Brevet FR2373796A1 — publié le 19780707

La présente invention concerne un dispositif de détermination à distance de l'orientation angulaire, de la vitesse et/ou du sens de rotation d'objets tels que des arbres, un cadran ou des aiguilles ou analogues. Plus précisément, l'invention concerne ltobtention électrique dlun signal représentatif de l'orientation angulaire, de la vitesse et du sens de rotation de l'objet à contrôler sans perturbation de la structure interne ou du cabrage d'un appareil de mesure ou analogue. L'invention constitue donc un perfectionnement important par rapport à l'ap- pareil de lecture magnétique décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 500 365. Dans les systèmes d'alimentation électrique, l'appareillage générateur doit autre suffisant à tout moment pour l'alimentation correspondant à une consommation maximale pendant les périodes relativement courtes, la plus grande partie de l'équipement restant par ailleurs inemployée pendant la plus grande partie de chaque jour. La détermination rapide du taux de consommation individuel d'un client, appelé t'demande" dans un intervalle déterminé de minutage, est nécessaire au découragement des consommations élevées d'énergie dans les périodes de demande maximale, par utilisation de factures graduées, ou mtme par déconnexion de parties non essentielles d'une charge d'un client lorsque celui-ci dépasse un taux de consommation préalablement accepté et compatible avec la capacité optimale de création d'électricité. Jusqu'à présent, ce dosage de la demande n'a été possible en général que par utilisation de dispositifs de mesure équipés spécialement, limités habituellement à un intervalle fixe et incapables de transmettre des informations concernant la demande à une station de con tr8le de charge, à temps pour que cette station assure les corrections nécessaires. On a consacré des efforts considérables ourla réalisation de dispositifs et d'appareils de lecture à distance des appareils de mesure, par exemple par des lignes téléphoniques et analogues. La plupart de ces lectures antérieures d'appareils de mesure ont nécessité une modification mécanique ou électrique interne de l'appareil de mesure lui-mme, et la mise en service de l'appareil ou compteur modifié nécessite un temps et des dépenses considérables. En outre, l'utilisation des contacts électriques glissants des dispositifs connus de lecture de compteurs a empoché l'utilisation de ces dispositifs dans les atmosphères présentant des risques d'explosion, et, dans certains cas, on a noté les modifications du signal de sortie dues au vieillissement des composants dont les caractéristiques mécaniques et/ou électriques peuvent varier. D2autres dispositifs de lecture de compteurs comprennent des cellules photoélectriques si bien qu'au- cune connexion mécanique n'est nécessaire entre le compteur et le lecteur. Cependant, ces lecteurs ntont pas donné satisfaction étant donné qu'il doit exister une source lumineuse fiable, et que la face de la cellule photo électri que doit rester suffisamment propre pour que la lumière qui la frappe ne soit pas réduite au point de provoquer une fausse lecture. Le dispositif selon l'invention permet la lecture des compteurs classiques par le poste de centrale de charge, avec une très grande vitesse, permettant la lecture de nombreux compteurs pendant une courte période et la prise de plusieurs lectures échantillons de chaque compteur afin que la validité statistique des lectures soit améliorée. Ainsi, le fournisseur d'électricité peut déterminer non seulement l'énergie totale consommée par un client particulier quelconque au cours d'une période de facturation normale, mais peut aussi contrtler son taux de demande pendant tout intervalle voulu, à l'aide de tout compteur existant, équipé ou non d'un dispositif de réglage àsla demande. L'appareil selon l'invention comprend un ensemble à transducteur électrique qui indique la position de l'aiguille d'un cadran d'un compteur à tout moment, sans connexion mécanique avec le compteur et sans utilisation de dispositif peu fiable tel que les cellules photoélectriques. La seule connexion avec le compteur est assurée par un champ électrique. Dans de nombreux cas où le compteur est logé dans un bottier de verre, le champ élec-trique peut traverser le bottier sans perturbation du bottier ou du compteur pour le montage du transducteur selon l'invention. Lors de la lecture du cadran d'un compteur comme décrit, un champ électrique rotatif peut autre induit sans utilisation de parties mobiles les unes par rapport aux autres si bien que les zones de panne possible sont réduites dans le lecteur de compteur.Aucun commutateur ne cre des étincelles dans le dispositif de l'invention si bien qu'il convient dans les atmosphères explosives. Alors que le dispositif décrit dans le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique nO 3 500 365 comprend plusieurs enroulements créant un champ magnétique rotatif et met en oeuvre un enroulement de lecture placé au centre des enroulements générateurs du champ, l'appa- reil selon l'invention remplace le champ magnétique par un champ électrique. A cet égard, les enroulements de champ sont remplacés par des électrodes, des paires d'électrodes diamétralement opposées étant reliées à des phases successives d'une source polyphasée de tension afin qu'un champ électrique rotatif soit créé autour de l'arrangement des électrodes périphériques. De manière analogue, l'enroulement de lecture est remplacé par une électrode occupant le m & e emplacement central.Tout autre type de capteur de champ électrique, par exemple un transistor convenable, peut autre utilisé. L'électrode de lecture est reliée à un détecteur de tension afin que la phase ou le synchronisa-tion du champ électrique au voisinage de l'électrode de lecture puisse autre contrôlée. Un tel dispositif présente plusieurs avantages par rapport au dispositif magnétique du brevet précité des Etats-Unis d'Amérique nO 3 500 365. D'abord, le dispositif à champ électrique est plus simple et moins comateux de réalisation car les enroulements relativement coûteux sont supprimés. La dimension physique peut aussi autre réduite par élimination des enroulements et, dans les applications de lecture de compteurs électriques, la réduction de la dimension réduit l'obstacle à la vérification visuelle de la lecture sur le cadran. L'énergie électrique nécessaire est réduite car le champ électrique peut autre créé avec un courant plus faible qu'un champ magnétique. Dans le meme ordre d'idée, comme le champ électrique nécessaire au centrale de la position d'un objet est inférieur au champ magnétique nécessaire, les risques de perturbation du compteur ou du dispositif de lecture par un champ intense sont minimaux. L'organe rotatif selon l'in- vention n'est pas obligatoirement magnétiquement conducteur, comme dans le dispositif connu. L'appareil selon l'invention peut zetre utilisé avec tout organe rotatif en métal, en céramique, en matière plastique ou autre, par exemple une aiguille dont la constante diélectrique diffère notaDlement de celle de la matière environnage, qu'il s'agisse de l'air, d'un autre gaz ou d'un liquide. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est un diagramme synoptique d'un transducteur selon l'invention, associé à un circuit de commande et à un circuit d'enregistrement - la figure 2 est un schéma de câblage représentant la connexion du transducteur et du circuit de lecture ; et - la figure 3 est une élévation d'un transducteur analogue à celui des figures 1 et 2, et destiné à lire un compteur ayant 5 cadrans. L'invention concerne de façon générale un dispositif destiné à créer un champ électrique rotatif et un dispositif de lecture placé au centre de rotation du champ électrique. Normalement, aucun signal n'est induit dans le dispositif de lecture car la somme vectorielle de toutes les tensions lues par le dispositif de lecture, à partir de tous les points, est une tension nulle. Cependant, lorsque le dispositif de lecture ou détecteur de tension est aligné sur un arbre d'un compteur, devant le cadran d'un compteur ou un autre organe rotatif, le résultat est dif férent. L'aiguille du compteur dont la constante diélectrique diffère de celle de la matière environnante, forme un trajet entre la position de l'extrémité de l'aiguille du compteur et la dispositif de lecture.Lorsque le champ -électrique passe au niveau de l'organe rotatif ou de l'aiguille du compteur, la matière de l'aiguille forme un trajet (couplage capacitif) rejoignant le dispositif de lecture et indique ainsi une tension sinusotdale dont la phase par rapport à la phase d'entrée, est proportionnelle à la position angulaire de l'aiguille. Le signal peut alors autre contrôlé par un dispositif bien connu qui indique l'orientation angulaire de l'aiguille ou de l'organe rotatif ou le cas échéant qui indique la vitesse et/ou le sens de rotation de l'organe rotatif autour de son axe de rotation. La figure 1 représente un transducteur 10 adjacent à la face d'un compteur Il ayant une aiguille 12. Un dispositif 14 de lecture, sous forme d'une électrode ou d'un autre capteur de champ électrique tel qu'un transistor, est placé au centre du transducteur 10, le dispositif de lecture étant relié au fil 15 qui comporte un circuit 13 comparateur de déphasage de type classique bien connu. Le transducteur 10 est aussi placé afin que l'axe de rotation du champ électrique coïncide avec celui de l'aiguille 12. Il faut noter que le fil 16 est placé entre une source de tension électrique (monophasée en général), par exemple une ligne d'alimentation électrique ou analogue. Un dispositif 17 de contrôle de signaux de type classique est monté afin qu'il ignore les variations de tension normales dans le fil 16 mais qu'il détecte des dessins spéciaux de tension (qui peut être superposé en provenance du poste éloigné et qui constituent une demande de lecture de compteurs, et en conséquence, il ferme un dispositif de commutation, par exemple représenté par un relais L1. Dans ce circuit, le relais L7 ou un autre dispositif de commutation peut autre alimenté à distance pour l'excita- tion du transducteur 10. Le fil 16 parvient à un diviseur 18 de phase. Ce dernier transforme la tension monophasée en plusieurs phases, trois par exemple, pour la formation du champ électrique rotatif. On note que, lorsqu'une lecture doit entre réalisée pour le compteur 11, un signal d'interrogation est transmis par le fil 16 et provoque l'alimentation du contact L1-1 du relais par le contrtleur de signaux. Lorsque ce contact est fermé, la tension monophasée du fil 16 est divisée par le-circuit 18 en une tension polyphasée, par exemple triphasée comme représenté. Un champ électrique tournant devant le transducteur 10 est créé ainsi par la formation d'une tension polyphasée convenablement appliquée. Lorsque le champ tournant croise l'aiguille 12 ou devient parallèle à celle-ci, une variation de tension est induite dans le dispositif 14 de lecture et donne habituellement de façon prévisible une indication du balayage de l'aiguille.Il n'est pas nécessaire que l'aiguille 12 soit aimantée ou meme conductrice de l'électri- cité dans la mesure ou sa constante diélectrique diffère notablement de celle de la matière environnante. En général, la matière peut être quelconque, par exemple métallique, céramique ou plastique. La figure 2 représente plus en détail le circuit de la figure 1 et indique que le fil 16 est relié au circuit diviseur 18 de phase par le contact Lî-1. Les détails du circuit diviseur 18 ne sont pas représentés car il s'agit d'un appareil classique bien connu des spécialistes mais il faut noter que le diviseur 18 peut transmettre une tension polyphasée, c'est-à-dire biphasée, triphasée ou à tout autre nombre de phases. La tension triphasée est peut-être préférable car elle est souvent disponible dans les alimentations classiques, si bien que le circuit diviseur 18 n'est pas nécessaire.Lorque le réseau transmet la tension triphasée, trois contacts tels que L1-1 sont associés chacun à l'un des fils de phase, et le circuit diviseur 18 est remplacé par des circuits d'inversion triphasés afin que l'entrée du transducteur 10 reçoive les trois phases d'origine et leur versions in versées. Les six lignes provenant du circuit diviseur 18 portent les références A, B, C, -A, -B et -C qui indiquent aussi les polarités positives et négatives des trois phases A, B et C. Il faut noter que le fil A est relié à l'électrode 25 et le fil -A à l'électrode 22, ces deux électrodes étant diamétralement opposées dans le transducteur 10. De manière analogue, le fil B est relié à l'électrode 21 et le fil -B à l'électrode diamérale- ment opposée 24, et le fil C est relié à l'électrode 20 et le fil -C à l'électrode diamétralement opposée 23.Les paires d'électrodes diamétralement opposées 20, 23, 21, 24 et 22, 25 sont toutes reliées à une électrode, par exemple 20, qui se trouve du coté positif d'une phase (par exemple la phase C) alors que l'autre électrode par exemple 23 est reliée au ctté négatif de la mme phase. En conséquence, une tension appliquée aux deux électrodes provoque l'apparition de polarités opposées à ces deux électrodes de la paire si bien qu'un champ électrique existe entre les électrodes de la paire 20, 23, 21, 24 ou 22, 25. Avec un tel circuit, les spécialistes peuvent noter que, lorsque la phase C a sa valeur de crête, il existe un champ électrique entre les électrodes 20 et 23, l'une étant chargée positivement et l'autre négativement. 1200 plus tard, lorsque la phase B atteint sa valeur de crête, il existe un champ électrique intense entre les électrodes 21 et 24, l'une étant chargée positivement et l'autre négativement et la même situation se répète pour les électrodes 22, 25 lorsque la phase A atteint sa tension de crête. Ainsi, il existe un champ électrique rotatif. Le dispositif 14 de lecture comprenant une électrode ou un dispositif sensible à un champ électrique tel qu'un transistor convenable, est placé au centre géométrique des électrodes périphériques 20-25 et est aligné sur l'axe de rotation de l'aiguille 12. Au point de vue électrique, cette dernière "échantillonne" le champ électrique dans la position de son bout, et assure un couplage capacitif entre cette position et l'électrode centrale qui reçoit alors une tension dont la phase par rapport à la tension appliquée à une électrode quelconque, est proportionnelle à la position angulaire de l'aiguille. Dans certaines applications de l'invention, autres que la lecture des compteurs électriques, la vitesse et/ou le sens de déplacement de l'organe rotatif peut autre souhaitable.Dans ce cas, le signal sinusoïdal transmis par l'électrode centrale est déformé et la vitesse et le sens de l'objet rotatif peuvent autre déduits de l'importance et de la forme de la distorsion. La figure 3 représente plus clairement le transducteur 10 qui est un exemple de dispositif de lecture de compteur à 5 cadrans. Une plaque 28 d'appui, sous forme d'une plaque de circuit imprimé dans un mode de réalisation avantageux, comprend 5 jeux 40, 42, 44, 46, 48 d'électrodes 20-25 disposés circulairement, sur une face, chaque jeu correspondant à l'un des cadrans du compteur.Des petits chiffres 0-9 de la phase de chaque jeu d'électrodes sont représentatifs uniquement de la face correspondante du cadran du compteur (non représenté) adjacente aux électrodes.-Un film ou une ligne conductrice imprimée 30 part de chaque électrode 20-25 et rejoint l'un des connecteurs transversaux 32 qui sont reliés à leur tour à l'un des fils ou des lignes communes +A, B, +C, -A, -B et -C indiquant la phase de la tension appliquée et imprimée sur la face arrière de la plaque 29.Enfin, chacune des électrodes 14 de lecture est imprimée sur la face de la plaque 29 et reliée à l'un des fils 1, 2, 3, 4, 5 de la face arrière, pouvant chacun être relié successivement par un dispositif de commutation au circuit 13 comparateur de déphasage, par l'intermédiaire d'un fil 15. Sur la figure 3, un trait plein représente un trajet conducteur sur la face de la plaque 29 et un trait interrompu représente un trajet conducteur sur la face arrière. Dans le circuit décrit, on note que le champ électrique forme normalement un circuit relativement lar ge entre une électrode (par exemple l'électrode 20) et l'électrode diamétralement opposée (23 par exemple). Lorsque l'aiguille 12 est placée près de l'électrode 20 par exemple, le champ électrique y passe et, étant donné la présence de la matière de l'aiguille 12, une tension est induite dans le dispositif 14 de lecture. Cette variation de tension peut autre facilement contrôlée par une technique connue et indique la position angulaire, la vitesse ou le sens de rotation de l'aiguille 12. La différence de phases (un retard entre les tensions de crête) entre la tension induite dans le dispositif 14 de lecture et la tension appliquée à l'une quelconque des électrodes 20-25 a une importance particulière.En effet, cette différence de phases ou déphasage, mesuré à l'aide du comparateur 13, est représentative de l'orientation angulaire de l'aiguille 12 par rapport à une direction fixe et commode de référence (par exemple par rapport à la droite radiale reliant les électrodes 14 et 23), et le déphasage peut autre transmis par le réseau, par un circuit classique 19 afin qu'il puisse être reçu par un appareillage de facturation présent à l'emplacement interrogateur. Un appareil perfectionné peut déterminer à distance l'orientation angulaire, la vitesse et/ou le sens de rotation d'objets à l'aide d'un champ électrique rotatif. Il faut évidemment noter que les modes de réalisation indiqués sont purement illustratifs de la mise en oeuvre d'un appareil de lecture de compteur à champ électrique rotatif et ne sont pas limitatifs. Par exemple, la plaque 29 peut comporter une seule électrode et la plaque d'appui peut tourner, une électrode fixe étant placée dans la position "12 heures" comme dans le mode de réalisation de la figure 5 du brevet précité des Etats Unis d'Amérique nO 3 500 365. Il est bien entendu que l'invent on r'e été décrite et représentée qu'à titre d'exemple 'éf - etiel et qu'on pourra apporter toute équivalence te 5 dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir 111 cadre. RERENDICATIONS 1. Appareil de détection sélective de l'orientation angulaire, de la vitesse ou du sens de rotation au moins d'un organe qui tourne autour d'un axe de rotation et délimite un trajet circonférentiel, ledit appareil mettant en oeuvre une source de tension électrique et étant caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif destiné à créer un champ électrique tournant au voisinage de l'organe, au-dessus du trajet circonférentiel et autour d'un axe de rotation qui coïncide avec l'axe de rotation de l'organe, et un détecteur de champ électrique ayant au moins une partie alignée axialement sur l'axe de rotation de l'organe et destinée à détecter le déphasage de la tension à la suiX d'une variation de l'intensité du champ électrique produit lorsque le champ électrique tourne devant l'organe rotatif. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur de champ électrique comprend une électrode alignée sur l'axe de rotation de l'organe et reliée à la source de tension, et un détecteur de tension relié à l'électrode de lecture afin que l'intensité du champ électrique et sa polarité au voisinage de l'élec- trode de lecture puisse autre contrôlée. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif destiné à former le champ électrique rotatif comprend une plaque d'appui ayant plusieurs électrodes formant au moins un dessin circulaire coincidant avec le cercle décrit par l'organe rotatif, les électrodes étant disposées par paires diamétralement opposées reliées à des phases successives d'une tension polyphasée appliquée afin que le champ électrique rotatif soit créé lorsque la tension polyphasée est appliquée successivement aux électrodes successives du dessin. 4. Appareil de détection à distance de l'orientation d'un organe rotatif autour d'un axe, caractérisé en ce qu'il copprend une source de tension polyphasée, un détecteur de tension associé à l'appareil, un support fixe placé au voisinage de l'organe rotatif, plusieurs électrodes formant un dessin circulaire ayant un centre qui coïncide avec l::axe de rotation de l'organe et qui sont portées par le support, les électrodes étant réparties également autour du trajet circulaire, chaque paire d'électrodes diamétralement opposées étant reliée à une phase successive de la source polyphasée afin que les électrodes diamétralement opposées aient des Polarités électriques opposées et créent-un champ électrique rotatif recouvrant l'organe rotatif et tournant autour d'un axe qui colncide avec l'axe de rotation dudit organe, et un dispositif de lecture porté par le support et aligné axialement sur l'axe de rotation de organe, le dispositif de lecture étant placé au voisinage de 1'organe et formant une tension détectable par le détecteur de tension lors de la variation de l'intensité du champ électrique superposée au niveau du dispositif de lecture, lorsque le champ électrique tourne près de l'organe rotatif, la phase électrique de la tension par rapport à celle de la tension polyphasée appliquée étant déterminée par ltorientation angulaire de l'organe rotatif. 5. Appareil destiné à autre relié à une source de tension polyphasée et à un détecteur de tension afin qu'il détecte à distance l'orientation d'un organe tournant autour d'un axe, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend un support fixe ayant un axe coïn- cidant avec l'axe de rotation dudit organe, plusieurs électrodes formant un dessin circulaire dont le centre coïncide avec l'axe de rotation de organe rotatif et portées par le support au voisinage dudit organe, les électrodes étant régulièrement réparties suivant un dessin formé autour du trajet circonférentiel délimité lorsque l'organe tourne autour de son axe, chaque paire d'électrodes diamétralement opposées étant reliée à une phase successive de la source de tension polyphasée afin que les électrodes diamétralement opposées aient des polarités électriques opposées et créent un champ électrique rotatif au-dessus de l'organe rotatif, le champ tournant autour d'un axe qui coïncide avec celui de l'organe rotatif, et un dispositif de lecture porté par le support et aligné axialement sur l'axe de rotation de l'organe rotatif, le dispositif de lecture provoquant un changement de la phase de la tension, détectable par le détecteur de tension, à la suite des fluctuations de l'intensité du champ électrique superposées dans le dispositif de lecture lorsque le champ électrique tourne près de l'organe rotatif, la phase de la tension par rapport à celle de la tension polyphasée d'entrée étant déterminée par l'orientation angulaire de l'organe rotatif.