Brevet FR2086427A1 — publié le 19711231

I la présente invention concerne les appareils de mesure de températures et a pour objet la réalisation d'un tel appareil sods une forme convenant particulièrement à l'usage. Selon 1*invention, l'appareil de mesure des températures qui en fait l'objet comprend : un élément sensible aux radiations infra-rouges agencé de façon à fournir un signal constitué par une tension dont la valeur dépend de l'intensité de la radiation reçue ; un dispositif qui module cette tension et fournit un signal alternatif ; un démodulateur qui reçoit ce signal alternatif et qui comprend un dispositif émettant un train d'impulsions qui sont sensiblement en synchronisme avec les crêtes dudit signal alternatif et un dispositif interrupteur du signal alternatif qui est mis en action par chacune desdites impulsions ; et un dispositif de linéarité, plus exactement de "linéarisation", actionné par le signal démodulé qui fournit un signal qui est une fonction linéaire de la température de la substance qui a émis la radiation infrarouge reçue par l'appareil. L'invention concerne aussi la combinaison d'un appareil de mesure des températures du type décrit', d'un instrument de mesure des températures ayant une haute stabilité en régime normal régulier et d'un dispositif par lequel le signal émis par cet instrument de mesure n'est modifié par ledit appareil qu'en régime normal. La description qui va suivre et les dessins annexés donnés surtout à titre d'exemples non limitatifs, feront mieux comprendre comment la présente invention peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure 1 .représente schématiquement l'appareil de l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe partiellement shcé-matique d'une partie de l'appareil de la figure 1 ; et - la figure 3 représente un appareillage auquel est incorporé l'appareil de la figure 1. La figure 1 représente un appareil comportant un élément photorésistant 10 sensible aux radiations infrarouges et alimenté par une source d'énergie extérieure (non représen- 71 15198 2 2086427 tée). L1élément 10 est monté dans un bloc d'aluminium 11 (figure 2) et sa zone sensible 10a est tournée vers un conduit 12 débouchant à l'extérieur du bloc 11. Le bloc 11 renferme aussi une diode luminescente 14 à l'arséniure de gallium et 5 une diode photorésistante 15 adjacente et dirigée vers la diode 14. Un disque 16 tournant dans le bloc 11 est accouplé par un axe 17 avec un moteur 18. Le disque 16 passe d'un côté entre les diodes 14 et 15 et de l'autre côté entre l'élément 10 et le conduit 12. Oe disque 16 est percé de 10 trous ou 10 fentes 16a équidistants sur une même circonférence et d'une largeur égale à leur espacement. L'élément 10 et les diodes 14 et 15 sont disposées dans le bloc 11 de façon que l'élément 10 et la diode 15 soient, lorsque l'appareil est en cours d'utilisation, conducteurs simultanément. La sortie de l'élé-15 ment 10 est connectée par l'intermédiaire d'un condensateur 20 et d'un amplificateur 21 sur le primaire d'un transfârma-- teur 22. L'enroulement secondaire du transformateur 22 est connecté sur l'entrée d'un circuit électronique interrupteur 20 23. La sortie de la diode 15 est connectée par l'intermédiaire d'un circuit déclencheur Schmitt 24 et d'un multivibrateur monostable 25 sur le circuit interrupteur 23. La sortie de ce circuit 23 est connectée par l'intermédiaire d'un amplificateur 25 sur un circuit de linéarité 27 dont la fonction 25 sera décrite par la suite. Un condensateur 13 est monté entre la masse et le point de jonction du circuit 23 et de l'amplificateur 26. La sortie 28 du circuit 27 constitue la borne de sortie de l'appareil. Le bloc 11 forme intérieurement un évidement 29 dans 30 lequel est monté un dispositif 30 de réglage de la température du bloc 11, Ce dispositif 30 comprend un thermistor 31 fixé sur le bloc 11 et sensible à la température de celui-ci. Ce thermistor 31 fait partie d'un pont 32 dont le signal de sortie est envoyé, par l'intermédiaire d'un circuit 33 comprenant 35 en combinaison un amplificateur et un déclencheur de Schmitt, dans un interrupteur de puissance 34. Le dispositif 30 comprend aussi un certain nombre de batteries 35 à effet Peltier ali 71 15193 3 2086427 mentées en énergie par l'interrupteur 34 et fixées de façon à être en bon contact thernique avec le bloc 11. Ces batteries Peltier 35 peuvent être empilées de façon que la plaque chaude de chacune soit en contact avec la plaque froide d'une batte-5 rie adjacente. Le bloc 11 peut ainsi être maintenu à une température très supérieure ou très inférieure à la température ambiante. Lorsqu'il est en cours d'utilisation, l'appareil est disposé de façon que le conduit 12 soit dirigé vers l'objet 10 ou- vers la substance dont on désire mesurer la température. La rotation du disque 16 sous l'action du moteur 18 produit un hachage de la radiation infrarouge qui vient frapper l'élément 10. Le signal de sortie de cet élément 10 est donc d'une tension en forme d'onde dont l'amplitude correspond à la diffé-15 rence de l'effet de l'irradiation infrarouge maximale et de l'effet d'une irradiation nulle. Toute imprécision dûe à une variation du signal de sortie de l'élément 10 pour une irradiation nulle est ainsi éliminée. La composante continue de cette tension en forme d'onfe est éliminée par le condensateur 20 20 qui, par l'amplificateur 21 et le transformateur 22, envoie son signal '.à l'interrupteur 23. Ce signal a la forme d'onde représenté en 22a. La diode 15 reçoit la lumière émise par la diode 14 et fournit un signal ayant la forme représentée en 15a, ce 25 signal étant ensuite carré par le déclencheur Schmitt 24 et mis sous la forme représentée en 24a. Le multivibrateur 25 est commandé par l'onde 24a et fournit un train d'impulsions 25a, les impulsions de ce train étant synchrones avec les crêtes de l'onde 22a. Le signal émis 30 par le circuit interrupteur 23 est donc constitué par une série d'impulsions dont 1*amplitude correspond à celle des crêtes de l'onde 22a. Les impulsions de sortie du circuit 23 chargent le condensateur 13» lequel émet un signal ayaçt la forme de l'onde représentée en 13a et qui est amplifié par 35 l'amplificateur 26. Le signal émis par l'élément 10 et, par suite, l'onde 13a aussi, est une fonction exponentielle de la température de l'objet ou de la substance observée. Le circuit 71, 15198 4 2086427 27 fournit la fonction inverse de cette fonction exponentielle et fournit par suite sur la borne de sortie 28 de l'appareil un signal qui, comme on le voit en 27a, est une fonction linéaire de la température mesurée. 5 La figure 3 représente un appareillage dans lequel la borne de sortie 28 d'un appareil 35 semblalbe à celui qui vient d'être décrit est connectée par l'intermédiaire d'une résistance 36 et d'un condensateur 37 sur un aplificateur 38. Un tliermocouple 39 est connecté par une résistance 40 sur 10 l'amplificateur 38. Lorsque l'appareillage est en cours d'utilisation, l'appareil 35 et le thermocouple 39 sont disposés de façon à être soumis à la même température, cette température pouvant, comme représenté en 41, varier en fonction du temps entre des limites prédéterminées. Les valeurs des résistances 15 36 et 40 sont choisies telles que les courants fournis respectivement par l'appareil 35 et le thermocouple 39 aient sensiblement la même intensité. La constante de temps du thermocouple 39 correspondant audit intervalle de température peut être déterminée. La capacité du condensateur 37 est choisie de façon 20 que la constante de temps de la résistance 36 et du condensateur 37 soit sensiblement égale à celle du thermocouple 39. La tension ayant la forme d'onde 28a qui apparaît sur la borne de sortie 28 lorsque se produit un saut de température tel que celui représenté en 41a pour résultat l'apparition sur 25 l'aval du condensateur 37 d'un courant ayant la forme représentée en 37a et dont la constante de temps est t^. La forme de l'onde émise par le thermocouple 39 sous l'effet du même saut de température est représentée en 40a. Les amplitudes et les constantes de temps des ondes 37a et 40a sont, comme précédem-30 ment indiqué, sensiblement identiques et» lorsque ces deux ondes sont additionnées dans l'amplificateur 38, elles donnent l'onde représentée en 38a. Il s'ensuit que l'appareillage décrit répond de la même façon que l'appareil 35 mais que, simultanément, il possède une stabilité en régime régulier égale 35 à celle du thermocouple 39. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, mais s'étend à toutes les variantes conformes à son esprit. 71 15198 5 2086427 REVENDICATIONS 1. Appareil de mesure des températures caractérisé en ce qu'il comprend : un élément sensible aux radiations infrarouges agencé de façon à fournir un signal constitué par une ten- 5 sion dont la valeur dépend de l'intensité de la radiation reçue ; un dispositif qui module cette tension et fournit un signal alternatif ; un démodulateur qui reçoit de signal alternatif et qui comprend un dispositif émettant un train d'impulsions qui sont sensiblement en synchronisme 10 avec les crêtes dudit signal alternatif et un dispositif interrupteur du signal alternatif qui est mis en action par chacune desdites impulsions ; et un dispositif de linéarisation actionné par le signal démodulé pour fournir un signal qui est fonction linéaire de la température de la 15 substance qui a émis la radiation infrarouge reçue par l'appareil. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément sensible aux radiations infrarouges est un élément photorésistant. 20 3. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif qui fournit un signal alternatif comprend un obturateur placé entre l'élément sensible aux radiations infrarouges et une source associée de rayons infrarouges. 25 4. Appareil selon la revendication 3» caractérisé en ce que ledit obturateur est constitué par un disque portant des ouvertures équidistantes sur une même circonférence et un dispositif qui permet de mettre ce disque en rotation. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que 30 lesdites ouvertures sont disposées de façon que les temps d'obturation soient égaux aux temps d'ouverture. 6. Appareil selon l'une des revendications 3» 4 et 5, caractérisé en ce que le dispositif qui fournit des trains d'impulsions comprend une-source lumineuse, un autre élé- 35 ment photorésistant et un obturateur placé entre cette source et cet autre élément photorésistant. 71 15198 6 2086427 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'obturateur placé entre ladite source et ledit autre élément photorésistant est le même que celui qui est associé avec l'élément sensible aux infrarouges. 5 8. Appareil selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que ladite source lumineuse est une diode à l'arsé-niure de gallium. 9. Appareil selon l'une des revendications 6, 7 et 8, caractérisé en ce que le dispositif qui fournit des trains 10 d'impulsions comprend an outre un circuit de mise en forme des impulsions et un multivibrateur monostable. 10. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de linéarisation comprend un circuit qui calcule la fonction inverse de 15 celle qui lie la température à mesurer et le signal de tension fourni par l^Lément sensible aux infrarouges. 11. Appareil selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte un bloc bon conducteur de la chaleur avec lequel l'élément sensible aux infrarouges et 20 le dispositif de modulation de la tension sont en bon contact thermique. 12. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de réglage de la température dudit bloc. 25 13. Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que le dispositif de réglage de la température du bloc comprend des éléments à effet Peltier en bon contact thermique avec ce bloc et un dispositif interrupteur agissant en fonction de la température dudit lboc et réglant l'alimentation en 30 courant de ces éléments à effet Peltier. 14. Appareil selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend un thermocouple sensible à la température de la substance d'où provient la radiation infrarouge et qui fournit un premier signal électrique qui 35 varie avec une constante de temps connue pour une varia tion donnée de ladite température, l'appareil comportant aussi un dispositif agissant en réponse au signal de sortie 71 15198 7 2086427 du dispositif de linéarisation et qui émet, en réponse à ladite variation de température, un deuxième signal électrique dont l'amplitude est initialement sensiblement égale à celle du premier signal électrique après ladite 5 variation de température, ce deuxième signal électrique retombant à zéro avec une constante de temps sensiblement égale à celle dudit thermocouple ; et un dispositif qui fait la somme de ce premier et de ce deuxième signal électrique. 10 15. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce que le dispositif qui agit en fonction du signal émis par le dispositif de linéarisation comprend un circuit résistance-capacité dont la constante de temps est égale à celle du thermocouple. 15 16. Appareil selon l'une des revendications 14 et 15, caractérisé en ce que le dispositif qui fait la somme des deux signaux électriques est un aplificateur.