Brevet FR2315689A1 — publié le 19770121

La présente invention concerne un réseau maillé de conducteurs électriques, destiné notamment à la mesure simultanée de températures en ff pointa discrets. Lorsqu'on veut déterminer à un instant donné un champ thermique, pat exemple dans un plan ou sur une surface courbe, en mesurant la tempé -rature en N points discrets du champ, la technique connuede mesure de température par thermocouple présente un certain nombre d'inconvénients. Rn effet ai l'on opère avec un seul couples on rencontre le problème du poitionnement.précis de la soudure du couple. D'autre part l'inertie thermique des fils du couple interdit un déplacement rapide de ce couple dans le champ, de sorte que les températures aux différents points ne sont pas connues exactement au même instant. Si l'on opère avec N couples, on rencontre encore le problème du positionnement précis des soudures. De plus on a affaire à un très grand nombre de fils de mesure, @@ qui complique l'installation et le mode opératoire. Ltinvention a notamme@t pour btit de pallier ces inconvénients, en fournissant un dispositif qui permette un positionnement précis des soudures thermoélectriques et une mesure réritablement simultanée des températures aux différents points du champ ave un nombre réduit de fils de mesure. L'invention concerne également divers procédés mettant en oeuvre le réseau maillé, et notamment un procédé de mesure simultanée de températures en N points discrets. Selon i l'invention, le réseau maillé de conducteurs à base métallique .ent earactérisé en ce qu'il comprend m conducteurs de première espèce à base d'un premier métal et n = N/m conducteurs de seconde espèce à base d'un second létal différent du premier, disposés de façon à former un réseau à N sommets dans lequel chaque conducteur d'une espèce croise tous les conducteurs de l'autre espèce et seulement ceux-ci, chaque sommet correspondant au croisement de deux conducteurs d'espèces différentes soudés entre eux, et chaque maille comprenant quatre côtés constitués respectivement par deux conducteurs de la première espèce et deux conducteurs de la deuxième espèce, et en ce qu'il comprend (N+ 1) connexions reliées d'une part a des bornes extérieures au réseau et d'autre part à des sommets périphériques du réseau, chacun de ces sommets périphériques étant relié au plus à deux connexions qui sont respectivement de la première et de la seconde espèce. Le positionnement des sommets du réseau, qui coïncident avec les soudures thermoélectriques, peut être ajusté pour coincider avec toute la précision désirable avec les points de mesure. On verra plus loin qu'on peut déduire, à partir de mesures effectuées aux bornes du réseau, les forces électromotrices d'origine thermoélectrique engendrées à chaque sommet, et donc connaître les températures à ces sommets qui correspondent à un même instant. Le nombre de fils de mesure est réduit sensiblement par deux par rapport à un systeme de m thermocouples. Par 1,conducteurs à base métallique on entend non seulement les fils ou rubans métalliques, mais encore ceux obtenus par métallisation -l'une portion de surface isolante ou à l'aide de peintures métallisées. Les connexions n'étant reliées qu'à des somnets périphériques du réseau ne chevauchent aucun des conducteurs de celui-ci. L'épaisseur du réseau ne dépasse donc pas le double de l'épaisseur des conducteurs et le réseau est pratiquement bi-dimensionnel. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description détaillée qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, on a représenté deux réalisations particulières de l'invention. La figure 1 est un schéma d'une première réalisation d'un réseau conforme à ltînvention. La figure 2 est ur schéma d'une seconde réalisation d'un réseau conforme à l'invention. Les réseaux maillés représentés aux dessins sont constitués par deux familles de fils conducteurs métalliques. La première famille représentée en traits épais comprend de fagon générale m fils, m étant égal à 3 dans le cas de la figure 1 et à 4 dans le cas de la figure 2. La seconde famille est représentée en traits fins et comprend n conducteurs, n étant égal à 4 dans le cas des deux figures.Chaque conducteur d'une famille croise tous les conducteurs de l'autre famille et uniquement ceux-ci. I1 en résulte que le réseau comprend H sommets tels que Si avec H = nm et que chaque maille comprend quatre cotés constitués par deux portions de conducteur dtune famille et deux portions de conducteur de l'autre famille. Les deux conducteurs qui se croisent à un sommet sont soudés entre eux à cet endroit. Bien entendu, les conducteurs du réseau peuvent hêtre constitués aussi bien par des rubans plats métalliques, ou etre formés sur une surface électriquement isolante soit par métallisation, soit à l'aide de peintures métallisées. Tous les conducteurs de la même famille sont de meme espèce, c'est-à- dire constitués du même métal, les deux familles étant constituées de métaux différents, par exemple ter et constantan ou cuivre et constantan ayant des pouvoirs thermoélectriques différents. Les métaux sont choisis suivant la gamme des températures à mesurer, suivant des critères bien connus de l'Homme de l'Art. Dans le cas où le réseau est destiné à la mesure des températures en N points, la configuration géométrique des conducteurs est telle que les H sommets du réseau puissent se superposer exactement aux N points de mesure. Si le réseau est constitué par des fils ou rubans métalliques, ceux-ci peuvent être tendus sur un cadre -isolant de façon à constituer un ensemble rigide. Le réseau comporte 2(m + n - 2) sommets périphériques, tels que Pi, qui ne sont communs qu'à deux mailles au plus. A un certain nombre de ces sommets périphériques aboutissent des connexions, telles que Ci, qui sont dtautre part reliées à des bornes extérieures telles que Bi. Le nombre total de ces connexions est égal à (N + i). Ces connexions peuvent être formées par des prolongements des conducteurs du réseau, le nombre de ces prolongements étant au plus de 2(m + n). Si le nombre (N + 1) est inférieur ou égal au nombre 2(m + n8, les connexions Ci peuvent être simplement formées par ces prolongements. Ainsi c'est le cas de la réalisation de la figure 1, où l'on a m = 3 3, n = 4, 4g N = 12. On voit qu'aucune connexion n'aboutit au sommet périphérique Po. Si au contraire ( + 1) est supérieur à 2(m + n), il faut ajouter aux prolongements des conducteurs du réseau des connexions supplémentaires. C'est le cas pour la réalisation de la figure 2 où m = n - 4 et K = 16 qui nécessite une connexion supplémentaire Co qui aboutit au sommet périphérique Po. Le nombre maximal de connexions aboutissant à un même sommet périphérique est de deux, ces deux connexions étant d'espèces différentes. Ainsi l'on voit à la figure 2 qu'au sommet--périphérique Po aboutissent deux connexions, l'une C1 constituée par le prolongement d'un fil de réseau de deuxième espèce (fil en trait fin), et l'autre Co étant une connexion de première espèce (en trait épais). Dans ces conditions, le nombre maximal de connexions extérieures est égal au double du nombre de sommets périphériques, soit 4(m + n - 2) et l'on a par conséquent la relation H + 1 # 4( m + n - 2) ou mn # 4( m + n)- 9 Cette inégalité peut théoriquement toujours hêtre satisfaite quel que soit X = mn, si on n impose aucune condition particulière à m et n. Cependant on constate que lorsque N augmente, l'inégalité ci-dessus impose pour m et n des valeurs qui sont de plus en plus différentes entre elles. Ainsi pour N = 64, on peut prendre m = 16 et n = 4, mais m = n = 8 ne convient pas. Cette --ondition peut imposer en pratique une limitation au nombre de soudures du réseau, et par conséquent au nombre de points de mesure. Si par exemple on veut explorer un champ pratiquement carré avec des points de mesure formant un réseau à mailles carrées, on ne pourra dépasser m = n = 6 avec N = 36. On a vu plus haut qu'on ne peut couvrir ce champ avec un réseau de 64 points formant des mailles carrées. On pourra par contre prendre m = 7 et n = 6, ce qui donne 42 soudures avec des mailles très sensiblement carrées. il est en outre prévu une condition concernant la résistance électrique des cotés des mailles du réseau. Pour un nombre de conducteurs supérieur à n = 3 et m = 4, les côtés homologues des mailles ne doivent pas tous avoir la même résistance électrique. Par côtés homologues, on entend les côtés constitués par des conducteurs de meme espèce. Au-dessus du nombre de conducteurs cité plus haut, il faut donc qu'au moins un côté dlau moins une maille ait une résistance différente des autres côtés homologues. Ceci peut être obtenu par exemple en donnant à ce, ou ces, côtés une longueur supérieure aux autres, ou encore en pratiquant une coupure dans les côtés en question, ce qui leur donne une resistance infinie. Pour déterminer un champ thermique avec un réseau du genre décrit ci-dessus, on procède de la façon suivante. Le réseau étant disposé de façon à ce que ses X sommets coïncident avec les N points où l'on veut déterminer la température, on mesure N tensions électriques entre H couples de bornes du réseau, ces couples étant choisis parmi les (N -t 1) bornes de façon à ce que les tensions mesurées soient indépendantes. On pourra par exemple mesurer les tensions T entre l'une des bornes choisie comme référence et les H autres bornes. A partir de ces N tensions mesurées, on déduit par le calcul les valeurs des forces électromotrices d'origine thermoélectrique qui sont engendrées aux N soudures du réseau.De là on deduit les températures qui règnent aux H sommets à l'aide de la caractéristique thermoélectrique du couple de métaux utilisés pour constituer les deux espèces de eonducteurs du réseau. Bien entendu le calcul qui permet de passer des N tensons T mesurées aux bornes du réseau aux H forces électromotrices thermoélectriques E peut être effectué à l'avance une fois pour toutes pour un réseau déterminé. Ce calcul peut être conduit par des méthodes bien connues de la théorie des circuits électriques et son résultat peut se traduire par une matrice de dimensions N s N reliant les E aux T. Lorsque le nombre de sommets N est élevé, la mesure des H tensions aux bornes T peut se faire avantageusement de façon automatique > par exemple à l'aide d'un voltmètre numérique à haute résolution auquel est associé un commutateur automatique, la fréquence de commutation du voltmètre d'un couple de bornes à l'autre pouvant être ajustable. Les données peuvent etre stockées sur des supports tels que cartes ou bandes perforées ou disques ou bandes magnétiques pour être traitées par calculateur. On peut encore adjoindre à cette appareillage d'acquisition des données un traceur de courbes pour obtenir directement les courbes isothermes. Cette methode permet non seulement d'étudier un champ thermique mais également de résoudre un problème physique en procédant par analogie thermique. Àu lieu d1utiliser le réseau comme un instrument de mesure ou d'étude, on peut l'employer comme générateur thermique en utilisant l'effet thermoélectrique inverae ou effet Peltier, selon lequel lorsque un circuit comprenant deux métaux différents est parcouru par un courant électrique, il en résulte un e différence de température entre les soudures. Pour ce faire, il suffit d'envoyer par les connexions périphériques du réseau des courants connus qui engendrent des différences de température entre les sommets. Le caloul permet de prévoir ces différences de température pour des courants d'envoi et des couples de métaux déterminés. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux réalisations décrites, mais en couvre au contraire toutes les variantes d'ezécution. REVENDICATIONS 1.- Réseau maillé de conducteurs électriques à base métallique, notamment pour la mesure de températures en H points discrets, caractérisé en ce qutil comprend m conducteurs de première espèce à base d'un premier métal et n = N/m conducteurs de seconde espèce à base d'un second métal différent du premier, disposés de façon à former un réseau à N sommets dans lequel chaque conducteur d'une espèce croise tous les conducteurs de l'autre espèce et seulement ceux-ci, chaque sommet correspondant au croisement de deux conducteurs d'espèces différentes soudés entre eux, et chaque maille comprenant quatre côtés constitués respectivement par deux conducteurs de la première espèce et deux conducteurs de la deuxième espèce, et en ce qu'il comprend (N 4 1 ) connexions reliées d'une part à des bornes extérieures au réseau et d'autre part à des sommets périphériques du réseau, chacun de ces sommets périphériques étant relié au plus à deux connexions qui sont respectivement de la premiere et de la seconde espèce. 2.- Réseau selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on a (N + 1)# # 2(m + n) et en ce que les connexions sont constitues par les prolongements des conducteurs formant le réseau. 3.- Réseau selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les conducteurs formant le réseau sont des fils ou rubans métalliques. 4.- Réseau selon l'une des revendications 1 ou 2, car@ctérisé en ce que les conducteurs formant le réseau sont constitués par des rubans de peintures métallisées déposés sur une surface électriquement isolante. 5.- Réseau selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les conducteurs formant le réseau sont obtenus par métallisation d'une surface isolante. 6.- Réseau selon l'une quelconque des revendications j à 5, caractérisé en ce que, pour n73 et m > 4, la résistance électrique d'au moins un côté d'au moins une maille est différente de la resistance des autres côtés homologues. 7.- Procédé de mesure de températures en N points discrets par utilisation de l'effet thermoélectrique, caractérisé en ce que l'on constitue un réseau maillé de conducteurs électriques selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, en ce que l'on masure N tensions entre N couples de bornes extérieures du réseau, en ce que l'on déduit de ces messes par le calcul les valeurs des forces électromotrices thermoélectriques engendrées aux N sommets du réseau, et en ce qu'on en déduit les valeurs des températures à ces sonnets à l'aide de la caractéristique thermoélectrique du couple de métaux utilisés pour les conducteurs du réseau. 8.- Procédé de génération thermique caractérisé en ce que lton constitue un réseau de conducteurs électriques selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, et en ce que l'on envoie dans ce réseau par ses (H + 1) connexions extérieures des courants déterminés de façon à engendrer entre les sommets du réseau des différences de temperature.