Brevet FR2130292A1 — publié le 19721103

L*invention concerne un appareil de contrôle ou de surveillance de température et plus particulièrement un tel appareil pour le contrôle de la température d'un aliment tel qu'une viande au cours de sa cuisson dans un four de cuisson ou une rôtis-5 soire. La détermination de la température intérieure de la viande» au cours de sa cuisson dans un four» fournit une bonne indication du degré de cuisson (par exemple bleu» saignant» à point ou bien cuit). Cette détermination peut être effectuée» en pla-10 çant dans la viande une sonde appropriée sensible à la température. Un type simple d'une telle sonde comporte une graduation indiquant la température sur laquelle on lit la température. Une meilleure solution consiste à utiliser un dispositif thermométrique électrique de mesure de la température de la viande» 15 qui est incorporé au four à titre d'accessoire. Ce dispositif non seulement est sensible à la température mais il fournit un signal acoustique lorsque la température désirée est atteinte. Un tel dispositif électrique peut également fournir une indication visuelle de la température contrôlée par le thermomètre. 20 Toutefois les dispositifs thermométriques électriques de mesure de la température de viandes connus dans la technique antérieure ont été caractérisés par l'emploi de sondes massives» de câbles blindés pour relier la sonde à un connecteur à fiche prévu sur la paroi du four et sont difficiles à conservër propres ; les 25 éléments composants de leurs circuits électriques sont relativement coûteux. L'invention constitue un perfectionnement par rapport à la technique antérieure en fournissant un appareil de contrôle de température d'aliments simplifié» peu coûteux» comportant des 30 éléments semi-conducteurs à faible consommation d'énergie» utilisant un transistor unijonction programmable pour contrôler la température d'une sonde agencée pour être introduite dans la viande et pour actionner en outre un vibreur de signalisation lorsque la viande atteint la température désirée. 35 L'invention a pour objet un appareil de contrôle de la température d'aliments du genre dispositif thermométrique électrique. Ce dispositif comporte des moyens pour le connecter à une source d'énergie électrique aussi bien que des moyens pour établir un niveau de référence» déterminé fonctionnellement par 40 la température à laquelle doit être actionnée une alarme acous 72 09063 2 2130292 tique. Une sonde sensible à la température de la viande» qui comporte à son extrémité un élément» à résistance variable» sensible à la température est agencée de manière à être introduite à l'intérieur de l'aliment que l'on veut cuire de manière à en me-5 surer la température intérieure. En outre un dispositif à semiconducteur est sensible à la température de la sonde de telle manière que» lorsque l'aliment atteint une température prédéterminée» la sonde contrôlant cette température déclenche le dispositif à semi-conducteur qui à son tour actionne un signal 10 acoustique» L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation» donné à titre illustra-tif mais nullement limitatif. La description se réfère aux dessins annexés dans lesquels : 15 - la figure 1 est une vue de face d'un four électrique à parois» représenté avec sa porte ouverte et équipé d'un dispositif électrique conforme à l'invention» pour la mesure de la température d'une viande. - la figure 2 est une vue en perspective à grande échelle de la 20 sonde sensible à la température de la viande» conforme à l'invention» une partie de l'enveloppe métallique de cette sonde étant arrachée pour en montrer l'intérieur» et - la figure 3 est un schéma d'un mode de réalisation préférentiel d'un thermomètre à semi-conducteur conforme à l'invention 25 pour la mesure de la température d'une viande. Les dessins» notamment la figure 1» représentent un four électrique 10» à parois» équipé du dispositif conforme à l'invention, bien que celle-ci ne soit pas limitée à ce type particulier de four. Il pourrait tout aussi bien s'agir d'un four» 30 domestique ou commercial» chauffé au gaz ou par tout autre moyen. Ce four 10 est construit d'une manière standard et comporte un compartiment de cuisson 12 formé par une enveloppe intérieure en forme de boîte 14 et une porte 16 d'accès avant. Cette porte est représentée sur la figure 1 en position d'ouver-35 ture complète» rabattue horizontalement. Cette porte 16 comporte une poignée 18, disposée suivant son arête supérieure» et des charnières 20, disposées à ses coins inférieurs» pour articulèr la porte au corps du four. L'enveloppe intérieure 14 du four comporte une paroi infé-40 rieure 22 et des parois latérales opposées 24, munies de glis- 72 09063 3 2130292 sières ou d'épaulements 26 pour une grille ou une lèchefrite. Une grille coulissante 28, destinée à soutenir la viande» est supportée entre les glissières 26. Un élément inférieur de cuisson 30 est placé à proximité immédiate de la paroi inférieure 22 5 de l'enveloppe intérieure du four et un élément supérieur de gril (non représenté sur la figure 1) peut être disposé à proximité immédiate de la paroi supérieure de l'enveloppe intérieure du four» d'une manière classique dans la technique des fours électriques» notamment des fours domestiques destinés à être 10 utilisés chez soi. Les éléments chauffants» tels que l'élément de cuisson 30» sont des éléments chauffants à résistance revêtus d'une feuille de métal» de diamètre relativement faible et de grande longueur» disposés suivant une grande boucle ou suivant un grand serpentin. 15 Un panneau de commande 34 est représenté au-dessus du four» à la partie antérieure de celui-ci» de telle manière qu'il est situé à peu près dans le même plan que la porte 16 du four lorsqu'elle est en position verticale de fermeture. Les organes de commande électriques du four sont montés sur ce panneau de 20 commande. Par exemple il est prévu un commutateur sélecteur 36 qui sélectionne les divers circuits dé chauffage des éléments chauffants tels que : "cuisson"» "cuisson à temps" et "gril". Un thermostat 38 pourrait également être prévu pour commander la température intérieure du compartiment de cuisson 12. Une 25 minuterie (non représentée sur la figure 1) équipe habituellement le four» mais a été exclue de cette description dans un but de simplification. La grille 20 supporte un plat creux 42 contenant une moitié de jambon qu'il s'agit de cuire à une température intérieure de 30 par exemple 65°C» alors que la température intérieure du four est maintenue par le thermostat 38 à peu près entre 150 et 180°C. Evidemment de grosses pièces de viande doivent être cuites plus longtemps que des pièces de viande plus petites. Ce temps de cuisson variable constitue un désagrément pour la cui-35 sinière qui doit demeurer en attente dans la cuisine. L'invention obvie à cet inconvénient- A l'intérieur du four 10 est prévu un dispositif électrique 48 de mesure de la température de la viande qui comporte une sonde,analogue à une aiguille» 50 dont la pointe est introduite à coeur dans la viande 44. Un 40 câble souple 52 est porté par l'autre extrémité de la sonde et 72 09068 4 2130292 la longueur de ce câble est telle qu'il peut être connecté à un réceptacle 54 monté sur une paroi latérale 24 de l'enveloppe intérieure 14 dû four. Ce réceptacle 54 est muni de câbles de raccordement (non représentés sur la figure 1) qui vont jusqu'à 5 l'arrière du panneau de commande 34 où ils sont connectés aux bornes d'un dispositif électrique thermométrique 58 conforme à l'invention. Ce dispositif thermométrique 58 a été représenté avec une graduation de température allant de 26°C (80°F) à 93°C (200°F). Un bouton de manoeuvre manuelle 60 fait tourner 10 une aiguille 62 et fixe la température prédéterminée à laquelle on veut cuire la viande 44. La sonde 50, sensible à la température de la viande» qui est représentée plus en détail sur la figure 2, comporte une enveloppe extérieure mince en acier inoxydable 64 d'environ 15 2,3 mm de diamètre extérieur quioffre l'aspect extérieur d'une aiguille à tricoter. A l'intérieur de la sonde 50 est monté un câble coaxial souple qui comporte un conducteur central 56» une couche d'isolant 68 et un conducteur extérieur tressé 70, en fins fils métalliques» qui entoure la couche isolante 68. 20 Ce câble 52 est isolé par une gaine extérieure 72 d'isolation thermique» résistant à des températures élevées» en un matériau tel que le polytétrafluoréthylène» vendu habituellement sous la marque "Teflon". Ce câble coaxial 52 est très souple et présente les caractéristiques d'un câble conducteur de faible dia-25 mètre. La plus grande partie de la gaine extérieure 72 a été arrachée» sur une certaine longueur du câble, à l'intérieur de la sonde tubulaire 64. Une thermistance 74, résistance sensible à la température, est logée à l'intérieur de l'extrémité libre 76 de la sonde» 3 0 Cette extrémité libre est pointue afin de faciliter l'introduction de la sonde dans la viande. La thermistance 74 comporte deux bornes 78 et 79 qui s'étendent longitudinalement à partir de ses extrémités opposées. La borne extérieure 78 est fixée à la pointe 76 de là sonde tubulaire 64, tandis que la pointe 35 intérieure 79 est reliée au conducteur central 66 du câble coaxial 52 au moyen de la douille sertie 80. Le conducteur extérieur 70 est dénudé à partir du conducteur central 66. Un manchon isolant 82 est monté sur la partie exposée du câble pour assurer l'isolation entre le conducteur central 66 et la sonde 40 tubulaire. L'extrémité intérieure de la sonde tubulaire 64 est 72 09063 5 2130292 enroulée» en 84, suivant une boucle fermée qui sert à amener le tube en contact intime avec le conducteur extérieur 70 et aussi à obturer hermétiquement le tube» à son extrémité 85» sur l'isolant en "Teflon" 72. Cette boucle sert aussi de poignée pour 5 saisir la sonde et la déplacer dans le four. L'extrémité libre du câble 52 est munie d'une fiche 67 à broche centrale 88isolée d'un collier fendu cylindrique 90 qui la recouvre et est destiné à maintenir la fiche dans le réceptacle 54 monté sur la paroi latérale» comme le montre la figure î. 10 Le circuit 92 de la figure 3 comporte des bornes 93 et 94 destinées à être connectées à une source d'énergie électrique à basse tension» par exemple un transformateur abaisseur 95 approprié comportant un enroulement primaire 96 et un enroulement secondaire 91. L'enroulement primaire 96 est relié à une 15 source d'énergie électrique standard de 115 V» 50 ou 60 Hz» disponible sur place entre la ligne L^ et le neutre N. Ce transformateur peut être un transformateur prévu spécialement pour ce dispositif de mesure de la température de la viande 48» ou bien l'alimentation du dispositif peut être prélevée sur le 20 transformateur utilisé normalement pour le thermostat 38 du four. Un premier réseau diviseur de tension» constitué par une première résistance 97 et une seconde résistance 98 est branché entre les bornes 93 et 94.Ce premier diviseur de tension forme deux branches d'un pont de Wheatstone. Un second réseau divi-25 seur de tension» comportant des résistances variables 99 et 100» des résistances fixes 101 et 102 et enfin la thermistance 74 montée en parallèle sur la résistance fixe 102» est branché aussi entre les bornes 93 et 94. Ce second diviseur de tension constitue les deux branches restantes du pont de Wheatstone. 30 Un transistor unijonction programmable 104» comporte une anode 105» une cathode 106 et une électrode de commande ou de porte 107. L'anode est connectée au point commun 108 des première et seconde résistances 97 et 98 du premier réseau diviseur de tension. L'électrode de commande 107 du transistor 3 5 unijonction 104 est connectée au point commun 110 des résistances 100 et 101. La cathode 106 du transistor 104 est connectée» par l'intermédiaire de la bobine 112 d'un vibreur de signalisation à la borne 94. Les caractéristiques du transistor unijonction programmable 104 sont telles que si le potentiel de 40 l'électrode de commande est supérieur d'environ 0»5 volt au 72 09068 e 2130292 potentiel de l'anode» l'impédance du transistor entre toutes ses bornes est très élevée et» inversement» si le potentiel de l'électrode de commande est supérieur» de moins de 0»5 volt» au potentiel de l'anode» l'impédance d'anode à cathode et d'élec-5 trode de commande à cathode tombent à une valeur très basse. Dans ces conditions le transistor unijonction programmable 104 fonctionne à la manière d'un détecteur pour le circuit en pont décrit ci-dessus. La température désirée pour la viande 44» une fois celle-ci 10 complètement cuite» est présélectionnée par le bouton de commande 60 du panneau de commande 34» qui est accouplé à la résistance variable 100 qui est un rhéostat de référence» qui comporte un élément résistif 114 et un curseur 115 mobile le long de l'élément résistif 114 au cours de la rotation du bouton de 15 commande 60. Avec ce bouton de commande 60 sont accouplés l'échelle de température 58 et l'aiguille 62 qui ne se déplace que lorsqu'on tourne le bouton 60. Ce dispositif thermométrique» pour la mesure de la température de la viande» est un dispositif à comparaison qui actionne le vibreur 112 lorsque la température 20 intérieure de la viande atteint la température préréglée mais n'indique pas directement la valeur de la température. Pour utiliser le dispositif» l'opérateur affiche la température désirée en faisant tourner le bouton 60 qui déplace l'aiguille 62. Ensuite» lorsque la température de la viande atteint la tempé-25 rature présélectionnée le vibreur résonne pour avertir l'opérateur afin qu'il interrompe les moyens de chauffage et enlève la viande du four. Si l'opérateur désirait connaître la température de la viande au cours de sa cuisson» il pourrait le faire en déplaçant l'aiguille 62 vers le bas de l'échelle de tempé-30 rature jusqu'à ce que le vibreur retentisse et en lisant la température indiquée à ce moment par la position de l'aiguille 62. La valeur de la résistance variable 114 est fixée de telle manière que la tension anode/cathode du transistor unijonction programmable 104 dépasse sa tension électrode de commande/ 35 cathode juste suffisamment pour amorcer le transistor unijonction programmable» lorsqu'une résistance variable sensible à la température» telle que la thermistance 74» atteint une valeur qui correspond à la température fixée par l'aiguille 62 et par conséquent à celle du curseur 115 ou du bouton de com-40 mande 60. Le transistor 104 est conducteur lorsque sa tension 72 09068 7 2130292 d'anode dépasse celle de son électrode de conunande d'environ 0»5 volt. Une fois le transistor conducteur» les potentiels de l'électrode de commande et de l'anode tombent à une valeur supérieure à la tension de cathode d'environ 1 volt. Le courant tra-5 versant la bobine du vibreur 112 est limité par l'impédance de cette bobine et la valeur de la résistance 97, tandis que le courant d'électrode de commande est limité par les résistances 99 et 101. Dans ces conditions, on peut voir que le circuit est critique lorsque la tension instantanée appliquée est maxi-10 maie» ce qui se produit à la crête de la demi-onde positive. Il en résulte que la bobine 112 du vibreur est alimentée avec une puissance correspondant à une demi-alternance. Du fait que la bobine 112 du vibreur est un dispositif consommant de la puissance et que le courant admissible du vibreur est limité 15 par les caractéristiques du transistor 104, on donne à la résistance 97 une faible valeur et au rapport du diviseur de tension d'anode une valeur élevée (environ 0,66). Le second diviseur de tension comporte la thermistance 74 et le rhéostat de référence 100, dans la partie inférieure du 20 pont. Une résistance 102 de shuntage de la thermistance est prévue pour linéariser les caractéristiques de la thermistance de manière à obtenir une échelle de température 58 raisonnablement linéaire. Au point critique, la résistance équivalente des résistance 100, 74 et 102 est toujours constante. Le circuit 25 est calibré pour être critique à cette valeur» au moyen de la résistance variable 99 situés dans la branche supérieure du se-second réseau diviseur de tension. La manoeuvre du bouton de commande 60 donne au rhéostat de référence 100 une valeur de résistance telle que l'amorçage 30 du transistor unijonction programmable 104 coïncide avec le moment où est atteinte la température intérieure présélectionnée de la viande» qui est déterminée par la thermistance 74 disposée dans la pointe de la sonde 50. Jusqu'à ce que le transistor unijonction programmable 104 soit amorcé» un courant tra-35 verse essentiellement deux trajets comprenant le premier diviseur de tension 97 et 98 et le second diviseur de tension comprenant la résistance variable 99, la résistance fixe 101» le rhéostat de référence 100 et le montage en parallèle constitué par la thermistance 74 et sa résistance fixe de shuntage 102. 40 Lorsque la température de la yiande augmente» la résistance de 72 09068 8 2130292 la thermistance 74 diminue ce qui diminue la tension électrode de commande/cathode du transistor unijonction programmable 104» par rapport à la tension anode/cathode du transistor. Une fois que la tension de l'électrode de commande a atteint une valeur 5 prédéterminée» par exemple 0,5 volt, en dessous de la tension d'anode, le transistor unijonction programmable devient conducteur. Lorsque ce transistor unijonction programmable est conducteur» un courant traverse la bobine 112 du vibreur de signalisation pour actionner le vibreur et fournir un signal acousti-10 que qui indique que la température prédéterminée a été atteinte à l'intérieur de la viande. - Les éléments composants du circuit conforme à l'invention sont facilement agencés pour être montés sur une plaquette de circuit imprimé (non représentée ici). De même, il y aurait 15 suffisamment de place sur cette plaquette pour y monter la graduation 58 indiquant la température, et pour assurer un mode de connexion simplifié entre le câble 52 de la sonde 50 et le circuit imprimé. Bien que le mode de réalisation décrit ci-dessus utilise 20 un premier diviseur de tension composé des résistances 97 et 98 pour transmettre de l'énergie du secondaire 91 du transformateur au circuit conforme à l'invention» il est évident pour tout spécialiste» que l'anode 105 du transistor unijonction programmable 104 peut être reliée directement à un point de l'enroule-25 ment secondaire 91 du transformateur 95» On voit ainsi qu'on a réalisé un dispositif thermométrique à semi-conducteur pour la mesure de la température d'une viande» qui est précis et simple» en utilisant un transistor unijonction programmable pour mesurer en fin de compte la température 30 d'une sonde introduite dans la viande et actionner un vibreur de signalisation pour indiquer qu'une température prédéterminée a été atteinte à l'intérieur de la viande. Les valeurs suivantes peuvent être utilisées pour les éléments composants du mode de réalisation de l'invention, qui 35 a été décrit ci-dessus : 72 09068 9 2130292 - Résistance 97 : 22 ohms )Résistance 102r2,7 kilohms - Résistance 98 : 47 ohms ^Thermistance 74 : 10 kilo- - Transistor 104 : G.E. Modèle n° 13T1( hms (a 25°c> - bobine 112 : 50 ohms ^Résistance 99: 600 homs 5 - Rhéostat 100 : 18»5 ohms/°F )Résistance 101 : 910 ohms Il est évident pour tout spécialiste que ces valeurs des éléments composants varieront en fonction de la valeur de la tension de la source d'alimentation. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de 10 ce qui précède» l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse» au contraire» toutes les variantes• 72 09068 10 2130292 REVENDICATIONS 1. Appareil de contrôle ou de surveillance de la température d'un aliment en cours de cuisson» comprenant une sonde comportant des moyens de détection de température à variation 5 de résistance» raccordable à une alimentation électrique et associée à des moyens de signalisation d'alarme» caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de comparaison» comprenant un transistor unijonction programmable» moyens de comparaison qui présentent une entrée connectée à la sonde pour capter la tem-10 pérature de la sonde et une sortie connectée aux moyens de signalisation et ces moyens de comparaison et qui comportent des moyens pour établir un niveau de référence correspondant à une température à laquelle les moyens d'alarme sont actionnés lorsque la sonde atteint cette température. 15 2. Appareil selon la revendication 1» caractérisé en ce que le transistor unijonction programmable comporte une anode» une cathode et une électrode porte de commande» les moyens de signalisation d'alarme étant branchés entre la cathode du transistor unijonction programmable et une source de potentiel 20 de référence» les moyens pour établir un niveau de référence correspondant à une température à laquelle les moyens d'alarme sont actionnés et les moyens à résistance variable sensible à la température étant branchés entre 1'électrode de commande du transistor unijonction programmable et la source de poten- 2 5 tiel de référence» 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens pour établir un niveau de référence correspondent à la température à laquelle les moyens de signalisation sont actionnés comportent une résistance, un curseur et 30 une aiguille se déplaçant devant une graduation indicatrice comportant des repères de température» grâce à quoi le déplacement de cette aiguille détermine la position du curseur sur la résistance précitée pour fixer une valeur de résistance telle que l'amorçage du transistor unijonction programmable 3 5 corresponde à une température repérée par l'aiguille sur la graduation indicatrice. 4. Appareil selon la revendication 1» 2 ou 3, caractérisé en ce que la sonde comporte un câble coaxial» à isolant résistant aux températures élevées» comportant un conducteur 40 intérieur et un conducteur extérieur concentriques» et un tube 72 09068 11 2130292 conducteur creux entourant l'une des extrémités de ce câble coaxial» l'une des extrémités du tube conducteur creux étant bobinée» la sonde et les moyens à résistance variable sensible à la température étant situés à l'extrémité du tube creux et com-5 portant en outre une première borne reliée audit conducteur intérieur et une seconde borne reliée audit conducteur extérieur à travers le tube conducteur creux» 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens à résistance variable sen- 10 sible à la température comportent une thermistance dont la caractéristique température/résistance est à pente négative. 6. Appareil selon la revendication 1» caractérisé en ce que le transistor unijonction programmable comporte une anode» une cathode et une électrode de commande» les moyens de signali— 15 sation d'alarme étant branchés entre la cathode du transistor unijonction programmable et une source de potentiel de référence» un premier réseau diviseur de tension reliant cette anode à la source d'énergie électrique^et un second.réseau diviseur de tension reliant cette électrode de commande par l'intermédiaire 20 des moyens à résistance variable sensible à la température à ladite source d'énergie électrique» les deux réseaux diviseurs de tension formant les branches d'un pont de Wheatstone dont le transistor unijonction programmable constitue le détecteur. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce 25 que la source d'énergie électrique est une source à basse tension et en ce que le second réseau diviseur de tension comporte dans l'une de ses branches les moyens à résistance variable sensible à la température» constitués par une thermistance détectrice de petites dimensions» ne présentant pas d'erreur 30 d*auto-échauffement excessive» ainsi qu'une résistance ajustable manuellement. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la sonde est un élément allongé analogue à une aiguille» relié à une extrémité d'un câble coaxial 35 très souple» de faible diamètre» les moyens à résistance variable sensible à la température étant constitués par une thermistance détectrice de faibles dimensions» logée dans la pointe de la sonde et montée en série avec ledit câble^dont la surface extérieure est isolée par une couche de polytétrafluoréthylène. 40 9. Appareil selon la revendication 6» caractérisé en ce 72 09068 12 2130292 que le premier réseau diviseur de tension est un circuit à impédance faible et à forte puissance pour alimenter les moyens de signalisation d'alarme,tandis que le second réseau diviseur de tension est un circuit à impédance élevée et à faible puis-5 sance,pour s'adapter à une thermistance détectrice de petites dimensions sensible à la température ne présentant pas d'erreur d'auto-échauffement notable.