Brevet FR2474168A1 — publié le 19810724

La présente invention concerne un circuit permettant de mesurer un transfert d'énergie. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, c'est la chaleur transmise cl un fluide en déplacewent ou recue d'un fluide en déplacement qui est mesurée. Dans les circuits de la technique antérieure, on mesure l'énergie transférée au moyen d'un dispositif qui est excité par une source de fréquence dont le signal de sortie est laissé passer ou bloqué en fonction de la quantité d'énergie transférée. Dans un grand nombre de ces circuits, si la fréquence de la source varie sur une certaine durée, la mesure obtenue pour l'énergie transférée devient inexacte. Une solution au problème énoncé ci-dessus a été proposée dans la demande de brevet de la République Fédrale allemande n" 28 16 611, selon lequel on détermine la chaleur fournie par un milieu en ecoulement en mesurant la chute de température et le débit. Les variations h long terme de la fréquence de cette source sont prises en charte par le fait que la source de fréquence est sélectivement couplée a un ou deux compteurs. A chaque lois qu'une certaine quantité de fluide s'est écoulée, l'un des compteurs s incrémente d'une valeur de comptage prédéterminée.Pendant la période de comptage, un condensateur se charge sous l'effet d'un courant qui est proportionnel à la chute de température et à la tension d'alimentation. La source de fréquence est donc couplée au deuxième compteur, lequel s'incrémente jusqu'a ce que le condensateur sc soit déchargé le courant de décharge étant également déterminé par ladite tension d'alimentation. Dans la mesure où la tension d'alimentation et la fréquence de la source ne varient pas au cours d'un cycle de décharge du condensateur, le signal de sortie du deuxième compteur indique la quantité de chaleur fournie. Toute- fois, Si la tension d'alimentation ou la fréquence de la source présente des variations à court terme, on obtint un résultat inexact. L'invention a pour but de proposer une autre solution au problème des variations 3 long terme de la fréquence d'une source. Un autre but de l'invention est de proposer un circuit permettant d'obtenir un résultat correct malgré d'éventuelles variations à court terme de la fréquence de la source, c'està-dire dans le cas où les variations se produisent alors que la source fournit des impulsions de sortie à un compteur. Selon l'invention, il est proposé un circuit permettant de mesurer le transfert d'énergie sur un certain intervalle de temps, la vitesse de transfert se manifestant par l'intermédiaire de phénomènes variables, le circuit comprenant un moyen permettant de détecter un premier desdits phénomènes et produisant un premier signal électrique qui varie en fonction de ce phénomène, un moyen perlilettant de détecter un deuxième de ces phénomènes et produisant un deuxième signal électrique qui varie en fonction de ce phénomène, un générateur de fréquence qui produit des impulsions appliquées par intermittence pendant certaines périodes à la sortie du circuit, un moyen qui répond au premier signal électrique en commandant la fréquence des périodes, un moyen qui répond au deuxième signal électrique en commandant la longueur des périodes et en modifiant la longueur des périodes en fonction des éventuelles variations de la fréquence des impulsions, si bien que le nombre total d'impulsions reçues à la sortie du circuit indique le produit des valeurs des deux phénomènes intégrées sur le temps et sensiblement indépendantes des variations de la fréquence des impulsions, lesdits moyens de commande et de nodifitation comprenant un moyen de comptage et un moyen de comparaison, le moyen de comptage comptant les impulsions appliquées à la sortie du circuit pendant chaque période eç produisant un troisième signal électrique, le moyen de comparaison recevant en entrée le deuxième et le troisième signal électrique, et la sortie du moyen de comparaison produisant un quatrième signal électrique permettant de mettre fin auxdites périodes. Selon un agencement préféré, l'énergie est la chaleur transférée à partir d'un milieu e écoulement à un dispositif de chauffage, le premier phénomène étant le débit dudit milieu et le deuxième phénomène étant la chute de température. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels - la figure 1 représente un circuit de la technique antérieure de mesure de transfert d'énergie; et - la figure 2 représente un circuit selon l'invention permettant de mesurer le transfert d'énergie. En relation avec la figure 1, est présenté un dispositif connu permettant de mesurer la quantité de chaleur fournie à un dispositif de chauffage par l'intermédiaire de tuyaux d'ali men ta tien et de retour 8 et 9 qui contiennent un fluide en circulation, par exemple de l'eau. Des capteurs 11 et 12 mesurent la température du fluide d'alimentation et du fluide de retour, et leurs signaux de sortie sont appliqués à un comparateur 14 oui produit un signal électrique proportionnel à la différence des températures. Un débitmètre 13 produit des impulsions électriques à un rythme qui est proportionnel au débit du fluide.Le signal de sortie du débitmètre 13 déclenche la production d'impulsions par un générateur 15 d'impulsions modulées en largeur, la largeur des impulsions étant modulée par le signal de différence de température venant du comparateur 14. Les impulsions produites par le générateur 15 servent à ouvrir une porte 16 qui laisse passer des impulsions produites par une source de fréquence 17 à destination d'un compteur d'accumulation 18. La valeur de comptage formée par le compteur 18 est une fonction linaire du produit de la fréquence de la source 17 et du produit intégré de la différence de température et du débit. c est-à-dire du transfert d'énergie thermique. Un inconvénient du dispositif connu décrit ci-dessus est que la mesure de l'énergie dépend de la fréquence de la source 17. Ainsi, ce dispositif exige une source de fréquence de haute stabilité. En relation avec la figure 2, est présenté un circuit selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Des symboles de référence identiques à ceux de la figure 1 seront utiiisés pour désigner des éléments identiques. Le signal de sortie du débitmètre 13 est délivré à l'entrée de positionnement S d'un circuit de verrouillage 21. Le signal de sortie du circuit de verrouillage 21 est délivré à une porte 22 et à l'entrée de repositionnement R d'un compteur 23. La porte 22 est connectée entre l'entrée de cadencement du compteur 23 et une source de fréquence 17, dont la fréquence est sensiblement plus élevée que celle des impulsions provenant du débitmètre 13. La porte 22 est également connectée au compteur d'accumulation 18, lequel peut faire partie d'un dispositif de mesure de chaleur comportant un élément d'affichage du nombre d'unités d'énergie et, ou bien, un élément d'affichage de prix. Les sorties multipies du compteur 23 adressent un signal numérique à un convertisseur analogique 24 dont le signal de sortie est une rampe en escalier et est envoyé à une première entrée d1 un comparateur 25. Le signal venant du comparateur 14 et représentant la différence de température est envoyé à Entrée d'enregistrement du comparateur 25. La sortie du comparateur 25 est connectée à l'entrée de repositionnement du circuit de verrouillage 21. En fonctionnement, le circuit de verrouillage 21 est positionné par chaque impulsion venant du débitmètre 13, si bien que la porte 22 s'ouvre et que le signal de repositionnement cesse d'être appliqué au compteur 23. Ceci permet au signal de sortie de la source de fréquence 17 de parvenir à l'entrée de cadencement du compteur 23 et au compteur à'accumulation 18. Une représentation analogique de la valeur de comptage formée dans le compteur 23 est obtenue à la sortie d d'un convertisseur numérique-analogique 24. Lorsque le signal de sortie du convertisseur 24 dépasse le signal de différence de température, le comparateur 25 repositionne ie circuit de verrouillage 21, ce qui a pour effet de fermer la porte 22 et de repositionner le compteur 23. Ainsi, la marche des compteurs 23 et 18 s'arrête jusqu'à ce que l'impulsion suivante arrive du débitmètre 13. Le signal de sortie du convertisseur numériqueanalogique est Vc = k.f.T, avec une précision de - 1 pas, où k est une constante de proportionnalité, f est la fréquence de la source de fréquence 17, et T est le temps qui s'est écoulé depuis l'ouverture de la porte 22. Le signal de différence de température est où m est une constante de proportionnalité et At est la différence de température. Le comparateur 25 change d'état lorsque VDic = m. ctest-h-dire lorsque k.f.T = c'est-S-dire T = (m.t t)/(k.f). Le nombre d'impulsions N qui peut passer dans la porte 22 pendant le laps de temps T est donc N = m. ht/k. Ainsi, un avantage du mode de réalisation décrit ci-dessus est que le nombre d'impulsions passant dans la porte 22 ne dépend que de la différence de température et des constantes de proportionnalité et est indépendant de la fréquence f. C'est pourquoi une dérive de la fréquence de la source 17 en fonction du temps et, ou bien, de la température n'a pas de conséquence. Par rapport au circuit de la demande de brevet dc la République Fédérale allemande n 28 16 611, l'avantage est qu'il n est besoin d'aucune source de tension d'alimentation constante. De plus, avec le circuit du mode de réalisation présenté ci-dessus, le nombre ds impulsions est indépendant des variations à long terme et à court terme de la fréquence de la source 17. Le mode de réalisation décrit ci-dessus peut etre utilisé dans un dispositif de mesure de chaleur du type destiné à être appliqué dans des ensembles domestiques recevant de l'eau chaude d'une source centrale, par exemple dans le cas d'un réseau de chauffage urbain. Dans les réseaux de chauffage urbains, la chaleur est généralement fournie aux usagers par l'intermédiaire de tuyaux d'eau chaude, l'eau traversant un échangeur de chaleur disposé dans les locaux de l'usager, de sorte que l'usager extrait la quantité de chaleur dont il a besoin, après quoi l'eau revient à une température réduite. L'énergie absorbée dépend du débit ou de la chute de température, ou des deux, si bien qu'il est possible de régler la quantité d'énergie absorbée en faisant varier le débit ou la température ou les deux. L'usager paie une facture relative à la quantité d'énergie extraite.Puisque le débit et la température peuvent varier de façon continue sur une période donnée, le dispositif de mesure de chaleur contr8Le ces deux facteurs de manière sensiblement continue et les relie entre eux de façon à faire le total de l'énergie extraite de la source thermique. Il est également possible d'utiliser un semblable dispositif de mesure de chaleur dans une usine chimique, une installation de fabrication d'aliments ou un ensemble classique de chauffage central. Au moyen du mode de réalisation décrit ci-dessus, lorsqu'on souhaite augmenter le tarif à payer pour la chaleur utilise, il suffit d'ajuster l'une des constantes de proportion alité k et m, ou les deux, de la manière appropriée. Alors le compteur 1S copiera d'une manière plus rapide. Il est possible d'envisager dans les limites de l'invention diverses variantes au mode de réalisation décrit cidessus. Par exemple, il est possible d'omettre la porte 22, le signal de sortie du circuit de verrouillage 21 étant directement appliqué à une entrée d'invalidation de la source de fréquence 17. Il est possible d'effectuer numériquement la compa- raison des signaux de sortie du compteur 23 et du comparateur 14. Dans ce cas, le convertisseur numérique-analogique 24 est ouis, et un convertisseur analogique-numérique (non représenté) est connecté à la sortie du comparateur 14. I1 est également possible d'omettre le compteur 23. Un compteur-åécompteur remplace alors le comparateur 25. Le signal de sortie du convertisseur analogique-numérique est échantillonné avant que le débitmètre 13 n'émette une impulsion et le compteur-décompteur incrément jusqu'à cette valeur. Le signal de sortie de la source de fréquence 17 est alors utilisé pour faire dècrémenter le compteur-décompteur. Le circuit de verrouiliage 21 esb repositionné lorsque le compteur-décompteur atteint zéro. Il est possible de ;lodifier les entrées du circuit de mesure d'énergie de faion qu'elles produisent des impulsions à un rythlse proportionnel 3 la différence de température et une tension proporcionnelle au débit. I1 est possible d'utiliser le circuit de l'invention avec les dispositifs d'alimentation en énergie d'une autre forme que thermique. Par exemple, dans un ensemble -d'alimentation en énergie hydraulique. il est possible d'utiliser comme.grandeurs d'entrée la chute de pression et le débit. Selon une autre variante, dans un ensemble d'alimentation électrique à tension fluctuante, la tension et le courant utilisé peuvent servir de signaux d'entrée au circuit de mesure d'énergie. L'invention peut également être employée pour mesurer l'énergie transférée à partir d'une source, par exemple à partir d'une chaudière de chauffage central. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, e partir du dispositif dont la description vient d'être donnée h titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses autres variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. R t V F N D I C A T I O N s 1. Circuit permettant de mesurer sur un certain intervalle de temps le transfert d'énergie, le taux de transfert se manifestant par des phénomènes variables, le circuit étant caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (13) permettant de détecter un premier de ces phénomènes et produisant un premier signal électrique qui varie en fonction de ce phénomène, un moyen (11, 12) qui détecte un deuxième de ces phénomènes et produit un deuxième signal électrique qui varie en fonction de ce phénomène, un générateur de fréquence (17) qui produit des impulsions qui sont délivrées par intermittence pendant certaines périodes à la sortie (18) du circuit, un moyen (21, 22) répondant au premier signal électrique en commandant la fréquence des périodes5 un moyen (14) répondant au deuxième signal électrique en commandant la longueur des périodes et en modifiant la longueur des périodes en fonction d'éventuelles variations de la fréquence des impulsions de sorte que le nombre total d'impulsions reçues à la sortie du circuit indique le produit des valeurs des deux phénomènes intégrées sur le temps et sensiblement indépendantes de ces variations de la fréquence des impulsions, lesdits moyens de commande et de modification comprenant un moyen de comparaison (25) dont une première entrée est un signal électrique représentant le nombre d'impulsions délivrées à la sortie du circuit pendant chaque période et dont une deuxième entrée est le deuxième signal électrique, le moyen de comparaison produisant en sortie un signal électrique qui met fin à chaque période. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier signal électrique se présente sous la forme d'un deuxième train d'impulsions, dont la fréquence est sensiblement inférieure à celle des impulsions mentionnées en premier, et le moyen répondant au premier signal électrique est constitué d'un moyen (21, 22) faisant fonction de porte qui autorise ou interdit sélectivement le passage des impulsions mentionnées en premier du générateur de fréquence (17) à la sortie du circuit. 3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen faisant fonction de porte est constitué d'un circuit de verrouillage (21) dont la sortie est connectée de manière à ouvrir ou fermer sélectivement une porte (22, connectée entre la générateur de fréquence et la sortie du circuit. 4. Circuit selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le signal de sortie électrique du moyen de comparaison (25) est appliqué au moyen (21, 22) faisant fonction de porte et met fin à chaque période en interdisant le passage des impulsions mentionnées en premier. 5. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le deuxième signal électrique se présente sous la forme d'une tension analogique, et en ce que les impulsions mentionnées en premier qui sont délivrées à la sortie du circuit sont également délivrées A un moyen de comptage (23) dont la sortie est connectée, via un convertisseur numérique-analogique (24), à la premier entrée du moyen de comparaison (25). 6. Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce que le rapport des amplitudes du deuxième signal électrique et du deuxième phénomène est réglable. 7. Circuit selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le rapport de L'ampLitude du signal de sortie du convertisseur numérique-analogique et de la fréquence du signal d'entrée qui lui est appliqué est réglable. 8. Circuit selon la revendication 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que le signal de sortie électrique du moyen de comparaison (25) qui met fin à chaque période repositionne en outre le moyen de comptage (23). 9. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la deuxième signal numérique se présente sous forme numérique et le moyen de comparaison est constitué par un dispositif de comptage-décomptage, le deuxième signal électrique étant destiné à faire avancer le dispositif de comptage-décomptage jusqu'S une certaine valeur, et les impulsions mentionnées en premier qui sont délivres à la sortie du circuit étant destinées à faire reculer le dispositif de comptage-décomptage. 10. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 C caractérisé en c qu'un dispositif de mesure (18) est connecté à la sortie du circuit. 11. Circuit selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif de mesure comporte un moyen d'indication. 12. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à il caractérisé en ce que l'énergie est de la chaleur transférée d'un milieu en écoulement à un ensemble de chauffage, le premier phénomène étant le débit du milieu et le deuxième phénomène étant la chute de température.