Brevet FR2334996A1 — publié le 19770708

La présente invention concerne un appareil de régulation de chauffage et de ventilation qui est particulièrement destiné à etre utilisé dans des bâtiments d'élevage. Il a été trouvé que l'élevage des animaux domestiques pouvait être sensiblement amélieré en maintenant leur environnement à une température constante et judicieusement choisie. II an est ainsi en particulier de la période de sevrage des porces qui peut être sensiblement réduite quand l'atmosphère du bâtiment abritant les porcelets est de l'ordre de 22 à 23 C, par exemple. Il faut bien comprendre que le choix de la température important, mais qu'il est également nécessaire de limiter autant que possible les variations de température autour de la température ensisfe. S'est ains que des variations aussi faibles que # 0,5 C doivent être envisagees.Or, les thermostats actuellement sur le marché, à des prix raisonnables, ne permettent pas, étant donné l'écart autre les températures de déclenchement et de mise au repos, d'obtenir une régulatinn aussi fine. @ar ailleurs, il est nécessaire que le système de reguiation tienne compte de la contrainte résultant de la vetilation minimale imposée pour éliminer les odeurs dans les bâtiments d'élevage. Bien entendu, il est préférable que cette ventilation minimale soit réglable en fonction de conditions prédéterminées par l'éleveur. Un objet de la présente invention consiste à prévoir un appareil ae régulation permettant de satisfaire à toutes les conditions mentionnées oidessus. Un autre objet de l'invention consiste à prevoir un appareil de réguiation capable de traiter les signaux électriques délivrés par une sonde de température. Un autre objet de l'invention consiste a prévoir un appareil de régulation capable de comnander les temps de fonctionnement tune résistance de chauffage électrique, ou d'un générateur de chaleur à carburant, te que e gaz te mazout, etc., ou d'un générateur d'un autre type, en fonction des simnaux délivrés par la sonde de temperature mesurlant la température dans le bâtiment concerné. Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un appareil de régulation capable de commander Le débit d'air traversant Ie bâtiment concerné, en agissant par exemple sur la vitesse de rotation d'un ventilateur, en fonction des signaux délivrés par ladite sonde de température. Un autre objet de l'invention consiste a prévoir un appareil de régulation capable, à la fois, de commander des temps de fonctionnement de chauffage et un niveau de ventilation, a partir des signaux délivres par une sonde ou tout autre appareil de mesure de la temperature. Un autre objet de l'invention consiste a prevoir un appareil qui soit, la fois, robuste, fiable et relativement facile à installer, et qui, le cas échéant, puisse être remis en état de fonctionner rapidement en procédant à un échange du principal du principal circuit de l'appareil. suivant une aractéristique de l'invention, il est prévu un appareil capable de -ommander les temps de fonctionnement d'un appareil de chauffage fonctionnant à an niveau de travail et à un niveau de repos, et le niveau de ventilation graduellement entre une valeur minimale prédéterminée et une valeur maxlmale, en traitant des signaux délivrés par une sonde, dans lequel les signaux délivrés par ia sonde sont convertis en variations de résistance électrique, lesquelles sont converties en variations de tension au moyen de eux réseaux de résistance montes en pont, chacun des réseaux délivrant respects vement ine première et une seconde tensions à un premier et un second circuits de comparaison, le premier circuit de comparaison alimentant un circuit à seuils délivrant un signal de sortie à un relais électro-magnétique quand son signal d'entrée dépasse un premier seuil et cessant de délivrer ce signal quand on signal d'entrée est inférieur à un second seuil inférieur au premier seuil, ledit relais commandant, suivant son état de travail ou de repos, le niveau de travail ou de repos de l'appareil de chauffage, le second circuit de comparaison commande un générateur d'impulsions rectangulaires fonctionnant & à une fréquence double de celle du secteur, lesdites impulsions rectangulaires contrôlant un triac monté dans le circuit d'alimentation du moteur d'un ventilateur, la largeur de chaque dent de scie étant fonction d'un signal délivre par le second circuit de comparaison. La caractéristique ci-dessust ainsi que d'autres caractéristiques de. l'invention apparattrowt plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant raite en relation avec Les dessins joints, parmi lesquels= La Fig. 1 représente schématiquement, en coupe, un bâtiment d'élevage dans lequel on utilise l'appareil suivant l'invention, ia ig. 2 représente schématiquement le coffret de commande de l'appareil de l'invention avec des connexions schématiques vers les appareils d'utilisation et la sonde de température et, la Fig. 3 montre le schéma électrique du circuit de commande de l'appareil suivant l'invention. A la Fig. t, on a représenté un bâtiment dans lequel on élève des animaux dans des stalles montees sur un plancher i La température de Itatmos- entre qui se trouve immédiatement au-dessus des animaux installés dans les stalles est mesurée par une sonde 1 qui délivre un signal électrique fonction des variations e -amperature subies, à l'appareil 3 qui sert à réguler le chauffage et la ventilation a l'intérieur du bâtiment.L'appareil 3 contrôle ie fonctionnement d'un dispositif ae chauffage 4 et un ventilateur 5, Le dispositif de chauffage 4 est placé devant une entrée d'air et se compose pratiquement ie resistances électriques chauffantes. Le ventilateur 3 assure l'extraction de l'air de l'intérieur du bâtiment vers l'extérieur. Il sert ione à établir une circulation entre l'ouverture du dispositif 4 et l'extérieur à travers le bâtiment; il a pour autre effet d'éliminer les mauvaises odeurs provenant des fosses é au-dessous du planche 1. De préférence, le ventilateur a quelle que soit la température de sonde 2, une vitesse de retation minimale permettant @'eliminer ces odeurs @u de les maintenin à un niveau acceptable. Dans l'appareil de l'invention, les rèsistances électriques du dispositif 4 sont commandées par leur mise sous tension ou leur mise hors tension. s'agit d'une commande par-tout ou rien. Par contre, le ventilateur 5 a a vitesse commandée par des signaux délivrés par l'appareil 3. La Fig. 2 montre le coffret 3 pourvu ie liaisons sonematiques i'une part, vers le secteur pour recevoir de l'énergie et vers la sonde à pour recevoir les signaux de variation de températune et, d'autre part, vers le ventilateur 3 et le dispositif de chauffage 4. Il apparaft que l'appareil comporte trois boutons de commande @, l et c. le bouton @ sert à négler la ventilation en affichant à l'aide d'un andex du bouton une temperature précéterminée. Le bouton 8 sert à réguler la chauffage en affichant à l'aide d'un index la même température que celie affichée par le bouton @. Le bouton @ sert à déterminer la ventilation minimale quelle que soit la remperature resurée par la sonde @. A la Fig. 3, le circuit de commande de l'appareil de régulation comporte un transformateur d'alimentation IR, dont l'enroulement primaire est alimenté par le secteur sous 220 V alternatif entre pnase et neutre. le neutre N stant à la masse, et dont l'enroulement secondaire alimente deux ponts redresseurs double alternance PR1 et PR2. La tension délivrée par PR1 est réqulée dans un circuit de régulation d'alimentation RG classique qui delivre une tension @ 12 V necessaire pour l'allmentation de composants électroniques classiques, tels que des ampiificateurs opérationnels et des transistors n-p-n. Le circuit comprend un premier pont de résistances avec une oremière brancne composée d'un potentiomètre P1 et de la première partie d'un potentiomètre P2, une seconde branche composée de la seconde partie du potentiomètre P2 et d'une résistance R1, une troisième branche composée d'un potentiomètre P3 et une quatrième branche composée de ia résistance r de la sonde 2 constituée par une thermistance.La première et la seconde branches sont montées en série entre @ 12 et la masse, ainsi sue la troisième et quatrième branches. te curseur du potentiomètre P2 est reliée à l'entrée - d'un amplificateur opérationnel AI, à travers un résistance d'entrée R2. Le point commun a la thermistance 2 et au potentiomètre P3 est relié a l'entrée + de l'amplificateur A1, à travers un résistance d'entrée R3, égale a R2. A1 est monté en détecteur de tension, le rapport entre la tension de sortie et la tension d'entrée appliquée à l'entrée . pouvant être réglée par la résistance variable R4. Le circuit comprend un second pont de résistances comportant une première branche composée-de la résistance R5 et de la première partie du potentiomètre P4, une seconde branch composée de la seconde partie du potentiomètre P4 et une résistance R6, et d'une troisième et quatrième branches constituées par les mêmes composants que ceux des troisième et quatrième branches du premier pont de résistances, Le curseur du potentiomètre P4 est relié à l'entrée + d'un amplificateur opérationnel A2 a travers une résistance d'entrée R7, tandis que le point commun au potentiomètre P3 et tt la thermistance 2 est relié à l'entrée - de l'amplificateur A2 à travers une résistance R8, égale à R7.L'amplificateur A2 est monté en détecteur de tension avec une résistance de réaction R9 entre sa sortie et son entrée -. Le condensateur C1 monté en parallèle avec la thermistance 2 sert a découpler les courants résiduels à 50 Hz. La sortie de l'amplificateur A1 est reliée, a travers une résistance R10 à l'entrée + d'un troisième amplificateur opérationnel A3. L'entrée + de A3 est découplée à la terre par un condensateur C2 et, d'autre part, polarisée par une diode D1 montée entre cette entrée + et le curseur d'un potentiomètre P4, qui fait partie d'un circuit potentiomètrique monté entre entre +12 V et la terre et comprenant, dans cet ordre, un résistance Ril, le potentiomètre P5 et une résistance R12. Le pont redresseur PR2 délivrant des alternances redressées, a la fréquence de 100 Hz, alimente un générateur de dent de scie comprenant un transistor unijonction T1, monté en relaxateur, dont une des bornes de base est reliée à résistance de sortie R13 du pont PR2, à travers une résistance R14 et dont l'autre borne de base est reliée à la masse, à travers une résistance R15. L'émetteur du transistor unijonction T1 est relié au + 12 V, fourni par RG, à travers une résistance R16, d'une part, et à la Fasse par un condensateur 03. Une diode Zener D2 limite la tension entre le point commun à R13 et R14 à +12 V.Le condensateur C3 est chargé par la résistance R16, la charge étant pratiquement linge aire; il est déchargé chaque fois que le transistor Ti est déclenché. La résis- tance R16 a une valeur relativement élevée, si bien que la durée pendant laquellechaque demi-sinusoTde, écrêtée par D2, est appliquée au transistor TI, en particulier dans sa partie constante, n'est pas suffisante pour que C3 puisse acquérir une charge suffisante pour provoquer le déclenchement de Tt. Ce déclenchement a pourtant lieu peu avant que la demi-sinusoïde écrêtée atteigne la valeur zéro car la tension sur la première borne de base de TI devient suffisamment faible. Ainsi, an obtient des dents de scie à la même fréquence de lO0 Hz que les demi sinusordes, ces dents de scie étant recueillies au point commun à C3 et R16 pour être appliquées, à travers la résistance d'entrée R17, à l'entrée - de l'ampli ficateur A3. Une résistance de grande valeur R18 est montée entre le point commun à R13 et R14, d'une part, et l'entrée - de A3, d'autre part, pour protéger cette entrée en évitant que la tension appliquée n'y devienne négative. L'amplificateur A3 fonctionne en générateur d'impulsions en délivrant une impulsion, à tension constante, tant que le signal en dent de scie appliqué à son entrée - a une amplitude supérieure à la tension appliquée à son entrée Il apparaît que chaque impulsion se termine avec la dent de scie, mais a son début retardé par rapport à celui de la dent de scie. Ce retard est fonction de la tension appliquée à l'entrée t de A3 et varie proportionnellement. La sortie de l'amplificateur A3 est reliée, à travers une résistance R19, à la base d'un transistor de computation n-p-n TZ, dont l'émetteur est à la masse et le collecteur relié à la tension de +12 V par une résistance R2Q. Le collecteur de T2 est encore relié, par un contact de travail Xi, à la gachette d'un triac T3 dont une borne est reliée à la masse et l'autre à l'entrée d'un filtre F, éliminant les parasites de commutation. La sortie du filtre F est reliée à la borne "neutre" du moteur électrique du ventilateur 5 dont l'autre borne "phase" est reliée à la borne correspondante du primaire du transformateur TR, par I'intermédiaire d'un contact de travail X2 et d'un fusible FU. Le transistor T2 est bloqué quand la sortie de 11 amplificateur A3 est à zéro et passant, se comportant pratiquement comme un court-circuit, quand la sortie de A3 est positive, Donc, avant l'impulsion mentionnée ci-dessus, le transistor est bloqué ce qui entraîne Itapplication de la tension de +12 V, à travers R20, sur la gachette de T3 qui conduit en mettant l'entrée du filtre F à la masse. Fendant l'impulsion mentionnée ci-dessus, le transistor est passant et le potentiel de terre est appliqué à la gachette ce qui bloque le triac T3. Sous une autre forme, avant l'impulsion, le moteur de 5 est alimenté, à travers le filtre F, et, pendant l'impulsion, le moteur n'est pas alimenté. Selon le retard entre le début de la dent de scie et l'impulsion, le moteur est plus su moins longtemps alimenté, c'est à dire tourne plus ou moins vite. La sortie de l'amplificateur A2 est reliée, par une diode D3 et une résistance R2t, au point commun à deux résistances F22 et R23, montées en série entre +12 V et la terre pour former un diviseur de tension. Entre le point commun à la diode D3 et la résistance R21, d'une part, et la masse, d'autre part, est un condensateur C4, dont on décrira le rôle Par la suite. Le point commun à R22 et H23 est relié à l'entrée + d'un amplificateur opérationnel A4 dont l'entrée est reliée au point commun à deux résistances R24 et R25, qui font partie d'un diviseur de tension comprenant en série entre +12 V et la masse les trois résistances 26, R25 et R24.La sortie de l'amplificateur A4 est reliée, d'une part, par une diode D4 au point commun des résistances R25 et R26, et, d'autre part, par une résistance R27 à la base d'un transistor de puissance T4 du type n-p-n. L'émetteur de T4 est à la masse et son collecteur est relié une borne de l'enroulement d'un relais RE1 dont l'autre borne est reliée à la sortie positive du pont PRI. La base de T4 est également reliée à la masse par un condensateur C5. Le contact RKI .1 du relais RE1 est monté entre la masse et la phase par l'intermédiaire de l'enroulement d'un relais RE2 et d'un contact de travail X3. Le relais RE2 correspond à la bobine du contacteur commandant l'alimentation électrique de la résistance du dispositif de chauffage 4. On va supposer, pour décrire le fonctionnement de l'amplificateur A4, que la tension appliquée à son entrée - est inférieure à un niveau Vb si bien que l'amplificateur A4 délivre un signal relativement positif, mais que cette tension est croissante. La tension à la sortie de l'amplificateur A4 tend à diminuer et la chute de tension est transmise par la diode D4 à son entrée +, si bien que la tension à la sortie de A4 diminue moins vite que n'augmente celle de l'entrée -. Toutefois, si la tension à l'entrée - dépasse un second niveau Vh, supérieur à Vb, la tension de sortie est réduite suffisamment pour que la diode D4 soit bloquée si bien qu'elle tend vers zéro, ce qui a pour effet de bloquer le transistor T4.Si maintenant la tension à l'entrée - diminue, la tension à la sortie de A4 tend à augmenter mais même quand la tension à l'entrée passe au-dessous de Vh la diode D4 reste bloquée et il faut qu'elle atteigne Vb pour que l'on retrouve l'étant initial. L'amplificateur A4 délivre alors une tension suffisante pour débloquer le transistor T4. En fait, le circuit C5-R27 détermine la constante de temps déterminant l'instant de déblocage de la diode D4 quand le condensateur se charge. Il apparat, de plus, que quand le transistor est bloqué, le relais RE1 n'est pas alimenté, de même que le relais RE2, c'est à dire que le dispositif 4 est hors circuit. Par contre, quand le transistor T4 est passant, RE1 est au travail ainsi que RE2 et le dispositif 4 chauffe. On va maintenant supposer qu'après une période de chauffe du bâtiment, la sonde 2 mesure une température qui dépasse la température de consigne. La résistance de la thermistance 2 diminue. La tension à l'entrée + de A1 diminue. La tension à la sortie de A1 diminue ainsi que la tension à l'entrée + de A3. Le début de l'impulsion de sortie- de A3 est plus retardée. Le moteur de 5 est alimenté plus longtemps. La ventilation augmente tendant à faire diminuer la température dans le bâtiment. Par ailleurs, la tension à l'entrée - de A2 diminue. La tension à la sortie de A2 augmente, comme la tension à l'entrée - de A4. Qmand elle dépasse le seuil Vh, co@@e mentionné plus haut, le relais RE1 a son alimentation coupée et le dispositif 4 cesse de chauffer. On va maintenant supposer que la température est au-dessous de la température de coeisigne. On a l'effet inverse pour le ventilateur 5 ainsi que pour le dispositif 4, quand la tension à entrée - de A4 passe au-dessous de Vb. Il apparaît donc que le ventilateur 5 a a un effet progressif alors que le dispositif 4 fonctionne par tout ou rien. Ainsi, le circuit de l'invention peut s'appliquer à la régulation même quand le dispositif 4 est une chaudière à mazout ou au gaz, dont on sait qu'elle fonctionne par tout ou rien. Dans le cas d'un dispositif à résistance de chauffage, comme on l'a supposé, on pourrait prévoir un effet progressif. Toutefoos, vu l'universalité d'emploi de l'appareil, il semble préférable de conserver une commande par tout ou rien pour le chauffage. Le condensateur C4 permet encore de retarder l'augmentation de tension entre la sortie de A2 et l'entrée - de A4 pour tenir compte des constantes de temps des brûleurs des chaudières. Le curseur du potentiomètre F2 est actionné par le bouton 7 de ia Fig. 2. Il permet d'afficher la température de consigne pour la ventilation. Une fois ce réglage réalisé, on ajuste le potentiomètre PI de manière que la sortie de A1 soit nulle. Le potentiomètre P5 permet de régler dla polarisation à l'entrée de@@, e'est à dire un retard minidmal pour l'impulsion de sortie. Son curseur corre pent a@ bouton 98 de la Fig. 2 qui permet bien de régler une ventilation minimale. Le curseur du potentiolètre P4 correspond au bouton 8 de la Fig. 2. Il permet d'afficher la température de consigne pour le chanffage. Le potentiomètre P3 permet d'obtenir une sortie nulle sur A2 quand la température de consigne du chauffage est égale à celle de la ventilation. Les curseurs des potentiomètres P1 et P3 ont des positions correspondant à des réglages initiaux; ils ne sont normalement pas accessibles à l'utilisateur. Le potentiomètre ou résistance réglable R4 permet d'ajuster le gain de A1 c'est à dire d'obtenir des variations de de ventilation plus ou "oins grandes pour des écarts de température donnés. Les contacts X1 à X3 sont commandés manuellement et permettent respectivement de couper ou de mettre en service la ventilation, l'alimentation générale ou le chauffage. A 11 tre d'exemtles, on va maintenant donner quelques valeurs ou références techniques concernant les composants utilisés dans le circuit de la Fig. 3. R1 3,9 kilohms P1 10 kilohms R2 22 kilohms P2 1 kilohm R3 22 kilohms P3 2,2 kilohms R4 470 kilohms P4 1 kilohm R5 @@@ kilohms P5 10 kilohms R6 3,9 kilohms C1 10 MF R7 47 kilohms C2 10 MF R8 47 kilohms C3 0,1 MF R9 1 mégchm C4 100 MF R10 150 kilohms C5 50 MF R11 18 kilohms A1 LM 307 R12 22 kilohms A2 LM 307 R13 2,2 kilohms A3 LM 307 R14 1 kilohm A4 LM 307 R15 100 ohms T1 2N 2646 R16 100 kilohms T2 SD 135 R17 100 kilohms T3 2230 D R18 338 kilohms T4 BD 135 R19 2,2 kilohms R20 120 ohms R21 33 kilohms R22 390 kilohms R23 100 kilohms R24 10 kilohms R25 3,3 kilohms R26 27 kilohms R27 10 kilohms Les valeurs si-iessus ne sont bien sûr données qu'à titre d'exemple. Bien que es principes te la présente invention aient été décrits ci-lessus en relation avec un exemple de réalisation, il faut comprendre que ladite leseription n'a eté faite du'à titre d'exemple et ne limite pas la portée de i invention. REVENDICATIONS t) Appareil capable de commander les temps de fonctionnement d'un appareil de chauffage fonctionnant à un niveau de travail et à un niveau de repos, et le niveau de ventilation graduellement entre une valeur minimale prédéterminée et une valeur maximale, en traitant des signaux délivrés par une sonde, caractérisé en ce que les signaux délivrés par la sonde sont convertis en variations de résistance électrique, lesquelles sont converties en variations de tension au moyen de deux réseaux de résistance montés en pont, chacun des réseaux délivrant respectivement une première et une seconde tensions à un premier et un second circuits de comparaison, le premier circuit de comparaison alimentant un circuit à seuils délivrant un signal de sortie à un relais électro-magnétique quand son signal d'entrée dépasse un premier seuil et cessant de délivrer ce signal quand son signal d'entrée est inférieur à un second seuil inférieur au premier seuil, ledit relais commandant, suivons son état de travail ou de repos, le niveau de travail ou de repos de l'appareil de chauffage, le second circuit de comparaison commande un générateur d'impulsions rectangulaires fonctionnant à une fréquence double de celle du secteur, lesdites impulsions rectangulaires contrôlant un triac monté dans le circuit d'alimentation du moteur d'un ventilateur, la largeur de chaque dent de scie étant fonction d'un signal délivré par le second circuit de comparaison. 2) Appareil suivant la revendication t, caractérisé en-ce que le circuit à seuil comporte un amplificateur opérationnel monté en trigger de Schmidt. 3) Appareil suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le générateur d'impulsions rectangulaires est un amplificateur opérationnel dont une entrée est reliée à la sortie du second circuit de cotparaison et dont l'autre entrée est reliée à la sortie d'un générateur de dents de scie à la fréquence double de celle du secteur, la sortie de l'amplificateur opérationnel commandant un transistor de commutation monté entre la cachette du triac et le neutre, le triac étant monté entre une phase et le neutre. 4) Appareil suivant L'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier et le second comparateur sont des amplificateurs opérationnels.