Brevet FR2308095A1 — publié le 19761112

La présente invention concerne un calorimetre intégrateur electronique destiné intégrer et à mesurer de façon électronique la quantité de chaleur mise en jeu lorsqu'un fluide de refroidissement ou de chauffage traverse un appareil, comme un climatiseur par exemple. Un calorimètre intégrateur classique est conçu de façon à intégrer une quantité de chialeur, en intégrant mecaniquement par exemple la différence entre la température de l'eau chaude pénétrant dans un climatiseur et la température de l'eau chaude sortant de ce climatiseur, ainsi qu'à intégrer la quantité d'eau chaude traversant le climatiseur. Cependant, un tel calorimètre intégrateur présente l'inconvénient autre motteux, d'une structure compliquée, et d'une stabilite et d'une fiabilité médiocres. En conséquence, l'invention a pour objet un calorimetre intégrateur électronique de structure simple, peu coflteux, et présentant une stabilité et une fiabilité très élevées. Un calorimètre intégrateur électronique selon l'invention comporte un générateur d'impulsions de difference de température produisant des impulsions en nombre proportionnel à la différence entre la température d'un fluide chauffant entrant et la température d'un fluide chauffant sortant; un gentrateur-d'impulsions de débit produisant des impulsions en nombre proportionnel au débit du fluide de chauffage; un circuit de mise en forme d'impulsions mettant en forme les impulsions de sortie du gdnéra- teur d'impulsions de débit, de maniere à produire des impulsions ayant une largeur déterminée; un circuit réalisant une fonction BT dont les variables d'entrée sont constituées par les impulsions de sortie du générateur d'impul- sionede différence de température et par les impulsions de sortie du circuit de mise en forme d'impulsions; et un compteur comptant les impulsions en sortie du circuit réalisant une fonction ET. D'autres caractéristiques et avantages de-l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente le circuit d'un calorimètre intégrateur Qlectronique correspondant à un mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 représente un diagramme séquentiel montrant la forme de signaux apparaissant à certains points du circuit de la figure 1; et - la figure 3 représente un autre mode de réalisation d'un circuit de détection de différence de température. Comme il est représenté sur la figurc 1, un fluide de chauffage, par exemple de l'eau chaude, est introduit par une canalisation d'entrée 11 dans un organe chauffant constitué par exemple par un appareil de chauffage 12, dans lequel la chaleur est dissipée. Le fluide de chauffage sort par une canalisation de sortie 13. Les thermocouples 14a et 14b sont montés respectivement sur les canalisation d'entrée et de sortie 11 et 13. Un transducteur chaleur-tension, 14, constitué par les thermocouples connectés en série, fournit une force électromotrice d'origine thermique e 2 k (tl - t2) proportionnelle à la différence entre la température tl du fluide de chauffage dans la canalisation d'entrée Il, et la température t2 du fluide de chauffage dans la canalisation de sortie 13. La borne de sortie du transducteur chaleur-tension 14 est connectée à un circuit 21a, constitué par un convertisseur tension-courant et un amplificateur, appartenant au générateur d'impulsions de différence de température 2'. Ainsi, la borne de sortie du convertisseur chaleur-tension est connectée par l'intermédiaire d'une résistance 15 a une borne d'entrée d'un amplificateur opérationnel 16, puis est connectée par une résistance 18 à l'émet- teur d'un transistor PNP 17. L'autre borne d'entrée de l'amplificateur opérationnel 16 est mise à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 19. La borne de sortie de l'amplificateur opérationnel 16 est connectée à la base du transistor 17. Le collecteur du transistor 17 est connecté à un circuit générateur d'impulsions 21b par l'intermédiaire d'une résistance 20. Un condensateur 22 appartenant au circuit générateur d'impulsions 21b est connecté entre la résistance 20 et la masse. Le circuit collecteurémetteur d'un transistor NPN 23 est connecté en parallèle par rapport au condensateur 22, et la base du transistor NPN 23 est mise à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 24. Le collecteur du transistor NPN 23 est connecté à la borne d'anode d'un transistor unijonction programmable 25, la borne de com?i;ande de ce transistor unijonction étant reliée à la masse par une diode Zener 26. La borne de cathode du transistor unijonction 25 est connectée à la base du transistor NPN 23. La source d'alimentation +B est connectée par l'intermédiaire d'une résistance 27 au point commun à la diode zener 26 et à la borne de commande du transistor unijonction 25. Un débitmètre à palette 28 est monté dans la canalisation de sortie 13. Le débitmètre 28 comporte une palette 29 mise en rotation par le courant de fluide de chauffage, un aimant 30 monté sur l'arbre de rotation de la palette, et un interrupteur interne 31 conçu de façon à etre manoeuvré sous l'effet du champ magnétique de l'aimant 30. Sous l'effet de l'ouverture et de la fermeture de l'interrupteur interne 31, le débit mettre 28 produit un signal en forme d'impulsions, le nombre d'impulsions étant proportionnel à la quantité de liquide de chauffage écoulé, c'est-àdire au nombre de rotations de la palette 29.La borne de sortie du dêbitiètre 28 est connectée à un multivibrateur monostable 33 par l'intermédiaire d'un circuit de aise en forme 32, constitué par exemple par une bascule de Schaidt. La borne de sortie du multivibrateur est connectée, par l'intermédiaire d'une diode 40 empêchant la circulation du courant en sens inverse, à la base du transistor PNP 17 appartenant au circuit 21a, constituant un convertisseur tension-courant et un amplificateur, faisant partie du générateur d'impulsions de différence de température 21. La borne de sortie du circuit générateur d'impulsions 21b est connectée à un compteur électroiagnétique 36, par l'intermédiaire d'un diviseur de fréquence 35, constitué par exemple par un compteur binaire à quatre étages (par exemple du type SN 7493N). On décrira aaintenant le iode de fonctionnement d'un calo trimètre intégrateur électronique possédant la configuration de circuit décrite ci-dessus. La force électromotrice d'origine thermique proportionnelle à une différence de température produite par le transducteur chaleurtension 14 est appliquée à l'amplificateur opérationnel 16. Des impulsions en nombre proportionnel au volume de fluide de chauffage écoulé sont produites par le débitmètre 28, et ces impulsions sont aises en forme par le circuit de aise en forure d'impulsions 32, de façon à donner un signal constitué par des impulsions relatives à l'écoulement du fluide de chauffage, co-e il est représenté sur la figure 2.Le xultivibrateur aonostable 33 convertit le signal en un signal Pao dont les impulsions présentent une largeur prédétermimée. Le signal PO, constitué par des impulsions relatives à l'écoulement du fluide de chauffage, et le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 16 sont appliqués à la base du transistor PNP 17, de manière à co-ander l'impédance de ce transistor. Pendant les périodes correspondant b la présence d'une impulsion de largeur prédéterminée (0,2 a dans ce mode de réalisation) du signal PO, il circule dans le collecteur du transistor 17 un courant électrique proportionnel à la force électrosotrice d'origine thermique, conformément au niveau de sortie de l'amplificateur opérationnel 16. Ce courant électrique est appliqué au condensateur 22 par l'intermédiaire de la résistance 20, et charge ce condensateur.Lorsque la tension de charge du condensateur 22 est inférieure à une tension de référence produite par un circuit à tension constante comprenant la diode Zener 26, le transistor unijonction 25 ne produit pas de signal de sortie et la tension apparaissant aux bornes de la résistance 24 est nulle. A ce moment, le transistor 23 est bloqué. Lorsque la tension de charge du condensateur 22 augmente jusqu'à un niveau correspondant à ladite tension de référence, le transistor unijonction 25 produit un signal de sortie et il apparatt aux bornes de la résistance 24 une tension provoquant la conduction du transistor 23. En conséquence, la tension de charge du condensateur 22 est diminuée du fait de la décharge, et le signal de sortie du transistor unijonction 25 s'annule.Le condensateur 22 se charge ensuite à now eau, et le cycle d'opérations indiqué ci-dessus recomnrence. De cette manière, un courant de collecteur du transistor 17, constitué par des impulsions en nombre proportionnel à ladite force électromotrice d'origine thermique, est produit à partir de la base du transistor 23 appartenant au circuit générateur d'impulsions 2lob. Lorsqu'un tel signal en forme d'impulsions est produit pendant la période correspondant à la présence d'une impulsion du signal Pmo, et lorsqu'il apparaît une transition du signal P10, le transistor PNP 17 passe dans un état à haute impédance, et aucun courant électrique ne circule plus dans le collecteur de ce transistor. En conséquence, le circuit générateur d'impulsions 21b cesse d'osciller. Au moment de l'inversion de la polarité du signal relatif å l'écoulement du fluide de chauffage, appliqué à la base du transistor PNP 17, le circuit générateur d'impulsions 21b recommence à osciller. De cette manlere, le circuit générateur d'impulsions 21b produit le signal Pt constitué par des impulsions et représenté sur la figure 2.Ce signal peut être considéré comme étant obtenu en combinant à l'aide d'une fonction ET le signal correspondant aux impulsions de différence de température et le signal correspondant aux impulsions rela- tives à ltecoulement du fluide de chauffage, ces impulsions ayant une largeur prédéterminée. Le signal Pt correspond au produit logique entre une valeur correspondant à l'écoulement du fluide de chauffage, et une valeur correspondant à une différence de température, et le nombre d'impulnions du signal Pt est donc proportionnel à une quantité de chaleur intégrée. E3eeit,Pw est proportionnel à M, en désignant par M la quantité de fluide de chauffage écoulé. Le signal de sortie sous forme d'impulsions Pt subit une division de fréquence dans le circuit diviseur de fréquence 35, puis est appliqué à un compteur électromagnétique 36 qui compte les impulsions présentes dans le signal qu'il reçoit. Dans le calorimetre décrit ci-dessus, la polarité de la tension de sortie du transducteur chaleur-tension est inversée lorsque le climatiseur est commuté de la fonction "chauffage" à la fonction "refroidissement". Il est donc nécessaire de commuter manuellement ou automatiquement la polarité de la tension de sortie. La figure 3 représente une configuration de circuit pour un détecteur de différence de température, utilisant les thermistances 41 et 42. La thermistance 41 est montée sur la canalisation d'entrée 11, et la thermistance 42 est montée sur la canalisation de sortie 13. Les thermistances 41 et 42 sont connectées en série par l'intermédiaire des résistances 43 et 44, respectivement, et une diode de stabilisation de tension 45 est connectée en parallèle par rapport au circuit série constitué par les thermistances 41 et 42 et les résistances 43 et 44. Un circuit série comprenant une résistance 48, un potentiomètre 49 et une résistance 50 est connecté en parallèle par rapport à la diode de stabilisation de tension. Le point commun aux résistances 43 et 44 est connecté à une résistance 18, et å une borne d'entrée d'un amplificateur opérationnel 16. Le curseur du potentiometre 49 est connecté à l'autre borne d'entrée de l'amplificateur opérationnel 16. Deux diodes 51 et 52 sont connectées en parallèle et avec des polarités inverses entre le curseur du potentiomètre 49 et le point commun aux résistances 43 et 44 Une tension d'alimentation positive +B est appliquée à la cathode de la diode de stabilisation de tension, par l'intermédiaire d'une résistance 46. L'anode de la diode 45 est mise à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 47. La configuration de circuit décrite ci-dessus constitue un circuit en pont. Les valeurs des résistances des thermistances 41 et 42 varient sous l'effet des variations de température du fluide de chauffage, si bien que le circuit de détection de différence de température fournit une tension de sortie proportionnelle à la différence de température existante. Ce mode de réalisation permet d'obtenir un calorimetre intégrateur électronique remarquable par ses faibles dimensions, son faible court, ainsi que par aa stabilité et sa fiabilité élevées. Dans le calori- mètre intégrateur électronique, la résistance offerte par le débitmètre n'est pas aussi grande que dans le cas d'un calorimètre intégrateur mdcanique, et la quantité de fluide de chauffage écoulée peut etre mesurée de façon précise dans une plage étendue. En conséquence, une quantité de chaleur intégrée peut etre mesurée de façon précise sur une plage étendue. Du fait que le circuit générateur d'impulsions destiné à faire fonctionner le compteur électromagnétique peut être monté facilement en un emplacement approprié, on peut facilement réaliser un contrôle automatique, ou regroupé, du calorimètre. Bien entendu, diverses modifications peuvent etre apportes par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d1tre dfcrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. R I yI ID I CATI ON s 1 - Calorioetre intégrateur électronique, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de détection de différence de température produisant une tension proportionnelle à la différence entre la température d'un fluide de chauffage entrant dans un appareil de chauffage et la température du fluide de chauffage sortant de l'appareil de chauffage; un générateur d'impulsions de différence de température relié au dispositif de détection de différence de température, de façon à produire un signal constitué par des impulsions en nombre proportionnel à la tension de sortie du dispositif de détection de différence de température; un générateur -d'iopulsions de débit monté dans le passage du fluide de chauffage, de façon à produire un signal formé d'impulsions en nombre proportionnel à la quantité de fluide de chauffage écoulé; un circuit de mise en forme d'impulsions connecté au générateur d'impulsions de débit de façon à mettre en forme les impulsions de débit pour donner un signal constitué par des impulsions de largeur prédéterminée; un circuit logique de commande réali- sant une fonction logique BT entre les impulsions de différence de température et les impulsions de débit mises en forme; et un compteur comptant les impulsions apparaissant en sortie du circuit logique de commande. 2 - Calorimètre intégrateur electronique selon la revendica- tion 1, caractérise en ce que ledit générateur. d'impulsions de différence de température est connecté au dispositif de détection de différence de température et comporte un convertisseur tension-courant convertissant la tension de sortie du dispositif de détecteur de différence de température en un courant électrique proportionnel à ladite tension, et un oscillateur dont les oscillations produisent des impulsions de différence de température, sous la commande du courant de sortie du convertisseur tension-courant. 3 - Calorimâtre intégrateur électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit oscillateur comporte un condensateur chargé par le courant de sortie du convertisseur tension-courant; un tran- - sistor de coomutation dont le circuit éoetteur-collecteur est connecté en parallèle par rapport au condensateur; un circuit de référence de tension; et un transistor unijonction programmable monté de façon à recevoir la tension de référence produite par le circuit de référence de tension et la tension de charge du contensateur; de manière à produire un signal de sortie lorsque les niveaux de ces deux tensions deviennent égaux, et de manière à commander par tout ou rien le transistor de commutation. 4 - Calorimètre intégrateur électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit générateur d'impulsions de différence de température comporte un convertisseur tension-courant comprenant un amplificateur opérationnel monté de façon à recevoir la tension de sortie du dispositif de détection de différence de température, et un transistor sur la base duquel est appliqué le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel; ledit convertisseur tenslon-courant convertissant la tension de sortie dudit dispositif de détection de différence de température en un courant électrique proportionnel à cette tension de sortie; et en ce que ledit circuit logique de commande comporte un circuit appliquant à la base du transistor dudit convertisseur tension-courant les impulsions de débit mises en forme-par ledit circuit de mise en forme d'impulsions, de maniere que l'impédance dudit transistor soit commandée à la fois par le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel et par les impulsions de débit. 5 - Calorimètre intégrateur électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de détection de difference de température comporte deux thermistances associées respectivement avec le fluide de chauffage entrant et le fluide de chauffage sortant, et un circuit en pont dans-lequel sont montées lesdites thermistances.