Brevet FR2141654A1 — publié le 19730126

L'invention concerne un procédé de conversion de signaux électriques et des dispositifs pour la mise en oeuvre de ce procédé. Les matières solides cristallines se répartissent en classes cristallines. Il existe plusieurs classes dans lesquelles les cellules critallines élémentaires possèdent une polarisation électrique en l'absence de contrainte extérieure. En général cette polarisation ntest pas mesurable, car à la surface du cris tal il se rassemble tellement de porteurs de charge qu'aucun champ électrique ne se manifeste vers l'intérieur. Comme dans ces cristaux la valeur de la polarisation électrique varie avec la température (effet pyroélectrique) il existe un champ électrique mesurable pendant le temps qui s'écoule jusqu'à l'installation d'un nouvel état d'équilibre sous l'effet du transport des porteurs de charge. Les céramiques piézoélectriques polarisées appartiennent à une classe cristalline pyroélectrique. Dans le cas d'une céramique spéciale au zirconate-titanate de plomb (fabricant firme Metra Mess- und Frequenztechnik, Radebeul), une variation de température d'un degré sur un disque cylindrique de 1 mm de haut et 10 mm de diamètre produit une différence de charge d'environ 10-8 As entre les électrodes placées sur les faces de dessous et de dessus. Comme on peut sans grande difficulté mesurer commodément 10-12 As avec un amplificateur de charge, ilest possible de mettre en évidence des différentes de température de 10-4 degré. Le but de l'invention est d'utiliser cette sensibilité extrtmement grande à la température pour modifier la fonction du temps des signaux électriques. L'invention a pour objet de convertir en un signal électrique, par voie pyroélectrique, la différence de température produite par 11 échauffement d'une résistance ohmique lors du passage d'un courant. A cet effet, l'invention concerne un procédé de conversion de signaux électriques caractérisé en ce que l'énergie électrique est convertie en chaleur au moyen d'une résistance ohmique placée dans un radiateur, cette chaleur étant appliquée à un élément pyroélectrique et reconvertie par ce dernier en énergie électrique. Un dispositif adapté à la mise en oeuvre de ce procédé consiste par exemple en un élément de céramique pyro électrique en forme de plaquette inséré dans un circuit et portant, sur sa surface de dessous et sa surface de dessus, des électrodes dont l'une est utilisée comme résistance chauffante élec- trique. Selon une forme de réalisation particulière de l'invention, il existe entre l'élément chauffant et l'élément pyroélectrique une grande impédance de transfert thermique. Si l'on admet que la résistance et l'élément pyroélectrique possèdent une conductibilité thermique infiniment grande, que tous deux sont en contact thermique et sont isolés thermiquement de l'extérieur, on obtient à peu près : ##= K. 1H2 I. R .t t (i) Avec le couplage pyroélectrique, on obtient ss Q = p. A. E. IH2 .R . t t (2) Pour des courants quasi-statiques iII(t), il vient du fait de dQ p ------: i ip (3) Dans les équations (1) à (3) les symboles ont la signification suivante Variation de température K Constante matérielle et géométrique IH Courant de chauffage constant (dignal d'entrée) R Résistance chauffante # t Temps de passage du courant p Coefficient pyroélectrique (constante du matériau) A Surface d'électrode de l'élément pyroélectrique Q Charge électrique (signal de sortie) Courant de chauffage dépendant du temps (signal d'entrée) i COurant pyroélectrique dépendant du temps P (signal de sortie). Dans des conditions idéales le signal de sortie fonction du temps est [ip (t)] est proportionnel au carré du signal d'entrée fonction du temps lie Par l'adjonction d'un chemin de transfert thermique approprié entre l'élément de chauffage et l'élément pyroélectrique, le signal de sortie peut être retardé dans le temps par rapport au signal d'entrée. Avec ce dispositif, on peut imaginer des temps de retard de l'ordre de plusieurs secondes. Deux formes de réalisation de l'invention sont représentées schématiquement à titre d'exemples non limitatifs sur les figures ci-jointes dans lesquelles - la figure 1 représente un élément de céramique pyroélectrique à radiateur électrique et faible résistance de transfert thermique. - la figure 2 représente un élément de céramique pyroélectrique à radiateur électrique et retard dans le temps entre le signal d'entrée et le signal de sortie. Sur l'élément de céramique pyroélectrique 1 de la figure 1, on dépose, par vaporisation sur la face de dessus, un électrode 2 servant de résistance chauffante. Sur la face de dessous de l'élément pyroélectrique se trouve l'électrode opposée. La flèche p désigne le vecteur de polarisation rémanente de l'élément de céramique. Sur ltélément de céramique pyroélectrique en forme de plaquette 1 de la figure 2, sont prévues sur la face de dessus et sur la face de dessous des électrodes 2~destinées à extraire les signaux pyroélectriques. Dans l'élément pyroélectrique est frittée une piste résistante 3 (radiateur). 4 est une partie d'une surface froide accouplée. La flèche p représente encore ici le vecteur de polarisation rémanente de l'élément de céramique. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés à partir desquels on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVEND i CAT IONS 1 / Procédé de conversion de signaux électriques, caractérisé en ce que lténergie électrique est convertie en chaleur au moyen d'une résistance ohmique placée dans un radiateur, cette chaleur étant appliquée à un élément pyroélectrique et reconvertie par ce dernier en énergie électrique. 20/ Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, dispositif caractérisé en ce que des électrodes appliquées sur la surface d'un élément de céramique pyroélectrique inséré dans un circuit électrique agissent en partie en résistances électriques de chauffage. 30/ Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, dispositif caractérisé en ce qu'un élément de céramique pyroélectrique possède une résistance ohmique de chauffage séparée de la paire d'électrodes.