Brevet FR2121366A1 — publié le 19720825

La présente invention, à la réalisation de laquelle ont participé Messieurs Roland GARTGRhNDJEAN et Constantin TROPIMOFF, concerne un dispositif détecteur de francllissement d'un seuil imposé par un signal électrique. Elle concerne plus précisément Un bloc spécifique et autonome comportant des organes électriques reliés entre eux et destiné à recevoir un signal électrique et à commander un circuit électrique lorsque ce signal franchit une valeur prédéterminée. On utilise couramment dans les installations industrielles des dispositifs détecteurs électriques de seuil qui, lorsqu'un paramètre franchit une limite imposée, commandent, généralement par l'intermédiaire drun relais la mise en ou hors service de circuits électriques. Ces dispositifs commandent un circuit électrique dès que le signal reçu franchit la valeur de consigne prédéterminée, même pendant un très court instant, souvent pour des raisons fortuites dues par exemple à des parasites ou même seulement à un bruit de fond du signal. Il en résulte des phénomènes de battements de relais, de déclenchements d'alarmes, d'arrêts de moteurs, etc, qui surviennent de manière intempestive et qui nuisent à la bonne marche des installations industrielles. On a bien essayé de s'affranchir de ces inconvénients en créant une fourchette entre les valeurs d'enclenchement et de déclenchement du relais pour chaque seuil, mais on diminue ainsi d'autant la précision de la définition du seuil de fonctionnement et on réduit les possibilités d'emploi des détecteurs lorsqu'il est nécessaire de tenir compte de plusieurs seuils de valeurs voisi nets, L'objet de l'invention est un dispositif comportant des organes électriques reliés entre eux, de construction simple et économique, qui, lorsqu'il reçoit un signal électrique qui franchit un seuil imposé, commande un circuit électrique avec une grande sensibilité et sans provoquer de declenche- ment intempestif. Le dispositif détecteur selon l'invention comprend en combinaison a) un circuit électrique dit de mesure comportant deux bornes desti nées à être reliées à un appareil de surveillance, l'une des bornes étant reliée à un point commun porté à un potentiel de référence, l'autre borne étant reliée par une résistance i un point dit de jonctions une résistance étant eventuellement intercalée entre les bornes destitues à autre reliées à l'appa- reil de surveillance b) un circuit é'ectrique dit d consigne comportant un potentiomitre relié d'une part à une borne destinée à autre reliée 9 un cirnnt d'alimentation fournissant une tension de signe opposé tens on tnns-ion du circuit de mesure et d'autre part au point commun porté au potentiel de référence, le curseur dudit potentiomêtre étant relié par l'intermédiaire d'une résistance au point de jonction c) un amplificateur dont l'entrée positive est reliée au point commun porté au potentiel de référence et l'entrée négative est reliée au point de jonction, une capacité étant disposée entre l'entrée négative et la sortie dudit amplificateur ;; d) un relais dont une borne de la bobine est reliée à la sortie de 1' amplificateur, l'autre borne étant reliée à une borne positive ou négative du circuit d'alimentation, les contacts dudit relaiS étant reliés à des bornes destinées à être reliées au circuit électrique de commande des appareils. Ce dispositif peut etre complété par e) une résitance intercalée entre la sortie de l'amplificateur et la bobine du relais f) une diode de Zener intercalée entre la sortie de la bobine du relais et la borne appropriée du circuit d'alimentation, dans le sens voulu pour que le courant puisse passer. En outre le dispositif selon l'invention peut comporter g) un dispositif de signalisation du fonctionnement du relais constitué préférentiellement par une résistance et une lampe au néon en série branchée aux bornes du contact du relais. Préférentiellement le dispositif détecteur selon l'invention est groupé avec son alimentation sur un bloc unique qui permet de détecter les seuils haut ou bas du signal à contrôler. Dans une réalisation préférée le dispositif comporte groupés en un seul bloc un cnsemble d'alimentation, un dispositif détecteur relié à la borne positive du circuit d'alimentation ctun second dispositif détecteur, de préférence identique, relié à la borne négative du circuit d'alimentation, Un tel bloc permet de détecter les seuils bas et haut du signal à controler. De tels blocs font partie de l'invention. La description et le fonctionnement du dispositif selon l'invention seront mieux compris à l'aide des figures ci-jointes, qui illustrent schématiquement, à titre d'exemples et sans échelle déterminée, des modes de réalisation de l'invention sans la limiter, ainsi que des courbes de fonctionne ment obtenues avec ce dispositif. La figure 1 est un schéma électrique partiel du dispositif selon 1' invention. La figure 2 est un schéma électrique d'un circuit d'alimentation du dispositif selon l'invention. La figure 3 représente des courbes de fonctionnement du dispositif. Si on se réfère à la figure 1, on voit que le circuit de mesure est relié à l'appareil de surveillance N connecté d'une part à un point C dont le potentiel constitue le potentiel de référence et d'autre part à un point B relié à l'entrée d'un amplificateur A. Si le signal émis par l'appareil de surveillance N est un courant, généralement de quelques milliampères, ce courant est transformé par la résistance fixe R1 en une tension, généralement de quelques volts par rapport au potentiel de référence. La résistance R1 est disposée entre les points B et C, en parallèle avec 1'appareil de surveillance N. Si le signal émis par l'appareil de surveillance M est une tension, la résistance R1 peut alors être supprimée. Dans les deux cas, le circuit de mesure fournit un signal sous la forme d'une tension, généralement positive. Le circuit de consigne est constitué par un potentiomètre de résistance réglable R3 relié en série avec une résistance fixe R2. La résistance R2 est connectée à un point G maintenu à une tension constante (-UA), de signe opposé à la tension du circuit de mesure. Cette tension est généralement négative. Le potentiomètre R3 est connecté au point C de potentiel commun. Le potentiomètre délivre en D une tension négative de quelques volts par rapport à la tension au point C. On règle la valeur de la tension en D en agissant sur le potentiomètre, selon la valeur de consigne choisie pour définir le seuil. On monte un amplifica-tEur opérationnel A en intégrateur sommateur algébrique avec une capacité C1 et des résistances d'entrée R4 et R5 qui peuvent hêtre identiques. Les résistances R4 et R5 sont reliées d'une part à la borne d'entrée négative de l'amplificateur A et d'autre part, respectivement au curseur D du potentiomètre du circuit de consigne et au point B du circuit de mesure. La borne d'entrée positive de l'amplificateur est reliée au point C de potentiel commun. Pour plus de clarté, les connexions annexes de l'amplificateur ntont pas été représentées. On place sur le circuit de sortie de l'amplificateur un organe qui détecte les variations du signal de sortie US et qui commande soit l'ouverture, soit la fermeture d'un circuit électrique de commande. Généralement on dispose en série sur le circuit de sortie de I1 amplificateur la bobine d'un relais Ro. CElle-ci commande l'ouverture ou la fermeture d'un contact Io sur le circuit récepteur d'utilisation. L'extrémité de la bobine du relais est reliée à une source d'alimentation de valeur constante UA, soit positive pour détecteur un seuil bas, soit négative pour détecter un seuil haut, par l'intermédiaire d'un commutateur I, ou de tout autre moyen équivalent. Le circuit électrique de commande peut comporter un ou plusieurs appareils d'utilisation tels que (U), dont l'alimentation est assurée par la fermeture du contact Io. Ces appareils peuvent Étre notamment des relais ou des blocs de types décrits dans le brevet français n0 1 540 3752 par exemple des blocs qui déclenchent une alarme ou commandent des asservissements. Avantageusement, la-position du contact Io peut être signalée par une lampe (L) montée en dérivation par rapport au contact (Io) et disposée en série avec une résistance R7 de valeur élevée. Le circuit d'alimentation peut etre d'un type habituel. I1 fournit au dispositif décrit des tensions d'alimentation stabilisées, redressées, positive et négative et le potentiel de référence commun. Les tensions d'alimentation sont généralement transformées en valeurs de très basse tension. La figure 2 représente à titre d'exemple le schéma électrique d'un circuit d'alimentation particulièrement avantageux pour le dispositif détecteur selon l'invention. Ce circuit d'alimentation est relié au secteur par un fusible (F) et par un transformateur (T) dont les deux enroulements du secondaire délivrent une très basse tension par rapport à un point commun C. Le courant est redressé par un pont redresseur P d'un type habitucl, comportant par exemple 4 diodes. Le courant est ensuite stabilisé aux tensions désirées (+ UA) à l'aide du système classique constitué par les résistances (R1 et (R11) et les diodes de Zener (Z10) et (il ). Avantageusement on dispose des capacités de filtrage (C10) et (C11). Le dispositif décrit fonctionne de la manière suivante D'une part l'appareil de surveillance M émet un signal qui se traduit au point B, le cas échéant grâce à la résistance R1, par une tension positive, de l'ordre de quelques volts. D'autre part, à l'aide du potentiomètre R3, on règle la tension en D à une valeur négative C que l'on choisit comme valeur de consigne. Un signal d'entrée de valeur (m-c) est ainsi envoyé sur l'entrée négative de l'amplificateur A monté en intégrateur. Le signal de sortie de 1'amplificateur est proportionnel à l'intégrale en fonction du temps de la différence entre les valeurs de mesure et dc consigne (m-c). I1 en résulte qu'un signal parasite de valeur maximum importante mais de très courte durée, n' a qu'une faible incidence sur le signal de sortie, lequel a une valeur insuffisante pour agir sur le circuit de commande. Au contraire un signal qui franchit le seuil de consigne d'une faible quantité mais pendant suffisamment longtemps produit un signal de sor ti e qui agit sur le circuit de commande en déclenchant le fonctionnement du relais. L'enclenchement de celui-ci peut Étre obtenu par une variation inverse du signal émis par l'appareil de surveillance. I1 apparaît ainsi d'une part que le dispositif selon l'invention filtre les bruits existants, notamment au niveau du signal d'entrée et évite par conséquent des déclenchements intempestifs du circuit de commande. D'autre part ce dispositif est d'une très grande sensibilité, puisqu'il peut déceler des signaux qui franchissent le seuil de consigne d'une très faible quantité seulement. La figure 3 donne à titre d'temple les courbes de temps de basculement du relais (figure en abscisse) en fonction du rapport mcC (figure en ordonné, m étant la valeur du signal de mesure et c la valeur du point de consigne).Les courbes (10) et (11) correspondent à deux valeurs diffé rentes C'1 et C"1 de la capacité du condensateur C1,(C" étant plus grand que une1 / 1 que C'1;Pour / valeur de la mesure dépassant de 10 % la valeur choisie pour le seuil de déclenchement du relais, correspondent aux valeurs C'1 et C"1 de la capacité placée en dérivation par rapport a l'amplificateur, des durees t'1 et t "1 du signal d'entrée, en dessous duquel le relais ne basculera pas, le signal étant considéré comme parasite et au-delà duquel il basculera, le signal étant alors considéré corme significatif. On peut donc très aisément régler les caractéristiques de l'appareil détecteur en fonction des besoins en ajustant les valeurs de la capacité C1. On peut ajuster de meme la valeur des rssistances Rq et R5. Pour améliorer encore la sensibilité et l'efficacité du dispositif décrit, il est avantageux de disposer, entre la sortie S de l'amplifica- teur A et la bobine Ro du relais, une résistance R6 montée en série avec la bobine du relais. On peut calculer la valeur dc la résistance R6 très simplement, par exemple de la manière suivante L'amplificateur fonctionne à saturation en régime normal. On connatt donc la tension de sortie en S, donc la différence de potentiel entre S et Q. La chute de tension de la bobine Ro du relais étant connue, on en décrit la chute de tension que doit produire la résistance R6. Comme on connaît l'intensité du courant qui traverse la bobine du relais7 on en déduit la valeur de la résistance R6 en appliquant la loi d'ohm. La présence de la résistance R6 nécessite une tension Us plus élevée pour commander le relais La sensibilité du dispositif est donc aug- mentée et l'on peut en autre éliminer un plus grand nombre de parasites On peut aussi supprimer la résistance R6 et incorporer dans le sens voulu pour le passage du courant une diode de Zener entre la borne de sortie du relais et l'une des bornes positive o1l négative reliées au circuit d'alimentation, On assure ainsi un fonctionnement plus efficace du relais Il est également apparu avantageux de stabiliser la tension alimentant le potentiomètre R3. Cette stabilisation peut se faire par tout moyen connu notamment par interposition d'une diode de Zener. Les constituants électroniques sont de types classiques de préférence miniaturisés, l'amplificateur A est de type opérationnel d'impédance d'entrée élevée (supérieure à 10 Kw) et de puissance suffisante pour alimenter le relais (gain de l'ordre de 104 à 106). Les blocs autonomes groupant un ou plusieurs dispositifs détecteurs précédemment décrits et leur alimentation sont particulièrement commodes pour la réalisation des ensembles de signalisation industriels. Un bloc qui permet de détecter les seuils bas et haut d'un paramètre à contrôler grâce à la présence de deux dispositifs détecteurs identiques dont l'un est relié à la tension positive et l'autre à la tension négative du circuit d'alimentation est particulièrement avantageux. La mise en oeuvre de tels blocs est très simple, puisqu'ils ne comportent aucun réglage autre que celui du point de consigne. EXLFtTLE On dispose à l'intérieur diun bloc parallélepipédique de dimensions 120 x 40 x 46 mm en ttle d'acier pliée, munie d'un couvercle, une plaquette isolante, supporte des différents organes constituant le circuit d'ali- mentation représenté figure 2. Ces organes sont reliés par un circuit imprimé au dos de la plaquette.Elle comporte latéralement deux connecteurs identiques, Sur chacun de ces connecteurs on embroche un dispositif détec teur formé d'une plaquette isolante de dimensions 55 x 35 mm, disposéc perpendiculairement à la plaquette de base portant dacune les différents organes représentés figure 1 à l'intérieur du cadre en traits mixtes, ces organes sont également reliés par circuits imprimés, Les connections sont telles que l'un des détecteurs signale le seuil haut et l'autre le seuil bas. il apparatt ainsi que le construction d'un tel bloc est relatirement simple et éco- nomique. Les éléments constitutifs ort les caractéristiques suivantes Dispositif de détection R1 = 249 # Q R = 1' K Q R3 = 10 Kn R4 = R5 49,9 K # R6 = 2,2 Y # R7 = 100 #K # A = Amplificateur opérationnel impédance d'entrée 250 Y # Gain : Rg = Relais résistance: 7845 a- tension nominale : 24 V tension d'enclanchement : 18 V tension de déclanchement : 4,6 V Circuit d'alimentation Transformateur : tension d'alimentation 220 V - sortie 2 fois 18 V Pont redresseur à 4 diodes R10 = R11 = 330 # Z10 = Z11 = diodes de Zener 15 V C10 = C11 = 32 iF Tension de sortie redrcssée stabilisée + et - 15 V. Un tel bloc est relié d'une part à un appareil de surveillance constitué par un transmetteur de mesure délivrant un courant pouvant varier de 4 à 20 milliA et d'autre part jun bloc d'alarme décrit dans le brevet français 1 540 375, disposé sur le circuit de commande. On peut ainsi déclencher une alarmc lorsque la valeur du paramètre surveillé peut dépasser de un millième seulement la valeur de consigne afficulée et de plus on peut ainsi éliminer pratiquement toute alarme intempestive due à des signaux d'entrée parasites. REVEM > I CATIONS 1" - Dispositif détecteur selon l'invention comprenant en- combi nuaison a) un circuit électrique dit de mesure comportant deux bornes destinées à être rcliées à un appareil de surveillance, l'une des bornes étant reliée à un point commun porté à un potentiel de référence, l'autre borne étant reliée par une résistance à un point dit de jonction, une résistance étant éventuellement intercalée entre les bornes destinées à être utilisées à l'appui de surveillance b) un circuit électrique dit de consigne comportant un poten tiomètre relié dXune part à une borne destinée à etre reliée à un circuit d'alimentation fournissant une tension dc signe opposé à la tension du circuit de mesure et d'autre part au point commun porté au potentiel de référence, le curseur dudit potentiomètre étant relié par l'intermédiaire d'unc résistance au point de jonction c) un anplificateur dont l'entrée positive est reliée au point commun porté au potentiel de référence et l'entrée négative est reliée au point de jonction, une capacité étant disposée entre l'entrée négative et la sortie dudit amplificateur d) un relais dont une borne duc'la bobine est reliée à la sortie de l'amplificateur, l'autre borne étant reliée à une borne positive ou négative du circuit dtalimentation, les contacts dudit relais étant reliés à des bornes destinées à etre reliées au circuit électrique de commande des appareils. 20 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en outre une résistance est intercalée entre la sortie de l'amplificateur et la bobine du relais. 30 - Dispositif selon la revendication 1, caractérise cn ce qu'en outre une diode de Zcner est intercalée entre la bobine du relais et la borne du circuit d'alimentation dans le sens voulu pour que le courant puisse passer. 40 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel un dispositif de signalisation formé par une résistance et une lampe au néon en série branché aux bornes du contact du relais. 50 - Bloc autonome pour détecter le franchissement d'un seuil imposé, par un signal électrique provenant d'un appareil à surveiller, caractérisé en ce quiil comprend groupé en un mEme bottier au moins un dispositif détecteur selon l'une des revendications précédentes et son ensemble d'alimentation. 60 - Bloc selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte deux détecteurs identiques dont l'un est relié à la tension positive et l'autre à la tension négative de l'ensemble d'alimentation.