Brevet FR2430604A1 — publié le 19800201

La présente invention concerne un dispositif utilisant un circuit électronique disposé de manière originale dans un boitier convecteur de façon à réaliser un élément réagissant en tout ou rien, sans hystérésis, avec un seuil fidèle et très étroit, S la température d'une ambiance, d'un bain. Ce dispositif est destiné à équiper plus particulièrement les automobiles pour détecter les risques de verglas ou pour détecter des dépassements de température d'éléménts chauffés mais il peut équiper aussi des détecteur- divers dont des détecteurs de gel ou d'incendie. On connaît les dispositifs existants : les dispositifs à bilame peuvent être précis mais ont un différentiel assez important de l'ordre de - 3 C et il est difficile de les étalonner à une température parfaitement définie. De même, des capteurs utilisent des résilstances métalliques variant de façon définie en fonction de la température mais ils demandent une électonique d'amplification et un étalonnage portant ainsi le pris à des valeurs élevées.La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients et de permettre une utilisation très souple dans un environnement électrique, thermique et mécanique particulièremt rigoureux. Un dispositif suivant l'invention comprend un circuit électronique alimenté par un courant continu provenant d'une source électrique dont on dispose, un relais électrique ou électronique, un signal d'alarme lumineux ou sonore dont ltune des bornes est reliée au pole plus de 1' alimentation électrique, l'autre étant reliée à la borne commandée du dispositif essentiellement caractérivé eg reLPY,e cette borne est le collecteur d'un transistor NPN dont ltémetteur/au pôle négatif de la source électrique et la base, alimentée ou non en courant électriquement au optoélectriquement selon qu'un seuil de température fixé par étalonnage est dépassé par valeurs inférieures ou tupérieures selon les cas, la détection se faisant par une résistance à coefficient de température négatif (CTN) fixé sur un élément métallique de faible capacité calo rifique, bon conducteur de la chaleur et bon convecteur, permettant de faire varier l'une des deux tensions d'un pont de mesure alimenté par une tension stabilisée et constitué d'une part par un potentiomètre ajustable dont le point milieu constitue l'un des deux points milieur du pont et qui permet d'étalonner en réglant le seuil de température, le dispositif et, d'autre part, par la CN et une résistance talon préférentiellement de valeur équivalente i la CTN, le second point milieu étant le point commun résistance-C,la- commande se faisant par un dispositif électronique sensible à la différence de tension entre les points milieux, envoyant un courant dans la base,directement ou par l'intermédiaire d'un-signal optique, du transistor de commutation lorsque cette différence dépasse un certain seuil propre au dispositif, le circuit électronique étant placé dans un boitier étanche, propre à faciliter les échanges thermiques, à avoir un faible constante de temps thermique, à avoir une grande résistance mécanique et à la corrosion. Selon une autre caractéristique, le dispositif détecteur de différence de tensions du pont qui envoie le courant suffisant pour agir. sur la base du transistor de commutation du signal d'alarme lorsque le seuil est dépassé, est constitué par un transistor PNP dont l'émetteur est relié à l'un ou l'autre des points milieux du pont suivant la position de la CTN ( entre pôle moins et point milieu ou entre point milieu et pôle plus) et suivant le sens du seuil désiré, dont la base est reliée à l'autre point milieu par l'intermédiaire d'une résistance de forte valeur pour avoir une forte impédance entre les deux pointe milieux du pont, dont le collecteur est relié à la base d'un transistor NPN dont le collecteur kst relié à la polarité plus de ltalimetation générale et l'émetteurs est relié à la base ou la commande de la base du transistor de commutation de alarme par l'intermédiaire d'une résistance permettant de limiter le courant dans le transistor de commutation à la valeur désirée. Selon une autre caractéristique de l'intention, le dispositif détecteur de déséquilibre du pont est constitué par un circuit intégré linéaire alimenté entre le pale plus de l'alimentation générale et le pôle moins, dont les entées iaverseuses et non-inverseuses sont reliées aux points milieux du pont suivant la position de la CT & et suivant le sens du seuil souhaité, dont la sortie est reliée par l'intermédiaire d'une résistance de limitation de courant à la base du transistor de commutation. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'alimentation du pont est stabilisée gr & e à une diode Zener alimentée par l'intermédiaire d'une résistance telle que, de la tension minimum d'alimentation jusqu'à la tension maximum, le pont soit alimenté directement par le point entre la Zener et la résistance, sans variation notable de tension, ces composants étant dimensionnés de manière à dissiper normalement la puissance produite par effet joule. Suivant une autre caractéristique, à cause dez enrtensions transitoires, lea impulsions positives ou négatives pouvant nuire au transistor dont le collecteur est relié au pôle plus de la source ou nuire au circuit intégré linéaire, use diode Zener de valeur supérieure à la tenson maximale d'alimentation mais protégeant contre lessurtensions paraites, est placée soit entre le collocteur et l'émetteur pour le transistor, soit entre l'alimentation positive et la sortie pour le circuit intégré linéaire, de manière à écréter la tension à laquelle est soumis le semi-conducteur et permettant de rendre passant pendant les parasites, le transistor de commutation pour le protéger aussi du claquage, la résistance de l'alarme limitant l'intensité du courant. Selon un autre caractéristique de l'invention, la détection en température est réalisée grâce à une résistance CTN enrobée dans une capsule métallique, vendue ainsi par le fabricatt?'directement vissable sur un boitier ou châssis et elle est reliée au circuit électronique par des fils électriques isolés, de longueur suffisante pour permettrel'étalonnage du dispositif en plaçant la sonde dans un bain thermostaté. Selon une autre caractéristique de l'invention, la sonde CTN fournie par le fabricant, montée dans une capsule métallique avec visa, est vii, sée sur un convecteur en métal très conducteur de la chaleurs comme du euisre-ou de l'aluminiu=, dont la forme est destinée à faciliter le transfert thermique par une circulation possible sur les deux faces du convecteur, évettuellement muni de nervures pour aumenter la surface et percé de trous pour diminuer le poids et qui, pour protéger les connections électriques de la CT a une forme de "oméga" dont les pieds servent de fixations. Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit électronique est enrobé d'une résine ou d'fla matériau pouvant se couler, très bon isolant électrique, ayant de bonnes caractéristiques mécanLques- (époxy ou résine polyuréthane), dans un boitier plastique ou métallique duquel il sort les fils d1alimentation, de sonde, de commande de signal d'alarme ou duquel, il sort des languettes ou des cosses de connection équival entes. Selon une autre caractéristique propre à l'invention, le circuit élec tronque est- placé entre les pattes de l'oméga, enrobé dans une boite qui s'ajuste entre celles-ci et dont la hauteur est telle qu'il existe un espace propre à assurer la convection entre la boite contenant le circuit et emplie de résine et l'oméga métallique et, telle que le matériau d'enrobage recouvre et protège les connections dt la CTN. Les caractéristiques de l'invention ressortiront mieux dans le cadre de l'exemple décrit ci-dessous qui n'a pas de caractère limitatif. Celui-ci concerne l'application de l'invention à ltautomobile comme détecteur de risque de verglas. Il est utile notamment dans les régions tempérées où la température voisine souvent 0 C en hiver, d'avoir un appareil alertant le conducteur quand il y a risque de verglas en alluma nt une hampe témoin, par exemple à partir de 1 ou 2 C. D'une part il ne faut pas d'hystérésis, d'autre part il ne faut pas de dérive ou d'imprécision sur la température de déclanchement. De même il faut avoir un constante de temps thermique la plus faible possible. L'appareil dé orit ci-dessous correspond à ces impératifs. Le dessin donné dans la planche annexa à titre non limitatif permet d' illustrer la description. Le circuit électronique - figure 1 - comprend quatre parties - la stabilisation en tension du pont de mesure composée d'une Zener de 8,2 Volts et d'une résistance de 150 ohms permettant un fonctionne- ment entre 10 et 17 Volts, - Le pont de mesure comprenant la CTS ( 470 ohms à 25 OC ), la résistance talon de 1 k et l'aJustable, - La détection de- seuil composée du transistor 1 , de la résistance de 100 k et du transistor 2 protégé par la Zener de 20 volts, - La commutation comprenant le transistor 3 et la résistance de 2,2 k limitant le courant d'alimentation de sa base. Quand la température baisse, la résistance de la CTS augmente, donc la tension du point À diminue. En dessous d'une certaine valeur, le transistor 1 conduit et le collecteur est porté à la tension des points milieux approximativement. Le sens du seuil est obtenu suivant la position de la CTN et du transistor 1 dont émetteur et base peuvent être inversés par rapport à ce montage. Sur la figure 2, on distingue le dispositif complet : - La c 4, dans sa capsule métallique vissée sur Itoméga plat 5,percé de trous de fixation, d'aération et de coulage de la résine. - Le boitier contenant le circuit, 6 , avec un intervalle entre celui-ci et ltoméga ponr la convection et permattant un-surmoulage de résine 7 allant Jusqu'au bas de la capsule de la CTN, collant le boitier: l'oméga et faisant une étanchéité parfaite, - les fils de convection 8, comprenant l'alimentation plus, l'alimen- station moins et le fil qui est connecté au moins quand le seuil est dépassé. Le montage et l'étalonnage peuvent s'effectuer de cette manière. le circuit électronique réalisé sur circuit imprimé est monté avec les fils de connection et un fil double méplat pour la CTN d'une longuewr d'environ 15 cm. Les soudures au niveau de la c sont recouvertes d'un vernis pour permettre de de placer celle-ci dans un bain tbermosta- té sans modifier la résistance électrique. L'étalonnage se fait avec un tournevis sur ltajus-table quand la cT est dans le bain agite et thermo staté à la température de seuil désirée. Le circuit est à ce moment alimenté entre plus et moins et une ampoule de 2 Watts est placée entre le plus de l'alimentation et le moins connecté par le transistor. On règle l'ajustable de telle sorte que l'ampoule s'allume Juste à la température du bain. Cette manipulation a en outre l'avantage de permettre de tester le circuit. Ensuite la TN est vissée sur l'oméga qui possède un trou correspondant, le circuit les fils sont placés dans le boitier qui vient 'ajuster entre les pattes de l'oméga. Enfin, la résine est coulée par les trous prévus à cet effet . Par capillarité, la résine recouvre les connections de la CTN et vient se mettre entre le boitier et l'oméga rendant ltensemble très robuste. Ce dispositif vu son faible coût, peut apporter un élément de sécurité dans ltautomobile. REVENDICATIONS 1- Dispositif permettant de détecter le dépassement d'un seuil de température, d'une atmosphère d'un bain, par la mise en fonctionnement en tout ou rien d'un dispositif d'alarme lumineur ou sonore,ou d'un relais électromagnétique on électrcniqne,dont l'une des bornes est reliée au pôle positif d'une alimentation en courant continu et dont l'autre est reliée à la borne commandée du dispositif de ltinvention essentiellement caractérisé en ce que cette borne est le collecteur d'un transistor NPN,dont l'émetteur est relié at pole négatif de l'alimentation et la base,alimentée ou non en courant,électriquement ou optiquementsselon qu'un seuil de température fixé est dépassé par valeurs inférieures ou supérieures selon les cas, la détection se fait sant par une résistance à coefficient de température négatif ( CTN ) fixée sur un élément métallique de faible capacité calorifique,de bonne conductibilité thermique et bon convecteur,permettant de faire varier l'une des deux tensions d'un pont de mesure alimenté par une tension stabilisée et constitué d'une part,par un poteitiometre ajustable dont le point milieu constitue l'un des points milieux du pont et qui permet de régler le seuil,et d'autre part,par la CTN t une résistance talon,préférentielWemegt de valeur équivalente à celle de la CTW,le second point milieu étant le point commun résistance-CTN, la commande se faisant par un dispositif électronique sensible à la différence de tension entre les points milieux du pont envoyant un courant directement,ou par l'intermédiaire d'un signal optique,dans la base du transistor de commutation-lorsque cette différence dépasse un certain seuil propre au dispositif,le circuit électronique étant plaçé dans un boîtier étanche propre à faciliter les échanges de température,à avoir une faible constante de temps thermique,à avoir une grande résistance 1canique et à la corrosion. 2- Dispositif suivant la revendication i ,caractérisé par le fait que le dispositif détecteur de différence de tension du pont qui envoie le courant suffisant pour agir sur la base du transistor de commutation du signal lorsque le seuil fixé cat dépaseé,est constitué par un transistor PNP dont l'émetteur est relié à l'un ou l'autre des points milieux du pont suivant la position de la CTN et suivant le sens du seuil désiré > dont la base est reliée à l'autre point milieu par l'intermédiaire d'unf résistance de forte valeur pour avoir une grande impédance entre les points milieux du pont,dont le collecteur est relié à la base d'un transistor NPN dont le collecteur est relié à la polarité positive de l'alimentation générale et l'émetteur à la base ou la com mande de la base du transistor de commutation du signal al par l'inter- médiaire d'une résistance permettant de limiter le courant dans le transistor de commutation à la valeur désirée. 3- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif détecteur de déséquilibre du pont est constitué par un circuit intégré linéaire alimenté entre le pôle plus et le pôle moins de l'alimentation générale, dont les entrées inverseuses et non- inverseuses sont reliées aux-points milieux du pont suivant la position de la CTN et suivant le sens du seuil souhaité,dont la sortie est reliée par l'intermédiaire d'une résistance de limitation de courant à la base ou la commande de la base du transistor de commutation. 4 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alimentation du pont est stabilisée gracie à une diode Zener alimentée par l'interxédiaire d'unie résistance telle que, de la tension minimum d'alimentation Jusqu'à la tension maximum, le pont soit alimenté directehewt par le point entre la Zener et le résistancey sans variation notable de tension, ces composants étant dimensionnés de manière à dissiper normalement la puissance produite par effet joule. 5- Dispositif suivant ltune quelconque des revendications précédente", caractérisé en ce que , à cause des surtensions transitoitoires pouvant nuire au transistor dont le collecteur est relié au pôle plus de la source ou nuire au circuit intégré linéaire, une diode Zener de valeur supérieure à la tension maximale d'alimentation , est placée soit entre l'alimentation positive et la sortie pour le circuit intégré, soit entre le collecteur et 11 émetteur pour le transistor, de manière à écréter la tension à laquelle est-soumis le semi-conducteur et permettant aussi de rendre passant pendant les parasites5 le transistor de comeutation, pour le protéger du claquage, la résistance de alarme limitant l'intensité du courant. 6- Dispositif suivant l'une quelconque des.revendications précédentes, caractérisé en ce que la détection de la température est réalisée grâce à une résistance CTN fournie par le fabricant enrobée dans une capsule métallique directement vissable sur un chassis ou boitier et elle est reliée au circuit- électronique par des fils isolés de longueur suffisante pour permettre l'étalonnage du dispositif dans un bain thermostaté. 7- Dispositif suivant la revendication 6* caractérisé en ce que la sonde CTN est vissée sur un convecteur en métal très conducteur de la chaleur comme le cuivre ou l'aluminiums dont la forme est destinée à faciliter le transfert thermique par une circulation possible sur les deux faces du connecteur avec éventuellement des nervures pour augmenter les surfaces d'échange et percé de trous pour diminuer le poids et qui, pour protéger les connections de la CTN, a une forme de " oméga n plat dont les pieds servent de fixation. 8- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit electronique est enrobé d'une résine ou d'un matériau pouvant se couler, très bon isolant électrique, ayant de bonnes caractéristiques mécaniques ( époxy ou résine polyuréthane ) dans un boitier plastique ou métallique duquel il sort les fils d'alimentation, de sonde, de commande du signal ou duquel il sort des lan- guettes ou cosses de connectio équivalentes. 9- Dispositif suivant les caractéristiques 7 et 8 , caractérisé par le fait que le circuit est plané entre les pattes du oméga, enrobé de résine dans une boite qui s'ajuste entre celles-ci et dont la hauteur est telle qu'il sexiste un espace propre à assurer la convection entre la boite contenant le circuit et emplie de résine et:l'oméga métallique et, telle que le -matériau d'enrobage recouvre et protège les connections de la CTN.