Brevet FR2281015A1 — publié le 19760227

Des installations qui mesurent et comptent par des moyens électroniques le flux de chaleur dans les installations de chauffage et de réfrigération, déterminent én calcul la quantité de chaleur par le produit de la différence de température constatée entre la conduite d'amenée et la conduite de renvoi du fluide transmettant la chaleur et le volume du fluide support de chaleur en tenant compte d'un coéfficient thermique k qui dépend des températures doe fluides. Dans certaines installations de comptage de la chaleur connues, le volume du fluide porteur est converti en une fréquence d'impulsions électrique proportionnelles dans des dispositifs électromécaniques et les températures dans la conduite d'amenée et de renvoi sont mesurées par des résistances électriques dépendant de la température, par exemple des thermomètres à résistance Pt 100 ou Ni 100 et la valeur analogique de la différence de température est transformée en une fréquence d'impulsions électri que'. Le produit de la différence de température et de la quantité de fluide est ensuite fermé par un circuit de porte qui, pour chaque impulSion correspondant à la quantité de fluide, dite par la suite impulsion de quantité de fluide, laisse passer pour une période constante déterminée, par exemple une période de l'onde du réseau, la fréquence prbportionnelle à la différence de température dans un étage de comptage de la chaleur formé de diviseurs de fréquence électronique et de compteurs électroniques ou électromécaniques avec affichage, ledit produit de la différence de température et de la quantité de fluide étant représenté par le nom bre d'impulsions comptées. On connaît des dispositifs qui simulent le coéfficient thermique variable k par une non-linéarité simmei provoquée dans la transformation de la valeur analogique de la différence de température en une fréquence. Ces circuits ordonnent les thermomètres à résistance en un pont de mesure et commandent avec la tension de sortie du pont un oscillateur variable en fréquence. Etant donné que le calcul du produit et son addition sont réalisés de manière numérique par incrément, la proportion d'erreurs du dispositif de calcul en ce qui concerne le comptage de la chaleur se situe en grande partie dans le convertisseur valeur analogiquel fréquence pour former la fréquence proportionnelle à la différence de température. Les dispositifs connus présentent différents inconvénients. La grande précision exigée pour le comptage a pu jusqu'à maintenant être obtenue uniquement à l'aide de moyens électroniques importants et plus particulièrement la fonction de la fréquence de sortie du convertisseur et de la température ambiante de l'appareil est une question qui jusqu'à présent n pas pu être résolue de manière satisfaisante. Par ailleurs, dans les dispositifs de calcul connus il était nécessaire de procéder à de nombreuses modifications de circuit pour les adapter aux grands domaintes possibles de température et de quantité ou aux systèmes d'affichage.Si la formation des impulsions de quantité de fluide est réalisée à de grands intervalles de temps et si le calcul du produit n'est effectué que pour chaque impulsion de quantité, on enregistre, comme ceci a été le cas jusqu' à présent, de fausses mesures si la température du fluide varie rapidement. La présente invention a pour but d'empêcher les inconvénients précités des dispositifs de calcul connus par un montage amélioré de convertisseur valeur analogique/fréquence, par un circuit de doublage des impulsions de quantité de fluide et un dispositif approprié aux changements de programme des diviseurs de fréquence. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple, illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 est un schéma bloc d'un dispositif de calcul sur lequel repose la présente invention - la figure 2 montre le nouveau montage pour le convertisseur valeur analogique-fréquence - la figure 3 représente un nouvel étage de formation des impulsions d'entrée conforme à l'invention ; et - la figure 4 montre les combinaisons de montage pour les diviseurs de fréquence ainsi que deux tableaux dont l'un indique l'affichage de la quantité de fluide et de la quantité de chaleur tandis que l'autre n'indique que l'affichage de la quantité de chaleur. A la figure 1, on voit le schéma bloc du dispositif de calcul sur lequel est baséela présente invention Les impulsions de quan tité de fluide parviennent parl' intermédiaire d'un étage de formation des impulsions d'entrée 1 et du diviseur de fréquence 2 à l'étage d'affichage de la quantité de fluide 3. La différence de température est mesurée au moyen des thermomètres à résistance 4 et 5 et convertie en ut fréquence par le convertisseur valeur analogique-fréquence 6. La porte 7 reçoit d'une part cette fréquence et d'autre part les impulsions de quantité modifiées par l'étage d'entrée 1. Les impulsions traversant la porte 7 sont transmises par l'intermédflaire du diviseur de fréquence 8 à ltéta- ge d'affichage de la quantité de chaleur 9.Tous les étages sont alimentés par le réseau de courant 10 à la tension de service. La structure d'un dispositif de calcul telle qu'elle est représentée à la figure 1, est connue. L'objet de la présente invention réside dans le nouveau circuit montré à la figure 2 pour le convertisseur valeur analogique-fréquence 6, par 1' étage 1 de formation des impulsions d'entrée montré à la figure 3 et par les combinaisons de circuit montrées à la figure 4 pour les diviseurs de fréquence 2 et 8. Le circuit conforme à l'invention montré à la figure 2 contient un pont formé des résistances 11, 12 et 13, de la résistance de mise à zéro 14 et des thermomètres à résistance pour une conduite chaude 4 et pour une conduite froide 5, la tension de sortie de ce pont étant dirigée par 1 1intermédiaire des résistances d'entrée 17 et 18 vGn l'atpl5ficateur opérationnel 21. Le choix approprié des résistances 11, 12, 13, 15 et 16 permet de suivre l'évolution du facteur k. Conformément à l'invention, la charge du pont à une petite valeur pour la résistance 16 permet la commutation du dispositif de calcul du thermomètre à résistance Pt 100 au thermomètre à résistance Ni 100. L'étage d'amplification Normé de l'amplificateur opérationnel 21, des résistance ces 23, 24 et 25 et du transistor 26 fait varier le courant de charge du condensateur 27. L'étage de basculement ou multivibrateur constitué suivant l'invention du transistor unijonction programmable 29, du transistor auxiliaire 30, des résistances 28, 31 et 33 et de la résistance d'ajustage de valeur de sortie 32 décharge le condensateur 27 lorsque sa tension atteint la tension de commande du transistor uni3onction programmable 29 réglée sur la résistance d'ajustage de valeur de sortie 32. La fréquenoe de basculement dépend ainsi de la tension de sortie amplifiée du pont. Un trajet de retour formé du condensateur 22, du transistor 20 monté en diode et de la résistance 19 renvoi un courant proportionnel à la fréquence de sortie à l'entrée (-) de l'amplificateur opérationnel qui est compensé par le courant provenant du pont et établit ainsi une liaison linéaire entre la tension de sortie du pont et la fréquence. L'impulsion arrivant à la résistance 28 commande l'étage de sortie formé du thyristor 34 et de la résistance 35. Une caractéristique importante de la présente invention réside dans l'utilisation du transistor unijonction programmable 29 à titre d'élément de basculement et du système à transistor 20 monté en diode, dans le branchement de la résistance 19 à la branche du pont associée au thermomètre à résistance le plus froid et dans le branchement de la résistance de compensation 15 à la branche du pont associée au thermomètre à résistance le plus chaud qui assure lZkonstance du zéro de fréquence sur tout le domaine de mesure de la température.Par ailleurs, l'objet de l'invention réside dans la réunion du système à semi-conducteurs 20, 29, 30 et 34 en un circuit intégré monolithique étant donné que ceci est la seule façon d'obtenir une faible allure de température ambiante du rapport différence de température-fréquenc e. La variation de température restante est supprimée par l'utilisation conforme à l'invention d'un condensateur 22 avec un coéfficient de température positif et par le choix d'une résistance 31 à coéfficient de température négatif et d'une résistance 33 à coéfficient de température positif ou constant.Par la variation de la valeur de capacité du condensateur 22 on détermine les différents facteurs de conversion de la fréquence de sortie du convertisseur,associés pour diverses différences de température nominales ( 9e ) à dif- férentes unités, notamment Gcal, MWh ou GJ (G = Giga). La figure 3 montre le montage conforme à l'invention de 1'é- tage de transformation des impulsions d'entrée 1 qui est formé du commutateur seuil formé des inverteurs 36 et 37 et des résistances 38,39 et 40 et de l'étage de doublage des impulsions formé de la porte OU 45, des résistances 43 et 44 et des condensateurs 41 et 42. Les signaux apparaissant au commutateur à seuil fonctionnant de manière cannue aux sorties 36 et 37 montrent alternativement pour la croissance et la chute de l'impulsion de quan tité de fluide côté entrée, un front croissant. Ces signaux délivrent soit différenciés par le condensateur 41 et la résistance 43 ou par le condensateur 42 et la résistance 44, soit ensemble à la sortie de la porte 45 un train d'impulsions récurrent à la fréquence double des impulsions de quantité de fluide. Si par une valeur de capacité appropriée du condensateur 22 dans le convertisseur valeur analogique-fréquence 6 une fréquence de sortie correspondant à l'unité de quantité de chaleur pour une unité de quantité de fluide déterminée et pour une différence de température nominale déterminée est établie de telle manière que sa valeur numérique correspondeà une puissance de deux, des valeurs numériques équivalentes devant toujours correspondrent aux diverses différences de température nominales qui pour leur part doivent btre en rapport avec des puissances de deux, on doit pouvoir obtenir suivant l'invention, uniquement en modifiant le rapport de division selon des puissances de deux, aussi bien la commutation du dispositif de calcul à des valeurs décimales ou à des valeurs binaires des impulsionsde CL quantité de fluide qu'à diverses différences de température nominales. Pour cela, on a pu satisfaire l'exigence d'une définition satisfaisante de l'af- fichage de la quantité de chaleur, d'un calcul du produit le plus fréquent possible pour ls faSbls nombres d'impulsions par unité de quantité de fluide mais également la fréquence à valeur supérieure du calcul du produit avec un nombre minimal de diviseurs de fréquence. La figure 4 montre le branchement conforme à 1'invention des diviseurs de fréquence pour différentes combinaisons des valeurs d'impulsions de quantité de fluide et de différences de température nominales lorsque pour une différence de température nominale par impulsions de quantité de fluide la porte 7 laisse passer par exemple 256 impulsions. Les combinaisons des diviseurs de fréquence indiquées peuvent être transformées de manière adaptées pour d'autres nombres d'impulsions et d'autres valeurs lorsqu'elles ne sont que des multiples de puissances de deux. Les sauts par décades sont réalisés par le décalage des chiffres dans les étages d'affichage 3 et 9. Si l'affichage doit être réalisé en GJ, il faut, conformément à l'invention, réduire le rapport de division du diviseur de fréquence 8 du facteur 4. Au tableau de de la figure 4 on a indiqué également la combinaison de diviseur à titre d'alternative lorsqu'on ne doit compter que la chaleur. L'invention ne comprend pas uniquement les combinaisons des circuits décrits mais également les différents circuits euxmêmes. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu' titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont réalisées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif de calcul électronique pour les installations de comptage de la chaleur comportant un étage de formation des impulsions correspondant à la quantité de fluide, un convertisseur valeur analogique/fréquence et un circuit de porte, caractérisé en ce que les diviseurs de fréquence sont réalisés sous forme de diviseurs binaires avec des entrées et des sorties guidées à l'extérieur et l' étage de formation de impulsions correspondant à la quantité de fluide comprend un commutateur à seuil avec des sorties complémentaires et un circuit de doublage des impulsions, la fréquence d'impulsions doublée correspondant à la quantité de fluide étant utilisée pour des petits nombres d'impulsions par unité de quantité de fluide pour former le produit par 1' intermé- diaire de l'entrée du circuit de porte, tandis que pour les grands nombres d'impulsions on utilise la fréquence d'impulsions de quantité de fluide réduite et prise aux entrées (49 à 55), les relations de l'entrée (56) avec les sorties (49 à 55) du diviseur de OU les sorties de l'étage de formation des impulsions de quantité étant réalisées conformément au facteur de division totale nécessaire à l'affichage de la quantité de fluide tandis que les relations de la sortie dela porte avec les entrées (59 à 65) du diviseur (8) sont réalisées suivant le facteur de division totale nécessaire à l'affichage de la quantité de chaleur, et en ce que par le choix approprié de la capacité d'un condensateur dans le convertisseur valeur analogique-fréquence diverses différences de température nominales, qui pour leur part sont des rapports de puissances de deux, entraînent des valeurs numériques identiques de la fréquence de sortie du convertisseur valeur analogique-fréquence et le facteur de division totale, dans le diviseur 8 est inversementwproportionnel à la variation de la différence de température nominale. 2. Dispositif de calcul selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour obtanir les différents domaines de mesure pour les unités de quantité de fluide et les différences de température nominales la jonction des entrées et des sorties des diviseurs binaires précités est réalisée suivant les tableaux de la figure 4. 3 - Dispositif de calcul selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce que pour un affichage de la quantité de chaleur en GJ le facteur de division totale dans le diviseur de fréquence 8 par rapport à un affichage en Ccal ou lESh est réduit du facteur 4. 4 - Dispositif de calcul selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le convertisseur valeur analogi- que/fréquence comprend un pont de résistance dans lequel sont branchés les thermomètres à résistance, un étage d'amplification formé d'un amplicateur opérationnel et d'un étage de transistor, un étage de basculement déchargeant le condensateur et un trajet de retour, en ce que l'étage de formation des impulsions de quantité de fluide contient un commutateur à seuil avec des entrées complémentaires et les diviseurs de fréquence sont réalisés sous forme de diviseurs binaires avec des entrées et des sorties guidées à l'extérieur, en ce que l'étage de basculement est formé d'un transistor unijonction programmable et d'un transistor auxiliaire associé au précédent avec la résistance de dérivation à la base de ce dernier et un diviseur de tension servant au réglage fin de la fréquence à partir des résistances (31, 32, 33), et en ce que comme étage de sortie ai utilise un thyristor avec une résistance de charge et dans le trajet de retour on a utilisé un transistor branché en diode avec une résistance et un condens & teur, les systèmes de semi-conducteurs étant montés dans un ci-- cuit intégré monolithique et la résistance précitée prévue dans le trajet de retour étant branchée à une branche du pont précité associé au thermomètre à résistance le plus froid, tandis qu'une autre résistance est montée en parallèle au thermomètre à résistance le plus chaud, et enfin en ce que dans 1'étage de formation des impulsions de quantité de fluide on a prévu un circuit de doublage des impulsions formé d'organes de différentiation et d'une porte OU. 5 - Dispositif de calcul selon l'une des revendicationsprécédentes, caractérisé en ce que le condensateur précité possède un coéfficient de température positif , la résistance (31) un coé ficient de température négatif et la résistance (33) un coéfQi- cient de température constant. 6 - Dispositif de calcul selon l'une des revendications pré cédentes, caractérisé en ce qu'en branchant la résistance (16) avec une capacité de résistance faible dans la diagonale du pont on obtient la commutation du thermomètre à résistance Pt 100 au thermomètre à résistance Ni 100.