement obtained during the two operating modes so as to cancel the noises generated by the parasitic capacities.
Comme dans l'exemple de réalisation décrite précédemment, selon ce mode de réalisation, les condensateurs de mesure et de référence peuvent être réalisés soit à l'aide de tubes coaxiaux conducteurs de l'électricité soit à l'aide de plaques planes.As in the embodiment described above, according to this embodiment, the measurement and reference capacitors can be produced either using electrically conductive coaxial tubes or using flat plates.
Le détecteur peut également être raccordé à un relais pilotant une électrovanne de remplissage du réservoir de manière à la fermer dès que la valeur de capacité du condensateur de mesure dépasse une valeur correspondant à un remplissage par exemple de 80 % du volume du réservoir.The detector can also be connected to a relay controlling a solenoid valve for filling the tank so as to close it as soon as the capacity value of the measurement capacitor exceeds a value corresponding to filling, for example 80% of the volume of the tank.
Enfin, et comme dans l'exemple de réalisation précédemment décrit, il peut être doté de moyens de correction de la mesure du niveau délivré par le détecteur en fonction des variations des caractéristiques électriques du liquide avec la température et de moyens pour déterminer la composition du carburant, à partir d'une mesure de température, cette information étant transmise à l'ordinateur de bord du véhicule pour régler la carburation en fonction de cette donnée. Finally, and as in the embodiment described above, it can be provided with means for correcting the measurement of the level delivered by the detector as a function of variations in the electrical characteristics of the liquid with temperature and with means for determining the composition of the fuel, from a temperature measurement, this information being transmitted to the on-board computer of the vehicle to adjust the carburetion according to this data.

Claims

Revendicationsclaims
1) Détecteur de niveau d'un liquide dans un réservoir, notamment pour réservoir de véhicule automobile relié par l'intermédiaire d'un circuit électronique à un tableau d'affichage, comprenant un condensateur de mesure (12, C12) destiné à être placé sur toute la hauteur du réservoir et adapté pour que sa capacité varie de façon reproductible avec le niveau de liquide dans le réservoir et un condensateur de référence (11, Cil) destiné à être disposé au fond du réservoir de manière à être toujours immergé, les condensateurs (11, Cil, 12, C12) de mesure et de référence étant alimentés par et raccordés à un circuit électronique d'interprétation, caractérisé en ce qu'il comporte des commutateurs (3) de commande de la charge et de la décharge des condensateurs dont le fonctionnement est cadencé par des horloges émettant périodiquement des tops d'interrogation de la valeur instantanée de la capacité du condensateur de mesure (12, C12) . 2) Détecteur de niveau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les condensateurs (11, Cil, 12, C12) sont réalisés à l'aide de tubes coaxiaux conducteurs de l'électricité, l'un des deux tubes étant fractionné en deux parties de longueurs inégales. 3) Détecteur de niveau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les condensateurs sont réalisés à partir de plaques planes et comportent une plaque centrale (24) d'un seul tenant, et deux plaques latérales (25,26) fractionnées en deux parties de longueurs inégales. 4) Détecteur de niveau selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit d'interprétation comprend un intégrateur (4) chargeant ou déchargeant les condensateurs, suivi d'un comparateur (5) commandant les commutateurs (3) de charge et de décharge des condensateurs.1) Liquid level detector in a tank, in particular for a motor vehicle tank connected via an electronic circuit to a display board, comprising a measurement capacitor (12, C12) intended to be placed over the entire height of the tank and adapted so that its capacity varies reproducibly with the level of liquid in the tank and a reference capacitor (11, Cil) intended to be placed at the bottom of the tank so as to be always submerged, the measurement and reference capacitors (11, Cil, 12, C12) being supplied by and connected to an electronic interpretation circuit, characterized in that it includes switches (3) for controlling the charging and discharging of capacitors whose operation is clocked by clocks periodically emitting interrogation tops of the instantaneous value of the capacitance of the measurement capacitor (12, C12). 2) Level detector according to claim 1, characterized in that the capacitors (11, Cil, 12, C12) are produced using electrically conductive coaxial tubes, one of the two tubes being split into two parts of unequal length. 3) Level detector according to claim 1, characterized in that the capacitors are made from flat plates and comprise a central plate (24) in one piece, and two side plates (25,26) divided into two parts of unequal lengths. 4) Level detector according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the interpretation circuit comprises an integrator (4) charging or discharging the capacitors, followed by a comparator (5) controlling the switches (3 ) charging and discharging capacitors.
5) Détecteur de niveau selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un modulateur ΣΔ incorporant l'intégrateur (4) et le comparateur (5), le ±o modulateur étant raccordé à un microcontrôleur (7) lui-même à raccorder à un afficheur.5) Level detector according to claim 4, characterized in that it comprises a ΣΔ modulator incorporating the integrator (4) and the comparator (5), the ± o modulator being connected to a microcontroller (7) itself to be connected to a display.
6) Détecteur de niveau selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un microcontrôleur (7) incorporant les horloges et les comparateurs, le microcontrôleur comportant des moyens logiciels pour provoquer périodiquement et alternativement, d'une part, la charge de l'intégrateur (4) à partir du condensateur de référence (11, Cil) et sa décharge dans le condensateur de mesure (11, 12, C12) dès que la charge de l'intégrateur dépasse une valeur de seuil et, d'autre part, la décharge de l'intégrateur (4) dans le condensateur de référence (11, Cil) et sa charge à partir du condensateur de mesure (12, C12) dès que la charge de l'intégrateur (4) descend en dessous d'une valeur de seuil.6) Level detector according to claim 4, characterized in that it comprises a microcontroller (7) incorporating clocks and comparators, the microcontroller comprising software means for periodically and alternately causing, on the one hand, the load of the integrator (4) from the reference capacitor (11, C11) and its discharge in the measurement capacitor (11, 12, C12) as soon as the charge of the integrator exceeds a threshold value and, on the other hand , the discharge of the integrator (4) into the reference capacitor (11, C11) and its charge from the measurement capacitor (12, C12) as soon as the charge of the integrator (4) drops below a threshold value.
7) Détecteur de niveau selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le microcontrôleur (7) comporte, stockée en mémoire, une valeur de consigne correspondant à un emplissage de 80 % du volume du réservoir, et des moyens pour comparer cette valeur de consigne à la valeur de la capacité du condensateur de mesure et, un cas d'égalité, pour fermer une électrovanne (8) de remplissage du réservoir.7) Level detector according to one of claims 5 and 6, characterized in that the microcontroller (7) comprises, stored in memory, a set value corresponding to a filling of 80% of the volume of the tank, and means for compare this setpoint with the value of the capacitance of the measurement capacitor and, in the event of a tie, to close a solenoid valve (8) for filling the tank.
8) Détecteur de niveau selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de correction de la mesure de niveau délivrée par le détecteur en fonction de variations des caractéristiques électrique du liquide avec la température.8) Level detector according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it comprises means for correcting the level measurement delivered by the detector as a function of variations in the electrical characteristics of the liquid with the temperature.
9) Détecteur de niveau selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un élément indépendant de mesure de la température, cette mesure de température permettant de déterminer la composition du carburant qui est transmise à un ordinateur de bord (9) pour régler la carburation en fonction de cette donnée.9) Level detector according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it comprises an independent element for measuring the temperature, this temperature measurement making it possible to determine the composition of the fuel which is transmitted to a computer of edge (9) to adjust the carburetion according to this data.
10) Détecteur de niveau selon la revendication 4, caractérisé en ce que le modulateur ΣΔ est cadencé à partir du microcontrôleur au moyen de deux horloges non recouvrantes (14) et commande les commutateurs (3) . 11) Détecteur de niveau selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte un commutateur (9) de sélection de type de carburant commandé par le microcontrôleur (7) , pour provoquer la commutation automatique d'un réservoir d'un premier carburant à un réservoir d'un second carburant lorsque le niveau du réservoir du premier carburant est inférieur à une valeur de seuil .10) Level detector according to claim 4, characterized in that the ΣΔ modulator is clocked from the microcontroller by means of two non-overlapping clocks (14) and controls the switches (3). 11) Level detector according to one of claims 1 to 10, characterized in that it comprises a switch (9) for selecting the type of fuel controlled by the microcontroller (7), to cause the automatic switching of a tank. from a first fuel to a tank of a second fuel when the level of the tank of the first fuel is below a threshold value.
12) Procédé de détection de niveau d'un liquide dans un réservoir au moyen d'un détecteur de niveau selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'on charge l'intégrateur (4) à une cadence régulière par une quantité d'électricité (C12xVl) prélevée à partir du condensateur de mesure et l'on décharge l'intégrateur (4) dans le condensateur de référence, d'une quantité d'électricité prédéterminée lorsqu'à chaque impulsion des horloges, la quantité d'électricité de l'intégrateur dépasse une valeur de seuil prédéterminée.12) Method for detecting the level of a liquid in a tank by means of a level detector according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the integrator (4) is loaded at a rate regular by an amount of electricity (C12xVl) taken from the measurement capacitor and the integrator (4) is discharged in the reference capacitor, by a predetermined amount of electricity when, on each pulse of the clocks, the quantity of electricity of the integrator exceeds a predetermined threshold value.
13) Procédé de détection de niveau selon la revendication 12, caractérisé en ce que lorsque la valeur de seuil de charge, correspondante au niveau réel, est atteinte, le comparateur (5) émet un signal (SR) de neutralisation de la charge de l'intégrateur (4) .13) Level detection method according to claim 12, characterized in that when the load threshold value, corresponding to the actual level, is reached, the comparator (5) emits a signal (SR) for neutralizing the charge of the '' integrator (4).
14) Procédé de détection de niveau selon l'une des revendications 12 et 13, caractérisé en ce qu'il comporte une première étape de charge de l'intégrateur à partir du condensateur de référence et de décharge de 1 ' intégrateur (4) dans le condensateur de mesure dès que sa charge dépasse une valeur de seuil et une deuxième étape de décharge de l'intégrateur dans le condensateur de référence et de charge de 1 ' intégrateur à partir du condensateur de mesure dès que la charge de 1 ' intégrateur descend au- dessous d'une valeur de seuil, et de sommation des signaux de mesure ainsi obtenus, lesdites première et deuxième étapes étant réalisées périodiquement et alternativement. 14) level detection method according to one of claims 12 and 13, characterized in that it comprises a first step of charging the integrator from the reference capacitor and discharging 1 integrator (4) in the measurement capacitor as soon as its charge exceeds a threshold value and a second step of discharging the integrator into the reference capacitor and charging the integrator from the measurement capacitor as soon as the charge of the integrator drops below a threshold value, and summation of the measurement signals thus obtained, said first and second steps being carried out periodically and alternately.
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