Brevet FR2472180A1 — publié le 19810626

L'invention se rapporte à un procédé de détermination de l'énergie thermique cédée par un fluide caloporteur entre deux points d'un circuit d'échange, ainsi qu'au dispositif de mise en oeuvre de ce procédé. On sait que l'énergie thermique cédée est, entre autres facteurs, fonction du débit et de la différence de température entre entrée et la sortie du circuit d'échange. Aussi, outre un moyen d'information sur le débit, tous les dispositifs connus à ce jour comprennent-ils, disposées l'une A l'entrée et l'autre à la sortie du circuit d'échange, deux sondes qui consistent chacune, soit en une thermistance, soit en un thermocouple, dont les bornes sont raaDrdées à un circuit électrique dans lequel la thermistance oppose une résistance ou le thermocouple développe une force électromotrice, soit, d'une manier. générale, une action qui est variable en fonction de la température dont elle est donc représentative. Dans ces réalisations connues, pour procéder à la détermination de 1'énergie thermique, on soustrait immédiatement les tensions issues des circuits électriques des deux sondes et ensuite seulement la tension différencielle ainsi obtenue,qui est donc quant à elle représentative de la différence de température entre entrée et la sortie du circuit d'échangetest amplifiée et convertie en signaux assimilables par un calcula tour qui par ailleurs reçoit une information sur le débit afin que, en tenant également compte des autres facteurs, le calculateur puisse déterminer l'énergie thermique consommée. Par exemple, pour ladite soustraction immédiate, dans les dispositifs de mise en oeuvre de ces procédés connus, les thermistances sont intercalées dans les branches d'un pont de WBSTON,ou les thermocouples sont mantes en opposition. Avec de tels procédés et dispositifs, l'information fournie au calculateur demeure malheurausement influencée par le gain de conversion qui, n'est constant que sous certaines conditions strictes qui peuvent être dépassées et par l'erreur due au décalage à l'origine de l'amplificateur. En effet, ces influ onces tant imprEcisess elles sont difficiles à corriger malgré les moyens électroniques susceptibles d'être utilisés. Par ailleurs, on déplore également la nécessité de choisir des sondes dont le coefficient de variation de l'action en fonction de la température est très précis. Enfin, ne recevant pas d'informations sur la température d'entrée et/ou de sortie mais sedement sur leur différence, le calculateur ne peut ni actionner des moyens d'affichage de ces températures qui intéressent pourtant l'utilisateur du circuit d'échange, ni éventuellement corriger la valeur prise en considération comme grandeur de la chaleur spécifique du fluide et ce pour tenir compte de la variation que subit cette grandeur en fonction de la place du fluide dans l'échelle des températures. Un résultat que l'invention vise à obtenir est un dispositif de détermination de l'énergie cédée qui n'est pas influencé par le gain de conversion ni par terreur due au décalage à l'origine de l'amplificateur. Est également un résultat de l'invention, un tel dispositif qui permette de choisir les sondes dans une large gamme de coefficients de variation de leur action en fonction des températures. De même est un résultat de l'invention, un dispositif qui, avec une relative précision apporte au calculateur des informations sur la place du fluide dans l'échelle des températures, lesquelles informations sont également affranchies de toutes les influences précitées. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de détermination de l'énergie thermique cédée entre deux points d'un circuit d'échange, notamment caractérisé en ce que, au lieu de soustraire immédiatement les tensions modulées par les sondes pour ne lui transmettre qu'une tension différentielle, on transmet séparément à ce convertisseur, la tension d'un circuit incluant la sonde d'entrée et la tension d'un circuit incluant la sonde de sortie mais aussi la tension d'un circuit incluant une isistance de référence et la tension d'un circuit, lequel circuit, à l'exclusion de la sonde ou de la résistance de réérence I qui y est remplacée par un raccordement direct,est en tout point identique aux circuits précédents. L'invention a également pour objet le dispositif de mise en oeuvre de ce procédé. Elle sera bien comprise à l'aide de la description ci-après faite, à titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin ci-annexé qui représente schématiquement, le dispositif de mise en oeuvre du procédé. Le dispositif comprend au moins quatre paires 1,2,3,4 do commutateurs 1a 1 1 b , 2a -2 b' 3a - 3b , 4a b 4 b Les commutateurs appariés sont montés en série sur des circuits électriques 1Cs 2c, 3c , 4c , qui permettent chacun de raccorder le générateur 3 d'un courant n I " " à l'une(6)des entrées 6,7 d'un amplificateur 8 dont l'autre entrée est raccordée à la terre 9,directement ou par l'intermédiaire d'un générateur de tension 10.La sortie 11 de l'amplificateur 8 est raccordée à entrée 12 d'un convertisseur 13 tel que par exemple un convertisseur analogique numérique ou un ensemble formé d'un convertisseur tension/fréquence et d'un fréquencemètre. La sortie 14 du convertisseur est raccordée à l'une des entrées 15,16 d'un calculateur 17 dont l'autre entrée 16 est raccordée à une source 18 d'information sur le débit dans le circuit d'échange 19. Incluant par exemple un microproces- seur, le calculateur 17 qui est charge de déterminer l'énergie thermique cédée et de transmettre le résultat a un moyen d'affichage (20) peut également déterminer et transmettre à d' autres moyens d'affichages 21 à 24, par exemple, la température, la différence de température, le débit, la puissance, etc. A la terre 9 est raccordée l'une des extrémités d'un circuit commun 29 offrant une certaine résistance 26 de valeur Rx pouvant même être nulle. même Ce circuit commun 25 est lui/raccordé par des circuits 4 @ @ @ @ c' 2 , 3 , 4 reliant les commutateurs appariés. c c c Ces circuits distincts assurent ce raccordement respective- ment - le premier ( 1d) par l'intermédiaire de la sonde thermo métrique 27 placée à l'entrée du circuit d'échange 19, dite sonde chaude - le second ( 2 d) par l'intermédiaire de la sonde thermo métrique 28, placée à la sortie du circuit d'échange 19, dite sonde froide, - le troisième ( 3 d) d) par l'intermédiaire d'une résistance de référence 29 - le dernier ( 4 d) . directement. La fermeture successive des commutateurs appariés transmet doncà l'entrée 6 do l'amplificateur 8 une tension v1, V2, V3 ou V4 , lue à chaque fois entre la terre 9 et le point 1@, 2 e, 3 3 ou 4 de raccordement de l'un des circuits dis- tincts 1d, 2d, 3d ou 4d à son circuit 1c, 2 c , 3c ou 4c portant les commutateurs appariés correspondants. Afin que le raccordement plus direct à la terre du point 4 e du dernier circuit ne pertube pas le fonctionnement du générateur 3, une résistance 30 est intôrcalée entre ce point 4 e et le générateur 3. Ainsi dsposée, cette résistance 30 n'affecte donc pas la tension V4 transmise à l'amplificateur 8 et sa valeur Ry n'a donc pas d'importance dans le procédé. Les sondes d'entrée 27 et de sortie 28 sont choisies identiques quant à leurs valeurs initiales R o ou V o et quant à leur coefficient " k n de variation do la valeur Rc, R f' ou Vc Vf desdites sondes on fonction de leur température Tc ou Tf. référence La résistance de / 29 est choisie d'un type très table et de valeur " Rz n représentative du coefficient wkw de va riation de l'action des sondes en fonction de la température de l'appareil Le rapport "k" divisé par Rz est une constante/, ciaprés dénommée " 1/m ", R z est déterminée à l'étalonnage des sondes. Selon une caractéristique essen@ielle du procédé selon 1' invention, au lieu de soustraire immédiatement les tensions V1 et V2 , on commute successivement les circuits 1c, 2c, 3c w 4c afin d'envoyer séparément à l'amplificateur les tensions V1, V2, V3 , V4 qui, après amplification et conversion, seront envoyées toujours séparément au calculateur sous la forme d'un signal N1, N2 , N3, ou N4 qui, bien sûr, est proportionnel au gain "g" de conversion et à la tension/,diminuée de la tension "E" dite de décalage à l'origine. Ces signaux N1, N2, N3, N4 subissant tous, bien que séparémert, les mêmes influences, il suffit alors que le calculateur entre ces données dans des équations qui, tout en conduisant aux résultats visés, éliminent ces influences. Par exemple, la différence de température des deux sondes 27,28 pourra être déterminée par l'équation # t = m (N a - N b) dans laquelle Na = N 1 et N b= N 2 N3 - N4 N3 - N4 En effet, selon que la sonde développe un courant V c ou Vf, ou oppose une résistance Rc ou Rf , on a N1 = g ( ( V1 - E) =g (Vc +Rx I - E)=g (RCI+Rx I - E) N2 = g (T2 - E) =g (Vf +Rx I - E)=g (Rf I+Rx I - E) N, = g ( V3 - E)= g ( Rz I + Rx I - E) N4 = g ( V4 - E) = g ( Rx I - E) Na = N1 g ( Rc I+ R x I - E) RcI+Rx I - E = = N3 - N4 g ( Rz I + Rx I - E) - g(RxI-E) Rz I N2 Rf I+ Rx I - E Nb = = N - N4 R z 3 ce qui permet déjà de constater que les gains s'éliminent de même que disparate déjà au dénominateur l'influence de la résistance 26 @et de l'erreur E. R c - Rf Na - Nb = Rz L'influence de la résistance 26 du circuit commun 25 et de l'erreur E a maintenant disparu du numérateur de même que, dans toute la fraction, l'influence du courant "I" du générateur 5. Dans cette équation Rc - Rf , si les sondes et la ré Rz sistance de référence sont telles que : R c = Ro + K T c Rf = Ro + k Tf avec k = Rz m cette équation peut alors s'écrire (Ro + k Tc )-(Ro + k Tf) Na - Nb = = k/Rz ( Tc - Tf ) Rz Na - Nb = 1/m (# t ) m =m (N a- N #t = m ( Na - N b ) Quant à la température de l'une des sondes, par exemple de la sonde froide et dans le cas où ces sondes sont les mêmes que précédemment , cette température pourra être déterminée par l'équation Tf = m ( N2 - N4 - Ro ) N3 - N4 Rz En effet N2- N4 = g Rf I = g ( R + k Tf) I N3 - N4 = g R z I N2 - N4 Ro + k Tf Ro k = = + Tf N3 - N4 Rz Rz Rz donc :Tf = m N 2 - N4 - Rn @ # N3 - N4 Rz # Le résultat de cette deuxième équation n'est que relativement précis en ce sens que le rapport Ro/Rz n'est pas parfaitement connu, mais l'approximation obtenue à quelques centièmes près est plus que suffisante pour l'affichage des températures et/ou la correction du facteur représentant la valeur de la chaleur spécifique du fluide. En ce qui concerne la résistance 26 du circuit commun que l'on a dit pouvoir être nulle pour les calculs, on a intérêt à la choisir d'une valeur suffisante pour éviter que le si gnal N4 ne puisse devenir négatif évitant ainsi d'introduire (7) une tension 10 à la deuxième entrée (7) de l'amplificateur 8 Le temps nécessaire à un cycle complet de mesure (quatre com mutations) est évidemment suffisamment court pour que toutes les variables puissent etre considérées stationnaires. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de l'énergie thermique cédée par un fluide caloporteur entre deux points d'un circuit d'échange (19) portant une source (18) d'information sur le débit et deux sondes thermométriques (27,28) disposées l'une à l'entrée et l'autre à la sortie de ce circuit d'échange (19) lesquelles alimenté par un générateur de courant (5) sondes sont intercalées dans un circuit électrique / transmet- tant une tension ( V) à un convertisseur (13) incluant éventuellement un amplificateur (8), lequel convertisseur (13) transmet à son tour un signal (N) à un calculateur (17) recevant par ailleurs l'information sur le débit, ce procédé étant c a r a c t é r i s é en ce que, au lieu de soustraire immédiatement les tensions modulées par les sondes pour ne lui transmettre qu'une tension différentielle, on transmet séparément à ce convertisseur, la tension (V1) d'un circuit ( 1o) incluant la sonde d'entrée (2letla tension ( V2) d'un circuit (2c) incluant la sonde de sortie (28) mais aussi la tension (V3) d'un circuit (3c) incluant une resistance de référence (29)et la tension (V4) d'un circuit (4c), lequel circuit, à l'exclusion de la sonde ( 27) ou (28) ou de la résistance de référence(29) qui y est remplacée par un raccordement direct, est en tout point identique aux circuits précédents (1c), (2c) (3c). 2. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant, sur un circuit d'échange (19) une source (18) d'information sur le débit et deux sondes (27,28) disposées l'une à l'entrée et l'autre à la sortie du circuit d'échange, lesquelles sondes (27,28) sont intercalées dans alimenté par un génératemr de courant (5) un circuit électrique/transmettant une tension V à un convertisseur (13), incluant éventuellement un amplificateur (8) lequel convertisseur (13) transmet à son tour un signal N à un calculateur (17) recevant par ailleurs l'information sur le débit, ce dispositif étant c a r a c t é r i s é en ce qu' en amont du convertisseur (13) le circuit électrique est scindé en au moins quatre circuits parallèles ( 1c, 2c, 3c, 4c) portant des moyens de commutation (1,2,3,4) permettant leurs raccordements successifs au circuit principal et en ce que ces circuits sont en tout point identique entre eux, sauf en ce qui concerne l'élément particulier que constitue: - pour l'un (1c) des circuits, la sonde d'entrée (27) - pour un second circuit (2c) la sonde de sortie (28) - pour un troisième circuit (3c) une résistance de référence (29) - pour le quatrième circuit ( 4c) un moyen de raccordement direct