Brevet FR2337368A1 — publié le 19770729

La présente invention peut être adaptée à toute installation de chauffage central indivaduel ou collectif quel que soit le fluide chauffant utilisé. Le dispositif permet de commander en fonction de la température extérieure dont il prend l'information à l'aide d'une sonde - soit 1 'allumage et l'extinction des brûleurs d'une chau dière (fonctionnement en "tout ou rias') - soit le- fonctionnement d'une vanne à servo-moteur contre lant le circuit d'eau chaude (fonctionnement "proprotionnel") - soit tout autre dispositif permettant de commander la température du fluide chauffant. Les dispositifs connus à ce jour utilisent généralement des capteurs de températtre délivrant des tensions ou des courants qui ne sont pas directement proportionnels à la température mesurée. Les circuits électroniques traitant les informations reçues n'étant pas eux-memes parfaitement linéaires, il en résulte l'obligation d'utiliser des circuits de correction interne, comportant des éléments non linéaires comme par exemple des résistances à coefficient de température négatif. Ces circuits sont d'une mise en oeuvre délicate et d'une mauvaise reproductibilité lors d'une fabrication de série. Il est à noter également que ces circuits de correction ne permettent pas de rétablir une réponse de l'ensemble parfaitement linéaire. De ce fait la plupart des dispositifs connus comportent généralement sur le panneau avant une commande dite de compensation destinée à corriger l'imprécision des circuits. Le réglage de cette commande devant être effectué par appro himations successives revet un emploi peu commode notamment du fait de l'attente imposée entre chaque réglage, attente con sécutive a l'importante inertie thermique des installations. Lc dispositif, objet de l'invention permet d'pbtenir un fonctionnement parfaitement linéaire du fait que le type de sonde utilisée délivre une tension électrique rigoureusement proportionnelle à la température qu'elle mesure. D'autre part, les circuits électroniques qui lui sont associés ont, eux-mEmes de par leur principe, une réponse parfaitement linéaire. Le dispositif, objet de 11 invention permet de résoudre une équation de la forme y ---a x 4 b r est la température du fluide chauffant a est un coefficent appelé "pente de chauffage". Sa valeur déx terminée en fonction du mode de chauffage et du type de lo caux à chauffer est affichée sur le panneau avant de l'appa reil. x est la température extérieure. b est une correction déterminée elle aussi en fonction du mode de chauffage et dy type de locaux à chauffer et permet un décalage parallèle de la courbe tout en conservant le pente. L'utilisateur règlera ce coefficient à la valeur désirée à l'aide d'une commande disponible sur le panneau avant de l'appareil. Le schéma synoptique du descriptif, objet de I1 invention est représenté à la figure I. I1 comporte 2 branches dont les informations respectives seront comparées, ceci afin de permettre le contrôle de l'organe de commande terminal. La Ière branche est composée d'un capteur de température I mesurant la température du fluide chauffant. L'information de ce capteur est transmise à un amplificateur 2 dont le rôle est d'amener la tension électrique issue du capteur au niveau et à la polarité nécessaires à l'entrée du comparateur à laquelle elle est appliquée. L'information ainsi mise en forme par la 1ère branche réprésente la valeur y de la fonction y = - ax + b La 2ème branche est composée l'un capteur de température 7 mesurant la température extérieure. L'information de ce capteur est transmise à un amplificateur 4 dont le rôle est d'amener la tension électrique issue du capteur aux mimes standards de niveau et de polarité que l'information précédente afin d'en effectuer ultérieurement la comparaison.Cette information, issue de 17amplificateur 4 représente la valeur x de la fonction y=-ax * b Elle est ensuite appliquée à un amplificateur à gain variable 5, afin d'être affectée du coefficient a (pente de chauffe). ta va- leur du gain de l'amplificateur 5 étant ajustée par une commande aceessible sur le panneau avant de l'appareil, la pente de chauffe se trouve ainsi réglée à la valeur désirée par l'utilisateur. L'information de l'amplificateur 5 représente le terme - ax de la fonction y = - ax t b. L'additionneur 6 qui suit effectu: era la somme algébrique des s informations suivantes qui lui sont apliquées à l'entrée I - L'information issue de l'amplificateur réprésentant le terme ax. 2 - L'information réprésentant le terme b, élaborée par l'ajus tage d'une tension à l'aide d'une commande sur le panneau avant de l'appareil, permettant ainsi à l'utilisateur de décaler parallèlement la courbe de chauffe en fonction des points de température désirée. 3 - Une information supplémentaire appelée h est élaborée à partir du signal issue du comparateur 7 permettant d'ajus ter à la valeur désirée lshystérisis du système (PFee- tionnel) L'information issue de l'additionneur 6 élaborée par la seconde branche représente le terme - ax | + b (affecté de la commande d'hystérisis). Les 2 termes : y d'une part et - ax + b + h d'autre part sont appliqués aux entrées d'un amplificateur comparateur 7. L'information issue de ce dernier est dans le cas d'une commande dite par "tout ou rien" amplifiée par un ampli 8 afin d'attaquer le relais 9 agissant sur l'organe de commande. Dans le cas de commande dite "proportionnelle" les 2 termes y et - ax + b + h sont appliqués aux entres d'un amplificateur différentiel TO commandant par l'intermédiaire de chacune de ses sorties 2 relais IT et 12 contrant eux-mEmes la vanne à servo moteur. Les capteurs de température I et 3 sont identiques. Ils sont constitués par une jonction P.N. de matériaux semi-conducteurs silicium, par exemple à cause de son fonctionnement possible dans Nine plus large gamme de température ( - 50..OC + I500C). Cette jonction présente la propriété de délivrer à ses bornes une tension rigoureusement proportionnelle à la température à laquelle elle est portée. Pratiquement, ce capteur de température peut étre réalisé de différentes façons dont quelques unes sont décrites ci-dessons A titre d'exemples non limitatifs I - La jonction P,N. -peut être réalisée spécialement pour cet usage afin d'obtenir les meilleures perfomances visées dans cette application. 2 - La jonction P.N. peut étre aussi constituée par une simple diode. 3 - La jonction P.N. peut étre encore constituée par la jonc tion émetteur-base d'un transistor, la base de ce dernier étant, dans ce cas, reliée au collecteur. 4 - Le capteur peut encore astre constitué par l'assemblage de plusieurs jonctions en série afin d'en augmenter la sen sibilité. Quel que soit le mode de réalisation du capteur de tempéra ture, il est impératif d'établir un excellent contact thermique entre la jonction elle-même et le bottier la contenant; ceci afin de réduire l'inertie thermique du capteur. Cette condition peut être obtenue, par exemple, par l'enroba ge de la ou des jonctions dans une résine epoxy. La figure 2 représente le schéma de principe d'un mode de réa lisation de la présente invention. La Ibère tranche constituant la mise en forme de l'information y correspondant à la température du fluide chauffant est réalisée comme suit - une diode D1, du type IN 4148 par exemple, constituant le cap teur de température, tel qu'il 6 été défini précédemment est en contact thermique avec le fluide chauffant. La diode Dl est insé rée dans un dispositif d'alimentation à courant constant consti tué par le transistor TI (de type 2N 2905 par exemple) dont le point de fonctionnement est déterminé par les résistances R1 = 2,2 Kohms, R2 = 7,5 Kohms, et R3 = I Kohm. Le dispositif d'alimentation à courant constant tel qu'il est décrit permet d'obtenir une linéarité rigoureuse de la tension en fonction de la température à mesurer. Alimentée par une simple résistance la diode D1 verrait le courant qui la traverse augmen ter lorsque la tension à ses bornes diminue, ce qui s'opposerait à la variation due à la température à mesurer et rendrait ainsi le dispositif non linéaire. La tension disponible aux bornes de Dl est ensuite appliquée à travers une résistance R4 = 10 Kohms à l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel MC1 de type SN 72741. L'amplificateur opérationnel MCI a pour r81e d'amplifier la tension issue de DI pour l'amener à une valeur compatible avec la comparaison ulté rieur. Ici le standard a été atbitraieement fixé à une valeur de I00 mV par degré centigrade. Le gain de MC1 a été amené à 53. I1 est déterminé par le rapport des résistances R9 = 530 Kohms et R4 = IO Kohms. L'ensemble constitué par les résistances R5 = IO Kohms, R6 = 56 Kohms, R7 = 15 Kohms, R8 = 15 Kohms et le potentiomètre P1 = I Kohm permet de symétriser l'entrée directe de l'amplificateur MCI et d'ajuster le zéro de la sonde à l'aide de Pl. Le conden sateur CI = 0,I micro F disposé en parallèle sur R9 coupe la bande passante de MCl. Le signal disponible au point A à la sortie de l'amplificateur MCI constitue l'information y correspondant à la température du fluide chauffant au standard de 100 mV par degré. Une seconde branche,constituée des éléments T2 - D2- MC2 - P2 t2 et Ril à R 19, absolument identique à la Iére branche précédem ment décrite délivré au point B un signal constituant l'informa tion x correspondant à la température extérieure, au même standard de 100 mV par degré. La tension recltillie au point B est appliquée à travers la résistance R 20 = 10 Kohms à l'entrée inverseuse d'un amplifica teur opérationnel MC3 de type SN 72 741. Un pont diviseur constitué par R 23. = 3,3 Kohms et P3 = SI0 Kohms disposé à la sortie de l'amplificateur MC3 permet de pré lever par l'ajustage du potentiomètre P3 une fraction du signal de sortie et de la réinjecter à travers la résistance R 22 = 4,7 Kohms à l'entrée de l'amplificateur MC3. La résistance R 21 = 3,3 Kohms symétrise entrée directe de l'amplificateur MC3. Le montage ainsi réalisé constitue un amplificateur à gain variable dont le roule est d'affecter le terme x du coefficient 'a correspondant à la pente de chauffe. L'utilisateur pourra ainsi fixer la courbe de chauffe a la valeur désirée en ajustant le potentiomètre P3 accessible sur le panneau avant de l'appareil. I1 est à noter que le gain de l'amplificateur MC3 étant direc tement proportionnel au taux de contre réaction, donc à la valeur de la tension prélevée par le potentiomètre P3, ce dernier aura une loi de variation linéaire et le cadran de son bouton de com 'mande pourra être gradué linéairement. La plupart des appareils connus possèdent des échelles non linéaires plus délicates à réaliser et moins précise A manipuler. La tension disponible à la sortie de l'amplificateur MC3, au point C constitue l'information correspondant au terme-ax de l'é- quation de forme y = - ax + b. L'amplificateur opérationnel MC4 de type SN 72 741 réalise la sommation des termes : - ax + b et affecte l'équation d'un ter me supplémentaire h permettant d'ajuster l'hystérisis du dispositif. L'entrée positive reçoit donc les 3 informations : - ax + b + h; Un diviscur potentiométrique constitué par R 27 = 6,8 Kohms i en série avec P4 = I Kohm est alimenté entre le + 15 V de l'ali mentation générale et le 0 V . La tension prélevée par le cur seur de P4 constitue le terme-+ b. L'ajustage du potemtiomètre P4 dont la commande est acces sible sur le panneau avant de l'appareil permet à l'utilisateur de décaler la courbe de chayffe narallèlement i elle-meme et de la régler à la valeur désirée, en fonction des graduations portées en face de cette ca mandc. It est a noter que, comme pour le potentiomètre r--, la loi de variation de P4 sera linéaire ainsi que 11 échelle portée sur le panneau avant de l'appareil. La tension représentant le terme - ax disponible au point C est appliqué à travers R 24 = T M ohm à l'entrée directe de l'amplificateur MC4. La tension réprésentant le terme + b disponi ble sur le curseur de P4 est appliquée à travers la résistance R 25 = I M ohm à 11 entrée directe de l'amplificateur MC4. La ten sion représentant le terme h disponible au point E est appliquée à travers R 26 = I Mohm à l'entrée directe de l'amplificateur MC4. Les 3 informations - ax + b et + h étant appliquées à lten- trée directe de 11 amplificateur MC3, les résistances R 28 = I Mohm et R29 = 2 Mohms rendront symétrique l'entrée négative de l'-amplificateur MC3 et fixeront la valeur du gain de ce der nier à l'unité. Il. est à noter que le présent montage permet l'introduc tion d'une ou plusieurs données supplémentaires comme par exem ple l'information d'une sonde anémométrique. Les informations mises en.forme au standard d'entrée peuvent autre introduites à travers des résistances de valeur I Mohm sur l'entrée directe de l'amplificateur additionneur MC4. Il serait nécessaire, dans ce cas, de réajuster la valeur de la résistance R 29 en fonction du nombre de données supplémentaires introduites. La tension disponible à la sortie de l'amplificateur MC4 au point D constitue l'information - ax + b + h. La tension disponible au point D représentant l'information - ax + b + h sera appliquée à travers la résistance R 30 = IO Kohms à.l'entrée directe d'un amplificateur opérationnel MC5 de type SN 72 74I.monté en comparateur et recevant sur son entrée inverseuse la tension disponible au point A représentant l'information y. Le niveau recueillie en F à la sortie de l'amplificateur MC5 sera à l'état haut soit + 15 V lorsque la valeur du terme y sera supérieure au terme - ax + b + h ainsi comparé. Lorsque la valeur du terme y sera égale ou supérieure au terme - ax + b + h (le niveau en F) sera à l'état bas soit - 15 V, Un dispositif potentiomètrique constitué par la diode D3 = IN 4148 en série avec une résistance R 31 = 13,5 Kohms et le potentiomètre P5 = I Kohm permet de prélever selon la position du curseur de P5 une fraction de la tension de sortie du comparateur MCS disponible en F. La diode D3 a pour effet de bloquer le courant traversant le potentiomètre quand le comparateur MC5 est à l'état haut ( + 15 V).L'hystérisis obtenue de cette manière sera donc négative. La tension prélevée par le curseur du potentiomètre P5 disponible au point E constituera l'information h. Le potentiomètre P5 à loi de variation linéaire dont la com mande sera accessible sur le panneau avant, comportera une échelle linéaire directement graduée en degré C et permettra ainsi à l'utilisateur de régler précisément l'hystérisis du système à la valeur désirée. Le dispositif tel qu'il est représenté à la figure 2 peut effectuer une commande dite par "tout ou rien" s'il est réalisé avec le circuit représenté à l'intérieur du rectangle en pointillé I ou, au contraire, effectuer une commande dite wpropor- tionnelle" s'il est réalisé avec le circuit réprésenté à l'intérieur du rectangle en pointillé 2. Le circuit adaptant le dispositif à une commande dite par "tout ou rien" représenté dans le rectangle en pointillé I est réalisé comme indiqué ci-après. La tension recueillie à la sortie du comparateur MC5 disponible au point F est appliquée h travers R 32 = 4,7 Kohms à la base d'un transistor T3 de type 2N 2219 par exemple. t'émetteur de T3 est relié an potentiel 0 alors que son col lecteur se trouve chargé par la bobine d'un relais RI1. Lorsque le niveau au point F sera à l'état haut (+ 15 V) le transistor T3 sua rendu conducteur et la bobine du relais ti sera alimentée fermant son contact travail. Ce dernier pourra par exemple déclencher la mise en routez du brûleur de la chaudière. Lorsque le niveau au point F sera à ltétat bas (-15V) le tran sistor T3 sera bloqué et la bobine du relais RL1 n'étant pas ali mentée, son contact travail restera ouvert. Le rôle de la diode 4 de type IN 4148 par exemple est de li miter la tension négative appliquée sur la base du transiswtor T3 à une valeur n'entralnant pas la destruction de la jonction émet teur-base de ce dernier. La diode 55 protège le transistor T3 du courant de rupture généré par la bobine du relais RLI. Le circuit adaptant le dispositif à une commande dlte "pro- portionnellen représenté dans le rectangle en pointillé 2 est réalisé comme indiqué ci-après Le signal disponible au point A représentant l'information y est appliqué à travers la résistance R 32B= 10 ohms à l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel MC 6 de type SN 72741 Le signal disponible au point D représentant l'information - ax t b + h est appliqué à travers la résistance R 35 = TO Kohms à l'entrée directe de l'amplificateur opérationnel MC6. Ce der nier, monté enamplificateur différentiel possède une résistance de contre réaction R 33 = 20 Kohms disposée entre sa sortie et son entrée inverseuse.La résistance R 36 = 220 Kohms symétrise entrée inverseuse. La sortie de l'amplificateur différentiel MC 6 attaque d'une part, à travers une résistance R 34 = 4s7 Kohms la base du transistor T4 de polarité NPN et de type 2N 2219 par exemple, d'autre part, à travers une réisitance R 37 = 4,7 Kohms la base du transistor T5 de polarité PNP et de type 2N 2905 par exemple. L'émetteur du transistot T4 est relié au potentiel O et son collecteur est chargé par la bobine du relais R12, elle mêne alimentée par la tension + 15 V. Le contact travail du relais RL2 commandera par exemple le passage de l'eau chaude dans la vanne d servo-moteur. La diode Du de type IN 4148 par exemple protège la jonction émetteur-base du transistor T 4 contre les tensions négatives. La diode D7 de type IN 4148 par exemple protège le transistor T 4-du courant de rupture généré par la bobine du relais RL2 L'émetteur du transistor T5 est relié au potentiel 0 et son collecteur est chargé par la bobine du relais RL3, elle-même alimenté par la tension - I5 V. Le contact travail du relais RL3 commandera par exemple le passage de l'eau froide dans la vanne à serve-moteur. La diode DS de type IN 4148 par exemple protège la jonction émetteur-base du transistor T5 contre les tensions positives. La diode Do de type IN 4148 protège le transistor T5 du courant de rupture généré par la bobine du relais RL3. Lorsque la tension disponible au point A représentant l'information y diminuera la tension de sortietde l'amplificateur différentiel MC 6 augmentera rendant ainsi le transistor T4 con ducteuv ce dernier alimentant la bobine du relais RL2. Le contact travail de RL2 commandera le passage de l'eau chaude dans la vanne à servo-moteur. Lorsque y deviendra égal à -ax + b le relais RL2 ne sera plus excité et le dispositif sera alors équilibré.Lorsque - ax + b diminuera la tension de sortie de l'amplificateur différentiel MC 6 diminuera rendant ainsi le transistor T5 conducteur, ce dernier alimentant la bobine du relais RL3.Le contact travail du relais RLS commandera le passage de l'eau froide de la vanne à servo-moteur jusqu'à ce que y = -ax +b Le relais RL3 ne sera plus excité et le dispositif sera de nouveau équilibré. Le montage requiert 2 tensions d'alimentation + I5 V et - I5 V par rapport à la masse, destinées à l'alimentation des micro circuits MÇ1 à MC 6 et des transistors Ti à T5. La figure 3 représente, à titre d'exemple un schéma d'alimentation + et - I5 V pouvant convenir au dispositif objet de la présente invention - Un transformateur TRI présente un enroulement primaire de 220 V destiné à autre raccordé au réseau électrique. Le transfor mateur TRl possède 2 enroulements secondaires identiques déli vrant chacun 18 V.Les 2 tensions alternatives de I8 V sont cha cune appliquées aux entrées alternatives d'un pont redresseur resprectivement RED 1 pour la tension + I5 V et RED2 pour la ten s ion - I5 V. La sortie - du pont R13DI est raccordé à la sortie + du pont RED2 ; cette correction constitue la masse électrique du circuit ou potentiel 0. La tension redressée par REDI est filtrée par un condensa > teur C3 = 500 micro F avant d'être appliquée à l'entrée d'un ré gula-teur de tension constitué par les micro circuits MC7 de type LM 340 K 15 par exemple. La tension + 15 V stabilisée disponible sur la sortie du régulateur MC 7 est ensuite découplée par un condensateur C 4 = T micro F et constitue la tension d'alimenta tion + 15 V. La- tension redressée par RED2 est filtrée par un condensa teur C5 = 50 micro F avant d'être appliquée à l'entrée d'un ré gulateur de tension constitué par le micro circuit MC 8 de type L 320 K 15 par exemple. La tension - I5 v stabilisée disponi ble sur la sortie du régulateur MC 8 est ensuite décounlée par un condensateur C 6 = T micro F et constitue la tension d'alimenta tion - 15 V. La présente invention peut être utilisée pour contrôler des installations de chauffage central individuel ou collectif à air, à eau ou à tout autre fluide dans le but de réduire la con sommation d'énergie et d'améliorer le confort de l'utilisateur. Ce dispositif peut être prévu sur toute installation a réalIser ou adapté sur toute installation existante. REVENDICATIONS I - Dispositif permettant d'asservir la temeArature du fluide chauffant d'une installation de chauffage domestique n la température extérieure caractérisd npr le fait que les capteurs de température utilisés sont constitués par la jonction de matAri- aux semi-conducteurs 2 - Dispositif selon la revendication I caractérisé par le fait que la jonction constituant le capteur de température est ali mentie par un circuit électronique délivrant un cour-ant constant permettant au canteur de délivrer une tension rigoureusement proportionnelle à la température mesurée 3 - Dispositif selon la revendication I caractérisé par le fait oue la commande réglable de la pente de chauffe est obtenue au moyen d'un étage comportant un amplificateur opérationnel à gain variable réalisé comme suit : le dosage de la contre-réaction de l'amplificateur est effectué à l'aide d'un potentiombtre à loi de variation linéaire prélevant une fraction de la tension de sortie de l'amplificateur et la réinjectant sur l'entrée directe de ce mme amplificateur .Dans un tel montagne, le gain de l'am plifioateur opérationnel est directement proportionnel à la position du curseur du potetiométre et l'échelle de ce dernier peut autre graduée d'une façon linéaire directement pour la valeur de la pente de chauffe 4 - Dispositif selon la revendication I caractérisé par le fait que la commande réglable d'hystérésis est réalisé au troyen dtun circuit prélevant a!ne fraction de la tension de sortie du compa rater de la température extérieure à la température du fluide chauffant ; cette tension de sortie étant prélevée au travers d'une diode dont la cathode est réalisée à la sortie du comparateur , permet d'obtenir une hystérésis native . La tension d hystérésis ainsi élaborée est ensuite réinjectée au niveau du sommateur 5 - Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait que la tension prélevée à la sortie du comparateur est ajustée à l'aide d'un potentiomètre à loi de variation linéaire permettant de doter l'appareil d'une échelle linéaire d'hystérésis directement graduée en degrés ; la valeur de l'hystérésis dans un tel montage est directement proportionnel à la valeur de la tension réinfectée