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Dispositif indicateur de niveau dans un réservoir.. de gaz de pétrole liquéfié.
La présente invention a pour objet un dispositif indicateur de niveau dans un réservoir de gaz de pétrole liquéfié. Ce dispositif est particulièrement bien adapté à l'indication de niveau dans un réservoir équipant un véhicule automobile.
Il est important, dans un réservoir de gaz de pétrole liquéfié, de suivre de façon précise la variation du niveau. En effet, compte tenu des dilatations le réservoir ne doit pas être rempli à plus de 80 % de sa contenance totale, pour des raisons de sécurité. En outre, dans sa partie basse, un réservoir doit donner des informations pour permettre, par exemple, la commutation de l'alimentation du moteur avec de l'essence.
Les jauges connues à ce jour mettent en oeuvre un système mécanique à flotteurs qui engendre de nombreux inconvénients, notamment des imprécisions de mesures dues aux jeux mécaniques, des risques de mauvais fonctionnement des organes mécaniques, par grippage ou usure lors de leur vieillissement, des variations intempestives de mesures lors des mouvements du véhicule, un réservoir de gaz étant difficilement compartimentable pour limiter les mouvements de fluide comme dans les réservoirs à essence, un encombrement important à l'intérieur du réservoir, et une absence de sécurité.
Il est connu de réaliser des jauges utilisant des dispositifs de détection optique en utilisant un principe de détection par différence des indices de réfraction entre un liquide et un gaz. Le document US-4,286, 464 révèle un tel dispositif indicateur de niveau dans un réservoir, notamment un carter d'huile. On trouve dans ce document un dispositif indicateur de niveau comportant un ensemble de capteurs optiques qui sont décalés verticalement. Chaque capteur comporte une source lumineuse, par exemple une LED de type P-N au gallium et à l'arsenic, un récepteur, tel un phototransistor plan P-N-P au silicium et des moyens de transmission d'un rayon lumineux. Ces moyens transmettent le rayon de la source lumineuse vers le détecteur lorsque le capteur est hors du liquide et le rayon est réfracté lorsque le capteur est dans le liquide.
Des moyens électroniques permettent de transmettre les informations reçues des capteurs vers une jauge d'indication de niveau d'huile.
Le but de l'invention est de fournir un dispositif indicateur de niveau dans un réservoir de gaz de pétrole liquéfié, qui soit d'une structure compacte, qui ne comporte pas de pièces en mouvement, qui possède une
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grande fiabilité, et qui puisse être associé à des fonctions de sécurité complémentaires, telles qu'arrêt du remplissage lorsqu'un certain niveau est atteint, ou interdiction de remplissage si le moteur du véhicule fonctionne.
Elle propose d'utiliser des détecteurs optiques utilisant un principe de détection par différence des indices de réfraction entre un liquide et un gaz.
A cet effet, le dispositif qu'elle concerne comprend :
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- un ensemble de capteurs optiques montés sur un support, décalés verticalement les uns par rapport aux autres et disposés à l'intérieur du réservoir en étant répartis sur la hauteur de celui-ci, chaque capteur comprenant une source lumineuse et un récepteur, et - des moyens d'alimentation des sources lumineuses des différents capteurs, et de traitement des informations reçues par les différents récepteurs et de transmission à une jauge de visualisation du niveau de gaz liquéfié.
Selon l'invention, le support et les capteurs placés sur celui-ci sont noyés dans une résine synthétique sensiblement transparente aux faisceaux lumineux émis par les sources lumineuses et la surface de la résine, face aux capteurs, est telle qu'un faisceau émis par la source lumineuse correspondante est réfléchi vers le récepteur associé.
Cette forme de réalisation permet t'utilisation de capteurs optiques dans un réservoir de Gaz de Pétrole Liquéfié (GPL), dans lequel les conditions ambiantes sont particulièrement sévères. La résine permet de sceller l'ensemble de la sonde en une pièce rigide monobloc et d'obtenir une excellente isolation électrique entre les composants et le GPL.
Le niveau de gaz à l'intérieur du réservoir est obtenu en traitant les informations reçues par les différents récepteurs, étant rappelé que les récepteurs qui sont en phase gazeuse reçoivent chacun un faisceau émis par la source lumineuse correspondante, tandis que les autres récepteurs, c'est-à-dire ceux immergés dans le gaz liquide ne reçoivent pas cette information.
Suivant une forme d'exécution de ce dispositif, chaque source lumineuse est constituée par une diode qui émet un faisceau lumineux dans le visible ou l'infrarouge et chaque récepteur est constitué par une cellule photoélectrique ou un photothyristor.
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La résine utilisée est par exemple une résine époxy. Une telle résine possède alors un indice de réfraction proche de celui du GPL en phase liquide.
Si un capteur est en phase gazeuse, le faisceau émis est réfléchi vers le récepteur correspondant, car l'indice du gaz, proche de 1, est optiquement très inférieur à l'indice de la résine.
Si le capteur est en phase liquide, le faisceau émis par la source est essentiellement diffusé dans le liquide, car les indices de réfraction du liquide et de la résine sont proches, environ 1,3 à 1,4. Toutefois, une faible partie du faisceau peut être réfléchie vers le récepteur, mais la sensibilité de celui-ci ne lui permet pas d'être impressionné par ce faible faisceau.
La section de la couche de résine recouvrant les capteurs n'est pas imposée, l'essentiel étant que le trajet optique permette, par réflexion sur la paroi intérieure de la résine, le transfert du faisceau de la source lumineuse vers le capteur. Cependant, la source lumineuse et le récepteur d'un même capteur seront avantageusement très proches l'un de l'autre et la surface de la résine face au capteur intégrant cette source et ce capteur sera alors parallèle au capteur et à son support.
Dans une variante de réalisation, le support est monté dans un fourreau servant d'enveloppe extérieure à la résine et sensiblement transparent aux faisceaux lumineux émis par les sources lumineuses. Ce fourreau est par exemple réalisé en polycarbonate. L'indice de réfraction du matériau constituant le fourreau sera choisi le plus proche possible de l'indice de la résine et du GPL en phase liquide.
Le fourreau présente de préférence une section en U. Chaque branche du U présente alors par exemple sur sa face intérieure une rainure longitudinale, les deux rainures étant destinées à recevoir le support des capteurs de telle sorte que celui-ci soit parallèle à la base du fourreau. On positionne ainsi parfaitement le support des capteurs dans le fourreau et on arrive à réaliser un bon parallélisme entre la base du fourreau plane et le support plan des capteurs. Bien entendu, d'autres surfaces que des surfaces planes peuvent être envisagées pour la base et le support, mais la forme plane présente l'avantage d'être plus facilement réalisable.
Pour adapter la sonde sur le réservoir contenant le GPL, le support, la résine et éventuellement le fourreau sont montés en butée dans
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une tête de fixation destinée à être fixée sur le réservoir. La tête de fixation est par exemple une tête métallique munie d'un joint torique et fixée à l'aide de vis sur le réservoir. Ainsi, cette tête peut être montée dans l'emplacement habituel prévu pour une jauge mécanique à flotteur traditionnelle, par l'intermédiaire de quatre vis fixées au réservoir.
Pour assurer la liaison électrique entre les capteurs de la sonde et l'extérieur du réservoir, un passe-fils isolant est avantageusement assemblé dans la tête de fixation.
Suivant une forme avantageuse d'exécution de ce dispositif, le support sur lequel sont montés les capteurs est constitué par un circuit imprimé.
Suivant une forme d'exécution préférée de ce dispositif, les moyens d'alimentation des sources lumineuses et de traitement des informations comprennent un micro-processeur ou un micro-contrôleur.
Sachant que le dispositif de mesure de niveau ne délivre que des mesures discrètes, c'est-à-dire non continues, il est préférable d'éviter que l'aiguille de la jauge ne descende par palier à chaque changement d'état d'un capteur. A cet effet, les moyens de traitement des informations effectuent un lissage de la valeur du déplacement de la jauge entre les mesures correspondant à deux capteurs adjacents, en simulant des mesures intermédiaires entre deux points de mesure réels, par interpolation d'une consommation moyenne de gaz pendant une durée moyenne.
Afin d'éviter de prendre en compte tous les changements d'état parasites des capteurs, qui ne représentent pas le niveau réel du liquide, en raison de l'aspersion de gouttelettes, de vaguelettes dues aux mouvements du véhicule, ou de l'inclinaison du véhicule, les moyens de traitement des informations comprennent un filtrage des changements d'état des capteurs en intégrant une notion de durée pendant laquelle la détection ne doit pas varier pour être validée. Cette durée peut être d'un temps relativement court d'une durée de l'ordre de quelques secondes selon le niveau de sensibilité recherché.
Suivant une caractéristique avantageuse de l'invention, dans le cas de l'équipement d'un réservoir pour véhicule automobile, les moyens de traitement des informations sont reliés d'une part au boîtier de contact de l'alimentation électrique du moteur du véhicule et d'autre part à une électrovanne disposée sur le dispositif de remplissage du réservoir, pour ne
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permettre l'ouverture de l'électrovanne que si le moteur est arrêté et si le niveau est inférieur à un niveau déterminé, de l'ordre de 80 % du remplissage maximal du réservoir, correspondant à la position du capteur le plus haut.
Le dispositif selon l'invention intègre donc des fonctions de sécurité essentielles. Il faut remarquer que, dans les équipements existant actuellement, l'arrêt du remplissage est réalisé de façon mécanique par l'intermédiaire d'un flotteur, avec les mêmes inconvénients que ceux qui ont été présentés précédemment dans le cas de la jauge.
Afin d'assurer une excellente sécurité au dispositif les moyens de traitement des informations possèdent par exemple une fonction de test de tous les capteurs optiques ainsi que des différents composants électroniques sensibles à d'éventuelles perturbations.
Pour des raisons de sécurité, en cas de défaut du capteur de remplissage maximal, ses fonctions sont transférées automatiquement au capteur situé immédiatement en dessous, ou bien l'électrovanne de remplissage est maintenue en position fermée.
Les moyens de traitement des informations comprenant un microcontroleur ou un microprocesseur peuvent également être mis en oeuvre pour limiter les énergies électriques mises en jeu pendant les durées de non-utilisation, c'est-à-dire lorsque le véhicule est arrêté, ou pour le maintien de la commande de l'électrovanne en position de remplissage. Il est possible de réaliser un interfaçage de ces moyens de traitement des informations avec le système d'injection électronique du carburant en vue d'améliorer les performances et la sécurité du véhicule.
De toute façon l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution de ce dispositif.
Figure 1 est une vue d'un réservoir de gaz de pétrole liquéfié d'un véhicule, équipé d'un dispositif selon l'invention ainsi que ses liaisons à différents organes du véhicule ;
Figures 2 et 3 sont deux vues en coupe transversale d'un capteur optique respectivement en dehors et à l'intérieur de gaz de pétrole liquéfié, selon les lignes 11-il et ttt-ttt de figure 1 ;
Figures 4 et 5 sont deux vues respectivement en position
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éclatée et en position montée d'un dispositif indicateur de niveau selon l'invention ;
Figure 6 est une vue en perspective éclatée d'un dispositif selon l'invention et d'une tête de fixation correspondante ;
Figure 7 est une vue en coupe transversale passant par un capteur ;
et
Figure 8 en est une vue en perspective éclatée à échelle agrandie de l'extrémité libre du dispositif de la figure 6.
La figure 1 représente un réservoir 2 de gaz de pétrole liquéfié destiné à équiper un véhicule automobile. Le gaz liquide contenu dans le réservoir est désigné par la référence 3, et est surmonté par un volume gazeux 4. Ce réservoir est équipé d'un dispositif de remplissage 5, connu en soi, sur lequel est disposée une électrovanne 6 actionnant un clapet 7 permettant ou non le remplissage du réservoir, en fonction de sa position.
Le dispositif indicateur de niveau comprend une barrette 8 qui, dans la forme d'exécution représentée au dessin, est disposée verticalement à l'intérieur du réservoir. Cette barrette est équipée d'un ensemble de capteurs 9, dont chacun comprend une source lumineuse 10 constituée par exemple une diode émettant un faisceau lumineux dans le visible ou l'infrarouge, et un récepteur 12 constitué par une cellule photoélectrique ou un photothyristor. La barrette 8 est constituée par exemple par un circuit imprimé. Les différents capteurs 9 sont fixés sur la barrette 8 qui sert de support et noyés dans une résine 13 synthétique, possédant un indice de réfraction proche de l'indice de réfraction du gaz liquide. Dans la forme d'exécution représentée aux figures 2 et 3, les axes optiques de la source lumineuse 10 et du récepteur correspondant 12 sont parallèles.
La source 10 et le récepteur sont très proches l'un de l'autre et la surface de la résine 13 face au capteur 9 est parallèle au support 8 formé par le circuit imprimé plan. Ainsi, par réflexion, le faisceau lumineux de la source 10 est transmis au récepteur 12. Lorsqu'un capteur se trouve dans la phase gazeuse 4, il se produit, comme montré à la figure 2, une réflexion quasi totale du faisceau lumineux 10 vers le récepteur 12, dans la mesure où l'indice de réfraction du gaz 4 est très inférieur à l'indice de la résine.
Au contraire, si l'on considère un capteur représenté à la figure 3 et correspondant à la ligne de coupe ttt-ttt de la figure 1, qui est immergé dans du gaz liquide, la majeure partie du faisceau lumineux émis par la source 12
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est difracté à l'intérieur du gaz liquide 3, dans la mesure où les indices de réfraction du liquide et de la résine 13 sont très proches.
L'analyse des signaux émis par les différents récepteurs 12 des capteurs 9 permet par détermination des capteurs immergés et de ceux qui ne le sont pas, de mesurer le niveau de liquide.
Comme montré aux figures 4 à 8, une solution pour réaliser un dispositif indicateur de niveau consiste à introduire une barrette 8 équipée des capteurs 9 à l'intérieur d'un fourreau 16 formant gouttière en U. Ce fourreau 16 est ensuite rempli d'une matière synthétique transparente au faisceau lumineux, ce qui permet de parfaitement isoler les capteurs 9 ainsi que leurs moyens d'alimentation et de prise d'informations vis-à-vis des fluides liquides et gazeux contenus dans le réservoir 2. Cette matière synthétique est par exemple une résine époxy.
Le fourreau 16 est une pièce profilée présentant une section en U. Ce fourreau présente donc deux branches 23 et une base 24. A l'intérieur de chaque branche 23, est réalisée une rainure 25 s'étendant longitudinalement sur toute la longueur du fourreau 16. Les deux rainures 25 sont telles qu'elles permettent le coulissement et le guidage du circuit imprimé support 8 et permettent un positionnement de ce circuit imprimé plan parallèlement à la base 24 du fourreau. Ce dernier est par exemple réalisé en polycarbonate. Le circuit imprimé 8 est glissé dans le fourreau 16 de telle sorte que les capteurs 9 se trouvent face à la base du fourreau et soient parfaitement parallèles à celle-ci.
Ce montage étant réalisé, le fourreau est introduit en butée dans une texte de fixation 26. Il s'agit d'une tête de fixation métallique qui s'intègre avec un joint torique non représenté dans l'emplacement habituellement prévu pour recevoir une jauge mécanique à flotteur traditionnelle, par l'intermédiaire de quatre vis fixées au réservoir. Cette tête métallique 26 supporte les efforts de poussée dus à la pression du GPL dans le réservoir 2. Une cavité 27 reprenant la forme du fourreau est prévue dans la tête de fixation 26 de telle sorte que le fourreau soit arrêté en translation lors de la poussée de la pression gazeuse. Un trou d'accroche 32 est prévu pour la fixation du fourreau 16 sur la tête de fixation 26.
Un passe-fils isolant 28 dans lequel sont insérées des broches métalliques 29 est assemblé dans la tête de fixation 26 qui offre un
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passage débouchant aux broches. Ainsi, des broches mâles dépassent de la tête 26 à !'extérieur du réservoir. Elles sont accouplées à un boîtier électronique 17 qui sera décrit plus loin. Ce couplage au boîtier électronique 17 est réalisé par exemple à l'aide d'une broche femelle non représentée ou à des fils soudés sur les broches mâles puis imprégnés de résine époxy pour sceller l'ensemble.
Après assemblage de tous les éléments, la sonde est placée horizontalement pour être imprégnée de résine époxy par simple coulée par gravitation. Cette résine est judicieusement choisie pour être transparente au faisceau émis et être compatible avec le GPL, tout en gardant de bonnes caractéristiques mécaniques de dureté, d'isolation électrique et de tenue thermique après polymérisation. Comme représenté sur la figure 8, pour permettre la coulée de la résine, on vient placer à l'extrémité du fourreau 16 opposée à la tête de fixation 26 un couvercle 30 qui ferme l'extrémité du fourreau de manière étanche. Un jeu subsiste entre le support 8 et le couvercle 30 pour permettre un passage de la résine époxy de part et d'autre du support 8.
La goulotte ainsi formée est totalement imprégnée à l'horizontale. Après polymérisation, la résine scelle l'ensemble en une pièce rigide monobloc et permet d'isoler électriquement les courants électriques du GPL. En outre, la résine assure une étanchéité parfaite du fourreau et du passe-fils sur la tête de la sonde.
Ce procédé de coulée à l'horizontale permet de limiter fortement l'apparition de micro-bulles au sein de la résine, ces bulles pouvant perturber le chamin optique d'un faisceau lumineux émis par une source lumineuse 10 d'un capteur 9.
Les sources lumineuses 10 étant très proches des récepteurs 12, la base 24 du fourreau 16 doit être plane. La distance entre les capteurs 9 et la base 24 du fourreau, c'est-à-dire l'épaisseur de la couche de résine 13 recouvrant les capteurs 9, doit être minimisée afin de dévier le moins possible le chemin optique jusqu'à la surface plane.
Pour perturber le moins possible la transmission du faisceau optique, il est pensable de retirer le fourreau pour n'avoir alors plus qu'un bloc de résine 13 entourant le support 8 et les capteurs 9. En effet, la présence du fourreau, même si l'indice de réfraction de la résine et de la matière constituant le fourreau sont très proches (environ de 1,5 à 1,6), la
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présence d'un dioptre entre la résine et le fourreau dévie le faisceau lumineux. Il est donc préférable de supprimer ce dioptre. On retrouve alors une forme de réalisation telle que représentée sur la figure 7 qui montre en coupe transversale une sonde sans fourreau. On retrouve donc comme montré sur les figures 2 et 3 un support 8 portant des capteurs 9 noyés dans un bloc de résine 13.
Comme montré à la figure 1, la barrette 8 est associée au boîtier électronique 17. Ce boîtier est relié notamment à la batterie 18 du véhicule, au boîtier de contact 19 permettant l'alimentation électrique du moteur, à la jauge 20 de niveau de carburant intégrée au tableau de bord du véhicule, ainsi qu'au système électronique d'injection du moteur 22. Le boîtier électronique qui peut comprendre un micro-processeur ou un microcontrôleur assure l'alimentation des diodes 10 formant sources de lumière, à partir de la batterie 10. Le boîtier 17 assure différentes fonctions de traitement des informations dans un sens de lecture du niveau de gaz liquide à l'intérieur du réservoir et dans un sens de sécurité de l'installation.
C'est ainsi que la sonde ne délivre que des mesures discontinues. Afin d'éviter que l'aiguille de la jauge 20 ne descende par palier à chaque changement d'état d'un capteur, il est procédé à un lissage permettant une descente continue de l'aiguille en simulant des mesures intermédiaires entre deux points de mesure réelle, avec interpolation d'une consommation moyenne de gaz pendant une durée moyenne. Le lissage est réajusté lors du changement d'état de chaque capteur.
Le boîtier 17 assure également le filtrage de changements d'état instantanés des capteurs, en intégrant une notion de durée pendant laquelle la détection ne doit pas varier pour être validée.
Le capteur situé le plus bas, lorsqu'il est découvert par le liquide, fournit au boîtier électronique 17 une information permettant à celui-ci, par exemple de commander le basculement automatique de l'alimentation du moteur par de l'essence.
Pour des raisons de sécurité et notamment pour permettre une augmentation de pression de la phase gazeuse lors d'une élévation de température, le remplissage du réservoir ne doit pas dépasser 80 % de la contenance totale de celui-ci. Il est donc possible de disposer d'un capteur de niveau maximal qui, lorsqu'il est activé par la présence d'un niveau liquide, fournit au boîtier électronique une information permettant à celui-ci
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de commander l'électrovanne 6 pour assurer la fermeture du dispositif de remplissage. Le boîtier électronique 17 est également relié au boîtier de contact 19 afin d'éviter que le remplissage du réservoir puisse être réalisé si le moteur du véhicule est en fonctionnement.
Les capteurs 9 sont implantés à des intervalles judicieusement choisis selon la forme du réservoir. Ils sont ainsi plus rapprochés dans le fond du réservoir pour augmenter la précision des mesures lorsque le niveau de liquide approche de la "réserve". De plus, cette implantation non régulière des capteurs permet de conserver à l'identique la partie électronique de traitement du signal quel que soit le type de réservoir. La sonde optique proprement dite (les capteurs 9 imprégnés de résine) est spécifique à chaque type de réservoir, alors que le module de traitement du signal (interprétation des mesures, lissage, commande des actionneurs, renvoi au tableau de bord...) reste commun à tous les modèles, ce qui en réduit considérablement les coûts de fabrication.
Le boîtier électronique 17 assure enfin un auto contrôle des capteurs, avec fourniture d'un signal si l'un des capteurs est défaillant. Si le capteur de remplissage maximal est défaillant, ses fonctions sont immédiatement transférées sur le capteur disposé immédiatement en dessous. Selon une autre possibilité, le microcontroleur ou le microprocesseur peut interdire tout nouveau remplissage tant que ce capteur est défaillant, par maintien en position fermée de l'électrovanne.
L'arrêt du moteur provoque l'ouverture de l'électrovanne associée au dispositif de remplissage pendant un temps t. Si le capteur de remplissage maximal à 80 % ou le démarreur du moteur ne sont pas sollicités pendant cette durée t, un dispositif de temporisation entraîne la fermeture de l'électrovanne.
Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte une grande amélioration à la technique existante, en fournissant un dispositif indicateur de niveau dans un réservoir de gaz de pétrole liquéfié, de structure compacte, ne possédant pas de pièce en mouvement, qui n'est pas influencé par les variations normales de pression ou de température, de 0 à 30 bars et de moins 20 C à plus 65 C, tout en possédant une excellente précision et une excellente fiabilité.
Comme il va de soi l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce dispositif décrites ci-dessus à titre d'exemple, elle
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en embrasse au contraire toutes les variantes. C'est ainsi notamment que le nombre de capteurs pourrait être différent, que leur positionnement à l'intérieur du réservoir pourrait être différent, ou encore que la forme du fourreau associé aux capteurs pourrait être différente, sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention.
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Level indicator device in a tank of liquefied petroleum gas.
The present invention relates to a level indicator device in a tank of liquefied petroleum gas. This device is particularly well suited to indicating the level in a tank fitted to a motor vehicle.
It is important, in a tank of liquefied petroleum gas, to follow precisely the variation of the level. Indeed, taking into account the expansions the tank must not be filled to more than 80% of its total capacity, for safety reasons. In addition, in its lower part, a tank must give information to allow, for example, the switching of the engine supply with petrol.
The gauges known to date use a mechanical float system which generates numerous drawbacks, in particular inaccuracies in measurements due to mechanical play, risks of malfunction of the mechanical members, due to seizure or wear during aging, variations untimely measurements during vehicle movements, a gas tank being difficult to compartmentalize in order to limit fluid movements as in petrol tanks, considerable space inside the tank, and a lack of security.
It is known to produce gauges using optical detection devices using a principle of detection by difference of the refractive indices between a liquid and a gas. Document US-4,286,464 discloses such a level indicator device in a tank, in particular an oil sump. This document contains a level indicator device comprising a set of optical sensors which are offset vertically. Each sensor comprises a light source, for example a P-N type LED with gallium and arsenic, a receiver, such as a plane phototransistor P-N-P with silicon and means for transmitting a light ray. These means transmit the ray from the light source to the detector when the sensor is out of the liquid and the ray is refracted when the sensor is in the liquid.
Electronic means make it possible to transmit the information received from the sensors to an oil level indication gauge.
The object of the invention is to provide a level indicator device in a tank of liquefied petroleum gas, which is of a compact structure, which does not include moving parts, which has a
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high reliability, and which can be associated with additional safety functions, such as stopping filling when a certain level is reached, or prohibiting filling if the vehicle engine is running.
It proposes to use optical detectors using a principle of detection by difference of the refractive indices between a liquid and a gas.
To this end, the device it concerns includes:
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- a set of optical sensors mounted on a support, vertically offset from each other and arranged inside the tank, being distributed over the height of the latter, each sensor comprising a light source and a receiver, and - means for supplying the light sources of the various sensors, and for processing the information received by the various receivers and for transmitting to a gauge for displaying the level of liquefied gas.
According to the invention, the support and the sensors placed thereon are embedded in a synthetic resin substantially transparent to the light beams emitted by the light sources and the surface of the resin, facing the sensors, is such that a beam emitted by the corresponding light source is reflected back to the associated receiver.
This embodiment allows the use of optical sensors in a tank of Liquefied Petroleum Gas (LPG), in which the ambient conditions are particularly severe. The resin makes it possible to seal the entire probe in a rigid monobloc piece and to obtain excellent electrical insulation between the components and the LPG.
The level of gas inside the tank is obtained by processing the information received by the various receivers, it being recalled that the receivers which are in the gas phase each receive a beam emitted by the corresponding light source, while the other receivers, c that is, those immersed in the liquid gas do not receive this information.
According to an embodiment of this device, each light source is constituted by a diode which emits a light beam in the visible or the infrared and each receiver is constituted by a photoelectric cell or a photothyristor.
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The resin used is for example an epoxy resin. Such a resin then has a refractive index close to that of LPG in the liquid phase.
If a sensor is in the gas phase, the emitted beam is reflected towards the corresponding receiver, because the index of the gas, close to 1, is optically much lower than the index of the resin.
If the sensor is in the liquid phase, the beam emitted by the source is essentially diffused in the liquid, because the refractive indices of the liquid and the resin are close, around 1.3 to 1.4. However, a small part of the beam can be reflected towards the receiver, but the sensitivity of the latter does not allow it to be impressed by this weak beam.
The section of the resin layer covering the sensors is not imposed, the main thing being that the optical path allows, by reflection on the interior wall of the resin, the transfer of the beam from the light source to the sensor. However, the light source and the receiver of the same sensor will advantageously be very close to each other and the surface of the resin facing the sensor integrating this source and this sensor will then be parallel to the sensor and to its support.
In an alternative embodiment, the support is mounted in a sheath serving as an exterior envelope for the resin and substantially transparent to the light beams emitted by the light sources. This sheath is for example made of polycarbonate. The refractive index of the material constituting the sheath will be chosen as close as possible to the index of the resin and of the LPG in the liquid phase.
The sheath preferably has a U-shaped section. Each branch of the U then has for example on its inner face a longitudinal groove, the two grooves being intended to receive the support for the sensors so that it is parallel to the base of the scabbard. The support of the sensors is thus perfectly positioned in the sheath and it is possible to achieve good parallelism between the base of the flat sheath and the flat support of the sensors. Of course, surfaces other than planar surfaces can be envisaged for the base and the support, but the planar form has the advantage of being more easily achievable.
To adapt the probe on the tank containing the LPG, the support, the resin and possibly the sheath are mounted in abutment in
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a fixing head intended to be fixed on the tank. The fixing head is for example a metal head provided with an O-ring and fixed with screws on the tank. Thus, this head can be mounted in the usual location provided for a traditional float mechanical gauge, by means of four screws fixed to the tank.
To ensure the electrical connection between the sensors of the probe and the outside of the tank, an insulating grommet is advantageously assembled in the fixing head.
According to an advantageous embodiment of this device, the support on which the sensors are mounted is constituted by a printed circuit.
According to a preferred embodiment of this device, the means for supplying the light sources and for processing information comprise a microprocessor or a microcontroller.
Knowing that the level measurement device only delivers discrete, that is to say non-continuous, measurements, it is preferable to prevent the gauge needle from descending step by step with each change of state. a captor. To this end, the information processing means smooth the value of the displacement of the gauge between the measurements corresponding to two adjacent sensors, by simulating intermediate measurements between two real measurement points, by interpolating an average consumption of gas for an average period.
In order to avoid taking into account all the parasitic changes of state of the sensors, which do not represent the real level of the liquid, due to the spraying of droplets, wavelets due to the movements of the vehicle, or the inclination of the vehicle, the information processing means comprise a filtering of the changes of state of the sensors by integrating a concept of duration during which the detection must not vary to be validated. This duration can be of a relatively short time of a duration of the order of a few seconds depending on the level of sensitivity sought.
According to an advantageous characteristic of the invention, in the case of equipping a tank for a motor vehicle, the information processing means are connected on the one hand to the contact box of the electrical supply of the vehicle engine and on the other hand to a solenoid valve arranged on the tank filling device, so as not to
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allow the solenoid valve to open only if the engine is stopped and if the level is below a determined level, of the order of 80% of the maximum filling of the tank, corresponding to the position of the highest sensor.
The device according to the invention therefore incorporates essential security functions. It should be noted that, in the equipment currently existing, the filling stop is carried out mechanically by means of a float, with the same drawbacks as those which have been presented previously in the case of the gauge.
In order to ensure excellent security for the device, the information processing means have, for example, a test function for all the optical sensors as well as the various electronic components sensitive to possible disturbances.
For safety reasons, in the event of a fault with the maximum filling sensor, its functions are automatically transferred to the sensor located immediately below, or the filling solenoid valve is kept in the closed position.
The information processing means comprising a microcontroller or a microprocessor can also be used to limit the electrical energies involved during periods of non-use, that is to say when the vehicle is stopped, or for the holding the solenoid valve control in the filling position. It is possible to interface these information processing means with the electronic fuel injection system in order to improve the performance and safety of the vehicle.
In any case, the invention will be clearly understood with the aid of the description which follows, with reference to the appended diagrammatic drawing representing, by way of nonlimiting examples, several embodiments of this device.
Figure 1 is a view of a tank of liquefied petroleum gas from a vehicle, equipped with a device according to the invention as well as its connections to different parts of the vehicle;
Figures 2 and 3 are two cross-sectional views of an optical sensor respectively outside and inside of liquefied petroleum gas, along lines 11-il and ttt-ttt of Figure 1;
Figures 4 and 5 are two views respectively in position
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exploded and in the mounted position of a level indicator device according to the invention;
Figure 6 is an exploded perspective view of a device according to the invention and a corresponding fixing head;
Figure 7 is a cross-sectional view passing through a sensor;
and
Figure 8 is an exploded perspective view on an enlarged scale of the free end of the device of Figure 6.
FIG. 1 represents a tank 2 of liquefied petroleum gas intended to equip a motor vehicle. The liquid gas contained in the tank is designated by the reference 3, and is surmounted by a gas volume 4. This tank is equipped with a filling device 5, known per se, on which is arranged a solenoid valve 6 actuating a valve 7 allowing or not filling the tank, depending on its position.
The level indicator device comprises a bar 8 which, in the embodiment shown in the drawing, is arranged vertically inside the tank. This strip is equipped with a set of sensors 9, each of which comprises a light source 10 constituted for example by a diode emitting a light beam in the visible or the infrared, and a receiver 12 constituted by a photoelectric cell or a photothyristor. The strip 8 is constituted for example by a printed circuit. The various sensors 9 are fixed to the bar 8 which serves as a support and embedded in a synthetic resin 13, having a refractive index close to the refractive index of the liquid gas. In the embodiment shown in Figures 2 and 3, the optical axes of the light source 10 and the corresponding receiver 12 are parallel.
The source 10 and the receiver are very close to each other and the surface of the resin 13 facing the sensor 9 is parallel to the support 8 formed by the flat printed circuit. Thus, by reflection, the light beam from the source 10 is transmitted to the receiver 12. When a sensor is in the gas phase 4, there is produced, as shown in FIG. 2, an almost total reflection of the light beam 10 towards the receiver 12, insofar as the refractive index of the gas 4 is much lower than the index of the resin.
On the contrary, if we consider a sensor shown in Figure 3 and corresponding to the line of cut ttt-ttt of Figure 1, which is immersed in liquid gas, most of the light beam emitted by the source 12
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is difracted inside the liquid gas 3, insofar as the refractive indices of the liquid and of the resin 13 are very close.
The analysis of the signals emitted by the various receivers 12 of the sensors 9 makes it possible, by determining the immersed sensors and those which are not, to measure the level of liquid.
As shown in FIGS. 4 to 8, a solution for producing a level indicator device consists in introducing a bar 8 fitted with sensors 9 inside a sheath 16 forming a U-shaped gutter. This sheath 16 is then filled with a synthetic material transparent to the light beam, which makes it possible to perfectly isolate the sensors 9 as well as their means of supply and taking of information with respect to the liquid and gaseous fluids contained in the reservoir 2. This synthetic material is by example an epoxy resin.
The sheath 16 is a profiled part having a U-shaped section. This sheath therefore has two branches 23 and a base 24. Inside each branch 23, a groove 25 is made which extends longitudinally over the entire length of the sheath 16 The two grooves 25 are such that they allow the sliding and guiding of the support printed circuit 8 and allow a positioning of this plane printed circuit parallel to the base 24 of the sheath. The latter is for example made of polycarbonate. The printed circuit 8 is slid into the sheath 16 so that the sensors 9 are facing the base of the sheath and are perfectly parallel thereto.
This assembly being carried out, the sheath is introduced into abutment in a fixing text 26. It is a metal fixing head which is integrated with an O-ring not shown in the location usually provided for receiving a mechanical gauge. with traditional float, by means of four screws fixed to the tank. This metal head 26 supports the thrust forces due to the pressure of the LPG in the tank 2. A cavity 27 resuming the shape of the sheath is provided in the fixing head 26 so that the sheath is stopped in translation during the push gas pressure. A hanging hole 32 is provided for fixing the sheath 16 to the fixing head 26.
An insulating grommet 28 into which metal pins 29 are inserted is assembled in the fixing head 26 which provides a
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passage leading to the pins. Thus, male pins protrude from the head 26 outside the tank. They are coupled to an electronic unit 17 which will be described later. This coupling to the electronic unit 17 is carried out for example using a female pin not shown or with wires welded to the male pins and then impregnated with epoxy resin to seal the assembly.
After assembly of all the elements, the probe is placed horizontally to be impregnated with epoxy resin by simple casting by gravitation. This resin is judiciously chosen to be transparent to the emitted beam and to be compatible with LPG, while retaining good mechanical characteristics of hardness, electrical insulation and thermal resistance after polymerization. As shown in FIG. 8, to allow the resin to be poured, a cover 30 is placed at the end of the sheath 16 opposite the fixing head 26 which closes the end of the sheath in a leaktight manner. A clearance remains between the support 8 and the cover 30 to allow passage of the epoxy resin on either side of the support 8.
The chute thus formed is completely impregnated horizontally. After polymerization, the resin seals the assembly in a rigid monobloc piece and makes it possible to electrically isolate the electric currents of the LPG. In addition, the resin ensures perfect sealing of the sheath and the grommet on the head of the probe.
This horizontal casting process greatly limits the appearance of micro-bubbles within the resin, these bubbles being able to disturb the optical path of a light beam emitted by a light source 10 from a sensor 9.
The light sources 10 being very close to the receivers 12, the base 24 of the sheath 16 must be flat. The distance between the sensors 9 and the base 24 of the sheath, that is to say the thickness of the resin layer 13 covering the sensors 9, must be minimized in order to deflect the optical path as far as possible to the flat surface.
To disturb the transmission of the optical beam as little as possible, it is conceivable to remove the sheath so as to have only a block of resin 13 surrounding the support 8 and the sensors 9. In fact, the presence of the sheath, even if the refractive index of the resin and of the material constituting the sheath are very close (approximately 1.5 to 1.6), the
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presence of a diopter between the resin and the sheath deflects the light beam. It is therefore preferable to remove this diopter. We then find an embodiment as shown in Figure 7 which shows in cross section a probe without sheath. As shown in FIGS. 2 and 3, we therefore find a support 8 carrying sensors 9 embedded in a block of resin 13.
As shown in FIG. 1, the bar 8 is associated with the electronic box 17. This box is connected in particular to the vehicle battery 18, to the contact box 19 allowing the electrical supply of the engine, to the fuel level gauge 20 integrated in the dashboard of the vehicle, as well as in the electronic engine injection system 22. The electronic unit which may include a microprocessor or a microcontroller ensures the supply of the diodes 10 forming light sources, from the battery 10. The box 17 provides various functions for processing information in a direction of reading the level of liquid gas inside the tank and in a direction of safety of the installation.
This is how the probe delivers only discontinuous measurements. In order to prevent the needle of the gauge 20 from descending in steps at each change of state of a sensor, a smoothing operation is carried out allowing a continuous descent of the needle by simulating intermediate measurements between two points of real measurement, with interpolation of an average gas consumption for an average duration. The smoothing is readjusted when the state of each sensor changes.
The box 17 also filters the instantaneous changes of state of the sensors, by integrating a concept of duration during which the detection must not vary in order to be validated.
The lower sensor, when it is discovered by the liquid, provides the electronic unit 17 with information allowing it, for example to control the automatic switching of the supply of the engine with petrol.
For safety reasons and in particular to allow an increase in pressure of the gaseous phase during a rise in temperature, the filling of the reservoir must not exceed 80% of the total capacity thereof. It is therefore possible to have a maximum level sensor which, when activated by the presence of a liquid level, provides the electronic unit with information allowing it
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to order the solenoid valve 6 to ensure the closing of the filling device. The electronic unit 17 is also connected to the contact unit 19 in order to prevent the filling of the tank if the vehicle engine is running.
The sensors 9 are installed at intervals judiciously chosen according to the shape of the reservoir. They are thus closer together at the bottom of the tank to increase the accuracy of the measurements when the liquid level approaches the "reserve". In addition, this non-regular implantation of the sensors makes it possible to keep the electronic signal processing part identical regardless of the type of reservoir. The actual optical probe (the sensors 9 impregnated with resin) is specific to each type of tank, while the signal processing module (interpretation of the measurements, smoothing, actuator control, reference to the dashboard ...) remains common to all models, which considerably reduces manufacturing costs.
The electronic unit 17 finally provides self-checking of the sensors, with the supply of a signal if one of the sensors fails. If the maximum filling sensor fails, its functions are immediately transferred to the sensor located immediately below. According to another possibility, the microcontroller or the microprocessor can prohibit any new filling as long as this sensor is faulty, by keeping the solenoid valve in the closed position.
Stopping the engine causes the solenoid valve associated with the filling device to open for a time t. If the 80% maximum filling sensor or the starter motor are not used during this time t, a time delay device causes the solenoid valve to close.
As is apparent from the above, the invention brings a great improvement to the existing technique, by providing a level indicator device in a tank of liquefied petroleum gas, of compact structure, having no moving part, which n is not influenced by normal variations in pressure or temperature, from 0 to 30 bars and from minus 20 C to plus 65 C, while having excellent precision and excellent reliability.
As it goes without saying, the invention is not limited to the sole embodiments of this device described above by way of example, it
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on the contrary embraces all variants. Thus, in particular, the number of sensors could be different, their positioning inside the tank could be different, or even the shape of the sheath associated with the sensors could be different, without leaving the part of the invention.