Brevet FR2259392A1 — publié le 19750822

'a présente invention concernc 7en dispositifs de réglage de la température, notamment desb~nés ' une cellule spectrophotométrique. En géiiéral, un tel dispositif règle la température de la cellule par conduction ou par résistance, c'est-à-dire avec une circulation externe d'eau ou à l'aide d'une masse thermique interne de grande capacité calorifique. Ces dispos,tifs de réglage présentent un grand retard pour 11 obtention de la température voulue (valeur de consigne) auprès la commande de la circulation dut eau ou de la masse thermique. De plus, les dispositifs classiques de réglage de la température réalisent habituellement un reglage indirect seulement, c'est-à-dire par réglage de la température d'une zone proche de la cellule et non pas de la cellule elle-meme. En conséquence, la température de la cellule présente une certaine imprécision en état de régime permanent. De plus, les dispositifs classiques qui ne comprennent qu'une thermistance ne permettent pas une réduction convenable de l'erreur réalisée sur la température de la cellule. Selon l'invention, la cellule est à la fois chauffée et refroidie directement et en conséquence, le temps de réponse thermique du dispositif est relativement court. Selon l'invention, la cellule est maintenue avec précision à la température de consigne en état de régime permanent. De plus, les oscillations, au cours du fonctionnement du dispositif, sont fortement réduites sans que lterreur sur la température de la cellule soit accrue. En réalité, l'erreur sur la température de la cellule est réduite de façon importante selon l'invention. Plus précisément, l'invention remédie aux inconvénients des dispositifs connus, par détection à la fois de la déviation de la température de la cellule et de la déviation de la température ambiante par rapport à la température de consigne, dans deux canaux séparés. Un signal d'erreur qui représente la différence entre la température de la cellule et la température de consigne est combiné à un signal d'erreur qui représente la différence entre la température ambiante et la température de consigne, si bien qu'un signal bipolaire de sortie peut être créé. Ce signal bipolaire commande deux dispositifs thermoélec- triques qui assurent le refroidissement ou le chauffage direct de la cellule en fonction de la polarité du signal de sortie. Des thernistances séparées détectent la température de la cellule directement ainsi que la température ambiante. De-plus, des amplificateurs opérationnels à gain relativement faible sont incorporés à chacun des canaux. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est un schéma électrique du dispositif à deux canaux selon l'invention la figure 2 représente schématiquement une partie du circuit de l'invention, destinée à créer une tension négative de référence la figure 3 est un schéma d'une partie du circuit selon l'invention, destinée à créer une tension positive de référence la figure 4 est un schéma électrique des circuits des parties I et III de la figure 1 ; et la figure 5 est une perspective d'un mode de réalisation avantageux du dispositif de réglage de température selon l'invention. Sur les dessins, des références identiques désignent des éléments analogues. La figure 5 représente un mode de réalisation avantageux de dispositif 10 de réglage de la température selon l'invention. Une cellule 12 comprend deux chambres 14 de transmission de la lumière, comprises par exemple dans un spectrophotomètre. Les chambres 14 sont des réceptacles des matières de l'échantillon et de la référence. Une thermistance 16 est placée dans un trou de la cellule 12, et elle pénètre par le trou 18 dans une première paroi 20 d'isolation thermique qui est en contact physique direct, avec un côté de la cellule 12. De l'autre côté de celle-ci, une seconde paroi 60 d'isolation thermique est en contact physique direct avec la cellule. Des fils 22 relient la thermistance 16 à des bornes 24 et 26 du circuit représenté sur la figure 1. La cellule 12 est placée entre deux dispositis thermoélectriques 28, 30 qui assurent le chauffage ou le refroidis sement actifs de la cellule suivant la polarité du signal V0 à la borne 46 de la figure 1. lies dispositifs thermoélectriques 28 et 30 sont en contact physique direct avec des côtés opposés de la cellule 12. lies dispositif thermoélectriques 28 et 30 sont placés entre la cellule 12 et des masses thermiques 32 et 34 respectivement de manière qu'ils forment un gradient thermique uniforme et stable. Dans le mode de réalisation avantageux représenté, les masses thermiques 32 ei 74 sont en matière métallique bien que d'autres matières conviennent dans le cadre de l'invention. Une thermistance 36 de mesure de la température ambiante est disposée dans le coin supérieur droit de la figure 5. Dans le spectrophotomètre, la thermistance 36 est par exemple disposée dans le compartiment du tube photomultiplicateur. Des fils 37 relient la thermistance 36 à des bornes 38 et 40 représentées sur la figure 1. La figure 1 représente, dans le cadre I en traits interrompus, un circuit de sélection de température de la cellule. Un potentiomètre R3 est relié d'un côté à la masse et de l'autre à une résistance fixe R4. Celle-ci est reliée à la tension négative de référence -V. De manière analogue, comme représenté pour le circuit III de la figure 1 de sélection de température ambiante, un potentiomètre R13 est relié d'un côté à la masse et de l'autre à une résistance fixe R14 qui est reliée à la tension négative de référence -V. En réalité; les potentiomètres R3et R13 représentent chacun plusieurs potentiomètres identiques repérés sur la figure 4 par les références R3aX R3b, R3c et R R13b, R13c. Comme indiqué, ces potentiomètres-sont montés en parallèle entre la masse et des tunes 42 ou 44. La borne particulière 42 ou 44 à laquelle est relié chaque potentiomètre dépend du circuit particulier de sélection de température I ou III dans lequel se trouve le potentiomètre. Chacun des potentiomètres représentés montés en parallèle sur la figure 4, est fixé de manière qu'il correspcnde à une température unique de consigne. De plus, chacun des potentiomètres du circuit III a sa contrepartie dans le circuit I. Ainsi, les potentiomètres sont disposés par paires;par exemple, le potentiomètre R3a est réglé de la même manière que le potentiomètre R1 3a et ainsi de suite. Cette disposition apparat clairement sur la figure 4 sur laquelle un commutateur bipolaire S assure des contacts avec les potentiomètres > a et Rî3a qui sont réglés de la même manière. Ainsi, la même température de consigne est utilisée par le circuit VII de température de la cellule et le circuit VIII de température ambiante de la figure 1. Lorsque le commutateur S est mis sur des paires différentes de potentiomètres, les températures de consigne, pour les circuits de cellule et de température ambiante, sont différentes. les étages finals de~sortie du circuit l'invention sont représentés sur la figure 1, dans les rectangles VI et IX indiqués en traits interrompus. Ainsi, un amplificateur opérationnel A4 comporte une résistance R24 et un condensateur C3 de réaction, montés en parallèle. Ces deux éléments, en coopéra tion avec la résistance C d'entrée, déterminent le gain de l'amplificateur A4.Dans le circuit de la partie VI, le signal amplifie d'erreur de la cellule e1 est combiné avec le signal amplifié d'erreur ambiante e2 et le signal externe de commande e3 par l'amplificateur A Comme indiqué précédemment, le signal e1 d'erreur représente la différence entre la température de la cellule et la température de consigne, et le signal d'erreur e2 représente la différence entre la température ambiante et la température de consigne. En particulier, le signal e2 d'erreur ambiante est un signal variable de polarisation qui compense l'échange thermique variable de la cellule 12 avec l'atmosphère ambiante.L'introduction de ce signal variable de polarisation permet la réduction du gain global du dispositif, c'est-à-dire la réduction de la transmission ou du retrait de chaleur c.or- respondant à une erreur donnée de la température de la cellule. De cette manière, les oscillations peuvent être réduites sans cependant que l'erreur de température de la cellule soit accrue, comme cela se produit habituellement dans le cas d'une telle réduction de gain. lie signal composite de sortie eO de l'amplificateur A4 parvient aux bases de transistors Q1 et Q2 à collecteurs couplés, comme représenté dans la partie IX de la figure 1. lies transistors Q1 et Q2 commandent à leur tour les dispositifs thermoélectriques 28 et 30 représentés sur la figure 5, en fonction de la polarité du signal composite eO. lia figure 5 représente les fils 48 et 50 qui sont reliés aux dispositifs thermoélectriques 28 et 30. Ceux-ci sont de préférence du type à semi-conducteur. lies fils 48 et 50 sont montésde manière que les dispositifs 28 et 30 soient disposés électriquement en série entre la borne 46 de sortie du circuit IX et la masse. De cette manière, l'énergie transmise aux dispositifs thermoélectriques est proportionnelle au signal eO de sortie de l'amplificateur A4. Plus précisément, lorsque la combinaison des signaux et, e2 et e3 provoque l'apparition d'un signal positif eO de sortie, le sens du courant au niveau de la borne 46 provoque le transfert de chaleur de la cellule aux masses thermiques 32 et 34.D'autre part, lorsque le signal eO est négatif, le courant qui circule au niveau de la borne 46 est tel que de la chaleur est transmise par les masses thermiques 32 et 34 à la cellule 12. les figures 1 à 4 représentent des diodes Zener D3 et D4 qui appliquent les tensions de référence -V et +V respectivement. Suivant le reglage du commutateur bipolaire S, c'est-àdire suivant la température particulière choisie de consigne, un signal e d'erreur de cellule ou un signal e5 d'erreur ambiante apparatt aux bornes 24, 78 respectivement. Plus précisément, chaque paire de potentiomètresde la figure 4 est réglée de manière que les signaux d'erreur e4 et e5 soient nuls avec précision lorsque la thermistance 16 correspond à la température de consigne de la cellule et la thermistance 36 ambiante correspond à la température de consigne ambiante respectivement. -Il faut se rappeler à ce propos que les températures de consigne de cellule et ambiante sont toujours les mêmes étant donné le montage du commutateur bipolaire 3. Ainsi, tout écart par rapport à la température de consigne, soit de la cellule soit de l'atmosphère ambiante, provoque l'apparition d'un signal déterminé d'erreur e4 ou eg. La partie II de la figure 1 comprend un dispositif 52 d'affichage qui est relié par le potentiomètre R7 à la sortie d'un amplificateur opérationnel A1. Le dispositif 52 d'affichage indique la température de la cellule d'après le signal de sortie de l'amplificateur A1 Dans le mode de réalisation avantageux représenté, le dispositif 52 est un ampèremètre qui est réglé par le potentiomètre R7. Il faut noter que le signal qui assure l'indication du sens et de l'importance du transfert de chaleur nécessaire pour la compensation de l'écart entre la température de la cellule et la température de consigne indique aussi la température précise de la cellule. En d'autres termes, la thermistance 16 a deux rôles. On peut noter que le circuit qui décrit l'affichage de température selon l'invention est très précis. En effet, la précision du circuit est déterminée uniquement par la stabilité des diodes D3 et D4, des résistances et potentiomètres passifs indiqués, de la faible dérive du décalage de 11 amplificateur opérationnel A1, et de la précision avec laquelle le potentiomètre R7 peut être réglé. Tous ces paramètres sont facilement réglés par utilisation de composants facilement disponibles sur le marché. lie signal de sortie de l'amplificateur A1 du circuit de la figure 1 est amplifié par un amplificateur opérationnel A2. Cependant, mis à part cet amplificateur A2, les circuits VII et IX de températures de cellule et ambiante sont identiques. Ainsi, les deux amplificateurs A1 et A3 transmettent un signal nul de sortie lorsque la thermistance correspondante 16, 36 est à la température de consigne. La seule différence entre les deux circuits concerne le gain assuré par chacun d'eux. La partie V de la figure 1 comporte un circuit externe de commande qui peut être réglé manuellement ou automatiquement et qui permet le réglage fin de ltéchange de chaleur de la cellule 12. lies résistances R17 et R19 ont une même valeur et elles sont disposées de part et d'autre d'un potentiomètre R18, leur autre borne étant reliée à la tension de référence +V ou -V. lie r81e du circuit V de commande externe est la compensation du défaut de linéarité du signal e5, introduite par la thermistance 36 lorsque la cellule se trouve à la température de consi gne. lie circuit de commande externe est alors utilisé pour un réglage très fin qui compense les défauts de linéarité pour toutes les combinaisons de températures ambiante et de consigne. Un circuit avantageux selon l'invention est réalisé comme représenté sur la figure 1 avec les composants du tableau qui suit. Il faut cependant noter que d'autres modes de réalisa tion peuvent comprendre des composants équivalents, dans le cadre de l'invention. TABLEAU Composants Valeur Résistances R1 150 K # R3 1 K # R4 4,7 k # R5 10 K # R6 300 K # R7 5 K # R8 5,1 K # R9 5 K # R10 5,1 K # R11 150 K # R13 1 K # R14 4,7 K # R15 10 K 3 R16 68 K # R17 5,6 E K # R18 10 K # R19 5,6 K # R20 5,1 K # R21 5,1 K # R22 5,1 K # R23 47 K # R24 47 K # R25 2,2 K # R26 5 K # R27 47 # R28 180 # R29 180 # R30 5,7 # R32 5,1 K # Condensateurs C1 100 pF C2 100 pF C3 100 PF Composants Valeur Condensateurs C4 5 F C5 10)LF C6 0,047 F Diodes D1 1N916 D2 1N916 Diodes Zener D3à compensation de température 1N938 D4 à compensation de température 1N938 Amplificateurs opérationnels A1 "Super Péta" (gain élevé) 308 A2 de type universel 741 A3 "Super Béta" (gain élevé) 308 A4 de type universel 741 Transistors Q1 PNP MJE371 Q2 NPN MJE521 Thermistanc e s 16 perle 8 KLà 250C 36 batonnet 8 K Zà 250C Dispositifs thermoélectriques 28 à semi-conducteur 30 à semi-conducteur En résumé, le fonctionnement du circuit selon l'in- vention est le suivant. On choisit une température de consigne, à l'aide des circuits I et III de sélection de températures de cellule et ambiante, en fonction des températures de cellule et ambiante, et des signaux d'erreur de température e4 et e5 peuvent être créés. Dans le circuit VII, le signal d'erreur e4 est amplifié par les amplificateurs A1 et A2, et provoque l'apparition du signal amplifié el d'erreur de cellule. De pius, le signal de l'amplificateur A1 commande le dispositif 52 d'affichage qui indique la température de a cellule 12.Dans le circuit X de température ambiante, le signal e5 d'erreur ambiante qui représente l'écart entre la température ambiante et la température de consigne, est amplifié par l'amplificateur opération nel A3 qui transmet ainsi un signal amplifié d'erreur ambiante Une Une tension e3.de polarisation est créée par le circuit V de commande externe de manière qu'il compense la caractéristique non-linéaire de la thermistance 36. lies signaux e1, e2 et e3 sont alors transmis par les résistances R20, R21 et R22 à l'amplificateur opérationnel A4 dans lequel ils sont combinés. le signal composite e0 de sortie de l'amplificateur A4 commande un circuit IX de sortie qui contient les transistors Q1 et Q2. Suivant la polarité du signal de sortie V du circuit IX, les o dispositifs thermoélectriques 28 et 30 transmettent de la cha leur à la cellule 12 ou lui en retire. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qutà titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre, oui est défini dans les revendications annexées. REVEtSICATIONS 1. Appareil de réglage précis de la température d'une cellule, caractérisé en ce qu'il comprend une cellule comportant une cavité, un transducteur de mesure de la température de la cellule, placé dans ladite cavité, deux parois d'isolation thermique en contact physique avec des côtés opposés de la cellule, deux dispositifs thermoélectriques d'échange thermique avec la cellule, en contact physique avec- des côtés opposés de la cellule, les dispositifs thermoélectriques étant reliés électriquement à un circuit électrique de sortie, une première masse thermique en contact physique avec le premier dispositif thermoélectrique et une seconde masse thermique en contact physique avec le second dispositif thermoélectrique, un circuit électrique de réglage dé la température de la cellule, un circuit électrique de réglage ambiant, un circuit électrique de commande externe, ledit circuit électrique de sortie, le circuit de réglage de la température de la cellule comprenant un dispositif destiné à créer un signal d'erreur de cellule correspondant à l'écart entre la température de la cellule et une température de consigne, un amplificateur qui amplifie le signal d'erreur de cellule et un dispositif d'affichage de la température de la cellule en fonction du signal d'erreur de la cellule, le dispositif créant ce signal d'erreur de cellule comprenant un dispositif de sélection de température de cellule destiné à choisir un signal électrique correspondant à la température de consigne, le dispositif de création d'un signal d'erreur de cellule comprenant de plus le transducteur de mesure de la température de la cellule et transformant la température de la cellule en un signal électrique, le circuit de température ambiante comprenant un dispositif destiné à créer un signal d'erreur ambiante correspondant à l'écart entre la température ambiante et la température de consigne, et un amplificateur destiné à amplifier le signal d'erreur ambiante, le dispositif créant ce signal comprenant un dispositif de sélection de température ambiante destiné à choisir un signal électrique correspondant à la température de consigne et un transducteur ambiant destiné à transformer la température ambiante en un signal électrique, le circuit de commande externe comprenant un dispositif destiné à corriger les défauts de linéarité du gain du circuit de tempé rature ambiante, le circuit de sortie comorenant un dispositif destiné à combiner les signaux provenant du circuit de tempéra ture de cellule-du circuit de température ambiante et du cir cuit de commande externe, et formant un signal composite, et le circuit de sortie transformant le signal composite en un signal de sortie de puissance destiné à régler la température de la cellule par commande de la transmission dè chaleur à la cellule par les dispositifs thermoélectriques ou au retrait de chaleur de la cellule par.ces dispositifs, en fonction de la polarité du signal composite. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le transducteur de la cellule et le transducteur ambiant sont des thermistances. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de sélection de température de la cellule et le dispositif de sélection de température ambiante sont des circuits diviseurs de tension à résistance. 4. Appereil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amplificateur du signal d'erreur de cellule comprend deux amplificateurs opérationnels montés en série. 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qur l'amplificateur du signal d'erreur ambiante comprend un amplificateur opérationnel. 6. Appareil selon la revendication t, caractérise en ce que le circuit de commande externe est un circuit diviseur de tension à résistance. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que lè dispositif de combinaison des signaux de sortie du circuit de température de la cellule, du circuit de température ambiante et du circuit de commande externe est un amplificateur opérationnel. 8. Appareil selon la revendication t, caractérisé en ce que le circuit de sortie de puissance comprend deux transistors à couplage d'émetteur qui sont excités par le signal composite si bien que le signal de sortie de puissance dépend de la polarité du signal composite. 9. procédé de réglage précis de la température d'une cellule par chauffage ou refroidissement actif de celle-ci, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend la création d'un signal de température de consigne de cellule, la création d'un signal d'erreur de cellule correspondant à l'écart entre la température de la cellule et la température de consigne, l'amplification du signal d'erreur de cellule, la création d'une température de consigne ambiante, la création d'un signal d'erreur ambiantecprrespondant à l'écart entre la température ambiante et la température de consigne, l'amplification du signal d'erreur ambiante, la création d'un signal de commande destiné à corriger les défauts de linéarité introduits par l'amplification du signal d'erreur ambiante, la combinaison du signal amplifié d'erreur ambiante avec le signal de commande et le signal amplifié d'erreur de cellule, sous forme d'un signal composite, et la création d'un signal de sortie de puissance destiné à régler la température de la cellule à l'aide d'un dispositif thermoélectrique de chauffage et de refroidissement, en fonction de la polarité du signal composite. 10. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux dispositifs thermoélectriques sont montés électriquement en série avec le circuit de sortie. 11. Appareil de réglage de la température d'une cellule, caractérisé en ce qu'il comprend une cellule munie d'une cavité, un transducteur disposé dans la cavité, deux parois isolantes thermiques en contact physique avec des côtés opposés de la cellule, deux dispositifs thermoélectriques destinés à transmettre de la chaleur à la cellule ou à en retirer, ces dispositifs étant en contact physique avec des côtés opposés de la cellule, une première masse thermique en contact physique avec le premier dispositif thermoélectrique, et une seconde masse thermique en contact physique avec le second dispositif thermoélectrique. 12. Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que les deux dispositifs thermoélectriques sont montés électriquement en série avec le circuit de sortie d'un appareil électrique de réglage de la température de la cellule. 13. Appareil de réglage de la température d'une cellule caractérisé en ce qu'il 'comprend un dispositif destiné à créer un signal d'erreur de température de cellule correspondant à l'écart entre la température dune cellule et une température de consigne, un dispositif destiné à créer un signal d'erreur de température ambiante correspondant à l'écart entre la température de l'atmosphère ambiante entourant la cellule et la température de consigne, un dispositif destiné à corriger les défauts de linéarité du signal d'erreur de température amblante, un dispositif destiné à transmettre un signal bipolaire correspondant à la différence entre le signal de'erreur de température de cellule et le signal corrigé d'erreur de température ambiante, et un dispositif thermoélectrique destiné à transmettre de la chaleur à la cellule ou à lui en retirer en fonction de la polarité du signal bipolaire. 14. Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce que le dispositif destiné à créer le signal d'erreur de température de la cellule comprend une thermistance. 15. Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce que le dispositif destiné à créer le signal d'erreur de température ambiante comprend une thermistance. 16. Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif destiné à afficher la température de la cellule en fonction du signal d'erreur de température de cellule. 17. Ensemble de réglage de la température d'une cellule, caractérisé en ce qu'il comprend une cellule comportant une cavité, un transducteur de mesure de température de cellule placé dans la cavité, au moins un dispositif thermoélectrique destiné à transmettre de la chaleur à la cellule ou à lui en retirer, ce dispositif thermoélectrique étant en contact physique avec au moins un côté de la cellule, des parois d'isolation thermique en contact physique avec les autres cotés de la cellule, une masse thermique en contact physique avec le dispositif thermoélectrique, un circuit électrique de température de cellule, un circuit électrique de température ambiante, un circuit électrique de commande et un circuit électrique de sortie, le circuit de température de cellule comprenant un dispositif destiné à créer un signal d'erreur de cellule correspondant à ltécart entre la température de la cellule et une température de consigne et un amplificateur destiné amplifier le signal d'erreur de cellule, le ctrcuit de signal d'erreur de cellule comprenant un dispositif sélecteur de température de cellule destiné à choisir un signal électrique correspondant à la température de consigne et le transducteur de température de cellule qui est destiné à transformer la température de la cellule en un signal électrique, le circuit de température ambiante comprenant un dispositif destiné à créer un signal d'erreur ambiante correspondant à 11 écart entre la température ambiante et la température de consigne et un amplificateur destiné à amplifier le signal d'erreur ambiante, le dispositif créant le signal d'erreur ambiante comprenant un dispositif de sélection de température ambiante destiné à choisir un signal électrique correspondant à la température de consigne et un transducteur ambiant destiné à transformer la température ambiante en un signal électrique, le circuit de commande comprenant un dispositif destiné à corriger les défauts de linéarité du gain du circuit de température ambiante, le circuit de sortie comprenant un dispositif destiné à combiner les signaux de sortie du circuit de température de cellule, du circuit de température ambiante et du circuit de commande de manière qu'il forme un signal composite, et un dispositif de sortie de puissance destiné à transformer le signal composite en un signal de sortie de puissance qui règle la température de la cellule par chauffage ou refroidissement de la cellule par le dispositif thermoélectrique associé en fonction de la polarité du signal composite0