Brevet FR2467407A1 — publié le 19810417

L'invention concerne un dispositif de mesure des valeurs crêtes d'un phénomène non périodique, à récurrence faible et notamment, l'application dudit dispositif à l'indication de l'état de décharge d'une batterie de traction au plomb. Le phénomène que l'on désire mesurer est de la forme (repré- sentée figure 1), dans laquelle une variable, décroît de façon discontinue, en fonction du temps, par paliers successifs. Les paliers sont, en outre, séparés par des intervalles de durée aléatoire, au cours desquels ladite variable décroît de façon non significative mais en conservant toujours une valeur inférieure à celle des paliers suivants; la durée de chacun desdits intervalles est, de plus, faible par rapport à la durée totale de la décroissance. Si l'on prend le cas d'une tension (fig. 1) décroissant, de la façon exposée plus haut, d'une valeur U max à une valeur U min dans un temps T assez long (quelques heures) en n paliers successifs, U1, U2... Un, séparés par des intervalles de durée t faible devant T (de l'ordre d'une dizaine de secondes, soit un rapport T/t de l'ordre de 5000) au cours desquels la tension prend des valeurs nettement inférieures, même à U min, mais non significatives. Il est donc exclu d'utiliser une mesure directe de cette tension, par voltmètre. Une solution consiste à utiliser un voltmètre à intégration permettant d'amortir la déviation de l'aiguille, mais l'erreur de mesure reste, dans ce cas, très importante, de l'ordre de à 50%. Une autre solution consiste à utiliser une méthode par échantil- lonnage, c'est-à-dire à conserver la valeur du palier précédent pendant toute la durée de l'intervalle, ceci nécessite, pour la prise en compte du nouveau palier, la connaissance d'une deuxième variable (l'intensité). Une autre approche de la solution, consiste donc à mesurer de façon exacte la valeur de chacun des paliers et à donner, dans les intervalles, une image, la plus exacte possible, de la loi de décroissance de la dernière valeur mesurée, jusqu'à la prise en compte de la suivante. L'image exacte de la décroissance est donnée par la droite dl dont la pente 0X peut être expli- citée de la façon suivante: h = XU T T x. étant le pourcentage total de décroissance de la tension U et T le temps total de cette décroissance. On voit que si l'on a une valeur de U de l'ordre de quelques volts et un temps T de quelques heures, la valeur de D% sera très faible, de l'ordre de quelques microvolts par seconde. On ne sait pas réaliser analogiquement, des circuits ayant une constante de temps aussi élevée, il faudra donc concevoir un dispositif numérique, coûteux et encombrant. Si l'on veut utiliser un circuit analogique, il faut pouvoir fonctionner avec une constante de temps plus faible et pour cela admettre, dans un intervalle de temps t, une loi de décroissance ayant une pente plus importante, de la forme de la droite d2, ce qui revient à dire que l'on admet, dans chaque intervalle, un certain pourcentage d'erreur sur l'indication lue soit y ce pourcentage, la pente de la droite d2 s'écrira donc, si l'on considère que la décroissance, selon la pente O, durant un intervalle de temps t est très faible: yx U = (yT)cy t t En prenant un y de l'ordre de 2%, et T/t de l'ordre de 5000, la valeur de(3 sera donc environ 100 fois plus élevée que celle de 0c. La constante de temps du circuit analogique, capable de restituer cette décroissance, sera alors de l'ordre du dixième de m'illivolt/sec. Un tel circuit est concevable. Selon l'invention, le dispositif de mesure comporte un compa- rateur de tension recevant sur son entrée positive la tension représentative de la valeur à mesurer et sur son entrée négative la tension issue d'un cir- cuit adaptateur d'impédance présentant une haute impédance d'entrée et une faible impédance de sortie, sur l'entrée duquel est branché un circuit de charge et de décharge comportant une diode à faible courant inverse et une résistance de charge, en série avec la sortie du comparateur de tension, suivis d'un circuit de décharge formé d'un condensateur et d'une résistance branchés en parallèle et dont la constante de temps est une fonction inverse de l'erreur admise sur l'indication de mesure durant un intervalle séparant deux paliers successifs. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels: - la figure 1 est le diagramme représentatif du phénomène à mesurer. - la figure 2 est un schéma du circuit électronique selon l'invention. - les figures 3 et 4 sont des variantes. Un comparateur 1 (fig. 2) reçoit sur son entrée positive la tension Ue à mesurer. Il est suivi d'un circuit de charge et de décharge comprenant une diode 2 à faible courant inverse, alimentée par la sortie du comparateur, une résistance de charge 3 en série avec la diode 2, un conden- sateur 4 et une résistance 5 en parallèle aux bornes dudit condensateur. Le circuit de charge et de décharge est suivi d'un circuit adaptateur d'impé- dance, à haute impédance d'entrée et faible impédance de sortie, 2467407: composé d'un transistor 7, à effet de champ, du type F E T; dont l'entrée G est connectée à la borne haute du condensateur 4 et la sortie S, chargée par une résistance 6 est rebouclée sur l'entrée négative du comparateur 1. A tout instant, la tension de sortie Us est comparée dans le comparateur 1 avec la tension d'entrée Ue. Si la tension Ue est supérieure à Us, c'està-dire si l'on se trouve sur un palier, en sortie dudit comparateur une tension apparatt, la diode 2 est conductrice, le condensateur 4 se charge, jusqu'à ce que l'on ait Us = Ue. La tension de sortie'du compa- rateur 1 devient alors inférieure à la tension aux bornes du condensateur 4, la diode 2 est bloquée et le condensateur 4 se décharge dans la résis- tance 5. La tension Us diminue lentement suivant uneloi dU telle que dt définie plus haut, jusqu'à ce que l'on dit de nouveau Ue7Us, signe que l'on a atteint la palier suivant, et le cycle recommence. Cette méthode permet de mesurer l'état de décharge d'une batterie de traction au plomb, telles que celles qui sont utilisées dans les chariots de manutention. On sait, en effet, que, d'une part, dans un accumulateur au plomb, la force électro-motrice est fonction de la densité de l'électrolyte et augmente avec elle, suivant une loi à peu prés liné- aire et que d'autre part, durant la décharge, la densité dudit électrolyte décroît selon une loi elle-même sensiblement linéaire. Il suffit donc de mesurer la force électro-motrice d'une batterie pour avoir une représenta- tion de son état de décharge. Pour éviter une usure prématurée, ces batte- ries ne doivent en aucun cas, être déchargées à plus de 80% de leur capa- cité nominale, d'o la nécessité de pouvoir contrôler, à tout instant, cet état de décharge. A circuit ouvert, la tension d'un élément bien chargé est de l'ordre de 2, 15v. En décharge, c'est-à-dire en service, la tension évolue entre une valeur légèrement inférieure et un minimum (1,8 à 1,4v) ou "tension d'arrêt" qui dépend de l'intensité et de la durée de la décharge. La durée totale de la décharge, au bout de laquelle la capacité de la bat- terie ne sera plus que les 80% de sa capacité nominale est située, en gé- néral, entre 5 et 8 heures et, au bout de ce temps, la tension à circuit ouvert d'un élément sera de l'ordre de 1,95 volts, soit une chute de ten- sion de 200 mv, ce qui correspond à 10% de la tension nominale. Soit V la tension aux bornes du circuit de décharge, R la valeur de la résistance 5 et C la capacité du condensateur 4 on a V = RC p V = RC yx U t 2467407.3 RC = t V yx u Si l'on prend, comme ci-dessus, y = 2% et x étant égal à 10% on aura RC = 104 t V = 50Ot V U U t étant de l'ordre de quelques secondes, la valeur de la résistance et de la capacité doivent être élevées, on est cependant limités par des raisons technologiques (stabilité, tenue en température et à l'humidité... ) et des raisons d'encombrement. On prendra, par exemple, R = 100 Mn et C = 5 pf, d'o: V = RC = 100.106 x 5.106 = 1 1 U 70t 50Ot t et V ne peut donc pas être du même ordre de grandeur que U il faudra pré- voir un diviseur de tension aux bornes du circuit de mémoire, au moyen, par exemple, d'une partie de la résistance de charge 6 du transistor 7. Dans ce cas, il faudra aussi tenir compte de la tension de polarisation GS dudit transistor, cette tension n'est pas constante d'un transistor à l'autre, on constate des dispersions. Pour permettre un réglage plus fin, la résistance de charge 6 est donc remplacée (fig. 3) par un potentiomxtre 8 et la résistance 5 est branchée entre la borne haute du condensateur 4 et le curseur dudit potentiomxtre. Pour s'affranchir du réglage par le potentiomàtre, on peut utiliser, à la place du transistor F E T 7, un amplificateur opérationnel à effet de champ 9 (fig. 4) qui ne possède pas de tension de décallage entre l'entrée et la sortie et qui est bouclé en gain unitaire sur son entrée négative. Dans ce cas, la résistance 5 est branchée dans un pont diviseur formé des résistances 10 et 11. Une optimisation convenable des composants permet même, dans ce cas, de mesurer des phénomènes pour lesquels t est de l'or- dre de quelques minutes. Si l'on veut conserver la même valeur de RC, il faudra donc diminuer la tension V, ce qui entraîne un courant de décharge V plus faible et, par la suite, il faut choisir une diode 2 et un amplifi- R cateur 9 ayant des courants de fuite extrêmement minimes, ce qui est pos- sible dans l'état actuel de la technologie. Dans tous les cas, la tension de sortie Us peut être utili- sée pour commander soit un voltmètre de mesure, un dispositif d'alerte ou un dispositif capable d'interdire certaines manoeuvres (par exemple, l'opération de levage sur les chariots élévateurs), soit à la fois plu- sieurs de ces dispositifs. 2467407i R E V E N D I C A T I 0 N S 1 - Dispositif de mesure des valeurs crêtes d'un phénomène non périodique à récurrence faible, dans lequel une variable décroît de façon discontinue, en fonction du temps, par paliers successifs séparés par des intervalles de durée aléatoire, au cours desquels ladite variable décroît de façon non significative mais en conservant toujours une valeur inférieu- re à celle des paliers suivants, la durée de chacun des intervalles étant faible par rapport à la durée totale de la décroissance, Caractérisé en ce qu'il comporte un comparateur de tension recevant sur son entrée positive la tension représentative de la variable à mesurer et sur son entrée négative la tension issue d'un circuit adapta- teur d'impédance, présentant une haute impédance d'entrée et une faible impédance de sortie, sur l'entrée duquel est branché un circuit de charge et de décharge comportant une diode à faible courant inverse et une résis- tance de charge, en série avec la sortie du comparateur de tension, suivis d'un circuit de décharge formé d'un condensateur et d'une résistance, branchés en parallèle, dont la constante de temps est une fonction inverse d e 1 ' e r r e u r admise sur l'indication de mesure, durant un inter- valle séparant deux paliers successifs. 2 - Dispositif selon la revendication 1, Caractérisé en ce que l'adaptateur d'impédance est un tran- sistor à effet de champ, type F E T. 3 - Dispositif selon la revendication 1, Caractérisé en ce que l'adaptateur d'impédance est un amplificateur opérationnel à effet de champ sur l'entrée positive duquel est branché le circuit de décharge. 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, Caractérisé en ce que la résistance du circuit de déchar- ge est branchée entre la borne haute du condensateur et le curseur d'un potentiomntre de charge branché sur la sortie de l'adaptateur d'impé- dance. - Dispositif selon l'une des revendication 1, 2 ou 3, Caractérisé en ce que la résistance du circuit de décharge est branchée entre la borne haute du condensateur et un pont diviseur for- mé de deux résistances de charges branchées en série sur la sortie de l'adaptateur d'impédance. 6 - Dispositif selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, Caractérisé en ce que le phénomène à mesurer est la force électromotrice d'une batterie d'accumulateur au plomb.