Brevet FR2325023A1 — publié le 19770415

La présente invention concerne des dispositifs permettant l'affichage des valeurs de consigne utilisées dans les régulateurs électroniques analogiques, notamment de température. Ces perfectionnements concernent t'utilisation d'un potentiomètre linéaire multitours muni d'un compteur ou d'une montre de repérage associe à un cadran démultiplié affichant directement les valeurs approchées de la température de consigne. L'utilisation d'un potentiomètre linéaire multitours, muni d'un compteur à affichage digital, et sur lequel apparaissent les fractions faibles de la valeur de la consigne (dixième, unités et dizaines) et complété par un afficheur digital à 7, 2... ou n positions complétant les valeurs des centaines, la combinaison électrique de l'ensemble étant telle que les valeurs affichées soient significatives. L'utilisation d'afficheurs par bonds, donnant simultanément une lecture aisee, significative et en valeur numérique de la consigne analogique. I1 est connu que la régulation de température de nombreux équipements tels que fours, enceintes pour essais d'environnement , au moyen de capteurs tels que thermocouples ou sondes à résistance de platine, nécessite l'usage d'un régulateur comportant un système d'affichage précis, reproductible, de lecture aise et compensant la non linéarité de la réponse température-résistance des capteurs. I1 est en effet connu que la variation de la résistance d'une sonde ou platine n'est pas une fonction linéaire de la temperature, mais presente une distorsion importante par rapport à la precision recherchée avec ces équipements : la linéarisation du système soit dans le régulateur, soit dans l'affichage, est nécessaire pour rendre l'appareillage exploitable. L'objet de la présente invention est de procurer un ma tériel de régulation à fonction de commande analogique, donc très economique, mais dont le système d'affichage sur cadre gradué ou plus généralement en numérique, permet une lecture aise et signi ficative en température. Les avantages apportés par l'invention concernent les moyens nouveaux de fabrications de tels afficheurs pour des regulateurs analogiques, comportant les caractéristiques ciraprès, prises isolement ou en combinaison Les afficheurs sont à fonction analogique, à réglage continu ou par bonds. Les afficheurs reglables en continu utilisent des potentiometres multitours linéaires à haute definition. Le repérage fin de la position du potentiomètre est réalisé par une montre ou un compteur, donc reproductible avec précision. La température approchée est lue sur un cadran dont la graduation tient compte de la loi de réponse électrique du capteur (par exemple variation ohmique du fil de platine avec la température). La compensation de la réponse non linéaire du capteur avec la température est obtenue électriquement par l'association de résistances fixes et commutables par bonds, et d'un potentiomètre multitours Les valeurs des consignes sont lues sur des compteurs numériques liés aux potentiometres et commutateurs, les chiffres étant significatifs en temperature compte tenu des systemes de linéarisation electriques inclus. Les afficheurs reglables par bonds comportent des roues crantées et chiffrées associees à des potentiomètres monotour ou des contacteurs, l'association potentiomètre et résistance fixe constituant la linéarisation électrique du système. Dans des afficheurs à réglage en continu ou par bonds, la compensation de la réponse non linéaire du capteur est obtenue par llentrainement en rotation du corps du potentiomètre lui-même, la grandeur et le sens de cette rotation étant définis par la position d'une des molettes ou boutons de l'afficheur. Des afficheurs par bonds comportent des roues à contacts codées decimales, connectées à des circuits résistants combinés, pour tenir compte de la loi de distribution du capteur. Le circuit résistant peut être serigraphie, photogravé ou constitué de résistances soudées. On comprendra mieux l'invention au moyen des descriptions des différentes réalisations donnees à titre d'exemple et non limitativement. Un des afficheurs suivant l'invention comprend (planche I fig. 7) une graduation (1) tenant compte de la loi de réponse du capteur (sonde à résistance par exemple) par une distribution judicieuse des traits de la graduation, devant ou derriere laquelle tourne un index repère (2). Un bouton multitours (10 tours par exemple) (3) equipe d'une montre (5) ou d'une chiffraison (habituellement 100 points par tour) le bouton entratnant par son démultiplicateur (4) (de rapport 10 par exemple) l'axe (6) du potentiometre (7). Le même axe entraine un démultiplicateur 8 du rapport identique à celui du bouton (3), et entrainant le cadran (9) porte-graduations 2. Ce dispositif permet, en choisissant un potentiomètre d'une qualité compatible avec la précision recherchée, un calage rapide approché de la température, la lecture directe approximative de la temperature de régulation, 3000 de plage par exemple sur un cadran de 80 mm de diamètre, et un reperage extrêmement précis et reproductible (à au moins 1 O/oo près de cette température par le moyen du bouton-montre. Toujours suivant l'invention et dans le cas d'un capteur à résistance, les combinaisons de résistances afférentes à une décade utilisent des éléments résistants, tous identiques, qui forment les "pas" de la décade et valent le dixième de l'accroissement total de résistance couvert par cette décade. L'écart à la linéarité du capteur est ainsi très atténué. I1 est souvent nécessaire de pouvoir afficher, suivant les utilisations du matériel, des valeurs de temperature soit négatives, soit positives, ce qui implique l'affichage du signe. Ceci est suivant la présente invention réalisé grâce au fait que l'ordre des valeurs croissantes ou décroissantes des résistances ohmiques du pont par rapport à la température est inversé au niveau des décades au moyen d'inverseur couplé avec l'afficheur du signe ; le même couplage introduit par exemple à partir de zéro degre vers les valeurs positives de température une résistance correspondant à l'origine zéro degré de la plage. Voici une réalisation simple permettant d'appliquer cette méthode de linéarisation, en affichant en numérique les valeurs significatives de température (fig. 2). L'afficheur comprend un potentiomètre multitours (7) dont l'axe (6) est entraîné par le bouton (4) entraînant en même temps les chiffres du compteur (10). Dans l'exemple dessiné il apparaît 32 ,5 sur le compteur ; les centaines (11) et le signe sont affichés en (12) sur la même façade (13) au moyen d'un cadran 14 solidaire d'un contacteur 15. Dans l'exemple, l'afficheur décrit sert à fixer une température de consigne t choisie pour la régulation de température d'une enceinte. La figure (3) représente un pont de Wheatstone simple. Le galvanometre (101) ou un detecteur électronique équivalent sert à repérer le sens du déséquilibre entre les branches DB et DC quand la température de la sonde (résistance RS) diffère de la température de consigne t. Il est ainsi possible de déclencher un apport thermique positif ou négatif dans l'enceinte contenant la sonde thermométrique de façon à faire évoluer la température dans un bon sens. La fig. (4) représente la partie BDC légèrement modifiée du pont associe à l'afficheur. Dans ce montage, l'affichage de--t a entraîne le curseur A du potentiomètre en un point tel qu'il y ait equilibre des branches AB et Ar lorsque la résistance de la sonde, qui est fonction de la température, atteint la valeur Rs(t) correspondant à t choisi. Si le potentiomètre est par exemple du type 10 tours avec afficheur numérique à 3 chiffres, calé sur son axe, la course copiste 10 tours) du curseur (A) devra correspondre à un nombre de degrés affichés égal à 100. Mais,en pratique, on doit pouvoir choisir la température de consigne sur une etendue de 300 (de - 1000 à + 2000C par exemple). Ce même potentiomètre avec afficheur est alors utilisé pour chacune des trois plages de 100" de l'intervalle - 100" + 200" en lui adjoignant un commutateur auxiliaire (15) (fig. 2). Ce dernier permettra le changement de plage en modifiant les valeurs ohmiques du montage et en faisant apparaître à la gauche du chiffre de l'afficheur du potentiométre un signe ou chiffre qui définit la plage adoptée. Pour la plage 0 à 1000 le début de course du curseur correspond au chiffre 00 ,0 de l'afficheur. Quand, par le jeu de la régulation, l'équilibre entre les branches AB et AC est atteint, la température de la sonde est 0 . Rs vaut alors 100 Ohms. De même en fin de course, à l'équilibre, la sonde est à 1000 et sa resistance vaut 138,50 #. Ce résultat est obtenu par le choix convenable des résistances R1 et R2. La course totale qui correspond à un nombre de degrés affichés égal à 100 compense (pour la plage de 0 à 100 ) une variation de Rl égale à 38,50 n. Pour la plage de 100 à 2000 le commutateur change R1 et R2. Grâce à la nouvelle valeur de R1 le début de course du potentiomètre correspondra à 1000 soit Rs = 138,50 # ; la fin de course devra correspondre à 200 soit Rs = 175,84 n. Pour la course totale (nombre de degrés égal à lQO) l'écart entre les 2 valeurs extrémales de Rs est de 37,54 n au lieu de 28,50 Q pour la plage de 0 à 1000. La modification de R2 a précisément eu pour but de faire correspondre à la course totale du curseur la variation de 37,34 n de Rs, au lieu de 38,50 n pour la plage de 0 à 1000, ce qui entraîne la coincidence de la fin de course et de la température de 200 . Un troisième couple de valeurs pour RI et R2 permet, de la même façon, d'utiliser la plage - 1000 à G. Pour cette plage il faudra en outre croiser les connexions des extrémités du potentiomètre de façon à ce que les chiffres croissants (-) 10, (-) 20 etc.... correspondent à des résistances décroissantes côté sonde. En ce qui concerne l'écart résiduel entre la température affichée et la temperature réelle de la sonde, cet écart est dû à la non linéarité de la loi de variation de Rs en fonction de la température, alors que la résistance compensatrice introduite par le potentiomètre lié à l'afficheur varie linéairement avec l'angle de rotation. On vient de voir que dans le montage proposé les valeurs extrémales de chacune des plages étaient justes. Entre ces valeurs une distorsion se produira mais elle sera faible en raison de l'étendue chaque fois limitée a 1000 de chacune des plages alors que le domaine utilisable est de 300 . Le fait d'assigner aux extrémités des valeurs justes, minimise encore l'écart : en effet, pour la plage 0 à 1000 par exemple, si on partait de 0 avec le taux de variation résistance - température -correcte donné par la bi au voisinage de 00, soit 0,391 n par degré, la coincidence température affichée température réelle de la sonde, serait bonne ; mais elle se dégraderait continueE3Xment ensuite pour atteindre 10,6 a 1000 (0,391 x 100 = 39,10 n de variation au lieu de 38,50 n donné par la loi de variation soit 0,6 n ou 1 ,6). Au contraire, dans le montage proposé les extrémités de plage tant justes, le taux de variation de la résistance compensatrice introduite est un taux moyen de 38 ,50 = 0,385 n 100 par degré. Le maximum d'écart qui a lieu vers le milieu de la plage n'atteint alors que 00,4. La courbe d'écart pour la plage de 1000 à 2000 est très voisine de la précédente avec écart maximum de 00,4. Même remarque pour la plage de - 100 à 0 avec écart maximum de 0 ,38. On voit donc, et c'est un nouvel avantage du montage proposé, qu'une correction éventuelle de l'écart a la linéa- rite peut être liee au potentiomètre couvrant 1000 puisque cet écart a pratiquement la même allure pour les trois plages. Pour faciliter l'affichage on a altéré très légère- ment les températures extrêmes des plages. On va voir par exemple que la plage de O a 100 avec variation de resistance de 38,50 n dont on a parlé est en réalité une plage de 0 a 99 ,9 avec variation de résistance de 38,46 n qui lui correspond. L'afficheur est utilisé avec deux chiffres avant la virgule et un après. Exemples : 00 ,0 ; 970,4. Comme le chiffre qui suit 99 ,9 est 000,0 au lieu de 100 , l'axe est muni d'une butée interdisant de depasser 99 ,9. Pour afficher 100 on manoeuvre le commutateur de plage (15 fig. 2) de façon à faire apparaître 1 a gauche du premier des 3 chiffres de l'afficheur du potentiometre qu'on ramène a 00 ,0 et on lit 100 ,0. Ce commutateur de plage comporte donc un cadran spécial (12 fig. 2) qui, pour chacune de ses 3 positions, fait précéder les trois chiffres de l'afficheur du potentiometre. du signe - pour la plage de - 99 ,9 à 0 . d'aucun signe pour la plage de 0 a990,9. du chiffre 1 " " de 100 à 199 ,9. Chacune des 3 positions connecte les résistances R1 et R2 propres à chaque plage. L'effet électrique du commutateur est défini par le schéma (fig. 5). Les extrémités x et y du potentiomètre sont en position L pour la plage de 200 a 99 ,9, M pour celle de 0 a 99 ,9, N pour celle de - 990,9 à 0". Une autre réalisation suivant l'invention comprend (fig. 6 planche 2) l'utilisation de 2 potentiometres un tour 70 et 71 et d'un jeu de résistances d'appoint connectées par les contacteurs 150 et 151. Le potentiomètre principal 70 est directement solidaire de la roue 16 qui correspond aux dizaines et le potentiomètre 71 de la roue 17 sur laquelle sont lus les degrés. La roue des centaines (18) et du signe (19) entrain les contacteurs 150 et 151. La disposition nouvelle des potentiomètres et des résistances dans ce montage correspond (fig. 3 et 4) a une utilisation analogue des valeurs dites Rl et R2 citées dans les schémas. Un autre perfectionnement, pour corriger la non linéarité des capteurs, est la suivante La correction est obtenue par une rotation du corps du potentiometre commande par la rotation de son axe (fig. 7). Le potentiomètre (7) est soutenu seulement par le palier (20) traversé par l'axe (6) du potentiomètre. Le corps (7) du potentiomètre est solidaire d'une équerre (21) avec ouverture en losange (22). L'axe (6) est solidaire d'une vis (23) avec écrou (24) portant un doigt cylindrique (25) qui traverse l'ouverture losange (22) et aussi la fente-guide (26) de l'équerre r27) solidaire du palier (20). Cette équerre constitue le support fixe de l'ensemble mécanique par l'intermédiaire du palier (20) et du commutateur de plage n-on représenté. La rotation de l'axe (6) du potentiomètre éloigne du corps du potentiomètre l'écrou (24). Ainsi le doigt (25) parcourt la fente fixe (26). Pendant ce parcours si un ressort pousse l'équerre (21) dans le sens de la flèche marquée + le bord du trou losange s'appuie sur le doigt (25) par son bord (220) provoquant une rotation relative du corps (7) du potentiomètre par rapport a l'équerre (27). Si un ressort pousse dans le sens de la flèche marquée - c'est le bord opposé du trou losange qui s'appuie sur le doigt (25). La poussée - correspond aux temperatures négatives, la poussée + aux températures positives. On voit donc que, par rapport a la pièce fixe de l'ensemble, l'équerre (27), pour les températures positives par exemple, le corps du potentiomètre tourne d'abord en sens inverse de la rotation de son axe puis dans l'autre sens. Ainsi la rotation de l'axe du potentiomètre est d'abord avancée, n- suite retardée par rapport à son corps. On corrige ainsi, grace a une forme judicieuse du trou losange, l'écart a la linéarité qui se produirait entre les deux valeurs justes des extrémités de plage de 100 . Un autre afficheur selon l'invention comprend des roues codeuses décimales connectées à un ensemble de résistances constituées économiquement au moyen de circuits sérigraphiés ou imprimés, de résistances convenables (manganèse, constantan ou alliages) et présentant un coefficient de température compatible avec la précision recherchee. Ces circuits résistants pourront être ou non retouchés lors de l'étalonnage suivant la précision recherchée pour chaque valeur. Le même moyen de circuit imprimé résistant peut être utilisé pour constituer des valeurs d'appoint, finement ajustables, à des résistances de valeurs ohmiques relativement élevées (tel qu'environ 100 ohms) et difficilement réalisable directement en circuit imprimé. La résistance est rendue solidaire, par exemple par soudure, d'une fraction de circuit imprimé résistant ajustable. Ainsi pour réaliser un circuit de 102 n, 35 a 1 0/oo, on adapte avec les précautions d'usage une résistance normalisée de 100 n à 1 O/oo sur un circuit résistant de valeur peu différente de 2 n, ce circuit est retouché jusqu'a ce que la valeur totale résistance + circuit = 102,35. Un moyen encore plus économique de réaliser un tel montage est d'utiliser des circuits double face, une face résistance, une face cuivre, la totalité des interconnexions s'effectuant sur la face cuivre, les liaisons avec le circuit resis tant s'effectuant entre cuivre et alliage résistant aux extré- mites de ce dernier circuit. De plus, les décades sont économiquement réalisées au moyen de deux circuits identiques empilés comportant cinq élé- ments de decades ajustées. La figure 9 represente le schéma électrique d'un tel systeme et la figure 8 un dispositif partiellement monté et comportant un empilage de plusieurs cartes 30, 31, 32, imprimées, séparées par des colonettes 33, les circuits résistances étant dessinés en grisé en 34. En 35 on a represente la zone d'ajustage des valeurs exactes de ces circuits, les valeurs entières étant réalisées par les composants soudés en 36. Les liaisons 37 relient les cartes aux connexions de l'afficheur (38) à roues codeuses (vues de dos dans le dessin). Dans un afficheur suivant cette disposition, les combinaisons de résistances afférentes à une décade utilisent des éléments resistants, tous identiques, qui forment les "pas" de la décade et valent le dixième de l'accroissement total de résistance couvert par cette décade. L'écart à la linéarité du capteur est ainsi très atténué. Il est souvent necessaire de pouvoir afficher, suivant les utilisations du matériel, des valeurs de température soit négatives, soit positives, ce qui implique l'affichage du signe. Ceci est suivant la présente invention réalisé grace au fait que l'ordre des valeurs croissantes ou decroissantes des résistances ohmiques du pont par rapport a la température est inversé au niveau des décades au moyen d'inverseur couplé avec le signe ; le même comptage introduit par exemple à partir de zéro degré vers les valeurs positives de tem perature une résistance convenable correspondant au niveau zéro. REVENDICATIONS 1/ Dispositif permettant d'afficher les valeurs de consigne uti lisées dans les régulateurs électroniques plus particulière ment de température, a fonction de commande analogique, ca ractérisé par le fait qu'il comporte l'utilisation d'un poten tiomètre mono ou multitours, le calage fin de la position du potentiomètre étant repéré au moyen d'une montre ou d'un comp teur inclus dans le démultiplicateur du bouton, et la tempéra ture approchee lue directement sur un cadran comportant la plage globale de fonctionnement de l'instrument, ce cadran n'effectuant qu'une seule rotation pour couvrir ladite plage car entratné par une demultiplication convenable par rapport à celle du bouton d'entrafnement. 2/ Afficheur suivant la revendication 1 caractérise par le fait que la graduation entraînée par le bouton démultiplié compor te une distribution des traits correspondant a la compensation de la non linéarité du capteur par rapport a la température. 3/ Afficheur suivant l'une ou les revendications 1 et 2 caracte rise par l'association d'un potentiomètre et d'un commutateur permettant la combinaison de résistances fixes, l'ensemble corrigeant pour chaque température la non linéarité du cap teur et donnant ainsi une valeur significative aux chiffres apparatssant dans les compteurs entraînés par les axes du po tentiomètre et du commutateur. 4/ Afficheur suivant les revendications 1, 2 et 3 dans lequel les boutons d'entratnement sont constitues par des roues crantées et portent les chiffres repérant par leur combinaison la tem perature de consigne. 5/ Afficheur suivant l'une ou les revendications 1, 2, 3 et 4, dans lequel le ou les corps des potentiomètres sont entraînés eux-mêmes en rotation par un des boutons à compteur ou une des roues crantées graduées, cette disposition permettant d'introduire la correction de non linéarité du capteur, les écarts de correction suivant la valeur de la température affi chee étant realises au moyen d'une came introduite dans le système d'entraînement angulaire du corps du potentiomètre. 6/ Afficheur suivant l'une ou les revendications 1, 2, 3, 4 et 5 dans lequel les valeurs des résistances correspondant aux diffêretes températures affichées par bonds au moyen de résistances fixes de précision voulue, convenablement cou plees sur un multicommutateur numérique, directement gradué en degrés Celsius. 7/ Afficheur suivant l'une ou les revendications 1, 2, 3, 4, 5 et 6, caractérisé par le fait que dans le cas d'un capteur a résistance, les combinaisons de résistances afférentes a une décade utilisent des éléments résistants, tous identiques, qui forment les "pas" de la décade et valent le dixième de l'ac croissement total de resistance couvert par cette décade. L'écart a la linéarité du capteur est ainsi très atténué. Les valeurs des résistances au-dessus et au-dessous du zéro de la graduation sont réalisées par un groupe d'inverseurs commutant simultanément le sens des décades de résistances et une ou plu sieurs résistances de calage d'origine, ces inverseurs étant liés mécaniquement au commutateur de signe. 8/ Afficheur suivant l'une ou les revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 et 7 caractérisé par le fait que les éléments de résistances constituant la résistance variable de la consigne sont réali sés en circuit imprimé résistant, ou encore en sérigraphie, retouchable ou non suivant la precision recherchée, et groupés en batteries d* une plaque-circuit pour 10 éléments ou 2 pla ques-circuit de 5 éléments identiques par décades, ces circuits pouvant être à deux faces une resistante, l'autre conductrice, pour réaliser in situ les liaisons nécessaires, les éléments de rêsistance.grande et difficilement réalisables directement en circuit imprime étant obtenues par la juxtaposition sur un circuit d'une resistance cali brée de précision et d'un circuit complémentaire résistant, retouchable si nécessaire suivant la précision recherchée.