Brevet FR2497944A1 — publié le 19820716

Système de compensation dynamique pour la mesure d'une grandeur d'état caractéristique d'un fluide en écoulement. La présente invention concerne un système de compensation dynamique pour la mesure d'une grandeur d'état caractéristique d'un fluide en écoulement comportant une sonde dite de mesure placée au contact du fluide à mesurer et affectée d'une certaine constante de temps. La mesure de la température des gaz à la sortie des chambres de combustion de réacteurs d'avion est généra lement réalisée au moyen de capteurs à thermocouple disposés dans la veine de gaz, généralement entre roue de turbine haute- pression et basse pression. Des recherches ont été menées pour s'affranchir des erreurs imputables soit aux thermocouples eux-mêmes, soit aux influences parasites de l'environnement immédiat de ces thermocouples, de façon à obtenir de ces systèmes de mesure une indication représentant correctement la température des gaz. Cependant, il est encore nécessaire de disposer d'une telle indication de manière sensiblement instantanée. Une grande importance s'attache en effet au fait de connaître en temps réel les fluctuations de température des gaz à mesurer, en particulier lorsque le pilote doit être instantanément averti de tout changement dans la température des gaz, ou dans les systèmes asservis de régulation de turboréacteurs où la température constitue un paramètre d'entrée du système. D'autre part, dans les essais de moteur, il est d'une grande importance de con natte l'évolution de température des gaz en fonction du temps. Or, l'expérience a montré que ltécoulement des gaz ne produit jamais une mise en température instantanée des capteurs. L'invention remédie aux inconvénients précités de retard à l'information propre aux capteurs fournissant une grandeur d'état caractéristique d'un fluide en écoulement, et notamment propre aux capteurs à thermocouple. Elle permet d'obtenir ainsi une lecture sensiblement instantanée d'une telle yrandeur d'état, notamment la température réelle d'un gaz en écoulement. Ce but est atteint conformément à l'invention du fait que le système comprend, en plus de la sonde de mesure, un nombre pair de sondes correctrices placées au contact dudit fluide, montées en série opposition, et constituées alternativement en partant de la sonde de mesure, d'une première sonde correctrice affectée d'une constante de temps nettement supérieure à la constante de temps de la sonde de mesure, et d'une seconde sonde correctrice affectée d'une constante de temps sensiblement égale à la constante de temps de la sonde de mesure. Dans un système de compensation dynamique pour la mesure de la température d'un gaz en écoulement,la sonde de mesure et les sondes correctrices sont avantageusement du type à thermocouple. Selon une réalisation préférée, le système de compensation dynamique selon l'invention comporte deux sondes correctrices montées en série opposition avec la sonde de mesura, à savoir une première sonde correctrice affectée d'une contante de temps égale au double de celle de la sonde démesure, puis une deuxième sonde correctrice affectée d'une constante de temps égale à celle de la sonde de mesure. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, description faite en référence aux dessinsannexés dans lesquels - la figure 1 est un schéma d'une sonde de mesure classique, du type à thermocouple - la figure 2 est un schéma d'un circuit de thermo couple dans un mode de réalisation du système de compensation dynamique selon l'invention - la figure 3 est un schéma explicatif et fonction nel d'un système de compensation dynamique selon le mode de réalisation de la figure 2 - la figure 4 est une vue schématique en coupe illustrant un moyen pour affecter la deuxième sonde correctrice d'une constante de temps eupérieure à celle de la sonde de mesure - la figure 5 est un diagramme en fonction du temps, ae la réponse des différentes sondes du système et de la réponse du système selon l'invention. Le thermocouple représenté à la figure 1 est composé de deux conducteurs 1 et 2,respectivement en chromel et en alumel par exemple, mutuellement soudés à leurs deux extrémités. Une extrémité, dite soudure de mesure ou soudure chaude 3 est exposée à la température à mesurer Tg ; l'autre extrémité, dite soudure froide 4 est maintenue à une température de référence Tû régnant dans une enceinte 4a ; un voltmètre 5 indique la différence de potentiel entre les deux conducteurs 1, 2 ; cette différence de potentiel est représentative de la température à mesurer Tg. Sur la figure 2 on a désigné la soudure froide, l'enceinte où règne la température de référence Tg et le voltmètre de mesure du thermocouple, par les mêmes références que sur la figure 1. Le dispositif de la figure 2 comporte trois soudures : une soudure de mesure 10 et deux soudures correctrices 11 et 12 montées mutuellement en opposition. Un conducteur 14 d'un métal différent de celui constituant le conducteur 13, relie la soudure de mesure 10 à la première soudure correctrice 11. Un conducteur 15, d'un métal différent de celui constituant le conducteur 14, relie la première soudure correctrice 11 à la deuxième soudure correctrice 12. Un conducteur 31, d'un métal différent de celui du conducteur 15, relie la deuxième soudure correctrice 12 à la soudure froide 4. Ainsi, le voltmètre 5 reçoit une tension représentative de la temperatirre à partir des trois indications T1, T2, T3 Tm = T1 - T2 + T3 Le schéma fonctionnel de la figure 3 montre que les trois sondes 10, 11 et 12, repérées S?, 52, 53 sur le schéma, peuvent être représentées par leurs fonctions de transfert respectives. Une sonde est en effet un organe de transformation d'une grandeur physique en une autre. Dans l'exemple, un thermocouple transforme une température en une tension électrique.La loi des variations de la grandeur de sortie ne suit pas fidèlement celle de l'entrée et chaque sonde peut être représentée par une fonction de transfert du premier ordre, en utilisant les transformées de Laplace T (p) = 1 1 + # p # exprimant la constante de temps de la sonde. L'introduction des sondes 52 et 53 dans la chaîne directe permet d'améliorer les performances du système, en jouant le rôle d'un correcteur à avance de phase. La sortie du système peut s'exprimer, du fait du montage en série opposition, Tm (P) = 1 - 1 + 1 1 + # 1p + 1 + # 2p 1 + #3p Le calcul montre alors que si la constante de temps #2 de la sonde S2 est nettement supérieure, par exemple le double des constantes de temps #1 et #3 des sondes S1 et 53, la constante de temps équivalente du système est diminuée, par exemple de l'ordre de 0,7 #1, et la rapidité de réponse est ainsi améliorée. Le diagramme de la figure 5 traduit ce résultat. Sur cette figure où la température T figure en ordonnée en fonction du temps t (abscisse). les courbes T1 et T3, superposées, correspondent respectivement aux soudures 10 et 12 qui ont des constantes de temps et et 3 sensiblement égales. La courbe T2,qui correspond à la soudure il a une constante de temps Puisque la soudure 11 est montée en opposition par rapport aux deux autres soudures, les erreurs des courbes Tl, T2 et T3 s'ajoutent algébriquement et se compensent comme figuré sur la courbe en pointillé du diagramme. La constante de temps qui affecte une sonde peut résulter soit des nombreux paramètres intrinsèques de la construction de celle-ci (forme, masse capacité calorifique du métal la constituant, coefficient d'échange...), soit d'un aménagement du débit de fluide alimentant la sonde. La figure 4 montre un exemple d'un tel aménagement dans lequel deux circuits de prélèvement distincts P1 et P2 sont prévus pour loger d'une part les sondes S1, 53 et d'autre part la sonde 52. Le circuit de prélèvement P2 est alimenté par un conduit de section restreinte 17, calculé de manière à affecter la sonde 52 d'une constante de temps double de celle de S1 et 53. L'exemple illustré permet donc d'utiliser trois sondes identiques, mais on pourrait bien entendu identiques en variante utiliser deux sondes 31 , 33/et une sonde 52 plus grosse, en donnant un diamètre plus important au conduit 17. Un avantage intéressant procuré par le système de compensation dynamique selon l'invention est d'assurer les mêmes résultats qu'un système correcteur à avance de phase utilisant des circuits électriques ou électroniques, de mise en place délicate dans un environnement sévère. D'autre part, un autre intérêt particulier du système de compensation dynamique selon l'invention est de se combiner très aisément avec un système de correction de l'erreur statique affectant une sonde de mesure lorsque celle-ci est placée dans un circuit de prélèvement situé à distance de l'écoulement de fluide, tel qu'une sonde logée à l'intérieur d'une aube fixe de distributeur de turbine, ainsi que décrit dans la demande de brevet français déposée au nom de la demanderesse sous le No. bu.18638 du 28.8.1980. Le présente invention n'est pas limitée à la compensation dynamique pour la mesure d'une température. On peut parfaitement utiliser le procédé décrit pour la mesure d'autres variables d'état susceptibles d'être perturbées dynamiquement par le prélèvement (par exemple la pression d'un fluide) en utilisant deux sondes correctrices dont une est affectée d'une constante de temps supérieure, au moyen d'un diaphragme retardateur. REVENDICATIONS 1. Système de compensation dynamique pour la mesure d'une grandeur d'état caractéristique d'un fluide en écoulement comportant une sonde (S1) dite de mesure placée au contact du fluide à mesurer et affectée d'une certaine constante de temps, caractérisé en ce qu'il comprena en outre un nombre pair de sondes correctrices placées au contact dudit fluide, montées en série opposition, et constituées alternativement en partant de la sonde de mesure, d'une première sonde correctrice (52) affectée d'une constante de temps nettement supérieure à la constante de temps de la sonde de mesure, et d'une seconde sonde correctrice (53) affectée d'une constante de temps sensiblement égale à la constante de temps de la sonde de mesure 61). 2. Système de compensation dynamique selon la revendication 1, pour la mesure de la température d'un gaz en écoulement, caractérisé en ce que la sonde de mesure (51) et les sondes (52, 53) correctrices sont du type à thermocouple. 3. Système de compensation dynamique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte deux sondes correctrices (11, 12) montées en série opposition avec la sonde de mesure (10), à savoir une première sonde correctrice (11) affectée d'une constante de temps égale au double de celle de la sonde de mesure, puis une deuxième sonde correctrice (12) affectée d'une constante de temps égale à celle de la sonde de mesure. 4. Système de compensation dynamique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la sonde de mesure (51) et chaque deuxième sonde correctrice (53) sont placées dans un circuit de prélèvement (P1) situé à distance de l'écoulement principal, chaque première sonde correctrice (52) étant placée dans un circuit de prélèvement distinct (P2) dont l'alimentation en fluide (17) est calibrée pour affecter ladite première sonde correctrice d'une constante de temps nettement supérieure à celle de la sonde de mesure. 5. Système de compensation dynamique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sonde de mesure (51), la première sonde correctrice (52) et la seconde sonde correctrice (53) constituent la sonde de mesure et les sondes correctrices d'un système de mesure dans lequel terreur permanente due à l'environnement de le sonde de mesure est aussi compensée par les deux sondes correctrices, l'une étant affectée sensiblement de la même erreur que la sonde de mesure, l'autre étant affectée d'une erreur double.