Brevet FR2393286A1 — publié le 19781229

L'invention concerne un dispositif calorimétrique pour lamesure de la quantité de chaleur cédée par un fluide à un échan- geur de chaleur, avec un debitmètre, une sonde thermométrique sur la conduite de départ et la conduite de retour de l'échangeur. de chaleur, un oscillateur a relaxation et des comparateurs qui en fonction de la différence des tensions en dent de scie agissent sur un organe de commande logique, et avec un générateur d'impuls-ions de comptage dont les impulsions de tension-sont transmises, lorsque l'organe de commande se trouve dans un état déterminé, à un compteur d'impulsions. Un tel dispositif presente l'înconvenient que les courants alimentant les sondes thermométriques, qui sont des résistances variables en fonction de la température, ne sont pas constants et qu'en conséquence il n'est pas possible d'assurer une précision pendant une période prolongé. En outre, les erreurs de fréquence du générateur d'impulsions et la tension de sortie de l'oscillateur à relaxation influent sensiblement sur la preci- sion de la mesure. La vérification de la constance de ces grandeurs est tres compliquée et ne saurait etre exécutée que par des spécialistes. La présente invention a pour but de garantir la constance des courants traversant les sondes thermométriques et d'augmenter la constance des fréquences du générateur d'impulsions ou de l'oscillateur à relaxation pour arriver à une mesure plus précise par des moyens plus simples. Ce but est atteint grâce a la fait que les sondes thermométriques réalisées comme des résistances thermométriques linéaires (5, 9) sont alimentees chacune par une source electrique constante (17, 23) et que les entrées (30, 31) des comparateurs (32, 33) peuvent être commutées ensemble sur des résistances de référence (22, 28). Cette solution s'appuie sur le fait que la constance des grandeurs ci-dessus mentionnées n'est requise que pour la durée dtune mesure qui est relativement courte par rapport à la durée de la période prolongée voulue, la précision pour une courte durée étant cependant assez facile à realiser. En outre, l'in ventionestconçue de sorte que le dispositif calorimétrique se reétalonne automatiquement a des intervalles réglables, ce qui rend superflu tout contrôle par des tiers. D'autres réalisations et des developpements conformément a l'invention ressortent de la description suivante ainsi que des figures 1 a 5 du plan. La fig. 1 montre la disposition du dispositif calorimétrique sur une installation de chauffage central, la fig. 2, un schéma fonctionnel du dispositif et la fig 3, les courbes de tension dans des points déterminés du montage, fig. 4 des diagrammes et fig. 5 un schéma de montage d'un multivibrateur a frequence corrigée. Dans toutes les 5 figures, les mêmes chiffres indiquent les mêmes détails. Un chauffe-eau a gaz 1 comportant un bruleur 2 et un échangeur de chaleur 3 alimente une conduite de départ 4 équipée d'une résistance thermométrique 5 qui varie lineairement avec la température. La conduite de départ 4 alimente un ou plusieurs récepteurs 6 tels que des radiateurs et/ou chauffe-eau sanitaire, qui, de leur côté sont branchées d une conduite de retour 7 munie d'une pompe de circulation 8. La conduite de retour comporte une sonde thermométrique 9 qui est également une résistance variable en fonction de la température avec la même caractéristique que la résistance 5, et un debitmetre 10. La resistance 5 est reliée b des points de raccordement 11 et 12, la résistance 9, aides points de raccordement 13 et 14.Le débitmetre 10 agit sur un contact 15 en fonction du volume qui le traverse dans l'unité de temps; il est relie électriquement a un point de raccordement 16 Une source électrique constante 17 alimente, a travers une ligne 18, une résistance de référence 19 et un commutateur 20. Le contact 11 du commutateur 20 relie la résistance thermométrique 5 a la source électrique constante 17. L'autre contact 21 du commutateur 20 relie une resistance étalon 22 a la source 17. Une autre source electrique constante 23 pilotée, a travers une ligne 24, par la source 17 en fonction de la diminution de la tension sur la résistance de référence 19, est reliée par une ligne 25 a un autre commutateur 26 dont le contact 14 relie la résistance thermométrique 9 à la source électrique constante 23. L'autre contact 27 relie une autre résistance étalon 28 a la source 23. Les deux commutateurs 20 et 26 sont actionnés par un relais 29. Sur les lignes 18 et 25 sont branchées des lignes d'entrée 30 et 31 de deux comparateurs 32 et 33 dont les sorties 34 et 35 sont reliées à un circuit ET 36 dont la sortie 37 est en communication avec un autre circuit ET 38 Le cemearateur33 a une sortie à effet négatif. Les lignes d'entrée 39 des comparateurs 32 et 33 sont rac cordées à la ligne de sortie d'un oscillateur à relaxation 40 qui, à travers une ligne 41, est commandé par un générateur d'impulsions étalon 43, de même que le relais 29, à trav-ers-une ligne 42. Le générateur d'impulsions étalon de son côté reçoit les impulsions du contact 15 du débitmètre 10, à travers une ligne 44. Une autre ligne de sortie 45 du générateur 43 est reliée à un circuit ET 46 gui agit, par une ligne 48, directement sur un compteur 47, Une- deuxième entrée 49 du circuit ET 38 est alimentée par une sortie d'un générateur d'impulsions de comptage 50 marchant à une fréquence constante mais réglable, et dont'la fréquence est beaucoup plus élevée que celle du générateur d'impulsions étalon 43. Une ligne de sortie 51 du circuit ET 38 est reliée, par l'intermédiaire d'un diviseur d'impulsions 52 et d'une ligne 53, au circuit ET 46, Le diviseur 52 est relié par plusieurs lignes 54JparallèlesJ à un comparateur 55 dont la sortie est raccordée par une ligne 56 à la ligne 45.Le comparateur 55 alimente, par une autre ligne de sortie 57, un filtre passe-bas 58 de la tension de régulation, qui agit par une ligne 59 sur la fréquence du générateur drimpulsions de comptage. Te filtre passe-bas 58 est relié par une autre ligne 60 à un capteur de seuils 61 qui commande un-afficheur d'erreurs 62. La sortie de ce capteur est reliée au circuit ET 46 par une ligne 63. Le montage décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante: Si l'on part de l'état de repos représenté et que la mesure calorimétrique ait commencé, il s'établira, après démarrage de la pompe 8, une circulation d'eau dans l'installation de chauf fagne, En fonction des volumes qui traversent dans l'unité de temps le débitmètre 10, le contact 15 s'ouvre et se ferme à des intervalles plus ou moins réguliers. Le fermeture du contact 15 a pour conséquence que le générateur d'impulsions étalon 43 est mis en action qui met sous tension la bobine du relais 29 de sorte que les contacts 20 et 26 sont commutés. Ainsi, les sources électrigues constantes 17 et 23 sont reliées, par les lignes 18 et 25, aux résistances étalon 22 et 28, La diminution des tensions sur les résistances étalon est transmise par les lignes 30 et 31 aux entrées des comparateurs 32 et 33 et simule une certaine température des conduites de départ et de retour Au même instant, le générateur d'impulsions étalon 43 applique, par la ligne 41, une tension d'alimentation sur l'oscillateur à relaxation 40 de sorte qu'une tension en dent de scie est appliquée sur les autres entrées 39 des comparateurs 32 et 33, Cette tension en dent de scie est représentée à la fig. 3, Cette tension en dent de scie évolue linéairement de Umax vers O, Au moment où la tension en dent de scie a atteint le niveau de tension de la ligne 30 ou 31, le comparateur correspondant réagit. Comme, en règle générale, la température dans la conduite de départ est plus élevée que celle dans la conduite de retour, le comparateur 32 fonctionnera le premier. Cet instant est marqué par t1 le moment où fonctionne le comparateur 33, par t2. Ainsi, le circuit ET 36 reçoit d'abord une impulsion de tension par la ligne 35 suivant l'impulsion au moment t1, puis il y aura une deuxième impulsion sur l'entrée à effet négatif du circuit EX à travers la ligne 34. La différence T entre t1 et t2 correspond à la différence de températures simulée sur les résistances étalon, Une impulsion apparaissant entre t2 et le t1 suivant sur la ligne 37 est supprimée. Les résistances étalon sont des résistances qui ne varient pas avec la température, Tueurs valeurs correspondent à celles apparaissant sur les résistances des sondes thermométriques à l'intérieur le la plage de mesure effective, pour assurer une précision maximale du montage. te circuit ET 36 débite, par sa sortie 37, une impulsion de tension tant que les deux lignes d'entrée 34 et 35 du circuit ET, venant des comparateurs, sont sous tension. Ainsi, la duree d'impulsions sur la ligne 37 est équivalente à la différence de température à étalonner, Le circuit EX 38 est mis en action Si des impulsions apparaissent aussi bien sur la ligne 37 que sur la ligne 49, Les impulsions émanant du générateur d'impulsions de comptage 50 ont ainsi libre passage durant le temps d'action du circuit ET 36, Ces impulsions sont divisées dans le diviseur 52 et transmises par les lignes 54 au comparateur 55.Le comparateur fait la comparaison entre la valeur d'étalonnage effective et la consigne qu'il a en mémoire, Si les deux valeurs sont égales, aucune autre fonction n'est exé cuée. En cas de différence entre les deux valeurs, la fré querce du générateur d'impulsions de comptage 50 est corrigée par le filtre passe-bas 58. Si la tension de régulation pour la fréquence du générateur d'impulsions de comptage se trouve en dehors de certaines limites mémorisées par le capteur de seuils 61, l'afficheur 62 est actionné et, simultanément; la. tension appliguée en permanence, à l'état de repos, sur la ligne 63 est supprimée de sorte que le circuit EX 46 ne peut plus réagir. Cela empêche que des valeurs de mesure incorrectes n'arrivent plus au visualisateur 47, Après l'étalonnage, le générateur d'impulsions étalon 43 donne un signal de sortie, par la ligne 42, sur le relais 29 de sorte que les contacts 20 et 26 passent dans la position représentée à la fig. 2. Alors, les résistances thermométriques 5 et 19 se trouvent placées dans le circuit des sources électriques constantes 17 et 23. Suivant les températures dans les conduites de départ et de retour, les résistances 5 et 9 prennent des valeurs déterminées seulement par la température du fluide en circulation, Ces valeurs se traduisent sur les résistances par des chutes déterminées de tension gui sont alors transmises par les lignes 30 et 31 aux entrées des comparateurs 32 et 33. En même temps, le générateur d'impulsions étalon 43 agit, par la ligne 41, sur ltoscillateur à relaxation 40 de sorte que la tension en dent de scie prend de nouveau effet à partir du niveau supérieur. Comme pendant l'étalonnage décrit ci-dessus, les comparateurs réagissent au moment où la tension en dent de scie correspond à la tension sur les lignes d'entrée 30 et 31. Ainsi, le circuit EU 36 réagit si les deux lignes d'entrée 34 et 35 sont sous tension par l'action des comparateurs, La durée d'impulsions débitées par la sortie du circuit ET 36 sur la ligne 37 donne la différence de températures entre les conduites de départ et de retour de L'installation de chauffage.Durant l'application d'une impulsion de tension sur le circuit ET 38 par la ligne 37, le diviseur 52 reçoit, par la ligne 51, des impulsions venant du générateur d'impulsions de comptage 50, Si l'on suppose que le contact 15 débite une impulsion lorsqutun volume de 10 litres d'eau a traversé le débitmètre 10 et que l'on règle le montage de sorte que par degré Celsius de différence des températures entre les résistances thermométri- ques 5 et 9, 10 impulsions du générateur 50 passent à travers le circuit ET 38 et que, en plus,.le diviseur soit réglé sur un rapport de 1000 : 1, on-peut lire sur le visualisateur 47 directement les valeurs en Nucal. Si lton augmente la fréquence du générateur 50, il faut augmenter en conséquence le rapport de division du diviseur 52. Mais il faut souligner que la fréquence du générateur d'impulsions de comptage peut être choisie librement, le rapport de division devant alors être adapté à cette fréquence. Après une opération de mesure, une nouvelle mesure peut commencer au moment de la fermeture du contact 15. Il est alors possible d'effectuer, à des intervalles réglables, plusieurs mesures l'une après l'autre sans intercaler un étalonnage; il est aussi possible d'intercaler plusieurs étalonnages entre deux mesures. La précision de la mesure calorimétrique dépend essentiellement de la précision du -débitmètre. te générateur d'impulsions de comptage ne doit être à fonctionnement constant que durant l'intervalle entre un étalonnage et une mesure Si par exemple, après la mesure, la fréquence du générateur dtimpul- sions de comptage diminue, elle est corrigée, lors de l'étalonnage suivant, par la tension de régulation du filtre passe-bas. Suivant la précision avec laquelle le générateur dtimpulsions de comptage maintient sa fréquence, on peut choisir les intervalles auxquels il faut opérer un étalonnage. la valeur absolue des courants des sources constantes 17 et 23 est sans importance, il importe seulement que les courants soient égaux, ta constance des fréquences de l'oscillateur à relaxation est également sans importance, il importe seulement que la courbe descende linéairement pendant une opération de mesure. Si la fréquence de l'oscillateur à relaxation diminue, il apparait à la sortie du circuit ET 38, durant une mesure, un nombre d'autant plus grand d'impulsions. A l'étalonnagne suivant, le nombre d'impulsions relevé par le comparateur est également plus grand de sorte que la fréquence du générateur d'impulsions de comptage diminue. Le'rreur est ainsi corrigée. Si le montage est mis en service pour la première fois, il est avantageux de faire exécuter plusieurs étalonnages consécutifs pour faire fonctionner le montage de façon optimale. On peut, d'une façon générale, faire exécuter autant d'étalonnages consécutifs jusqu'à ce que le comparateur enregistre l'identité des valeurs effectives et des consignes. - L'utilisation du montage suivant l'invention ne se limite pas aux seuls chauffe-eau à circulation, Il est également pos sible que la source de chaleur 1 soit un tout autre appareil tel qu'une chaudière ou un chauffe-eau instantané électrique. te montage suivant l'invention permet aussi d'effectuer la me- sure de la consommation d1 énergie thermique fournie par une installation de chauffage à distance. De même que la quantité de chaleur cédée, il est également possible de mesurer la quantité de chaleur absorbée par un récepteur. Normalement, une installation de chauffage utilise de l'eau pour le transport de la chaleur, mais, à condition d'assurer une pression constante ou de modifier le débitmètre 10, il est également possible d'utiliser un gaz ou de la vapeur, Comme la précision de la mesure calorimétrique dépend essentiellement des résistances étalon 22 et 28, dn aura intérêt à réaliser le montage de sorte à assurer l'accessibilité de ces résistances.Elles sont donc conçues avantageusement sous forme enfichable en dehors du montage pour permettre le cas échéant leur remplacement par des personnes non qualifiées. Sauf le remplacement des résistances étalon, il ne faut pas d'autres travaux d'ajustage du montage puisque les éléments essentiels du montage se corrigent automatiquement. Dans les deux diagrammes de la fig. 4, une courbe 140 indique la consigne des résistances thermometriques 5 et 9 en ohms en fonction de la température en "C, qui évolue, dans le cas idéal, en ligne droite. En réalité, la résistance varie en fonction de la température suivant une courbe 141 non linéaire, de sorte que la chute de tension mesurée sur les résistances thermometriques 5 et 9 diminue lorsque la température augmente, par suite de l'écart de linéarité des résistances. Cela aurait comme conséquence que, par suite de l'écart variable aux différentes températures, le temps est trop court pour que le circuit ET 36 puisse communiquer au visualisateur 47 le nombre correct d'impulsions débitées par le générateur d'impulsions de comptage 750. Comme il résulte en plus des diagrammes de la fig. 4, la tension de l'oscillateur a relaxation 40 évolue linéairement avec le temps suivant la droite 142. Comme la courbe 142, reproduisant ltevolution de la tension par rapport au temps, monte proportionnellement à la courbe 140, il est possible, Si l'on cannant l'écart entre les valeurs des resistances des courbes 140 et 141, de corriger la fréquence du générateur d'impulsions dewcomtage 50 en utilisant la tension on dent de scie 142 comme critere. Dans le cas considéré, la fréquence du générateur d'impulsions de comptage par rapport a la duree de marche est augmentée d'une valeur se situant entre les impulsions limite appliquées aux sorties 34 et 35 de sorte que la valeur affichée est corrigée de l'erreur de linéarité des résistances thermométriques 5 et 9.Comme d'autre part, il y a un écart analogue de la chaleur spécifique en fonction de la température, il est également possible de compenser cet écart de linéarité. De même, il est possible d'operer une compensation respective de l'écart de linéarité de la densite du fluide.en circulation. La fig. 5 montre le montage du générateur d'impulsions de comptage 50 et son asservissement par la tension de compensation debitee par la sortie 49. Le générateur d'impulsions de comptage 50 comprend deux multivibrateurs 143 dont les sorties 144 sont reliées, chacune à travers un condensateur 145, a l'entrée 146 de l'autre multivibrateur. A l'une des sorties 144 est reliée la ligne de sortie 49, les deux entrées 146 étant en communication, a travers les résistances 147, avec la ligne d'entrée 59, qui relie la tension de l'oscillateur a relaxation 40 a la masse. Ainsi, la tension de commande UST qui correspond a la tension en dent de scie de l'oscillateur 40, est appliquée sur la base du générateur dtimpulsions 50, la fréquence de la tension d'impulsion UA de la ligne 49 étant ainsi directement fonction de la valeur de la tension de commande UST. Il est possible de corriger d'autres variables, par exemple la variation de la chaleur spécifique et de la densité de l'eau en fonction de la température. Pour ce cause, on peut corriger la tension de sortie du générateur d'impulsions de comptage avec un ou tout les deux valeurs. Revendications 1, Dispositif clorimétrique ppur la mesure de la quantité de chaleur cédée par un fluide à un échangeur de chaleur, avec un débitmètre, une sonde thermométrique réalisée sous forme d'une résistance thermométrique sur la conduite de départ et la conduite de retour de l'sschangeur de chaleur, un oscilla teur à relaxation et des comparateurs qui en fonction de la différence des tensions fournies par les sondes thermomé triques et de la tension en dent de scie agissent sur un organe de commande logique, et avec un générateur d'impul sions de comptage dont les impulsions de tension sont trans mises, lorsque l'organe de commande se trouvefdans un état déterminé, à un compteur d'impulsions, caractérisé par le fait que les sondes thermométriques réalisées comme des résistances thermométrigues linéaires (5, 9) sont alimentées chacune par une source électrique constante (17, 23) et que les entrées (-0, 31) des comparateurs (32, 33) peuvent être commutées ensemble sur des résistances de référence (22, 285. 2. Dispositif calorimétrique suivant revendication 1, caracté risé par le fait qu'une mesure ou un étalonnage est déclen ché par une impulsion fournie par le débitmètre. 3. Dispositif calorimétrique suivant revendication 1 ou 2, ca ractérisé par le fait qu'il y a un étalonnage entre des opé rations de mesure. 4. Dispositif calorimétrique suivant lune des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le résultat du comptage en étalonnage est comparé dans un comparateur à une consigne et qu'en fonction de la comparaison des valeur effective et consigne de l'étalonnage la fréquence du générateur d'impul sions de comptage est corrigée. 5. Dispositif calorimétrique suivant revendication 1, caracté- risé par le fait que le courant de l'une des sources cons tantes (23) est piloté par le courant de ltantre source constante (19) par l'intermédiaire d'une résistance de me sure (19). 6. Dispositif suivant revendication 1, caracterise par le fait que la fréquence de la tension de sortie du générateur dtim- pulsions de comptage (50) est corrigée suivant l'écart de linéarité des résistances thermometriques (5, 9). 7. Dispositif suivant revendication 1, caractérisé par le fait que la fréquence de la tension de sortie du générateur d'impulsions de comptage (50) est corrigéesuivant 7'écart de linéarité de chaleur spécifique du fluide en circulation en fonction de la température. 8. Dispositif suivant revendication 1, caractérisé par le fait que la fréquence de la tension de sortie du générateur d'im pulsions de comptage (50) est corrigée suivant l'écart de linéarité de la densité du fluide en circulation en fonction de la température. 9. Dispositif suivant revendication 6, caractérisé par le fait que sur le générateur d'impulsions de comptage (50) est appliquee une tension de commande (UST) qui correspond à la tension de sortie de 1'oscillateur a relaxation (40). 10. Dispositif suivant revendication 7, avec un multivibrateur couplé rétroactivement comme générateur d'impulsions de comp taxe, caractérisé par le fait que la tension de commande (UST) est appliquée sur la base du multivibrateur.