Brevet FR2234551A1 — publié le 19750117

La présente invention se rapporte à des instruments indicateurs qui affichent une grandeur exprimable en unités électriques sous la forme d'une colonne mobile rappelant la colonne d'un thermomètre, dont la hauteur correspond à la valeur de la grandeur mesurée. L'invention constitue un perfectionnement au brevet des Etats-Unis d'Amérique No 3,696,386, qui décrit un instrument indicateur à colonne rappelant celle d'un thermomètre, cet instrument comportant une bande d'une certaine rigidité et non refermée sur elle-même qui se déplace le long d'une piste pratiquée dans un logement, le montage étant tel que le déplacement de cette bande sous l'effet d'un signal d'entrée puisse être observé par une fenêtre pratiquée dans le logement et fournisse, à la manière d'un thermomètre, une indication qui correspond à la valeur du signal d'entrée. En raison de la rigidité relative de la bande et du fait qu'elle peut se déplacer longitudinalement dans la piste, on peut voir son bord aval dans la fenêtre d'observation, la position de ce bord indiquant la valeur du signal d'entrée, et l'on peut prévoir un éclairage arrière tel que la source de lumière soit visible par la partie de la fenêtre d'observation qui n'est pas bouchée par la bande. L'invention vise un perfectionnement à un tel instrument indicateur. De façon plus précise, elle a pour objet un instrument indicateur à colonne rappelant celle d'un thermomètre, du type suivant lequel une bande dotée d'une certaine rigidité peut se déplacer longitudinalement le long d'une piste pratiquée dans un logement, de manière telle que le déplacement de cette bande sous lteffet d'un signal d'entrée puisse être observé par une fenêtre pratiquee dans le logement et fournisse, à la manière d'un thermomètre une indication qui correspond à la valeur du signal d'en trée, cet instrument indicateur étant caractérisé par le fait qu'il comprend un organe de commande sensible à ce signal d'entrée et servant à déplacer la bande dans la fenêtre d'observation, cet organe de commande comportant un tambour sur lequel est enroulée la bande, disposé de telle manière que sa rotation fasse venir la bande en position visible, et un moteur d'entrainement du tambour, cet organe de commande et le tambour étant attachés à un potentiomètre de position ou à réaction dont les paliers constituent les paliers principaux du dispositif à bande. Suivant une forme de réalisation, le dispositif à bande est attaché à un bâti dans lequel est motte la plaque graduée, et il comprend un corps en alliag er, sur lequel est monté un moteur électrique, une commandeavs- sans-- fin, un potentiomètre de position ou à réaction, la bande elle-même et deux cartes de circuits imprimés qui portent les composants électriques. Les paliers de ce potentiomètre constituent les paliers principaux'de ce dispositif à bande. La vis sans fin et le tambour sur lequel est appliquée la bande sont attachés au potentiomètre de position. La bande mince, qui est en acier inoxydable, est avantageusement recouverte de "téflon" (polytétraEluoroéthyIène) pour diminuer les frottements. Les instruments indicateurs connus de ce type présentent cet inconvénient que, en raison de la position du mécanisme d'arrêt, le filet de la vis sans fin, dans certaines conditions, soulève la roue dentée associée à cette vis, ce qui a pour conséquence de coincer le mécanisme. Pour remédier à cet inconvénient, l'instrument selon l'invention comporte un arrêt mécanique fixé sur la face avant de la roue dentée, cet arrêt mécanique, du fait qu'il est entraîné sous l'effet de la rotation de cette roue par rapport à la vis sans fin, appliquant son bord d'attaque contre lune ou l'autre extrémité de la vis sans fin, suivant le sens de rotation. Le passage de la commande en rotation de la bande par le tambour à roue dentée son entraînement rectiligne le long de la fenêtre d'observation s'obtient en faisant passer cette bande sur une piste tangente au tambour, puis sur un élément fixe et, de là, sur la piste de la fenêtre d'observation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif mais nullement limitatif, une forme de réalisation, avec une variante. Sur ces dessins - la figure 1 est une vue de côté, en élévation, de l'instrument indicateur du brevet cité - la figure 1A est une vue avant, en élévation, de cet instrument - la figure 2 est une coupe, de côté et en élévation, d'une partie de l'instrument selon l'invention - la figure 3 est une Vue en plan de la roue dentée et de -la vis sans fin de l'instrument selon l'invention, montrant le mécanisme d'arrêt perfectionné - les figures 4A, 4B et 4C constituent le schéma du circuit de commutation à transistors de cet instrument - la figure 5 est une vue avant, en élévation, de cet instrument, - la figure 6 est une coupe de la figure 5 suivant la ligne Y-Y, et - la figure 7 est une coupe, de côté et en élévation, d'une variante de l'instrument selon l'invention utilisant un moteur à courant continu à couple cons tant. L'instrument indicateur de type connu, tel que représenté sur les figures 1 et 1A, comprend un logement 10, muni d'une fenêtre d'observation 11 et renfermant un tambour 12 et une bande mince 13 en acier à ressort enroulée sur un tambour 12, qui part de ce tambour, passe sur une poulie 14 et descend entre un panneau translucide 15 et une fenêtre d'observation 11. Cette bande 13 est portée par une piste 16 solidaire du logement 10, et le tambour 12 est relié, par l'intermédiaire d'une vis sans fin 17, à un moteur de commande 18, à courant continu. Sur le tambour 12 est monté un transducteur 19 qui fournit un signal électrique de sortie faisant connaître la position angulaire du tambour par rapport à un angle fixe de reférence; le signal de sortie de ce transducteur est envoyé dans un comparateur 20 avec le signal d'entrée. La sortie du comparateur est branchée sur le moteur 18 à courant continu, de sorte que ce moteur fait-tourner le tambour 12 pour régler la position de la bande 13 en fonction d'un signal de sortie zéro fourni par le comparateur 20. Une échelle graduée 21 est disposée contre un bord de la fenêtre d'observation 11, et le logement 10 peut comporter des repères de couleur 22, en plus de revêtements de couleur 23a, 23b, 23c,pour indiquer la valeur de la grandeur mesurée. Comme on le voit sur les figures 2 et 3, le dispositif à bande comprend un corps 30 en alliage léger, sur lequel est fixé le moteur de commande (non représenté) , la vis sans fin 31 (Fig.3), la roue dentée 32 (Fig. 2) , un potentiomètre de position, une bande 33 dotée d'une certaine rigidité, et deux circuits imprimés qui portent les composants électroniques (Fig. 4A à 4C). Dans l'instrument selon l'invention, les paliers 34 du potentiomètre de position servent de paliers principaux au dispositif à bande. Au potentianètre de position sont attachés la roue dentée 32 et le tambour sur lequel est enroulée la bande 33. Un arrêt mécanique 35 est fixé sur la face avant de la roue dentée 32. Cet arrêt 35 est entraîné par la rotation de la roue dentée 32 par rapport à la vis sans fin 31, de sorte que le bord d'attaque de-cet arrêt 35 s'applique contre l'une ou l'autre des extrémités de la vis 31, suivant le sens de rotation (Fig. 3). Au lieu de la poulie 14 de la figure 1, il est-prévu une pièce fixe ; la bande 33 monte le long d'une piste tangente au tambour, puis passe sur a partie incurvée de la pièce fixe, avant de passer sur la piste de la fenêtre d'observation. Afin de diminuer le frottement de bande, on dépouille toutes les surfaces portantes en y faisant une petite entaille d'une profondeur d'environ 125 microns. Des repères indiquant les limites supérieure et infé rieure de marche sont constitués par des bandes élastiques minces de couleur disposées en travers de la surface de l'échelle gra duée de l'instrument, dont les extrémités sont telles que, lors qu'elles sont montées dans deux rainures pratiquées dans le biseau avant, on peut les régler, mais qu'elles se bloquent d'elles-mêmes quand on fixe le biseau. En plus de ces bandes minces de couleur, l'instrument peut comporter une ou plusieurs pièces servant à indiquer les limites supérieure et inférieure de marche. I1 peut être prévu un éclairage arrière consistant en lampes encastrées dans l'échelle graduée et dont les couleurs coruespaadsn à un code déterminé, le vert indiquant, par exemple un fonctionnement normal et le rouge avertissant d'un danger. On peut encore uttlier. des diodes électrolu-minescentes, activées /par un signal approprié émis par le-transducteur à réaction et qui clignotent en cas de dan.ger. Un système d'avertissement, constitué par un petit compteur & courant continu ou a courant alternatif, a pour rôle, quand il est excité, d'escamoter un volet 40 sollicité par ressort, et, quand il n'est pas excité, de libérer ce volet et de l'incline^r en travers de la surface de la fenêtre d'observation, comme reerdernté sur la figure 5. Les figures 4A à 4C représentent un circuit de commutation a transistors de l'instrument selon l'invention. Un signal d'entrée, d'une fréquence proportionnelle à la vitesse, est appliqué, par les bornes 1 et 2, au pont-redresseur 3 à deux alternances formé des diodes D1 à D4, par l'intermédiaire du réseau de résistances R1, R2. La tension de sortie qui passe dans la résistance R4 alimente, par l'intermédiaire des résistances R3 et R5, la base d'un transistor quadratique VT1 dont la résistance de charge R7 est branchée sur le conducteur positif 4 d'alimentation en courant continu. Le condensateur C1 et la diode de Zener D5 sont montés en parallèle entre ce conducteur positif 4 et le conducteur 5 de potentiel zéro. La diode D6 empêche une alimentation excessive des transistors du circuit en écrêtant le signal qui arrive à la tension d'alimentation. Le circuit de polarisation du transistor quadratique VT1 est représenté branché entre la base et le conducteur 5 au potentiel zéro. Un multivibrateur monos table IC1 est déclenché par le front de montée de llimpulsion carrée provenant du collecteur du transistor VT1, appliquée à l'entrée du déclencheur de Schmitt, à la broche 5 du multivibrateur IC1. Une fois ce dernier déclenche, le signal de sortie, à sa broche 1, est indépendant des variations ultérieures du signal d'entrée et ne dépend que de la constante de temps du circuit résistance-capacité R8, C3.La largeur d'impulsion du multivibrateur IC1 est pratiquement indépendante de la température et-de la tension Vcc, mais, étant donné que llampli- tude peut varier, l'impulsion de sortie est appliquée, par llinter- médiaire de la résistance Rlo, à la base du transistor VT2 et commutée par celui-ci, de sorte que seule une variation de la tension d'alimentation agit sur la hauteur d'impulsion. Un circuit intégrateur, qui comprend la résistance R14 et le condensateur C4 montés entre le collecteur du transistor VT2 et le conducteur 5, intègre les, impulsions de sortie du transistor VT2 ; un second étage integrateur, constitue par la résistance R15 et le condensateur C5, assure des ondulations résiduelles, ou parasites, minima et un temps de réponse bref. L'émission intégrée du second étage amplificateur est amplifiée par l'amplificateur IC2 de façon à assurer environ 5 V à la frequence d'entrée maxima. Le réglage à zéro de la sortie de l'amplificateur pour une entrée nulle est assuré par VR1 du multiplicateur IC1 et les résistances R11 et R13. Une tension stable de référence produite en dehors du circuit détecteur pour diminuer les ondulations résiduelles, ou parasites, sur le signal de position et maintenir le module d'asservissement dans sa totalité, est fournie au potentiomètre à réaction P par une diode de Zener D11. Le signal de position du curseur de ce potentiomètre est comparé, par le comparateur IC4, au signal de sortie détecteur de fréquence du IC2,le front due montée du signal fourni par 1C4 alimentant alors, par l'interme- diaire de la résistance R40, la base du transistor VTll pour commander une moitié du pont de transistors (VTg à Vit12) de commande du moteur.Les signaux négatifs de sortie du comparateur 1C4 alimentent, par l'intermédiaire de la résistance R3 6 le circuit suiveur IC5, et, par l'intermédiaire de la résistance R39, la base du transistor Vit12, en vue de commander l'autre moitié du pont de transistors. La diode D12, branchée entre le conducteur 5 et l'entrée du circuit suiveur IC5, assure la compensation thermique du Vbe de l'étage de sortie, le rotor du moteur étant branché sur les bornes 11 et 12 du pont de transistors VTg à VT12. Quand l'instrument indicateur selon l'invention doit comporter une échelle graduée non linéaire-, le potentiomètre à réaction P présente une prise en un point où se produit la variation de gain. Cette partie est déviée par la résistance R > 6 et la résistance variable VR3 pour diminuer la valeur efficace du potentiomètre dans la zone voulue et, par suite, assurer une sortie volts/degrés plus faible. Pour maintenir la stabilité de l'asservissement dans les diverses zones de gain, on compare à l'aide de IC3 les tensions au curseur et au point de prélèvement, la sortie de-IC3 étant branchée sur la base du transistor VT8 de variation de gain pour commander ce dernier.Quand le signal de sortie de IC3 est positif, c'est-à-dire que la tension au curseur est plus positive qu'au point de prélèvement, le transistor VT8 de commutation agit, et le gain de la boucle d'asservissement augmente du fait que le signal de sortie de IC4 est réduit dans le rapport de 4 à 1, au moyen des résistances R33 et R34 disposées avant le réseau de réaction. Le pont de transistors VTg à VT12 de commande du moteur et les éléments associés permettent de faire tourner le moteur dans les deux sens. Si l'on suppose que le transistor VT11 est en action, la tension à son collecteur baisse et, par suite, le transistor VT10 est également mis en action, par l'intermédiaire de la résistance R42 montée entre le collecteur du transistor VTg et la base du transistor VT10. De la sorte, le moteur est alimenté par une tension maxima, la borne 11 étant négative et la borne 12 positive. Si l'on fait agir le transistor VT12r c'est la borne 11 qui est positive, la borne 12 étant négative. L'alimentation en courant continu aux bornes 6 et 7 est envoyée, par l'intermédiaire de la diode D13, au collecteur du transistor émetteur-suiveur VT7 pour empêcher le transistor en série d'être endommagé sous l'effet de l'inversion de l'alimentation. Le transistor VT 7 est un émetteur-suiveur pour la diode de Zener D10 pour fournir une alimentation positive d'environ 11 volts au conducteur 4. Une tension négative est produite, par l'oscillateur, une jonction VT6 et par les éléments associés, dans le condensateur C6. Cette tension varie entre - 5 volts et - 8 volts, suivant les conditions de charge appliquées aux circuits linéaires intégrés. Une alimentation de + 5 volts est fournie par la diode de Zener D5 pour commander le multivibrateur monostable IC1. Il ressort de ce qui précède que le circuit de commutation à transistors de la figure 4 agit selon ce principe que, lorsque le transistor VT11 reçoit un signal positif, le transistor VTî2 devient négatif et le transistor VT1O devient conducteur, ce qui envoie du courant dans les bobinages du moteur. L'intensité de ce courant est proportionnelle à la valeur du signal positif à l'entrée du transistor VTll De même, quand'lue transistor VT12 reçoit un signal positif, le transistor Vu il devient négatif et le transistor VTg est rendu conducteur , ce qui alimente le moteur avec un courant d'une intensité proportionnelle à la valeur du signal positif à l'entrée du transistor VT12. Suivant une variante, on peut faire le nécessaire pour que la tension dans.le potentiomètre à réaction P soit égale à celle du conducteur positif 4, de manière que toute variation de tension agisse sur les deux parties du circuit. Bien entendu, la description donnée ci-dessus n'est fournie qu'à titre d'exemple et on peut y apporter des modifications sans sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi, par exemple, que l'on peut grouper plusieurs dispositifs à bande, pour obtenir autant d'affichages et d'indications que l'on veut. De plus, on peut installer dans l'instrument un compteur numérique, au-dessous d'une échelle graduée un peu plus courte. Dans ce cas, le compteur serait commandé directement soit par la roue dentée, soit par la commande du moteur, et serait entraîné au moyen d'une courroie ou par un système classique d'en- grenages (pignon droit, pignon d'angle, roues dentées et vis sans fin). L'instrument aurait alors un double rôle, à savoir de fournir une indication visuelle approximative à l'aide des échelles graduées linéaires, et de fournir une indication numérique exacte. Si l'on incorpore à l'instrument un compteur mécanique numérique, on peut avoir une indication complémentaire fournie numériquement en utilisant des éléments opto-électroniques, c'està-dire des/deiedctroluminescentes.on peut introduire, dans le circuit de lecture numérique, un bouton-poussoir qui, lorsqu'on appuie dessus, allume le système opto-électronique qui fournit immédiatement une lecture précise, ce système s'éteignant quand on relâche le bouton. Au lieu du moteur à courant continu et du système de commande à vis sans fin, on peut employer un moteur à courant continu à couple constant. Un tel montage estreprésenté sur la figure 7, où le stator 40 du moteur à couple constant est solidaire du logement 10, tandis que son rotor 41 est fixe au tambour et au transducteur 42 et tourne avec eux, de sorte qu'il n'y a plus hesoin de moteur à courant continu, de la vis sans fin, de la roue dentée ni des consoles de montage de l'ensemble représenté sur les figures 2 à 6. Sur ces figures, on a prévu un potentiomètre de position ou à réaction, mais on peut, bien entendu, le remplacer par n'importe quel transducteur à réaction. REVEND ICAT IONS 1. Instrument indicateur à colonne rappelant celle d'un thermomètre, du type suivant lequel une bande dotée d'une certaine rigidité peut se déplacer longitudinalement le long une piste pratiquée dans un logement, de manière telle que le déplacement de cette bande sous l'effet d'un signal d'entrée puisse être observé par une fenêtre pratiquée dans le logement et fournisse, à la manière d'un thermomètre, une indication qui correspond à la valeur du signal d'entrée, cet instrument indicateur étant caractérisé par le fait qu'il comprend organe de commande sensible à ce signal d'entrée et servant à déplacer la bande dans la fenêtre d'observation, cet organe de commande comportant un tambour sur lequel est enroulée la bande, disposé de telle manière que sa rotation fasse venir la bande en position visible, et un moteur d'entraî- nement du tambour, cet organe de commande et le tambour étant attachés à un potentiomètre de position ou à- réaction dont les paliers cnnstituent les paliers principaux du dispositif à bande. 2. Instrument indicateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend une commande à roue dentée et vis sans fin servant à entraîner la bande le long de ladite piste, cette bande étant montée sur un tambour, et cette roue dentée et le tambour étant attachés au potentiomètre à réaction, un arrêt mécanique étant appliqué sur la roue dentée et entraîné par la rotation de celle-ci par rapport à la vis sans fin, de manière que le bord d'attaque de cet arrêt s'applique sur l'une ou l'autre extrémité de cette vis, suivant le sens de rotation de cette dernière. 3. Instrument indicateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que -la roue dentée et le tambour autour duquel est enroulée la bande sont attachés au curseur du potentiomètre à réaction. 4. Instrument indicateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comprend des bandes élastiques de couleur qui viennent en travers de l'échelle graduée, les extrémités de ces bandes étant logées chacune dans une rainure formée dans un biseau de la graduation, de manière que ces bandes soient réglables mais se bloquent automatiquement quand'le biseau est disposé sur la surface de l'échelle graduée. 5. Instrument indicateur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que des organes d'éclairage par l'arrière, consistant en un certain nombre de lampes encastrées dans l'échelle graduée, s'allument suivant un code de couleurs déterminé correspondant à la marche normale de l'instrument et au cas d'un danger. 6. Instrument indicateur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ces organes sont constitués par des déclenchées diodes électroluminescentes qui sont déclenchées par un signal fourni par le transducteur de position ou à réaction, et qui indiquent un fonctionnement normal de l'instrument ou un danger. 7. Instrument indicateur selnn la revendication 1, caractérisé par le fait que l'organe de commande est un moteur à courant continu à couple constant, dont le stator est solidaire du logement de l'instrument, et dont le rotor est branché sur le tambour et sur le transducteur à réaction et tourne avec eux. 8. Instrument indicateur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il comprend un circuit de commutation à transistors comportant un pont de transistors, un circuit détecteur de fréquences sensible à des signaux d'entrée d'une fréquence proportionnelle à la vitesse, un organe comparateur servant à comparer un signal de sortie du circuit détecteur de fréquences à un signal de position qui se présente à la sortie du transducteur à réaction, en vue de provoquer un passage de courant dans les bobinages de cet organe de commande qui est branché sur ledit pont de transistors, l'intensité de ce courant étant proportionnelle à la valeur du signal fourni à ce circuit en pont et le sens de rotation de l'organe de commande dépendant du signe de ce signal.