Brevet FR2032336A1 — publié le 19701127

La prVsente invention concerne des perfectionnements aux appareils de mesure des tampératures et, plus particulierement, un circuit électrique utilisant le temps de retard variable en fonction de la température d'une sonde thermoétrique à s-i-conducteur. Des circuits électriques utilisés pour la mesure des températures, par exemple ceux qui utilisent des résistances à coefficient de température négatif conduisant un courant de référence d'intensité constante, sont bien connus. Ces types de circuit présentent cependant un certain nombre d'inconvénients importants. Tout d'abord, ils se piratent difficilement à une évaluation mumérique de la grandeur mesure et ne permettent pas d'obtenir d'une façon simple une mesure directe de la température moyenne ou de l'intigrale en fonction du temps de cette température moyenne.De plus, la résistance des éléments utilisés ne varie pas linéairement avec la teaperature, ce qui les rend cosplètement inadéquats quand on désire évaluer une différence de température Le principal objet de la présente invention est de réaliser un circuit simple, utilisant une sonde thericiétrique à sexi-conducteur, pour mesurer la valeur doyenne d'une tespérature ou son intégrale en fonction du temps. Un autre objet de lri,wention est de réaliser une évaluation numérique. De plus, il devra être possible d'utiliser ltinventiae pour mesurer des différences de température sans provoquer d'erreurs de mesure notables. Conne sonde tnermométrique, l'invention utilise un élément semi-conducteur ayant un temps de retard variable en fonction de la température et auquel sont appliquées des impulsions de cogande d'amplitude stabilisée dont la fréquence est prise coite grandeur de référence. Les impulsions apparaissant a la sortie de l'élé'tent semi-conducteur sont appliquées à un circuit iU recevant également les impulsions de co-ande, et la valeur moyenne des impulsions de sortie est ainsi proportionnelle à la valeur moyenne de la température.Ou encore, la surface délimitée par toutes les impulsions de sortie est évaluée de manière connue comme intégrale de cette valeur moyenne, à l'aide d'un intégrateur (par exemple, au moyen d'une fréquence auxiliaire et d'un compteur électronique). Pour évaluer la différence de température entre deux milieux, par exemple deux liquides, l'invention prévoit l'utilisation de deux éléments semI-conducteurs présentant chacun un temps de retard variable en fonction de la température, et les impulsions de sortie du circuit ET correspondant sont séquentiellement appliquées à un intégrateur (par exemple, un compteur électronique) au rythme d'une fréquence de commutation, la direction de fonctionnement de ce compteur (comptage - décomptage) étant également coìiutée en synchronisme avec la fréquence de commutation. Eh variante, un seul élément semi-conducteur présentant un retard variable en fonction de la température peut servir de sonde thermométrique et, au rythme d'une fréquence de coannrtation, cet élément est pressé alternativement contre les deux objets dont on doit évaluer la température, tandis que le sens de comptage de l'intégrateur utilisé (compteur électronique) est commuté (comptage - décomptage). L'invention offre l'avantage de permettre la réalisation de l'intégration numérique au moyen d'un compteur, à l'aide d'un seul circuit. Le fait que le temps de retard augmente de façon suffis ment linéaire avec la température, présente un intérêt particulier. Il est ainsi possible dévaluer très aisément des différences de température relativement faibles dans une gamme de températures assez étendue, la formation de la différence étant encore effectuée numériquement- en commutant le sens de comptage de l'integrateur. I1 est particulièrement avantageux de mesurer la différence de température à l'aide d'une seule sonde thermométrique alternativement pressée contre deux objets au rythme d'une fréquence de commutation, car aucun-problème de tolérance, vieillis- sement, etc., n'intervient dans le cas d'une faible différence de température, si bien que l'erreur de mesure inévitable diminue avec la différence de température, contrairement à ce qui se produit avec les méthodes employant deux sondes, dans lesquelles l'erreur atteint des valeurs ert*ement élevées quand la différence de température devient très petite. Un exemple d'application pratique particulièrement intéressant du circuit de l'nvention est celui de la calorimétrie dans les techniques de chauffage. Â l'aide d'un dispositif de mesure de débit, on produit dans ce cas des impulsions à une fréquence correspondant à 1; vitesse d'écoulement du liquide. Cette fréquence sert de signal de commande pour un ou plusieurs semi-conducteurs utilisés cl te sondes thermométriques et ayant un temps de retard variable en fonction de la température. Une autre application pratique peut résider dans l'indication de la valeur moyenne d'une température mesurée pendant une période prédéterminée, par exemple, l'indication dXune température moyenne journalière. l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple llOn -limitatif, en se reportant aux figures annexées qui qui représentent t - la figure i, le schéma d'un circuit conforme à l'invention - les figures 2a à 2c, des courbes de variation en fonction du temps de trois tensions caractéristiques du fonctionnement du circuit précédent ; la figure 3, un schéma fonctionnel d'une autre réalisation de l'inventi , utilisant un compteur numérique ; - les figures 4a à 4c, des courbes de variation en fonction du temps de troiswtensions caractéristiques du fonctionnement du circuit de la figure 3 ; ; - la figure 5, un schéma fonctionnel d'un système de mesure d'une différence de température à l'aide de deux sondes thermométriques ; - la figure 6, un schéma fonctionnel d'un système de mesure d'une différence de teapérature à l'aide d'une seule sonde. On va commencer la description en se reportant à la figure 1 dans laquelle sont représentés un élément semi-conducteur (transistor 3) utilisé comme sonde thergonétrique et un circuit ET, 5. La référence numérique 1 indique la borne d'entrée qui reçoit les impulsions de commande d'amplitude stabilisée. Par l'intermédiaire de la résistance de couplage 2, ces impulsions sont appliquées à la base du transistor 3 qui présente un temps de retard variable en fonction de la température. La référence numérique 4 indique la résistance de collecteur du transistor. Les impulsions apparaissant sur le collecteur, ainsi que les impulsions appliquées sur la borne d'entrée 1, constituent les signaux d'entrée du circuit ET, 5, à la sortie 6 duquel sont fournies les impulsions modulées.Le circuit PT, d'un type connu, est constitué par les deux diodes 7 et 8 et la résistance 9. On pourrait également utiliser l'un quelconque de tous les autres types de circuits PT. Par l'intermédiaire de la résistance de bue 10, il est possible d'avoir recours à une tension auxiliaire gupplaentaire appliquée sur la borne 11, pour régler le temps de retard du transistor à une valeur prédéterminée. On Ta maintenant décrire le fonctionnement de ce circuit en se reportant anx courbes des figures 2a à 2c, celle de la figure 2a représentant les variations de la tension appliquée à la borne I et celle de la figure 2b les variations de la tension sur le collecteur du transistor 3 dont le temps de retard est indiqué par la lettre grecque )r. Les deux tensions sont appliquées au circuit ET, si bien que la tension dont les variations sont représentées par la figure 2c est fournie sur la borne de sortie 6 (figure i ) Cette tension ne peut être pratiquement égale a' O volt que pendant le temps de retard #, c'est-dire que les impulsions négatives qu'elle fournit ont une largeur égale au teaps de retard variable en fonction de la température. Le circuit 5 a été désigné comme circuit ET en raison du fait que l'on considère les impulsions .négatives, dans ce cas particulier. Si les impulsions étaient coaptées dans le sens positif, le circuit 5 devrait être regardé comme un circuit CU. Une façon particulièrement simple de former la valeur moyenne de la largeur t: des impulsions est d'appliquer ces dernières, directement ou par l'intermédiaire d'un amplificateur, à un instrument comportant un indicateur à inertie. Dans d'autres cas, il est approprié d'utiliser des filtres passe-bas. Lorsque ce n'est pas la valeur moyenne mais son intégrale en fonction du temps qui doit être évaluée, on peut utiliser, de manière connue, une fréquence auxiliaire pour échantillonner les impulsions de largeur tr et compter les périodes de la fréquence d'échsntillonnaae traversant une porte PT, à l'aide d'un compteur électronique. La figure 9 représente le schéma fonctionnel d'une telle réalisation. Des impulsions de commande dont l'amplitude est stabilisée sont fournies par une source 12 à l'entrée de la sonde theriométrique 13, dont la sortie est appliquée à une entrée de la porte ET, 14. L'autre entrée de cette porte reçoit des impulsions fournies par un générateur haute fréquence 15. Le signal de sortie de la porte 14 est transmis à un compteur numérique 16, de type connu, destiné à compter les cycles du générateur haute fréquence 15 qui toibent dans la période # des impulsions fournies par la sonde 13. Le signal de sortie du compteur 16 est applique à un indicateur mécanique 25, de type connu, serrant à afficher le nombre obtenu per le compteur 16. va va maintenant décrire le fonctiannesent du système de la figure 3 en se reportant aux figures 4a à 4c. Le figure 4z représente le signal d'impulsions fourni par la source 12. La figure 4b représente les i pulsio"* de largeur # apparaissant à la sortie de la sonde 13, et la figure 4e les impulsions à haute fréquence fournies par le générateur 15 et traversant la porte ET, 14. in se reportant à la figure 5, ou vs décrire une réalisation de l'invention particulièrement appropriée pour mesurer l'énergie calotifique dissipée par un liquide circulant pendant un intervalle de temps prédéterminé. Le liquide circule du conduit d'entrée 17 du système de chauffage vers le conduit de sortie 19 en traversant un échangeur de chaleur 18. Une petite hélice 20 est entrafrée par le liquide en circulation et commande à son tour le générateur d'impulsions 21. Par suite, le nombre d'impulsions électriques transmises par le générateur 21 est proportionnel à la quantité de liquide circulant dans le conduit d'entrée 17.Les sondes theriontétriques à semi-conducteur 22 et 23 sont respectivement situes dans les conduits d'entrée et de sortie. Un générateur basse fréquence 24 commute alternativement les impulsions fournies par le générateur 21 vers les sondes 22 et 23, par l'intermédiaire du commutateur 26. Les signaux de sortie des sondes 22 et 23 sont alternativement appliqués à une entrée de la porte ET, 14, et un générateur haute fréquence 15 fournit des impulsions à l'autre entrée de la porte. Le signal de sortie de la porte PT, 14 coxDande un compteur numérique 16 et un indicateur 25 du type précédemment défini. Les impulsions fournies par le générateur 21 étant alternativement appliquées aux sondes 22 et 23, ces dernières fournissent des signant de sortie répartis dans le temps. Ces impulsions de sortie co'nmandent les dispositifs de mesure et d'affichage 16 et 25, conjointement avec les impulsions à haute fréquence fournies par le générateur 15. Les impulsions formées par le générateur basse fréquence 24 sont également appliquées ail' dispositifs de mesure et d'affichage pour les commuter en synchronisme avec les impulsions fournies aux sondes 22 et 23 par le générateur 21. Par conséquent si le circuit est tel que les impulsions fournies par la sonde 22 sont transmises pendant que le compteur 16 fonctionnéans le sens direct (comptage), la sonde 23 transmettra des impulsions de sortie en même temps que le compteur 16 sera commuté dans le sens inverse (décomptage). De cette manière, le nombre totalisé par le compteur 16 et, par suite, l'élément d'affichage 25, est proportionnel à la différence de température entre les conduits d'entrée et de sortie 17 et 19. La figure 6 représente le schéma fonctionnel d'une partie d'une réalisation conforme à l'invention pour mesurer une différence de température en utilisant une seule sonde à semi-conducteur. Cette réalisation présente l'avantage que les erreurs introduites par des différences de vieillissement, etc., entre les deux sondes, sont éliminées. Le conduit d'entrée 17 du liquide est connecté au conduit de sortie 18 par un échangeur non représenté. Les blocs 27 et 28 fixés de manière à être maintenus à la m & e température que le liquide circulant dans les conduits de sortie et d'entrée, respectivement, sont tels que la sonde the métrique 29 peut Autre facilement amenée alternativement en contact avec eux.Des impulsions de cnmande ayant une amplitude stabilisée sont fournies par le générateur d'impulsions 24 à un dispositif électromagnétique 30 de type connu Le signal de sortie du dispositif électroeagnétique 30, constitué par les impulsions reçues du générateur 24, est appliqué à l'entrée de la sonde 29. Le reste du circuit de mesure n'est pas représenté et devrait comporter une porte ET, un générateur haute fréquence, un compteur numérique et un élément d'affichage, ainsi qu'un générateur basse fréquence pour contrdler le fonctionnement de ces derniers. Il est bien évident que la description qui précède n'a été donnée qu1à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent etre envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. BEBnENDICAPIONS 1. Appareil de mesure des températures comportant une sonde thermométrique à semi-conducteur qui présente un temps de retard variable en fonction de la température, une source d'impulsions périodiques appliquées à une borne de ladite sonde, une porte ET dont une borne d'entrée est connectée à une deuxième borne de ladite sonde et une source d'impulsions périodiques de référence appliquées à une seconde borne d'entrée de ladite porte , le signal de sortie de cette dernière étant proportionnel à la température de ladite sonde. 2. Appareil de mesure des températures selon la revendication 1, dans lequel lesdites impulsions périodiques et lesdites impulsions périodiques de référence sont identiques. Bppareil de mesure des températures selon la revendication 1, dans lequel le signal de sortie de ladite porte EE est appliqué à des moyens sensibles à la valeur moyenne dudit signal de sortie. 4. Appareil de mesure des températures selon la revendication 1, dans lequel la fréquence desdites impulsions périodiques de référence est plus grande que la fréquence desdites impulsions périodiques. 5. Appareil de mesure des températures selon la revendication 4, dans lequel le signal de sortie de ladite porte iP est appliqué à des moyens sensibles au nombre desdites impulsions périodiques de référence qui traversent la porte ET pendant un temps sélectionné. 6. Appareil de mesure des températures selon la revendication 1, comprenant de plus des moyens de commutation appliquant alternativement lesdites impulsions périodiques à deux sondes thermométriques à semi-conducteur, et des moyens couplés à la sortie de ladite porte ET et audits moyens de coisutation, sensibles à la différence de température desdites sondes. 7. Appareil de mesure des températures selon la revendication 6, dans lequel lesdits moyens de commutation comportent un générateur basse fréquence et ml cnmmuta- teur commandé par ledit générateur, le signal d'entrée dudit commutateur étant constitué par lesdites impulsions pciriodiques.