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Etre
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Est A
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P2B
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PTC
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Cou
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Tre
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P2A
(1)
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Molecule
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copper
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silver
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quide
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Chemical Role
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adhesive
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2515342A1
Family ID 29583864
Probable Assignee Torrix Ets Sa
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title CAPTEUR A THERMO-RESISTANCE, ET JAUGE DE NIVEAU COMPORTANT
UNE PLURALITE DE TELS CAPTEURS
EN Title THERMISTOR SENSOR VEHICLE FUEL GAUGE - HAS THERMALLY COUPLED
POSITIVE AND NEGATIVE TEMP. COEFFT. THERMO-RESISTORS ON SUPPLY
TERMINALS WITH OUTPUT TAKEN AT MID-POINT
Abstract
_________________________________________________________________
LE CAPTEUR SUIVANT L'INVENTION EST DU GENRE METTANT EN OEUVRE UNE
THERMO-RESISTANCE A COEFFICIENT DE TEMPERATURE POSITIF 11 DISPOSEE AUX
BORNES D'UNE SOURCE D'ALIMENTATION 12 POUR RELEVE D'UNE GRANDEUR
ELECTRIQUE SUR UNE BORNE DE SORTIE 13.
SUIVANT L'INVENTION, IL COMPORTE EN OUTRE, EN SERIE AVEC LA
THERMO-RESISTANCE A COEFFICIENT DE TEMPERATURE POSITIF 11, ET COUPLEE
THERMIQUEMENT AVEC CELLE-CI, TEL QUE SCHEMATISE PAR UN TRAIT
INTERROMPU 14, UNE THERMO-RESISTANCE A COEFFICIENT DE TEMPERATURE
NEGATIF 15, ET SA BORNE DE SORTIE 13 EST AU POINT MILIEU M ENTRE
LESDITES THERMO-RESISTANCES 11, 14.
APPLICATION NOTAMMENT AUX JAUGES DE NIVEAU, EN PARTICULIER AUX JAUGES
DE CARBURANT POUR RESERVOIRS DE VEHICULES AUTOMOBILES.
A PTC thermistor (11) is connected in series with and thermally
coupled (14) to a negative temp. coefft. thermistor (15) between earth
and the positive terminal of a power source (12). An electrical
quantity is picked-up at the output terminal (13) which is at the
mid-point (M) between the two thermoresistances. Thermal coupling
between the two thermistors is achieved either by joining one to the
other by adhesive or solder through an opening in a PCB, or by a
metallic plate with the thermoresistances soldered opposite each other
one on either side of the plate. The printed circuit or metallic plate
then forms the mid-point between the thermoresistances. The level
gauge has several such pick-ups connected in parallel to the terminals
of a power source in order to supply a common operating circuit, which
has one comparator per pick-up. One input of each comparator is
connected to the output of its corresponding pick-up while the other
inputs are connected in parallel to the same reference source. The
outputs of the comparators are connected in parallel via a
galvanometer to the pick-ups power source.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention concerne d'une maniere generale les capteurs
qui, fonctionnant sur le principe du fil chaud, mettent a profit les
proprietes des resistances thermo-variables, ou thermo-resistance, et
comportent donc une telle thermo-resistance disposee aux bornes d'une
source d'alimentation pour releve d'une grandeur electrique sur une
borne de sortie.
I1 a ete deja propose de mettre en oeuvre une pluralite de tels
capteurs pour la constitution d'une jauge de niveau, et plus
particulierement d'une jauge de carburant pour reservoir de vehicule
automobile.
Dans une telle jauge, les divers capteurs mis en oeuvre sont, a la
maniere des barreaux d'une echelle dont tout ou partie sont immerges
suivant le niveau a controler, echelonnes en parallele aux bornes
d'une meme source d'alimentation, pour desserte d'un circuit
d'exploitation, et la thermo-resistance qu'ils comportent est une
thermo-resistance a coefficient de temperature positif.
Ainsi qu'on le sait, la resistance electrique d'une telle
thermo-resistance est initialement faible, et, si elle est d'abord
legerement decroissante avec la temperature, elle croit ensuite
brutalement de maniere exponentielle a partir d'une temperature de
transition.
Lorsqu'une telle thermo-resistance a coefficient de temperature
positif est reliee a une source de tension, sa resistance,
initialement faible, donne initialement lieu a un fort courant, ce qui
en provoque un echauffement rapide, avec absorption, et donc
consommation, d'une puissance electrique notable, jusqu'a la
temperature de transition.
Puis, la resistance croissant avec la temperature, la puissance
electrique absorbee par une telle thermo-resistance a coefficient de
temperature positif decroit, et un equilibre thermique est atteint
lorsque cette puissance electrique est exactement egale a celle perdue
par ailleurs sous forme de dissipation calorifique par la
thermo-resistance.
A l'equilibre, cette puissance electrique depend donc, puisqu'elle est
egale a la puissance perdue par dissipation calorifique, des
caracteristiques des conditions suivant lesquelles se fait l'echange
thermique entre la thermo-resistance et le milieu ambiant dans lequel
celle-ci est plongee, et il en est de meme du courant traversant alors
cette thermo-resistance: s'il s'agit d'un gaz, l'echange thermique se
fait mal, et un faible courant suffit a maintenir la thermo-resistance
a la temperature d'equilibre atteinte; par contre, s'il s'agit d' un
liquide, l'echange thermique est meilleur, et il faut un courant
superieur au precedent pour maintenir la thermo-resistance a sa
temperature d'equllibre.
Ainsi, une discrimination est possible vis-a-vis du milieu ambiant,
et, s'agissant d'une jauge de niveau, le cou- rant total absorbe par
une telle jauge depend, entre autres, du nombre de ses capteurs
immerges.
I1 est donc normalement possible de determiner, avec une telle jauge,
le niveau a controler.
En pratique, de nombreuses difficultes apparaissent.
Tout d'abord, ou bien la capacite de discrimination air liquide de
chaque capteur est faible, les deux points d'equilibre correspondants
se situant sur la partie fortement croissante de la courbe de
resistance de la thermo-resistance a coefficient.de temperature
positif formant un tel capteur, et il en resulte une certaine
ambiguite sur le signal de sortie obtenu pour l'ensemble de la jauge,
ou bien l'un des points d'equilibre se trouve sur ladite partie
fortement croissante de cette courbe et l'autre sur sa partie
decroissante, et, alors, la resistance etant faible pour ce dernier,
la consommation en courant est elevee pour l'ensemble de la jauge.
En outre, la puissance electrique absorbee a l'equili- bre par les
capteurs concernes etant relativement elevee, tous les capteurs mis en
oeuvre doivent presenter des dimensions suffisantes pour etre a meme
de resister sans destruction a une telle puissance.
I1 en resulte qu'ils doivent en correspondance etre ecartes les uns
des autres d'une distance comparable relativement elevee, et que le
signal de sortie de l'ensemble manque de precision.
Enfin, la grandeur electrique a relever etant un courant, elle
necessite pour son exploitation un circuit relativement complexe.
La presente invention a d'une maniere generale pour objet une
disposition permettant de pallier ces difficultes.
De maniere plus precise, elle a tout d'abord pour objet un capteur du
genre mettant en oeuvre une thermo-resistance a coefficent de
temperature positif disposee aux bornes d'une source d'alimentation
pour releve d'une grandeur electrique sur une borne de sortie, ce
capteur etant caracterise en ce qu'il comporte, en serie avec ladite
thermo-resistance a coefficient de temperature positif, et couplee
thermiquement avec celle-ci, une thermo-resistance a coefficient de
temperature negatif, et en ce que sa borne de sortie est au point
milieu entre lesdites thermo-resistances.
Ainsi, le capteur suivant l'invention presente globalement une
resistance, qui, resultant de la combinaison de la resistance d'une
thermo-resistance a coefficient de temperature positif et de celle
d'une thermo-resistance a coefficient de temperature negatif, est
initialement tres elevee, et de- croit d'abord fortement avant de
recommencer a croitre fortement au-dela d'une temperature de
transition.
La consequence en est double.
Tout d'abord, la puissance electrique absorbee passant par un maximum,
a l'inverse de la resistance, la capacite de discrimination air
liquide est elevee
Les points d'equilibre peuvent en effet avantageusement se situer de
part et d'autre de ce maximum, et le signal de sortie a de ce fait des
niveaux tres differencies pour ces points d'equilibre.
En outre, la resistance etant elevee pour l'un et l'autre des points
d'equilibre, puisqu'elle correspond tantot a celle de
thermo-resistance a coefficient de temperature positif et tantot a
celle de thermo-resistance a coefficient de temrature negatif, la
consommation a l'equilibre est toujours avantageusement reduite.
De ce fait, le capteur suivant l'invention peut avoir des dimensions
relativement faibles, ce qui permet, pour une jauge, de multiplier si
desire le nombre de capteurs mis en oeuvre, et, par la, d'augmenter la
precision du signal de sortie d'une telle jauge.
Enfin, le signal de sortie du capteur suivant l'invention est
avantageusement une tension, puisque preleve au point milieu entre ses
deux thermo-resistances.
I1 en resulte avantageusement, pour une jauge comportant de tels
capteurs, une simplification du circuit d'exploitation necessaire.
La presente invention a encore pour objet une telle jauge.
Cette jauge, qui est du genre comportant une pluralite de capteurs
echelonnes en parallele aux bornes d'une source d' alimentation pour
desserte d'un circuit d'exploitation, est caracterisee en ce que,
lesdits capteurs etant des capteurs suivant l'invention, ledit circuit
d'exploitation comporte une pluralite de comparateurs, un par capteur,
lesdits comparateurs ayant chacun l'une de leurs entrees reliee a la
sortie du capteur correspondant tandis que par leur autre entree ils
sont relies en parallele a une meme source de reference et que par
leur sortie ils sont relies en parallele, par l'intermediaire d'un
galvanometre, a la source d'alimentation des capteurs.
Suivant qu'un capteur est ou non immerge, et donc que son signal de
sortie est a l'un ou l'autre de deux niveaux distincts, le comparateur
correspondant derive ou non vers la masse, a travers le galvanometre,
une fraction de la tension d'alimentation, en sorte que l'indication
donnee par ce galva nometre depend globalement du nombre de capteurs
effectivement immerges.
Ainsi, a une exploitation analogique du courant traversant la jauge
est tres simplement substituee une exploitation digitale par tout ou
rien de la tension des signaux de sortie des capteurs.
En outre, de preference, la source de reference des comparateurs mis
en oeuvre est formee par une fraction de la source d'alimentation des
capteurs.
La reponse de la jauge est de ce fait avantageusement independante de
la valeur reelle de la tension de la source d'alimentation.
Les caracteristiques et avantages de l'invention ressortiront
d'ailleurs de la description qui va suivre, a titre d' exemple, en
reference aux dessins schematiques annexes sur lesquels la figure 1
est un bloc diagramme d'un capteur suivant l'invention la figure 2
est, a echelle relativement importante, une vue en coupe transversale
d'un tel capteur; les figures 3A, 3B, 3C, 3D sont des diagrammes
illustrant son fonctionnement; la figure 4 est un bloc diagramme d'une
jauge de niveau mettant en oeuvre des capteurs suivant llinvention; la
figure 5 est une vue en perspective d'une variante de realisation d'un
capteur suivant l'invention.
D'une maniere generale, et tel qu'illustre par la figure 1, le capteur
10 suivant l'invention est du genre mettant en oeuvre une
thermo-resistance a coefficient de temperature positif 11 disposee aux
bornes d'une source d'alimentation 12, entre la borne positive de
celle-ci et la masse, pour releve d'une grandeur electrique sur une
borne de sortie 13.
Suivant l'invention, un tel capteur 10 comporte, en serie avec la
thermo-resistance a coefficient de temperature positif 11, et, couplee
thermiquement avec celle-ci, tel que schematise par un encart en
traits interrompus 14 sur la figure 1, une thermo-resistance a
coefficient de temperature negatif 15, et sa borne de sortie 13 est au
point milieu M entre lesdites thermo-resistances 11, 15.
Pour leur couplage thermique, les deux thermo-resistances 11, 15
peuvent, par exemple, et tel qu'illustre a la figure 2, etre accolees
l'une a l'autre.
En pratique, dans la forme de realisation illustree par cette figure
2, la thermo-resistance 15 est solidarisee, par exemple par soudage ou
collage, a un circuit imprime 17, autour d'un evidement 18 de celui-ci
et de sa plaquette de support 19, ledit evidement 18 laissant passage,
avec ou sans jeu, a la thermo-resistance 11, et ladite
thermo-resistance 11 etant soudee ou collee- a la thermo -resistance
15.
Bien entendu, les bornes concernees des thermo-resistances 11, 15 sont
alors en liaison electrique avec le circuit imprime 17, qui forme
ainsi leur point milieu.
En cas de collage par exemple, la colle mise en oeuvre est a cet effet
rendue conductrice, par de l'silver ou du copper par exemple.
En variante, pour leur couplage thermique, les deux thermo-resistances
11, 15 peuvent par exemple, et tel qu'illus tre par la figure 5, etre
solidari, par collage ou soudage par exemple, comme precedemment, d un
meme support metallique 20, un simple clinquant en copper par exemple,
en etant chacune respectivement disposees de part et d'autre de
celui-ci; comme precedemment, le support metallique 20 forme alors
leur point milieu.
Quoi qu'il en soit, les fils de contact assurant leur connexion a la
masse, a la borne positive de la source d'alimentation 12, et a la
borne de sortie 13 de l'ensemble, sont de preference des fils en
acier, et, en pratique, des fils en acier inoxydable.
Sur les diagrammes des figures 3A et 3B, on a porte, en abscisses, la
temperature t, et, en ordonnees, la resistance
R.
La courbe R1 du diagramme de la figure 3A correspond a la resistance
de la thermo-resistance a coefficient de temperature negatif 15, et la
courbe R2 a celle de la thermo-resis- tance a coefficient de
temperature positif 11.
La courbe R E du diagramme de la figure 3B correspond a la resistance
equivalente que presente globalement le capteur 10.
Elle presente un minimum, pour une valeur to de la tem o perature, ou
temperature de transition.
Sur le diagramme de la figure 3C, on a porte, en abscisses, la
temperature t, et, en ordonnees, la puissance P.
La courbe P1 de ce diagramme represente la puissance electrique
absorbee par le capteur 10.
Elle a donc une allure exactement inverse de celle de la courbe
representant la resistance R E de ce capteur, et presente de ce fait
un maximum pour la temperature de transition.
Les courbes et e t P2B du diagramme de la figure 3C representent la
puissance perdue par le capteur 10 sous forme de dissipation
calorifique, par echange thermique avec le milieu ambiant dans lequel
il est plonge.
Elles sont issues d'un point d'abscisses m, correspondant a la
temperature du milieu ambiant consideree, et ont globalement l'allure
de droites.
Si le milieu ambiant est bon conducteur de la chaleur, et c'est le cas
d'un liquide, la pente generale d'une telle courbe est relativement
elevee: c'est le cas de la courbe P2A, qui recoupe la courbe P1 en un
premier point d'equilibre EA
Si le milieu ambiant est mauvais conducteur de la chaleur, et c'est le
cas d'un gaz, la pente generale de la courbe correspondante est
relativement faible: c'est le cas de la courbe P2B' qui recoupe la
courbe P1 en un deuxieme point d' equilibre EB.
Far un choix approprie des composants des capteurs 1O en fonction de
ses conditions normales d'utilisation, il est fait en sorte que la
temperature de transition to soit toujours largement superieure a la
temperature t du milieu ambiant a m traiter, et que les points
d'equilibre EA, E B correspondent a des temperature tAt tB encadrant
tres largement cette temperature de transition to.
Par suite, pour ces temperatures tA A tBI la resistance
RE du capteur 10 est toujours relativement elevee.
Autrement dit, pour l'equilibre, la consommation du capteur 10 suivant
l'invention est toujours relativement faible, sa consommation ne se
developpant reellement que pour la periode transitoire au cours de
laquelle il passe d'un point d'equilibre a un autre.
Sur le diagramme de la figure 3D, on a porte, en abscisses la
temperature t, comme precedemment, et, en ordonnees, le rapport r
entre la tension du signal de sortie sur la borne de sortie 13, d'une
part, et la tension de la source d'alimentation 12, d'autre part.
Pour les valeurs faibles de la temperature, ce rapport r est maximal,
et a en pratique une valeur proche de 1, tout se passant comme si,
ayant une resistance faible, la thermoresistance a coefficient de
temperature positif 11 mettait directement en liaison la borne de
sortie 13 avec la borne positive de la source d'alimentation 12.
Par contre, pour les valeurs elevees de la temperature le rapport r a
une valeur faible, qui tend asymptotiquement vers zero, tout se
passant comme si, ayant alors une resistance faible, la
thermo-resistance a coefficient de temperature negatif 15 mettait
directement en liaison avec la masse la borne de sortie 13.
Les temperatures d'equilibre tA, tB etant en pratique largement
ecartees l'une de l'autre, pour les raisons exposees ci-dessus, les
valeurs correspondantes rA, rB du rapport r defini ci-dessus sont
elles-mernes largement ecartees l'une de l'autre, en sorte que le
capteur suivant l'invention offre, par le niveau de son signal de
sortie, une grande capacite de discrimination vis-a-vis du milieu
ambiant dans lequel il est plonge, ce niveau etant eleve lorsque ledit
milieu ambiant est bon conducteur ae la chaleur, et faible dans le cas
contraire.
Tel qu'illustre par la figure 4, une jauge de niveau 25 suivant
l'invention comporte une pluralite de capteurs 10 echelonnes en
parallele aux bornes de la source d'alimentation 12, pour desserte
d'un circuit d'exploitation commun 26.
Par exemple, et tel qu'illustre, les divers capteurs 10 peuvent etre
portes par un meme circuit imprime 17, 19.
Suivant 1' invention, le circuit d'exploitation 26 comporte une
pluralite de comparateurs 27, un par capteur 10, lesdits comparateurs
27 ayant chacun l'une de leurs entrees reliee a la sortie du capteur
10 correspondant, et plus preci sement au point milieu M de celui-ci,
tandis que, par leur autre entree, ils sont relies en parallele a une
meme source de reference 28, et que, par leur sortie, ils sont relies
en parallele, par l'intermediaire d'un galvanometre 29, a la source
d'alimentation 12 des capteurs 10, et plus precisement, a la borne
positive de celle-ci.
En pratique, une resistance 31 est disposee en aval de la sortie de
chacun des comparateurs 27, entre celui-ci et le galvanometre 29.
En pratique egalement, la source de reference 28 de ces comparateurs
27 est formee par une fraction de la source d'alimentation 12 des
capteurs 10, par branchement sur le point intermediaire d'un pont
diviseur, qui, constitue par exemple de deux resistances 32, est
etabli entre la borne positive de cette source d'alimentation 12 et la
masse.
Suivant que le signal delivre par un capteur 10 est a son niveau haut
ou a son niveau bas, le comparateur 27 correspondant derive vers la
masse, ou non, a travers le galvanometre 29, une fraction du courant
delivree par la source d'alimentation 12, fraction qui depend de la
resistance en serie 31 cor respondante.
Ainsi, la mesure de tension assuree par le galvanometre 29 est a
l'image du nombre de capteurs 10 immerges dans le li quide dont le
niveau N, tel que schematise en traits interrompus a la figure 4, est
a controler.
Par un choix approprie des resistances 31, il est possible d'ajuster a
la valeur desiree, la hauteur de la marche d'une telle mesure
correspondant a l'immersion d'un capteur 10.
De meme, le galvanometre mis en oeuvre est dans ce cas un galvanometre
de bord usuel pour un tel vehicule, et les autres composants, les
resistances notamment, sont choisis en consequence.
Suivant un developpement d'invention, l'une ou l'autre des resistances
32 definissant la source de reference 28 est une thermo-resistance, et
celle-ci est maintenue en contact thermique avec le liquide a jauger,
ou avec le gaz surmontant celui-ci.
De ce fait, la tension de cette source de reference est
avantageusement rendue dependante de la temperature t du m milieu
ambiant mentionnee, cidessus en reference a la figure 3C, ce qui
permet de prendre en compte des variations importantes de cette
temperature et d'en compenser les effets sur le fonctionnement de la
jauge.
Bien entendu, la presente invention ne se limite d'ailleurs pas aux
formes de realisation decrites et representees, mais englobe toute
variante d'execution.
Son domaine d'application ne se limite pas non plus a celui des seules
jauges de carburant pour vehicules automobiles mais s'etend notamment
aussi bien a celui de n'importe quelles jauges de niveau.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1) Capteur, du genre mettant en oeuvre une thermo-resistance a
coefficient de temperature positif (11) disposee aux bornes d'une
source d'alimentation (12) pour releve d'une gran deur electrique sur
une borne de sortie (13), caracterise en ce qu'il comporte en serie
avec ladite thelBrmo-resistance a coefficient de temperature positif
(11), et couplee thermiquement avec celle-ci, une thermo-resistance a
coefficient de temperature negatif (15), et en ce que sa borne de
sortie (13), est au point milieu (M) entre lesdites thermo-resistances
(11, 15).
2) Capteur suivant la revendication 1, caracterise en ce que, pour
leur couplage thermique, les deux thermo-resis- tances (11, 15) sont
accolees l'une a l'autre.
3) Capteur suivant la revendication 2, caracterise en ce que l'une des
thermo-resistances (11, 15) est solidarisee a un circuit imprime (17)
autour d'un evidement (18) de celuici et de sa plaquette de support
(19) laissant passage a 1' autre.
4) Capteur suivant la revendication 1, caracterise en ce que, pour
leur couplage thermique, les deux thermo-resistances (11, 15) sont
solidarisees a un meme support metallique (20), en etant chacune
respectivement disposees de part et d' autre de celui-ci.
5) Capteur suivant l'une quelconque des revendications 1 a 4,
caracterise en ce que les fils de contact des thermoresistances (11,
15) sont des fils en acier.
6) Jauge de niveau, du genre comportant une pluralite de capteurs (10)
echelonnes en parallele aux bornes d'une source d'alimentation (12)
pour desserte d'un circuit d'exploitation (26), caracterisee en ce que
lesdits capteurs (10) sont chacun conformes a l'une quelconque des
revendications 1 a 5.
7) Jauge de niveau suivant la revendication 6, caracterisee en ce que
le circuit d'exploitation (26) comporte une pluralite de comparateurs
(27), un par capteur (10), lesdits comparateurs (27) ayant chacun
l'une de leurs entrees reliee a la sortie du capteur (10)
correspondant, tandis que par leur autre entree ils sont relies en
parallele a une meme source de reference (28) et que par leur sortie
ils sont relies en pa rallele, par l'intermediaire d'un galvanometre
(29), a la source d'alimentation (12) des capteurs (10).
8) Jauge de niveau suivant la revendication 7, caracterisee en ce que
une resistance (31) est disposee en aval de la sortie de chacun des
comparateurs (27).
9) Jauge de niveau suivant l'une quelconque des revendications 7, 8,
caracterisee en ce que la source de reference (28) des comparateurs
(27) est formee par une fraction de la source d'alimentation (12) des
capteurs (10).
10) Jauge de niveau suivant l'une quelconque des revendications 7 a 9
caracterisee en ce que la source de reference (28) est dependante de
la temperature du liquide a jauger ou de celle du gaz surmontant
celui-ci.
11) Jauge de niveau suivant les revendications 9, 10, prises
conjointement, caracterisee en ce que, la source de reference (28)
etant prise sur le point intermediaire d'un pont diviseur etabli entre
les bornes de la source d'alimentation (12) des capteurs (10), l'une
des resistances (32) de ce pont diviseur est une thermo-resistance.
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