Brevet FR2385089A1 — publié le 19781020

L'invention a trait à un intégrateur de température destiné à déterminer la température moyenne d'une station au cours d'une période d'observation. Dans les études écologiques d'une région, il est nécessaire de determiner les conditions climatiques, et parmi celles-ci les températures, minimale, maximale et moyenne. Ces déterminations de température doivent etre exécutées en de nombreuses stations dans une région, en raison de la multiplicité des paramètres qui influent sur la température locale, exposition, nature du sol, nature du couvert, exposition aux vents, etc.. I1 en résulte que le matériel de mesure de température destiné à ltéquipement de stations doit etre simple et peu onéreux, fonctionner de façon fiable sur des périodes d'observation relativement longues (quelques semaines) pour éviter des tournées de relevés trop fréquentes, et donner des résultats facilement exploitables sans calculs fastidieux. Les déterminations de températures maximales et minimales sont simples et classiques. I1 nten est pas de meme pour la dXter- mination des températures moyennes. I1 est classique de disposer aux stations des thermomètres enregistreurs, et de déterminer les températures moyennes par planimétrie des courbes enregistrées aur les bandes graphiquement, par pesée de bandes découpées,..Les thermomètres enregistreurs sont des appareils chers, dont le fonctionnement fiable aux intempéries nécessite qu'ils soient convenablement abrités. On ne peut négliger le risque de vol. Enfin le dépouillement des bandes pour déterminer la température moyenne est fastidieux. On a proposé de déterminer la température moyenne par mesure du taux d'inversion d'une solution de sucrose convenablement tamponnée. La vitesse d'inversion du sucrose est en dépendance de la température, en sorte que la détermination polarimétrique du taux d'inversion après une période d'observation donne une bonne mesure de la température moyenne. La précision est relativement faible et l'inertie thermique non négligeable. Par ailleurs la mesure polarimétrique ne peut pratiquement se faire qu'en laboratoire, ai bien que la réaction d'inversion doit etre inhibée pour le transport depuis la station jusqu'au laboratoire. La solution doit etre renouvelée pour chaque période d'observation. On a proposé également d'apprécier la température moyenne par le déplacement d'une colonne d'un liquide visqueux dont la viscosi té varie sensiblement linéairement avec la température (notamment un polyisobutène en solution dans de la paraffine), L'inertie thermique est élevée, la linéarité n'est convenable que dans une gamme de 13 OC entre maximum et minimum, et la précision est médiocre sur des périodes d'observation courtes. On a encore propos (J.M. Broum, 1973. A device for measuring the average temperature of water, soil or air. Ecology 54,6, 1397-9) un dispositif de mesure de température moyenne comportant une sonde à thermistance délivrant un courant de signal fonction sensiblement linéaire de la température, et un moyen d'intégration du courant de signal constitué par un coulombtre à mercure. Cette disposition présente une faible inertie thermique et une bonne précision. Toutefois le coulomètre à mercure est un appareil fragile et relativement coûteux, Craignant les surcharges d'intensité et les dépassements de capacité. En outre les mesures de quantité d'électricité doivent etre faites en laboratoire à l'aide d'un micromètre optique, et la remise à zéro est une opération complexe. L'invention a pour objet un intégrateur de température simple, robuste et à faible constante de temps. L'invention a également pour objet un intégrateur de température économique, ne demandant pas de dépouillement fastidieux et permettant de relever les résultats sur place. Dans ces buts l'invention propose un dispositif intégrateur de température, destiné à déterminer la moyenne de température régnant à une station au cours d'une période d'observation, et comportant une sonde de température à thermistance délivrant un courant de signal fonction sensiblement linéaire de la température, et un intégrateur de courant de signal, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend un relaxateur asservi en fréquence de récurrence par le courant de signal, et un moyen de comptage des impulsions de relaxation. Comme la fréquence de relaxation est pratiquement une fonction linéaire de la température à laquelle est soumise la sonde à thermistance, il est bien évident que le nombre d'impulsions de relaxation enregistrées par le moyen de comptage pendant une pério- de d'observation représente bien une intégrale de la température par rapport au temps, en sorte qu'en divisant le nombre enregistré par la durée de la période d'observation on obtient une moyenne de la température, à une constante près qu'on aura déterminée par étalonnage. Uh relaxateur asservi en fréquence de récurrence par un courant est un dispositif simple, robuste et économique. Le moyen de comptage peut, tout en étant précis, etre peu onéreux. En fin de période d'observation il suffit de relever le contenu du moyen de comptage et de le noter avec l'heure du relevé, puis de remettre le moyen de comptage à zéro pour entamer une période d'observation suivante. Des nombres notés on calcule très simplement et rapidement les températures moyennes. L'invention a également pour objet un dispositif intégrateur de température qui ne prend en compte que les températures supérieures à un minimum choisi. On associe au dispositif précité un moyen interrupteur comprenant une thermistance auxiliaire et capable de bloquer le relaxateur lorsque la température est inférieure au minimum. Cette disposition est intéressante pour l'étude écologique de la végétation, dont la croissance est pratiquement inhibée en dessous d'un minimum de température dit "seuil apparent de v & éta- tion". I1 serait donc non significatif de faire entrer en compte les températures inférieures à ce seuil. Avantageusement le moyen interrupteur comprend un moyen commutateur adapté à commander un dispositif compte-temps associé On connait ainsi la durée des périodes où la température est supérieu re au minimum de température, et l'on peut calculer la moyenne. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux-dessins annexés dans lesquels la figure 1 est un schéma d'intégrateur selon l'invention la figure 2 est un schéma de relaxateur avec un interrupteur de blocage à seuil de température. Selon la forme de réalisation choisie et représentée figure 1, le dispositif intégrateur comprend un relaxateur I dans son ensemble, avec une thermistance de sonde 2, suivi d'un ensemble de compta ge 3. Une batterie de pile 4 assure l'alimentation du dispositif. Le relaxateur 1 comporte un transistor PNP 10 dont l'émetteur est relié au ple positif de la batterie 4 par une résistance 11. Un condensateur 12 est disposé entre collecteur du transistor 10 et ple négatif de la batterie 4. A partir du pble positif de la batterie 4 est disposé un pont de résistances 13, 14, 15, 16 qui se referme sur le pole négatif à travers la thermistance 2. Un noeud l0a, entre les résistances 14 et 15, est relié à la base du transistor 10. Un court-circuit amovible 17 permet de court-circuiter simulta nément les résistances 14 et 15. Le collecteur du transistor 10 est également relié à ltémet- teur d'un transistor unijonction 18, dont une base est reliée au pdle négatif par une résistance 19, tandis que l'autre base est reliée au pole positif à travers une résistance 20. Le relaxateur fonctionne de la façon suivante: le potentiel du noeud 10a est déterminé par le pont de résistance 13, 14, 15, 16 et la valeur de résistance de la thermistance 2, en sorte que le potentiel du noeud 10a est représentatif de la température à laquelle est portée la thermistance 2. Bien entendu les résistances 13 à 16 sont suffisamment élevées pour que le courant traversant la thermistance 2 soit très faible et ne provoque pratiquement pas d'échauffement interne dans cette thermistance 2. Le transistor 10 étant monté en émetteur suiveur, le courant émetteur collecteur se trouve réglé à une valeur telle que la chiite de tension dans la résistance 11 sous l'effet du courant émetteur collecteur est sensiblement égale à la chute de tension dans les résistances 13 et 14 sous l'effet du courant traversant la thermistance 2.Le courant émetteur collecteur charge progressivement le condensateur 12, dont la tension de charge est l'intégrale du courant débité par le transistor 10. La résistance de la jonction de l'unijonction 18 entre émetteur et la base reliée au ptle négatif peut prendre deux valeurs, l'une très élevée tant que là tension d'émetteur est inférieure à un seuil, l'autre faible lorsque la tension d'émetteur franchit ce seuil ; ce seuil dépend essentiellement du courant injecté dans la base reliée au ptle positif à travers la résistance 20, Aussi lorsque la tension de charge du condensateur 12 atteint le seuil précité, ce condensateur se décharge brusquement dans la résistance 19, aux bornes de laquelle apparatt une impulsion. Après la décharge du condensateur 12, la jonction de l'unijonction 18 redevient bloquante vers la résistance 19, et le processus de charge du condensateur 12 reprend.La durée qui sépare deux impulsions sur la résistance 19 est donc très sensiblement inversement proportionnelle au courant de charge du condensateur 12, autrement dit la fréquence de récurrence de relaxation du relaxateur 1 est pratiquement proportionnelle au courant de charge du condensateur 12. En raison des caractéristiques de résistance en fonction de la température des thermistances, le potentiel du noeud 10a est une fonction sensiblement linéaire de la température de la thermistance 2, tant que la valeur de résistance de cette dernière est du mCm ordre de grandeur que la somme des valeurs des résistances 13 à 16 en série. En conséquence, dans cette plage de linéarité, la fréquence de-récurrence des impulsions du relaxateur 1 est une fonclSison sensiblement linéaire de la température. En mettant en place le court-circuit 17, on modifie la valeur du pont de résistance par annulation des résistances 14 et 15, et on déplace en conséquence la plage de linéarité. A titre d'exemple, avec une thermistance ayant un coefficient de température d'environ -0,047/OC et une résistance d'environ 680 000 Ohms à 250C, et en prenant des résistances de 390 000 Ohms pour 13 à 16, on obtient une plage de linéarité convenable de -15 à +25"C avec le courtcircuit 17 enlevé, et une plage de OO à +4O0C avec le court-circuit 17 en place. On voit que ces plages correspondent respectivement à des températures d'hiver et d'été. Les impulsions de relaxation qui se développent sur la résistance 19 sont dirigées sur le moyen de comptage 3, qui comprend un thyristor 30 en série avec le bobinage de commande 33 d'un compteur électromécanique 32. Un condensateur réservoir 31, chargé à travers la résistance 36, est déchargé par l'amorçage du thyris- tor 30 dans le bobinage 33. Une diodé 34 est disposée dans le sens bloquant en parallèle sur le bobinage 33, pour amortir le s surtensions, La diode 35, en série dans la cathode du thyristor 30, polarise cette cathode par rapport au pdle négatif de la batterie 4, et par rapport à la gchette du thyristor reliée à la résistance 19. Ainsi les impulsions de relaxation formées sur la résistance 19 entrainent l'amorçage du thyristor 30, avec décharge du condensateur 31 dans le bobinage 33 du compteur 32 qui avance d'une unité à chaque décharge. La présence du condensateur 31 rend plus franc le fonctionnement du compteur 32 et réduit l'appel de courant sur la batterie 4 lors de l'amorçage du thyristor 30. Le relaxateur représenté figure 2 comporte une disposition pour bloquer la relaxation lorsque la température est inférieure à un minimum choisi. Dans ce but, on a disposé, outre les éléments. du relaxateur 1 de la figure 1, deux transistors 22 et 23 montés en bascule à seuil, du genre dit trigger de Schmidt, avec une résistance commune d'émetteur. Le transistor 22 est bloqué lorsque le transistor 23 est rendu passant par application sur sa base d'une tensiotrinférieure à une tension de-seuil, et le transistor 22 est passant lorsque le transistor 23 est bloqué avec une tension de base supérieure au seuil. La base du transistor 23 est reliée à la prise intermédiaire d'un pont potentiométrique formé par la thermistance auxiliaire 21 venant du pole négatif et la résistance 24 venant du pdle positif.On conçoit que lorsque la température de la thermistance auxiliaire 21, accolée à la thermistance 2, décroît, l'accroissement résultant de la valeur de résistance de la thermistance 21 provoque une élévation de la tension de base du transistor 23. Le passage de cette tension au-dessus du seuil de basculement rendant passant le transistor 22 couzt-circuite le condensateur intégrateur 12 par l1intermédiaire du transistor 28,- ce qui bloque la relaxation. Bien entendu l'ajustement de la résistance 24 permet de régler le minimum de température en dessous duquel la relaxation est bloquée. Simultanément au blocage de la relaxation par le transistor 28, le transistor 22 passant débloque le transistor 40, avec pour conséquence le blocage du transistor 41. Le compte-temps 42 est une pendulette électrique alimentée à travers le transistor 41. I1 en résulte que le blocage de la relaxation est accompagné de l'armet du compte-temps 42. A l'inverse, lorsque la température de la thermistance 21 revient au-dessus du minimum choisi, la bascule à seuil 22, 23 bloque les transistors 28 et 40, Le condensateur 12 est décourt-circuité et la relaxation reprend, tandis que le transistor 41 devenu passant alimente le compte-temps 42 qui se remet en marche. On remarquera que le dispositif formé par la bascule à seuil 22, 23 et le pont potentiométrique 21, 24 se branche en association avec le relaxateur 1 par trois bornes, 25 pour le pble négatif de batterie, 26 pour le pdle positif et 27 sur collecteur du transistor 10 et l'émetteur de l'unijonction 18, en sorte que l'on peut aisément mettre en service ou hors-service l'interrupteur à minimum de température, On a compris que, la fréquence de récurrence des impulsions de relaxation étant, dans une plage convenable de température, fonction linéaire de la température de la sonde 2, le nombre d'imw pulsions enregistrées au compteur 32 est représentatif d'une intégrale de la température par rapport au temps, en sorte que la température moyenne sera déterminée en divisant le nonibre d'impulsions enregistrées pendant une période d'observation par la durée de cette période d'observation, et en tenant compte d'une constante d'intégration qui aura été déterminée antérieurement par étalonnage, ainsi que le coefficient de linéarité entre le nombre d'impulsions et la température. On comprendra également que, si l'on utilise le dispositif de blocage en dessous du "seuil apparent de végétation" décrit en référence à la figure 2, il faudra tenir compte de la durée effective de la période d'observation pendant laquelle la température a été supérieure au seuil apparent de végétation, qui aura été mesurée par le compte-temps 42. Bien entendu l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit, mais en embrasse toutes les variantes d'exécution. REVEND ICAT IONS 1. Dispositif intégrateur de température, destiné à déterminer la moyenne de température régnant à une station au cours d'une période d'observation, et comportant une sonde de température à thermistance délivrant un courant de signal fonction sensiblement linéaire de la température, et un intégrateur de courant de signal, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend un relaxateur asservi en fréquence de récurrence par le courant de signal, et un moyen de comptage des impulsions de relaxation. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit relaxateur comprend un condensateur intégrateur avec un moyen de charge asservi au courant de signal, et un moyen de décharge brusque à seuil de tension réglé disposé aux bornes du condensateur intégrateur. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moyen de charge comprend une source de tension à deux pales et un transistor modulateur relié par son émetteur à travers une résistance à un premier pdle et par sa base à un noeud entre deux branches d'un pont de résistances disposé entre les deux palets avec ladite thermistance insérée dans la branche reliée au second pale, le condensateur intégrateur étant disposé entre collecteur du transistor et second pèle. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de court-circuit amovible s'insérant entre ledit noeud et un point intermédiaire de chacune des branches du pont de résistances, ladite thermistance restant au-delà du court-circuit. 5. Dispositif selon une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ledit moyen de décharge brusque comprend un transistor unijonction à deux bases, ledit condensateur intégrateur étant branché entre émetteur et une résistance en série dans une base, tandis que l'autre base est polarisée à travers une résistance. 6. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit moyen de comptage comprend-un compteur électromécanique piloté par un thyristor associé à un condensateur réservoir. 7. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 6, prévu pour n 'intégrer que les températures supérieures à un minimum choisi, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen inter rupteur à seuil comprenant une thermistance auxiliaire à proximité de la sonde, et adapté à bloquer le relaxateur lorsque ladite thermistance auxiliaire présente une valeur de résistance supFrieu- re à la valeur correspondant au minimum choisi. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit moyen interrupteur comprend une bascule à seuil connue en soi équipée de transistors et attaquée par un pont potentiométri que dont la thermistance auxiliaire forme une branche. 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que ledit moyen interrupteur comprend en outre un moyen commu- tateur adapté à commander un dispositif compte-temps associé.