Brevet FR2476834A1 — publié le 19810828

La présente Invention est relative à un compteur d'énergie thermique, utilisable-notamment dans une installation de chauffage central à eau chaude Le problème de contrôle de l'énergie thermique consommée dan dn logement situé dans un ensemble pourvu d'une installation collective de chauffage augmente d'importance avec la croisusnce du prix de l'énergie, et le besoin se fait sentir de plus en plus d'un appareillage peu coûteux, robuste, fiable et dont on ne puisse m-Jaifier les indications de manière accidentelle ou frauduleuse.Un tel appareil peut trouver également des utilisations partout où il est utile de contrôler les consommations d'énergies, par exemple pour limiter les déperditions de chaleur dans une installation de chauffage industriel, pour améliorer la connaissance des prix de revient dans une installation de serres, etc ... De nombreux systèmes ont été proposés. Certains d'entre eux, parmi les plus anciens, pour réduire le nombre de capteurs de températures, tenaient compte seulement de la température extérieure à l'immeuble et du débit d'eau, mais on préfère mesurer la différence de température entre l'eau entrant dans une pièce ou un logement et l'eau qui en sort, et mesureur par ailleurs la quantité d'eau chaude qui a circulé dans l'installation correspondante, et en déduire, de la façon la plus rigoureuse possible l'énergie thermique consommée pendant un temps donné. Typiquement, un tel compteur comporte donc - un compteur d eau placé sur la conduite d'eau chaude entrante ou d'eau refroidie sortante - deux capteurs de température placés l'un sur l'eau entrante, l'autre sur l'eau sortante ; - des moyens pour déterminer la différence de température entre ces deux capteurs et la convertir en signaux - et das moyens pour émettre des signaux proportionnels au produit de la quantité d'eau écoulée pendant un certain intervalle de temps par la différence de température, ces signaux actionnant un compteur totalisateur. On observera que, si le compteur est utilisé dans une installation de climatisation par exemple, il suffit d'inverser les capteurs pour compter les frigories à la place des calories. Le principe de tels compteurs permet d'aboutir à des déterminations correctes et incontestables. Cependant, ils n'ont pas connu jusqu'ici le développement industriel qu'on pouvait escompter, car leur électronique compliquée augmente leur prix de revient. La présente invention a pour but principal de fournir un compteur du genre qu'on vient de décrire mais dont l'électronique soit simple et peu coûteuse. Dans un dispositif conforme à l'invention, les signaux provenant des capteurs de température sont envoyés dans un circuit électronique comprenant - un amplificateur différentiel traduisant sous forme de tension la différence de température entre les capteurs, - un convertisseur analogique - numérique qui reçoit les signaux-de l'amplificateur différentiel, et délivre des impulsions dont le nombre est proportionnel à la différence de température, - un circuit de validation qui autorise l'envoi desdites impulsions au compteur totalisateur toutes les fois qu'unie quantité d'eau fixée à l'avance a été mesurée par le compteur d'eau. De préférence, les capteurs de température ont une caractéristique linéaire. De tels capteurs se trouvent facilement dans le commerce I1 est évidemment possible d'utiliser des capteurs à caractéristique non linéaire à condition de prévoir un circuit de compensation, ce ql,i est une complication. Ce circuit de compensation peut être alors placé à ltentrée de l'amplificateur différentiel. Avantageusement, le circuit électronique comprend des moyens réglables pour permettre l'affichage des consommations dans plusieurs systèmes d'unités. On peut ainsi avril soit un amplificateur différentiel à gain réglable, soit un compteur d'eau dont on peut modifier les caractéristiques mécaniques. Ainsi, le même dispositif peut être adapté à l'utilisation dans des pays où les unités sont différentes. On peut aussi concevoir que le compteur totalisateur donne ainsi directeïnent la consommation exprimée en monnaie locale. Ceci exige alors des moyens, connus en soi, pour empêcher que des changements soient faits par des persc,lnes non autorisEes. S1 .'appareil ne peut être surveillé de façon régulière, par exemple s'il est placé å l'intérieur d'un logement, il est indispensable que son fonctionnement ne puisse être perturbé. Selon une modalité intéressante de dispositif de sécu=ité, on prévoit des moyens pour commander une modification de la circulation d'eau en cas d'interruption de l'alimentation électrique, par exemple une électrovanne qui, en cas d'interruption du courant dévie l'eau chaude qui ne passe plus alors dans les radiateurs et est envoyée directement vers la sortie. La présente invention va maintenant être exposée plus en détail È l'aide d'un exemple pratique illustré par la figure unique qui en est un schéma simplifié. Le compteur d'énergie se présente sous forme d'une boîte fermée, plombée,l, sur laquelle débouchent 4 orifices éventuellement munis de filtres - deux des orifices 2,3 servent à la canalisation d'arrivée d'eau 4, - les deux autres 5,6 pour la canalisation de sortie 7. C'est sur cette dernière canalisation que se trouve la turbine du compteur d'eau. Sur le dessus de la boîte on trcuve : - l'affichage du compteur totalisateur 8 traduisant la quantité d'énergie Mesurée, - une fenêtre en plastique ou en verre permettant de voir l'axe de la turbine du compteur d'eau 9 et, ainsi de vérifier sa rotation, - une lampe témoin 10 de l'-alimentation en électricité du compteur. A l'intérieur de la boîte on a prévu sur chaque canalisation 4,7 un té 11,12. Au troisième orifice de chaque té se trouve le capteur de température du type AD590 13,14 de la société Analog devices, monté sur un bouchon vissé. Cette solution a été adoptée pour sa facilité de mise en oeuvre et de dépannage. L'utilisation de ce capteur présente l'avantage de ne nécessiter aucun dispositif de correction du fait de sa linéarité.En effet, il délivre une intensité de I microampère par degré Celsius sur toute la gamme des température d'uQllisation l'erreur maximale de linérité étart de 0,30 C. Néanmoins la correction qu'il faudrait apporter dans le cas de l'utilisation d'un autre type de capteur est facilement réalisable. Leo capteurs sont réunis à un amplificateur 15 afin de traduire sous forme de tension la différence de température entre czs captel.rs. Sa transmittance K est fixée suivant la plage d'utilisation et l'unité choisie pour exprimer l'énergie ( Cal , kWh , J ... ) - La tension de sortie de l'amplificateur est convertie en signaux numériques avec un convertisseur analogique numérique IC de type simple rampe excité par une horloge 17. Le nombre d'impulsions fournies par l'horloge pour convertir cette tension est proportionnel à la différence de température entre les 2 capteurs Ces impulsions sont envoyées au compteur totalisateur 8 de la façon qui sera exposée plus loin. Le convertisseur simple rampe est la solution la plus simple donc la moins onéreuse qui permet d'attaquer directement le compteur totalisateur. Toutautre convertisseur ( double rampe, stockastique, à pesée,etc...) peut être utilisé moyennant l'adjonction 'un dispositif d'intégration agissant sur le compteur. Afip de mesurer l'énergie il faut également connaître le débit de l'eau. En effet, une calorie ( ou 4sI8 Joules ) est dépensée si un litre d'eau s'est abaissé d'un degré Celsius. Lamesure du débit d'eau a été effectuée avec un compteur du type aquastar B3N de la société APPEL. Le couplage entre la turbine et l'axe de sortie est éle^tromagnétique. Ce compteur a été modifié de la façon suivante : Sur l'axe de sortie a été fixée une roue dentée I8. Un capteur optoélectronique 19 permet la mesure de la vitesse de rotation de l'axe. Les impulsions énises par le capteur I9 sont envoyées dans un diviseur 20. Sur N impulsions reçues par lc diviseur 20 une seule est envoyée au convertisseur I6. Cette impulsion commande l'envoi au compteur totalisateur d.es impulsions de comptage à partir du convertisseur Le nombre de dents ( ou de trous 1 de la roue, associé au diviseur par N, assure la conversion entre le nombre de tours de la tur bine et le nombre de litre ciroulan', dans la canalisation, A chaque litre d'eau ( ou tout autre unité de mesure le compteur totalisateur électromécanique du type FM des Ateliers de Mécanique de Précision, enregistre le nombre d'impulsions provenant du convertisseur analogique numérique. La fréquence des signaux de l'horloge doit être compatible avec le débit d'eau afin d'assurer la conversion numérique ( de l'écart de température ) complète entre deux impulsions de commende fournies par le diviseur par N. Plus précisément il faut un certain temps pour que le convertisseur I6 délivre au compteur 8 le nombre d'impulsions correspondant a la différence ee température. Ce temps, doit, en tout état de cause être infrieur au temps qui s'écoule entre deux impulsions fournies par le diviseur 20.Pour résoudre ce problème, il y 2 solutions ; soit augmenter la fréquence des signaux de l'horloge mais dans ce cas on doit renoncer à un compteur totalement mécanique, ;sop lent,. et utiliser un sous compteur totalisateur fabriqué avec des circuits intégrés numériques, soit faire la mesure d'un volume d'eau multiple du litre par exemple en augmentant le rapport de division par N. L'alimentation est assurée par le réseau EDF et un ensemble réiateur basse tension 21. En cas d'interruption volontaire ou involontaire du réseau EDF, une électrovanne 22 coupe le circuit de chauffage en dérivant l'eau dans un tube 23 qui relie directement les canalisations 4 et 7 d'arrivée et de sortie, cette électrovanne étant placée sur la canalisation d'entrée en amont du capteur 13. De ce fait, en cas de coupure de courant, l'installation de comptage est mise hors circuit en même temps que les radiateurs. REVENDICATIORS I - COMPTEUR D'ENERGIE THERMIQUE COMPORTANT - un compteur d'eau (9) place sur la conduite d'eau chaude entrante ou d'eau refroidie sortante, - deux capteurs de température (13,14) placés l'un sur l'eau entrante, l'autre sur l'eau sortante, - des moyens (15) pour déterminer la différence de température entre ces deux capteurs et la convertir en signaux, et - des moyens pour émettre des signaux proportionnels au produit de la quantité d'eau écoulée pendant un certain intervalle de temps par la différence de température, ces signaux actionnant un compteur totalisateur caractérisésen ce que les signaux provenant des capteurs de température (13,14) sont envoyés dans un circuit électronique comprenant - un amplificateur (15) différentiel traduisant sous forme de tension la différence de température entre les capteurs, - un convertisseur analogique numérique (16) qui reçoit les signaux de l'amplificateur différentiel, et délivre des impulsions dont le nombre est proportionnel à la différence de température, - un circuit de validation qui autorise l'envoi des dites impulsions au compteur totalisateur toutes les fois qu'une quantité d'eau fixée à l'avance a été mesurée par le compteur d'eau (9). 2 - COMPTEUR SELON LA REVENDICATION 1, caractérisé en ce que les-capteurs de température soit à caractéristique linéaire. 3 - COMPTEUR SELON 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit électronique comprend des moyens réglables pour permettre l'affichage dans plusieurs systèmes d'unités. 4 - COMPTEUR SELON 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour commander une modification de circulation d'eau en cas d'interruption de l'alimentation électrique.