Brevet FR2002239A1 — publié le 19691017

la présente invention se rapporte à un procédé ét à un appareil de régulation de la température d'un parcours électriquement résistif en vue de maintenir celui-ci à une température désirée. 5 l'invention est applicable chaque fois qu'on désire mainte nir un parcours électriquement résistif à une température désirée et elle a été spécialement étudiée pour le contrôle de procédés industriels dans lesquels on utilise un chauffage électrique par résistance, par exemple pour la fabrication du verre. 10 la régulation de la température d'un parcours résistif est particulièrement importante dans les applications où il est essentiel d'éviter une surchauffe locale du parcours résistif. En effet, si une telle surchauffe se produit, l'isolement environnant peut être lui-même surchauffé et peut être détruit. Il était 15 nécessaire, jusqu'à présent, d'utiliser des dispositifs de commande extrêmement complexes pour ajuster la puissance fournie par la source électrique utilisée pour appliquer le courant de chauffage au parcours résistif. Des dispositifs sensibles à la chaleur tels que des thermo-20 couples ont été utilisés pour indiquer la température en un ou plusieurs points spécifiés du parcàurs résistif ou des éléments voisins tels que par exemple, un isolement environnant, l'utilisation de thermo-couples exige un équipement d'enregistrement ou de contrôle considérable et les thermo-couples peuvent eux-mêmes 25 influer sur la température du parcours à l'emplacement où ils sont situés. l'invention a principalement pour objet d'assurer la régulation de température d'un parcours électriquement résistif d'une manière réduisant au minimum ou même éliminant les inconvénients 30 des dispositifs antérieurs. Un autre but de l'invention est de créer un procédé et un appareil perfectionné permettant de maintenir un parcours électriquement résistif à une température désirée, en particulier lors de processus de fabrication du verre où le parcours résistif peut 35 être, par exemple, un parcours chauffant traversant une masse de verre chaude ou encore un élément électrique résistant tel qu'un élément chauffant électrique disposé dans un four ou da-na mi appareil de recuisson. Sous l'un des aspects de l'invention, celle-ci prévoit un 40 procédé permettant de maintenir un parcours électriquement résis 69 04099 2 2002239 tif à une température désirée et comprenant les opérations consistant à détecter la tension régnant entre les extrémités de ce parcours et le courant appliqué à celui-ci, à produire un signal indiquant l'inverse dudit courant, à multiplier ce signal par un 5 autre signal indiquant ladite tension pour produire un signal proportionnel à la résistance du parcours, à comparer ce dernier signal avec un signal de référence qui représente la résistance du parcours, à la température désirée, à produire un signal d'erreur représentant tout écart de la résistance du parcours par 10 rapport à la valeur de référence et à utiliser ce signal d'erreur pour effectuer une régulation du courant appliqué au parcours résistif, de manière à maintenir celui-ci à la température désirée. Comme précédemment décrit, le procédé suivant l'invention est particulièrement avantageux dans les processus de fabrication 15 du verre et, en particulier, pour la régulation de la température et, par conséquent de la viscosité du verre fondu amené dans une installation de formation de verre ou pour la régulation de la température dans tin article en verre en cours de façonnage alors qu'il est encore suffisamment chaud pour être manipulé par exem-20 pie en vue de la formation de joints d'extrémité sur des articles en verre tubulaires. De ce point de vue, l'invention prévoit un procédé permettant de maintenir à une viscosité désirée une masse de verre chaud, ledit procédé comprenant lel opérations supplémentaires 25 consistant à établir un parcours de courant électrique à travers le verre chaud pour le chauffer encore, à engendrer tin signal d* erreur qui représente tout écart de la résistance du verre sur ce parcours, lorsque le verre est à la viscosité désirée, par rapport à la valeur de référence prédéterminée et à effectuer une régula-30 tion continue du courant traversant le verre pour maintenir celui-ci à ladite viscosité désirée. En outre, sous un autre aspect de l'invention, celle-ci prévoit un montage électrique de régulation permettant de maintenir tin parcours électriquement résistif à une température désirée et 35 comprenant un dispositif détecteur de tension destiné à être branché aux extrémités du parcours et capable de produire une indication de la tension régnant entre ces extrémités, un dispositif détecteur de courant monté en série avec le parcours et avec un dispositif régulateur de courant capable de faire varier le courant .40 appliqué au parcours, des circuits -analogiques.associés aux dispo 69 04099 5 2002239 sitifs de détection pour déterminer le produit de la tension par l'inverse du courant, un circuit comparateur comportant des entrées connectées à la sortie de l'un des circuits analogiques et à un générateur de signaux de référence et une sortie d'erreur 5 connectée au dispositif régulateur de courant de manière à adapter à chaque instant le courant alimentant le parcours en fonction de la résistance de celui-ci déterminée par le produit de la tension par l'inverse du courant. Des sondes à effet Hall à l'état solide disponibles dans le 10 commerce se sont avérées particulièrement satisfaisantes et fiables pour former les circuits analogiques associés aux dispositifs de détection pour déterminer le produit de la tension régnant entre les extrémités du parcours résistif par l'inverse du courant passant sur celui-ci. 15 Dans un montage préféré suivant l'invention, le dispositif de détection de courant comprend une sonde à effet Hall à l'état solide montée en série avec le parcours résistif et branchée dans la boucle de réaction d'un amplificateur différentiel à gain élevé qui est connecté à une source de signaux de référence et dont 20 le signal de sortie représente l'inverse du courant détecté, et le dispositif de détection de tension comprend une seconde sonde à effet Hall à l'état solide montée en multiplicateur analogique et comportant une entrée de tension branchée aux extrémités du parcours résistif, une entrée de courant branchée à la sortie de 25 l'amplificateur différentiel et une sortie connectée au comparateur pour transmettre à celui-ci de façon continue un signal indiquant la résistance du parcours. l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description que l'on va en donner en référence au dessin annexé, qui en 30 représente, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation. la figure unique de ce dessin représente schématiquement un montage électrique régulateur suivant l'invention destiné à maintenir la température d'un parcours résistif à une valeur désirée. 35 la résistance 1 qui est représentée sur le dessin symbolise un parcours électriquement résistif dont la température doit être maintenue à une valeur désirée. C'est dire que la résistance 1 peut représenter un élément électrique chauffant monté dans un four tel qu'un four de fusion du verre ou dans une galerie de re-40 cuisson, ou associé à n'importe quel autre dispositif de façonna 69 04099 2002239 ge du verre, le parcours résistif peut être un parcours électrique formé entre deux électrodes-sondes qui pénètrent dans une masse de verre fondu de manière à faire passer un courant électrique de chauffage à travers cette masse, par exemple pour main-5 tenir la température et, par conséquent, la viscosité désirée du verre fondu qui s'écoule le long d'un canal reliant l'avant-foyer d'un four de fusion du verre à un dispositif de façonnage du verre. Dans une autre application de l'invention, le parcours résistif peut traverser une pièce de verre en cours de manipulation et 10 de formage, par exemple en vue d'établir une surface d'étanehéité d'un joint à l'extrémité de cette pièce, une connexion électrique étant effectuée de part et d'autre de la pièce en verre chaude au moyen d'électrodes à flamme agissant sur le verre chaud. Un courant est appliqué au parcours résistif 1 à partir des 15 bornes 2 et 3 qui sont connectées à une source d'énergie électrique, d'une manière bien connue, la puissance moyenne appliquée au parcours résistif 1 est contrôlée au moyen d'un réseau 4 de redresseurs semi-conducteurs commandés, lui-même monté en série a-vec le parcours résistif et avec l'enroulement d'entrée 5 d'une 20 sonde à effet Hall 6 à l'état solide de type connu dont la fonction sera décrite ci-après. Une variation de la puissance appliquée au parcours résistif 1 est obtenue en contrôlant l'instant de chaque alternance du courant d'alimentation sur les bornes 2 et 3 correspondant à 1' 25 allumage du redresseur commandé dans le réseau 4. l'allumage du redresseur est commandé par un générateur d'impulsions 7 de type approprié qui produit une impulsion à flanc avant abrupt de grandeur suffisante pour assurer un allumage précis du réseau de redresseurs semi-eondueteurs commandés. 30 le courant appliqué au parcours résistif 1 est continuelle ment détecté par la première sonde à effet Hall 6 dont l'enroulement d'entrée 5 est monté en série avec le parcours résistif 1. la sonde à effet Hall 6 est montée en inverseur analogique associé à un amplificateur différentiel 8. la sonde à effet Hall 35 est branchée dans la boucle de réaction de l'amplificateur et celui-ci reçoit une tension standard d'une source 9. A la sortie de l'amplificateur différentiel, sur les conducteurs 10, apparaît un signal indiquant l'inverse du courant traversant l'enroulement d' entrée 5 de la sonde à effet Hall. 0e signal, qui est proportion-40 nel à l'inverse du courant, est continuellement multiplié, dans 69 04099 5 2002239 une seconde sonde à effet Hall à l'état solide montée en multiplicateur analogique, par un signal proportionnel à la tension régnant entre les extrémités du parcours résistif. Le signal de sortie de 1'amplificateur différentiel 8 présent sur les conduc-5 teurs 10 est appliqué à l'enroulement d'entrée 11 de la seconde sonde à effet Hall 12 montée en parallèle avec le parcours électriquement résistif 1. Le signal de sortie de cette seconde sonde à effet Hall apparaissant sur les conducteurs 13 est proportionnel à la résistance du parcours, car l'effet du circuit mul-10 tiplicateur comprenant la seconde sonde à effet Hall 12 est de multiplier les deux signaux d'entrée et de produire un signal proportionnel à la résistance du parcours. La seconde sonde à effet Hall a pour double fonction de détecter la tension régnant entre les extrémités du parcours résistif et de produire une in-15 dication continue de cette tension qui est manipulée mathématiquement, avec le signal représentant l'inverse du courant, dans le circuit multiplicateur. Le signal de sortie de la seconde sonde à effet Hall apparaissant sur les conducteurs 13 est appliqué à un circuit compa-20 rateur 14 dans lequel ce signal qui est proportionnel à la résistance du parcours est comparé de façon continue avec un signal de référence fourni au dispositif comparateur 14 par un générateur de signaux de référence 15. Le signal de référence représente la résistance du parcours 1 à la température désirée. Cette résis-25 tance est connue d'après un étalonnage antérieur et le générateur 15 est réglé de manière à fournir un signal représentant la température que 1'on désire maintenir sur le parcours 1. A la sortie du comparateur apparaît un signal d'erreur eontinu sur le conducteur 16, et la présence d'un signal sur ce conducteur, signal qui 30 peut être positif ou négatif par rapport au signal de référence produit par le générateur 15» indique que la température du parcours résistif 1 est supérieure ou inférieure à la température désirée et une correction de cette température est effectuée par ajustement de l'alimentation en courant. 35 Le signal d'erreur présent sur le conducteur 16 est transmis à un amplificateur 17 et le signal amplifié par celui-ci est utilisé pour commander le générateur d'impulsions 7 qui contrôle à son tour, par l'intermédiaire du réseau de redresseurs 4, le courant appliqué au parcours résistif de manière à permettre à ce 40 parcours de reprendre la température désirée. Le générateur d'im- 69 04099 6 2002239 pulsions peut être commandé par le signal d'erreur, par exemple, par variation de la phase ou de la fréquence de son signal de sortie, de sorte que le redresseur commandé par semi-conducteur est rendu conducteur sur une période plus ou moins longue suivant 5 la grandeur et le signe du signal d'erreur. Comme sus-mentionné, le montage électrique suivant l'invention peut être utilisé pour contrôler une masse de verre chaud de manière à la maintenir à une viscosité désirée ; par exemple, le contrôle peut porter sur le ramollissement ou la fusion du 10 verre et dans ce cas, le verre lui-même forme l'élément résistif. En conséquence, un contrôle de techniquesde manipulation ou de fabrication du verre peut être obtenu par le procédé suivant 1* invention et celui-ci permet aussi de contrôler une installation de traitement dans laquelle du verre fondu est manipulé. 15 ïïne autre utilisation de l'invention vise l'industrie de la fabrication des tuyaux dans laquelle elle permet line régulation de la température des tuyaux en vue de leur cintrage ou de leur étirage. la température d'un élément résistif enroulé autour d'un tuyau peut également être stabilisée avec précision lorsqu'on dé-20 sire un contrôle très étroit de la température d'un liquide traversant le tuyau, par exemple dans l'industrie de la fabrication des produits pharmaceutiques. Une autre utilisation de l'invention se trouve dans le domaine des instruments d'électrophorèse, dans lesquels un électro-25 lyte forme tin parcours électriquement résistif dont les variations contrôlent un processus auquel on désire appliquer une régulation. Dans le mode de réalisation particulier décrit, des sondes à effet Hall sont utilisées pour détecter le passage du courant et 30 produire un signal indiquant la réciproque de ce courant et multiplier ce signal indicateur par un signal indiquant la tension, et ces sondes ont l'avantage d'être robustes et de ne comporter aucune partie mobile, d'être capables de détecter de très faibles variations de charge, de fonctionner rapidement et de pouvoir 35 rester en service de façon continue. Toutefois, il n'est pas indispensable d'utiliser des sondes à effet Hall pour la mise en oeuvre de l'invention ni même d'utiliser des dispositifs fonctionnant de façon continue.pour exécuter.les fonctions assurées par les sondes à effet Hall, ces fonctions pouvant être réalisées 40 de façon discontinue. D'une manière analogue, le signal d'erreur apparaissant sur le conducteur 16 à la sortie du circuit comparateur 14 peut-être discontinu. 69 04099 7 2002239 KEVEroiCAIIOMS 1) Procédé permettant de maintenir un parcours électriquement résistif à une température désirée et comprenant les opérations consistant à détecter la tension régnant entre les extrémités de ce parcours et le courant appliqué à celui-ci, à produire 5 un signal indiquant l'inverse dudit courant, à multiplier ce signal par un autre signal indiquant ladite tension pour produire Tin signal proportionnel à la résistance du parcours, à comparer ce dernier signal avec un signal de référence qui représente la résistance du parcours à la température désirée, à produire un 10 signal d'erreur représentant tout écart de la résistance du parcours par rapport à la valeur de référence, et à utiliser ce signal d'erreur pour effectuer une régulation du courant appliqué au parcours résistif, de manière à maintenir celui-ci à la température désirée. 15 2) Procédé suivant la revendication 1, dans lequel, pour maintenir à une viscosité désirée une masse de verre chaud for?* mant un parcours résistif, on établit tin parcours de courant é-lectrique à travers ce verre chaud, on assure la génération d'un signal d'erreur qui représente tout écart de la résistance du 2 0 verre sur ce parcours, lorsque le verre est à une viscosité désirée, par rapport à la valeur prédéterminée, et l'on procède à une régulation continue du courant passant à travers le verre, pour maintenir celui-ci à ladite viscosité désirée. 3) Procédé suivant les revendications 1 ou 2, dans lequel la 25 tension régnant entre les extrémités d'un parcours résistif et le courant traversant ce parcours sont détectés de façon continue et dans lequel un signal indiquant l'inverse du courant est continuellement multiplié par un signal indiquant ladite tension, pour fournir un signal proportionnel à la résistance du parcours, si-30 gnal qui est comparé de façon continue avec tin signal de référence. 4) Montage électrique régulateur permettant de maintenir un parcours électriquement résistif à une température désirée et comprenant un dispositif détecteur de tension destiné à être 35 branché aux extrémités du parcours et capable de produire une indication de la tension régnant entre ces extrémités, un dispositif détecteur de courant monté en série avec le parcours et avec un dispositif régulateur de courant capable de faire varier le 69 04099 8 2002239 courant appliqué au parcours, des circuits analogiques associés aux dispositifs de détection pour déterminer le produit de la tension par l'inverse du courant, et un circuit comparateur comportant des entrées connectées à la sortie de l'un des circuits 5 analogiques et à un générateur de signaux de référence et une sortie d'erreur connectée au dispositif régulateur de courant de manière à adapter à chaque instant le courant alimentant le parcours en fonction de la résistance de celui-ci déterminée par le produit de la tension par l'inverse du courant. 10 5) Montage électrique suivant la revendication 4, dans le quel il est prévu un dispositif de détection de courant comportant un dispositif à effet Hall à l'état solide, dont l'entrée est branchée en série avec un parcours résistif et qui est incorporé à la boucle de réaction d'un amplificateur différentiel à 15 gain élevé auquel un signal de référence est appliqué pour former un circuit inverseur analogique, le signal de sortie de l'amplificateur représentant l'inverse du courant détecté, un dispositif de détection de tension étant également prévu et à l'inclusion d' un second dispositif à effet Hall à l'état solide monté en multi-20 plicateur analogique et comportant une entrée de tension branchée aux extrémités du parcours résistif, une entrée de courant connectée à la sortie de l'amplificateur différentiel et line sortie connectée à un comparateur de manière à transmettre à celui-ci un signal indiquant la résistance du parcours. 25 6) Montage électrique suivant la revendication 4 ou 5» com prenant Tin redresseur semi-conducteur commandé.. 7) Montage électrique suivant la revendication 6 dans lequel le redresseur est commandé par la sortie d'un générateur d'impulsions . 30 8) Montage électrique suivant une quelconque des revendica tions 4 à 7» dans lequel des indications continues sont obtenues en ce qui concerne la tension régnant aux extrémités d'un parcours résistif et en ce qui concerne le courant traversant ce parcours. 35 9) Montage électrique suivant une quelconque des revendica tions 4 à 8, dans lequel on obtient à la sortie d'un comparateur un signal de sortie d'erreur continu.