Brevet FR2489524A1 — publié le 19820305

La presente invention concerne le domaine de mesures de la quantité d'é- lectricite qui parcourt un circuit donne, et notamment la mesure d'ampereheures. Parfois ces mesures s'effectuent dans des conditions de travail particulierement severes donnant lieu des résultats imprécis voire fausses. Tel est notamment le cas du controle de la charge et/ou de charge des batteries qui entrainent les véhicules électriques, p. ex. les engins de manutention. Sont connus les ampeheuremetres - compteurs à mercure comportant des organes electromécaniques associés à des récipients a mercure, qui nécessitent des reétalonnages fréquents et une position de travail bien déterminée. En plus, les chocs, vibrations et variations de température agissent défavorablement sur leur fiabilité et durée de vie. Sont connus aussi les compteurs ampeheuremetres dits "électroniques" qui traduisent le parametre électrique a mesurer en la rotation d'un moteur dynamoélectrique qui entraine une horlogerie associée un indicateur mécanique. D'une fiabilité meilleure aux appareils précédents, ils présentent toutefois les inconvénients propres aux transmissions et indicateurs mécaniques (usure, sensibilité aux chocs et vibrations, éventuelle dégradation par atmosphere corrosive, nécessité d'intervention extérieure pour le réarmement et/ou l'étalonnage).En outre, les deux types d'appareils précités ont une inertie mécanique souvent incompatible avec les variations rapides des grandeurs des parametres mesurés, p. ex. lors de ltemr ploi sur des engins dont les moteurs sont alimentés par l'intermediaire de hâcheurs. La présente invention remédie aux inconvénients précités et permet une mesure fiable avec des moyens simples et peu encombrants. Elle se distingue a) par l'absencede tout organe mécanique, d'où l'inertie et l'hystérésis pratiquement inexistantes; b) par son insensibilité aux chocs, vibrations, a l'usure et sa résistance aux agents corrosifs; c) par ses moyens statiques qui délivrent des signaux, et/ou qui actionnent des contacts incorporés pour des valeurs de mesure déterminées, par exemple remise zéro, voire réarmement de l'appareil automatique lors du raccordement 9 une batterie chargée. L'invention sera mieux comprise à l'aide de ltexposé et de la description d'un mode de réalisation pris comme exemple a titre non limitatif et illustré par les dessins annexes sur lesquels - Fig. I est une représentation schématique du procédé de mesure par 1 'em- ploi de la combinaison selon l'invention. - Fig. 2 présente le schéma fonctionnel de l'appareil selon l'invention. - Fig. 3 est le schéma détaillé du dispositif de remise à zéro voire de réarmement automatique, et - Fig. 4 représente une application de l'invention pour contrôler la charger la décharge de la batterie de traction d'un locotracteur électrique. Comme indiqué sur la Fig. 1, la totalité ou une fraction i du courant qui s'écoule travers le circuit 01 traverse l'organe d'entrée 02 lequel délivre a sa sortie une force électromotrice (f.e.m.) v, proportionnelle au courant i.Un organe convertisseur 03 auquel est appliquée la f.e.m. v délivre à sa sortie des impulsions de fréquence proportionnelle à cette der nière. Ces impulsions sont a leur tour appliquées a l'entrée d'un compteur 04 dont l'afficheur indique a tout instant la quantité d'électricité écou- lée a travers le circuit 01 depuis la remise a zéro du compteur 04. Dans le cas où le sens du courant i varie lors de l'exploitation, le compteur 04 sera un compteur-décompteur dont la sélection du mode de comptage sera déterminée par un organe sélecteur 05 avec ses entrées 06 et 07 sensibles au sens du gradient du vecteur de la f.e.m. v, et sa sortie 08 raccordée a la borne de sélection "comptage/décomptage" du compteur 04. La structure d'un mode de réalisation cité en exemple consiste en la combinaison a) d'un détecteur de seuil de tension avec hystérésis 20 raccordé a un shunt 4 qui délivre une f.e.m. v fonction de l'intensité du courant dans ledit shunt; la sortie 21 dudit sélecteur délivre un signal logique "1" ou "0" selon le sens dudit courant, donc aussi de la f.e.m. v; le type dudit signal de sortie 21 détermine le mode de comptage (comptage ou décomptage) du compteur 70. b) d'un amplificateur-inverseur 30 raccordé au shunt 4 et dont la sortie 31 délivre un signal de signe complémentaire a la f.e.m. v; c) d'un dispositif inverseur 40 (électromécanique ou statique à semiconducteurs), actionné par le détecteur 20, et qui aiguille vers sa sortie 41 soit le signal v du shunt 4, soit le signal de la sortie 31 de l'amplificateur 30 selon le sens du courant dans le shunt 4; d) d'un convertisseur courant-fréquence 50 dont l'entrée 51 est reliée a la sortie 41 de l'inverseur 40 par l'intermédiaire de la resistance ajustable 42 8'étalonnage; ce convertisseur délivre a sa sortie 52 des impulsions de fréquence proportionnelle à la valeur du paramètre électrique appliqué à son entrée 51; e) d'un diviseur de fréquence 60 parfois nécessaire, qui divise le nombre d'impulsions appliquées à son entrée par la sortie 52 précitée par une constante D que déterminent les parametres électriques de l'exploitation; f) d'un compteur-décompteur 70 d'impulsions délivrées par la sortie 62 du diviseur précité; il indique grâce à son afficheur 71 la somme algébrique des quantités d'électricité qui ont parcouru le shunt 4 pendant la période de comptage et/ou de décomptage; le choix de ces derniers modes de fonctionnement est conditionné par le type du signal de la sortie 21 précitée appliqué à la borne 72 destinée cet effet; la combinaison exploite aussi les signaux de contrôle émis par le dit compteur, savoir : un premier signal de sa borne 73 délivré pour un affichage fixe par le jeu approprié d'interconnections entre les digits et les entrées BCD du registre du compteur 70, et un deuxieme signal de sa borne 74 émis lors de l'affichage "ZER0" des afficheurs 71. Ces signaux peuvent actionner des dispositifs de signalisation et/ou d'alarme ou encore de sécurité. g) d'un système automatique 80 de remise à zéro et/ou de réarmement, agissant à la fois sur la borne R.A.Z. 75 du compteur et sur la borne R.A.Z 65 du diviseur 60, et/ou sur l'une des entrées du détecteur 20; ce systeme est actif lors de chaque mise sous tension et comporte (fig. 3) un univibrateur composé de trois éléments logiques ET (81, 82, 83). L'une des deux entrées de l'élément 81 est associée à un circuit R-C qui differe le fonctionnement en univibrateur d'un temps Tb consécutif à la mise sous tension.La période de l'univibrateur est définie par le condensateur 84 et par. la résistance 85; une premiere sortie 87 actionne par son impulsion logique "0". la remise à zéro du compteur 70, tandis qu'une deuxieme sortie 86 délivre en même temps une impulsion logique "1" utilisée pour la remise à zéro du diviseur 60 ainsi que, s'il y a lieu, pour la mise en position "comptage" du détecteur 20. Examinons une application industrielle de l'invention qui apporte une solution au problème suivant : Lors de l'utilisation d'une batterie de traction d'un engin ou véhicule à entrainement électrique, la bonne maintenance de la batterie exige la limitation de sa décharge et l'arrêt du chargeur lorsque la batterie recouvre sa pleine capacité. Il est aussi intéressant de connaitre à tout instant l'état de sa charge. Dans ce but, l'appareil 1 selon l'invention est monté sur ledit engin, raccordé à un shunt 4 et relié en vue de son alimentation par l'interrupteur 5 à une fraction de la batterie 2. Pendant l'exploitation le signal délivré par la borne 73 du compteur 70, quand les digits de son afficheur 71 indiquent 80% d'épuisement, actionne par l'intermédiaire de l'amplificateur 3 ltouverture d'un contact 6 et/ou une signalisation interdisant l'exploitation. Pendant la charge, lorsque lesdits digits affichent "zéro", le signal déli- vré par la borne 74 du compteur 70 entraine par l'intermédiaire d'un amplificateur 7 l'ouverture d'un contact 8 et/ou une signalisation entrainant l'arrêt de la charge. La mise sous tension de l'appareil 1 est faite par la fermeture de l'interrupteur 5 sur une batterie complètement chargée et se traduit par le remise à zéro automatique de l'appareil 1 d'une part, et par l'affichage "zéro % d'épuisement" d'autre part. Avant sa mise en oeuvre, on étalonne l'appareil en tenant compte des paramètres électriques de la batterie et du shunt enserré dans son circuit : - capacité nominale de la batterie... Q A/h, au plomb - shunt délivrant une f.e.m. v V pour son courant nominal I A L'indication d'épuisement passe de 0% à 100% pendant une décharge complète avec un courant I en un temps Td = Q/I pendant lequel l'entrée 79 du compteur 70 reçoit 100 impulsions fournies par le diviseur de fréquence 60 divisant par un nombre D la fréquence Fc de ses impulsions d'entrée fournies par la sortie 52 du convertisseur 50. Pour étalonner l'appareil selon le mode "comptage" qui mesure la décharge, on remplace le shunt 4 par une source de f.e.m. v, et on règle la résistance ajustable 42 pour obtenir.à la sortie 52 les impulsions de fréquence Fc. Pour tenir compte du rendement de la batterie 2 on étalonne ensuite l'appareil selon le mode "décomptage" qui mesure la charge, en y introduisant un coefficient de réduction en procédant comme suit - on inverse le sens de la f.e,m. v tout en maintenant sa grandeur - on règle la résistance ajustable 32 (reliant la sortie 31 à l'inverseur 40), de façon à réduire la fréquence Fc de 20%. REVENDI CBTIONS 1. Procédé de mesure de la quantité d'électricité mise en jeu dans un circuit O I traversé par un courant i pendant un temps donné, caractérisé par le fait qu'il utilise la combinaison des moyens suivants: d'un premier'moyen 02, connu en soi, traversé par ledit courant et qui délivre à sa sortie une force électromotrice (f.e. m.) v laquelle est l'image de la grandeur et du sens dudit courant; d'un deuxième moyen 03 composé de dispositifs 50 et 60 qui délivre des impulsions électriques de fréquence proportionnelle à la valeur de ladite f.e.m. v d'un troisième moyen: compteur 04 qui traduit lesdites impulsions en une indication numérique de la quantité d'électricité en question; et d'un quatrième moyen 80 de remise automatique à zéro du > dispositif 60 et du moyen 04 lors de la mise sous tension de l'alimentation de la présente combinaison. 2. Appareil de mesure destiné à la mise en oeuvre du procédé selon la rev. 1., caractérisé par le fait que le dispositif 50 est un convertisseur statique "courant-fréquence" dont la fréquence d'impulsions de sortie dépend du courant dans son entrée 51, qui est associée à une résistance ajustable d'étalonnage 42 3. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que le le courant dans l'entrée 51 est fourni par la sortie 41 de l'inverseur 40 qui aiguille cette entrée, selon le sens de la f.e.m. v : soit directement sur la source de cette dernière, soit sur la sortie 31 d'un amplificateur-inverseur 30 fournissant un signal complémentaire à celui de la f.e,m. v. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que le dispositif 60 est un diviseur de fréquence d'impulsions précitées, et que le premier moyen 02 est un shunt. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisé par le fait, que le troisième moyen est un compteur-décompteur 70 ayant son entrée 79 raccordée sur la sortie du diviseur 60, et qu'en plus de sa fonction d'indicateur on exploite aussi sa possibilité d'émettre des signaux électriques pour des grandeurs de mesure prédéterminées, à savoir: un premier signal émis par la borne 73 lors de létat "zéro5 du compteur- décompteur 70, et un deuxième signal émis par sa borne 74 qui correspond à une valeur comptée particulière qui est fixée d'une façon connue par le jeu d'interconnections appro prié entre les digits et les entrées BCD du registre dudit compteur. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications précé dentes caractérisé par le fait que la remise à zéro du moyen 70 et du diviseur 60 est effectuée par les sorties 87 et 86 d'un quatrième moyen 80 qui consiste en un univibrateur à action re tardée par rapport à l'instant de sa mise sous tension et est composé de trois éléments logiques ET: 81, 82, 83, l'une t-- entrées de l'élément 81 étant associée à un circuit retardate- ur R - C de ladite action. 7. Application industrielle du procédé et de l'appareil selon les revendications précédentes prises dans leur ensemble, com portant un shunt 4 inserré dans le circuit de la batterie 2 et traversé par le courant d'entrainement d'un moteur lors de la'~~ décharge, et par un courant de sens inverse lors de la charge par un chargeur, application caractérisée par les faits, que l'afficheur 71 indique le ;;taux d'épuisement de la bat terie en pourcents de sa capacité nominale, que la fermeture du contact 5 sur une batterie chargée en traine à la fois la mise sous tension d'alimentation de 1' ap- pareil 1 et la remise à zéro du compteur-décompteur 70 et du diviseur 60, que pendant la décharge la sortie 21 du détecteur 20 permu te d'une part l'inverseur à sémiconducteurs 40 en position5dé- charge" en raccordant sa sortie 41 directement au shunt 4, et met d'autre part le compteur- décompteur 70 en mode "comptage, que, lorsque la décharge atteint la limite des 80% , la borne 73 émet un signal qui, amplifié par l'amplificateur 3, entraine le contact "repos" 6 interdisant l'exploitation etl ou signale la nécessité de recharger la batterie, que pendant la recharge le détecteur de seuil 20 permute l'inverseur 40 en position "charge'en raccordant sa sortie 41 à la sortie 31 de l'amplificateur-inverseur 30 et ceçi par l'intermédiaire d'une résistance ajustable 32 dont la valeur détermine le coefficient correcteur correspondant au rendement et tenant compte du type de la batterie 2, et que à la fin de charge, l'afficheur 71 indiquant 0% d'é puisement de la batterie, la borne 74 émet un signal qui, amplifié par l'amplificateur 7 actionne le contact "repars" entraînant l'arrêt de la charge et/ ou signale l'état de pleine charge de la batterie