Brevet FR2433711A1 — publié le 19800314

La présente invention concerne un appareil de régulation de la 'température dans un bâtiment;en réglant la ventilation dans ce dernier. Elle s'applique notamment aux bâtiments d'élevage. De plus, l'appareil peut comprendre un système de chauffage quand la température de vient trop basse dans le bâtiment. Comme on l'a déjà décrit dans la demande de certificat d'utilité 75 38404 déposée le 10 décembre 1975 par Serge Rivallan et intitulée "Circuit de régulation de ventilation et de chauffage", l'élevage des animaux domestiques peut être sensiblement amélioré en maintenant leur environnement à une température constante et judicieusement choisie. Dans cette demande, on a notamment décrit un appareil de régulation capable de commander les temps de fonctionnement de générateur de chaleur et de commander le débit d'air traversant le batiment concerné en agissant sur la vitesse de rotation d'un ventilateur, en fonction de signaux délivrés par une sonde de température. Dans certaines exploitation, il s'est avéré qu'il était plus avantageux, au lieu d'agir sur la vitesse d'un ventilateur, d'agir sur les largeurs des ouvertures du bâtiment par lesquelles se crée une ventilation naturelle. Un objet de la présente invention consiste à prévoir un appareil de régulation capable de commander le débit d'air traversant un bâtiment en réglant l'ouverture des trappes de ventilation naturelle du batiment, en fonction de signaux délivrés par une sonde de température. Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un appareil de régulation capable d'agir sur des générateurs de chaleur, quand la régulation de la ventilation a réduit celle-ci à un minimum qui ne peut être dépassé. Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un appareil de régulation capable de fonctionner à partir des signaux délivrés par une sonde ou tout autre appareil de mesure de la température. Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un appareil qui soit, à 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 circuit de l'appareil. Suivant une caractéristique de l'invention, il est prévu un appareil capable de commander les temps de fonctionnement d'un appareil de chauffage, fonctionnant à un niveau de travail ou à un niveau de repos, et le niveau de ventilation graduellement entre une une valeur minimale prédéterminée et une valeur maximale, en traitant des signaux électriques délivrés par une sonde, dans lequel 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 résistances montés en pont, chacun des réseaux délivrant respectivement une première et une seconde tension à un premier et un second circuit de comparaison, le premier circuit de comparaison alimentant un circuit à seuils délivrant un signal de sortie à un relais électromagnétique 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, 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 commandant un générateur d'impulsions rectangulaires de largeurs et de polarités variables, lesdites impulsions commandant suivant leurs polarités sélectivement deux relais montés dans le circuit d'alimentation du moteur d'ouverture et de fermeture de trappes de ventilation, la largeur et la polarité de chaque impulsion étant fonction du signal délivré par le second circuit de comparaison. La caractéristique mentionnée ci-dessus, ainsi que d'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite 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, la Fig. 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, la Fig. 3 montre le schéma électrique du circuit de commande de l'appareil suivant l'invention, et la Fig. 4 montre des formes d'onde de signaux permettant d'illustrer le fonctionnement du circuit de la Fig. 3. A la Fig. 1, on a représenté un bâtiment dans lequel on élève des animaux dans des stalles montées sur un plancher 1. La température de l'atmosphère qui se trouve immédiatement au-dessus des animaux installés dans les stalles est mesurée par une sonde 2 qui délivre un signal électrique fonction des variations de température subies, à l'appareil 3 qui sert à réguler le chauffage et la ventilation à l'intérieur du bâtiment. L'appareil 3 commande le fonctionnement de dispositifs de chauffage par rayonnement 4 et des moteurs 5 à 7 qui entraînent respectivement la paire de trappes 8 et les trappes 9 et 10. Dans l'appareil de l'invention, les dispositifs de chauffage par rayonnement sont commandés par leur mise sous tension ou leur mise hors tension. Il s'agit d'une commande par tout ou rien.La paire de trappes 8 se trouve, comme le montre la Fig. 1, en haut du toit 11 du bâtiment qui est ouvert et recouvert par un chapeau 12. Les trappes 8 peuvent pivoter autour d'un axe longitudinal, par rapport au bâtiment. Leur position angulaire est réglable entre une position haute où elles assurent la plus grande ouverture pour l'air chaud du bâtiment s'échappant par le haut, et une position basse où elles assurent un débit d'air chaud minimum. Les trappes 9 et 10 contrôlent le débit d'air frais entrant dans le bâtiment par les ouvertures 13 et 14 percées dans les murs du bâtiment. A l'extérieur des murs, sont fixées des parois 15 et 16 qui descendent chacune à, par exemple, 50 cm du sol environ et forment ainsi chacune une gaine verticale ouverte en bas, ce qui évite les effets du vent. Dans le système de régulation de la ventilation, les trappes 9 et 10 sont normalement grandes ouvertes et le réglage de la position des trappes 8 suffit à régler la ventilation de manière à conserver une température constante.Toutefois, quand les trappes 8 sont en position basse, assurant un débit minimal et que la température reste trop basse, les trappes 9 et 10 sont déplacées angulairement jusqu'à assurer une entrée d'air minimale. Si, dans ce cas, la température reste encore trop basse, les appareils 4 de chauffage sont mis en fonctionnement. Donc, en position normale de marche, les trappes 9 et 10 sont ouvertes, les appareils 4 sont au repos et les trappes 8 occupent une position angulaire intermédiaire entre la position haute d'ouverture et la position basse de fermeture minimale. La Fig. 2 montre le coffret 3 pourvu de liaisons schématiques, d'une part, vers le secteur pour recevoir de l'énergie et vers la sonde 2 pour recevoir les signaux de variation de température, et, d'autre part, vers les appareils de chauffage 4 et les moteurs 5 à 7. Il apparatt que l'appareil comporte trois boutons de commande 17, 18 et 19. Le bouton 17 sert à régler la ventilation en affichant à l'aide d'un index du bouton une température prédéterminée. Le bouton 18 sert à réguler le chauffage en affichant à l'aide d'un index la même température que celle affichée par le bouton 17. Le bouton 19 sert à déterminer l'écart de température quelle que soit la température mesurée par la sonde 2. A la Fig. 3, le circuit de commande de l'appareil de régulation comporte un transformateur d'alimentation TR, dont l'enroulement primaire est alimenté par le secteur sous 220 V alternatif entre phase et neutre, et dont-l'enroule- ment secondaire alimente un pont redresseur double alternance PR. La tension délivrée par PR est régulée dans un circuit de régulation d'alimentation RG classique qui délivre une tension de + 12 V nécessaire pour l'alimentation de composants électroniques classiques, tels que des amplificateurs opérationnels et des transistors n-p-n. Le circuit comprend un premier pont de résistances avec une première branche composée d'un potentiomètre PI et de la première partie d'un poten tiomètre P2, une seconde branche composée de la seconde partie du potentiomètre P2 et d'une résistance R7, une troisième branche composée d'un potentiomètre P3 et une quatrième branche composée de la résistance r de la sonde 2, cons- tituée par une thermistance, La première et la seconde branche sont montées en série entre + 12 V et la masse, ainsi que la troisième et la quatrième branche. Le curseur du potentiomètre P2 est relié à l'entrée - d'un amplificateur opérationnel Al, à travers une résistance d'entrée R2.Le point commun à la thermistance 2 et au potentiomètre P3 est relié à l'entrée + de l'amplificateur Al, à travers une résistance d'entrée R3. L'amplificateur Al est monté en détecteur de tension, le rapport entre la tension de sortie et la tension d'entrée - pouvant être réglé par la résistance variable R4. Le circuit comprend un second pont de résistances comportant une première branche composée d'une résistance R5 et de la première partie d'un potentiomètre P4, une seconde branche composée de la seconde partie du potentiomètre P4 et d'une résistance R6, et d'une troisième et quatrième branche constituées par les memes 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, à travers une résistance d'entrée R7, tandis que le point commun au potentiomètre p3 et à 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.Le condensateur C1 monté en parallèle avec la thermistance 2 sert à découpler les courants résiduels à 50 Hz. La sortie de l'amplificateur Ai est reliée, d'une part, à travers une résistance R9, à l'entrée + d'un troisième amplificateur opérationnel A3, et, d'autre part, à travers une diode Zener Z et une résistance R10 en série, à l'entrée - d'un quatrième amplificateur opérationnel A4. La diode Z a sa cathode reliée à la sortie de Al et son anode reliée à la résistance R10, ainsi qu a la masse par la résistance Rail. La diode Z a pour effet de réduire de 5,6 V la tension appliquée à l'entrée - de A4 par rapport à la tension de sortie de Al. L'entrée - de l'amplificateur A3 est reliée, par une résistance R12, à l'entrée - d'un cinquième amplificateur opérationnel A5. L'entrée + de A4 est également reliée à l'entrée - de A5, par une résistance R13. L'entrée + de A5 est reliée au potentiel de masse par une résistance R14. La sortie de AS est reliée à son entrée - par une résistance R15 en parallèle avec un circuit comprenant une résistance R16 et une diode D1 dont la cathode est reliée à la sortie de A5. Enfin, l'entrée - de A5 est encore reliée au potentiel de + 12 V par un condensateur C2. Le circuit de l'amplificateur A5 est encore complété par une résistance R17 montée entre son entrée + et le potentiel de + 12 V et une résistance R18 montée entre son entrée + et sa sortie. Sur le plan fonctionnel, l'amplificateur A5 est monté en oscillateur à relaxation capable d'engendrer un signal en dents de scie symétriques. En effet, en supposant au départ le condensateur C2 non chargé, la tension à l'entrée - de A5 étant de 0 volt et celle de son entrée + étant de 9 V, déterminée par le pont de résistances R14, R17 et R18, l'entrée + est positive par rapport à son entrée -, ce qui entraîne un potentiel à sa sortie de + 12 V, lequel charge le condensateur C2 à travers la résistance R15. quand le condensateur C2 atteint une tension supérieure à + 9 V, le circuit bascule et la tension à sa sortie devient nulle. A ce moment le condensateur C2 commence à se décharger à travers la résistance R15, mais aussi la résistance R16 et la diode D2. La tension à l'entrée + de A5 devient plus négative d'environ 5 V, par la résistance R18. Lorsque, au cours de la décharge, la tension sur le condensateur C2 redevient inférieure à celle de l'entrée +, le circuit rebascule à nouveau et le cycle recommence.Si l'on suppose les charges et décharges de C2 linéaires, il apparaît que l'on a sur l'entrée de A5 un signal en dents de scie symétriques avec des minima à + 2 V et des maxima à + 6 V, la période étant déterminée par les circuits de charge et de décharge de C2 et étant de 1 à 3 minutes. Par les résistances R12 et R13, le signal triangulaire de l'entrée - de A5 est respectivement appliqué aux entrées - de A3 et + de A4. L'amplificateur A3 fonctionne en générateur d'impulsions en délivrant une impulsion, å tension constante, tant que le signal triangulaire appliqué à son entrée - a une amplitude supérieure à la tension appliquée à son entrée +, en provenance de Al. La sortie de A3 est reliée, par une résistance R19, à la base d'un transistor TR1 dont ltémetteur est à la masse et le collecteur relié à un enroulement de relais REl. La base de TR1 est découplée à la masse par un condensateur C3. Quand le potentiel à l'entrée - de A3 est supérieur au potentiel à l'entrée +, A3 délivre une tension positive qui fait conduire le transistor TR1 qui alimente l'enroulement RE7. L'amplificateur A4 fonctionne aussi en générateur d'impulsions en délivrant une impulsion, à tension constante, tant que le signal triangulaire appliqué à son entrée + est inférieur à la tension appliquée à son entrée -, en provenance de Al à travers la diode Zener Z. La sortie de A4 est reliée, par une résistance R20, à la base d'un transistor TR2 dont l'émetteur est à la masse et le collecteur relié à un àun enroulement de relais RE2. La base de TR2 est découplée à la masse par un condensateur C4. Quand le potentiel à l'entrée + de A4 est inférieur au potentiel à l'entrée -, A4 délivre une tension positive qui fait conduire le transistor TR2 qui alimente l'enroulement RE2. En pratique, la tension délivrée à la sortie de Al varie entre 2 V et et 10 volts pour des variations de température absolues allant de 0,5 à 2 degrés centigrade. La sortie de l'amplificateur A2 est reliée, par une diode D2 et une résistance R21, au point commun à deux résistances R22 et R23 montées en série entre + 12 V et la masse pour former un diviseur de tension. Entre le point commun à la diode D2 et la résistance R21, d'une part, et la masse, d'autre part, est monté un condensateur C5, dont on décrira le rôle par la suite. Le point commun à R22 et R23 est relié à l'entrée - d'un amplificateur opérationnel A6 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 R26, R25 et R24.La sortie de l'amplificateur A6 est reliée, d'une part, par une diode D3 au point commun aux résistances R25 et R26, et, d'autre part, par une résistance R27, à la base d'un transistor TR3. L'émetteur de TR3 est à la masse et son collecteur est relié à un enroulement du relais RE3. A noter que les deuxièmes bornes des enroulements des relais RE1, RE2 et RE3 sont reliées en parallèle à la sortie positive du pont PR. A noter encore que les trois transistors TRi, TR2 et TR3 sont des transistors de puissance n-p-n. La base de TR3 est découplée à la masse par un condensateur C6. Le relais RE7 comporte deux contacts Rez .1 et RE1.2 et le relais RE2 deux contacts RE2.1 et Ré2.2. Le contact mobile de RE2.1 est relié à une phase Phl et sont contact de repos est relié au contact mobile de RE7.1, Le contact de travail de RE2.1 est isolé ainsi que le contact de repos de RE1.1. Le contact de travail de RE1.1 est relié, par un contact de repos Y à une borne du moteur 5 dont l'autre borne est relié au neutre. Le contact mobile de RE2.2 est relié à la phase Ph2 tandis que son contact de repos est isolé et que son contact de travail est relié au contact mobile de Rez .2 dont le contact de travail est relié au contact Y et le contact de repos isolé.Par ailleurs, les moteurs 6 et -7 ont une borne reliée au neutre et l'autre borne reliée, par un contact de travail X au contact de repos Y. On va maintenant supposer que les trappes 9 et 10 sont ouvertes, les trappes 8 en position intermédiaire et que la température dans le bâtiment dépasse la température de consigne. La résistance de la thermistance 2 diminue. La tension à l'entrée + de Al diminue. La tension à la sortie de Al diminue ainsi que la tension à l'entrée + de A3. Dès que la tension triangulaire appliquée à l'entrée - de A3 dépasse la tension à l'entrée +, la sortie de A3 alimente TR7 qui alimente RE1 dont le contact RE1.1 passe au travail. Donc le moteur 5 est alimenté par Phl et tourne pour ouvrir les trappes 8. Dès que la tension appliquée à l'entrée - redevient inférieure à celle de l'entrée +, la sortie de A3 cesse d'alimenter TR1 et le moteur 5 s'arrête. Au cycle suivant de la tension en dents de scie, la tension à l'entrée de A3 redevient supérieure à celle de 1 entrée +, on retrouve une nouvelle mise en route du moteur 5. 11 est bien évident que les trappes 8 s'ouvrant la température diminue et qu'au bout de quelques temps de marche on retrouve a tension de consigne. On va maintenant supposer que la température diminue au-dessous de la valeur de consigne. On déduit de ce qui précède que la tension à l'entrée + de A3 va augmenter, mais surtout que la tension à l'entrée - -de A4 va augmenter, avec un décalage de - 5,6 V à causez la diode Z. Dès que la tension triangulaire appliquée à l'entrée f de A4 descend au-dessous de celle de lentrée -, la sortie de A4 alimente TR2 qui alimenté RE2 dont le contact Ré .2 passe au travail. Donc le moteur 5 est alimenté par Ph2 et tourne pour les trappes 8. On a le fonctionnement inverse de celui qui a été décrit quand la température augmente. Si, à l'extérieur du bâtiment, la température baisse beaucoup. Le moteur 5 continuera à fermer les trappes 8 jusqu'a la position de fermeture minimale. A ce moment, le contact de fin de course X se ferme ce qui permet l'alimentation des moteurs 6 et 7. Dès que ces moteurs commencent à fonctionner les trappes 9 et 10 se ferment ce qui ouvre le contact Y. Donc, à partir de cet instant, on retrouve le même fonctionnement que précédemment, mais avec les moteurs 6 et 7. Si, par la suite, la température remonte, les trappes 9 et 10 vont s'ouvrir complètement, ce qui refermera le contact Y, ce qui permettra de réalimenter le moteur 5 qui ouvrira le contact X. On se retrouve alors dans la position initiale. Par ailleurs, dès que la température descend au-dessous de la valeur de consigne pour les appareils de chauffage, la tension à l'entrée - de A2 diminue. La tension à la sortie de A2 augmente ainsi qu'à l'entrée - de A5. Quand cette tension dépasse celle de l'entrée + de A5, celui-ci alimente TR3 qui alimente le relais RE3 qui met en fonctionnement les appareils de chauffage. L'inverse se produit quand la température augmente. Le curseur du potentiomètre P2 est actionné par le bouton 17 de la Fig. 2. il permet d'afficher la température de consigne pour la ventilation. Une fois ce réglage réalisé, on ajuste le potentiomètre P1 de manière que la sortie de Al soit nulle. Le curseur du potentiomètre P4 correspond au bouton 18 de la Fig. 2. il permet d'afficher la température de consigne pour le chauffage. Le potentiomètre P3 permet d'obtenir une sortie nulle sur A2 quand on a l'équilibre. La résistance variable R4 permet, actionnée par le bouton 19, d'ajuster le gain de Ai, c'est à dire de faire-varier la sensibilité du système de venti lation. On observera que le montage des contacts des relais RE1 et RE2 est tel que, si ces deux relais sont au travail, les moteurs ne peuvent être alimentés, ce qui évite tout incident. Les courbes de la Fig. 4, qui indiquent des variations arbitraires de la température, permettent de voir à quels instants les sorties de A3 et A4 délivrent des impulsions permettant l'alimentation des moteurs. il faut noter que dans la pratique, les bobines RE1 à RE3 ne commandent par directement lés contacteurs de mise sous tension des moteurs et appareils de chauffage, mais sont relayés par des relais intermédiaires suivant les règles de l'art. Les temps de charge et de décharge de C2 sont choisis en fonction de la direction des vents dominants par rapport au bâtiment. REVENDICATIONS 1) Appareil capable de commander les temps de fonctionnement d'un appareil de chauffage, fonctionnant à un niveau de travail ou à un niveau de repos, et le niveau de ventilation graduxellement entre une valeur minimale prédéterminée et une valeur maximale, en traitant les signaux électriques 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 résistances montés en pont, chacun des réseaux délivrant respectivement une première et une seconde tension à un premier et un second circuit de comparaison, le premier circuit alimentant un circuit à seuils délivrant un signal de sortie à un relais électromagnétique 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, 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 commandant un générateur d'impulsions rectangulaires de largeurs et de polarités variables, lesdites impulsions commandant suivant leurs polarités sélectivement deux relais montés dans le circuit d'alimentation du moteur d'ouverture et de fermeture de trappes de ventilation, la largeur et la polarité de chaque impulsion étant fonction du signal délivré par le second circuit de comparaison. 2) Appareil suivant la revendication 1, 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 comparaison et dont l'autre entrée est reliée à la sortie d'un générateur de dents de scie, la sortie de l'amplificateur opérationnel commandant un transistor de commutation alimentant une bobine de relais de commande 3) Appareil suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le premier et le second comparateur sont des amplificateurs opérationnels.