Brevet FR2500927A1 — publié le 19820903

DISPOSITIF DE MESURE DU DEBIT D'UN FLUIDE. On sait que l'alimentation des variateurs de vitesse de moto-ventilateurs est contrôlée par un transistor ballast, gdneralement intégré dans un circuit Darlington et commandé par un module de commande convenable. Dans le cas où se produit un blocage du moteur, ce qui survient surtout aux basses températures quand la tension applique au moteur est trop faible, l'absence de la rotation du moteur entraine l'absence de la force contre-électromotrice correspondante et il en résulte que le courant appelé par le moteur et traversant le transistor ballast est beaucoup plus élevé qu'en fonctionnement normal.Le transistor, de meme que le refroidisseur qui lui est adjoint, n'arrive plus à dissiper la puissance, ce qui entraîne une élévation de température des jonctions et la destruction du transistor. On a donc d'jà prévu, pour protéger le transistor, de détecter l'absence de ventilation pour commander un relais qui, lorsqu'il est excité, ferme un interrupteur cour-circuitant le transistor ballast de sorte que toute la tension de la batterie se trouve disponible aux bornes du moteur, ce qui entraine la mise en route du moteur et, par conséquent, le démarrage de la ventilation. Le transistor se trouve alors ventilé et refroidi avant d'être détérioré La réalisation d'un dispositif de mesure du débit d'un fluide susceptible de détecter la présence ou l'absence de ventilation est cependant delicate.En effet, il est nécessaire que le dispositif detecte, d'une part, la présence d'une ventilation même lorsque le moteur tourne lentement, c 'est-à- dire lorsque la ventilation est très faible ct, d'autre part, l'absence de la ventilation pour que le relais puisse Strie excité. On connaît bien entendu des dispositifs de mesure d'écoulement de fluides susceptibles de détecter une ventilation, qui sont bases sur des éléments électriques dont la r- sistance varie en fonction de la température, tels que des fils chauds, des thermistances ou des barreaux semi-conducteurs, associés éventuellement à des moyens de chauffagc. Cependant, ces dispositifs souffrent d'un manque de précision lorsque la ventilation est très faible de sorte qu'ils ne donnent pas entièrement satisfaction. C'est donc un objectif de la présente invention que de remédier à ces inconvénients et de fournir un dispositif de mesure du débit d'un fluide qui soit susceptible de distinguer avec une grande précision l'absence ou la présence d'un débit méme très faible de façon à assurer efficacement par exemple la protection d'un moto-ventilateur notanment le transistor ballast du variateur de vitesse associé audit motoventilateur. Un autre objectif de l'invention est de réaliser un tel dispositif qui soit de plus capable de mesurer la valeur d'un débit de fluide, lorsque ce débit existe et notamment dans la gamme des faibles débits. Un autre objectif de l'invention est de réaliser un tel dispositif qui soit susceptible de constater très rapidement une absence de ventilation afin par exemple de limiter au minimum la durée d'échauffement du transistor à protéger lorsque le moteur du moto-ventilateur ne tourne pas, bien qu'il soit alimenté. Un autre objectif encore de l'invention est de présenter un tel dispositif qui ne soit pas sensible aux modifications des caractéristiques des éléments électriques sensibles à la température qui sont dues à la fabrication en grande série de cesdits éléments. Un autre objectif encore de l'invention est de fournir un tel dispositif de construction simple et, par conséquent, fiable et économique. L'invention a donc pour objet le produit industriel nouveau que constitue un dispositif de mesure du débit d'un fluide comprenant,d'une part, un capteur composé de moyens à résistance variable avec la température et d'une résistance chauffante et, d'autre part, un étage détecteur sensible à ce capteur, caractérisé en ce qu'il comporte deux éléments à ré sistance variable avec la température, w que la dis- tance entre le premier élément à résistance variable avec la température et la résistance chauffante est inférieure ou gale à la distance entre le deuxième élément à résistance variable avec la température et ladite résistance chauffante, que le premier élément à résistance variable avec la température est disposé en amont de la résistance chauffante vis-àvis de l'écoulement du fluide, et que le deuxième élément à résistance variable avec la température est disposé en aval de la résistance chauffante de façon qu'en l'absence d'un flux de side,le premier élément soit au moins autant chauffé par la résistance que le deuxième élément, alors qu'en présence d'un flux de fluide, le premier élément ait tendance à être refroidi par le flux alors que le second élément a tendance à hêtre réchauffé par le fluide chauffé par la résistance, les deux éléments à resu- tance variable avec la température étant montés en série aux > bornes d'une alimentation et le point de jonction des deux éléments étant relié à l'étage détecteur. Le premier élément peut être situé en dehors de 1'-- lignement déterminé par ladite résistance chauffante et le flux de fluidc, cependant de préférence le premier élément, la résistance chauffante et le second élément sont successivement alignés dans le flux de fluide. De façon avantageuse, la distance entre la résistance et ledit second élément est au plus égale à 10 mm et au moins égale à 5 mm, la distance entre le premier élément et la ré distance chauffante étant au plus égale à 3 mm. Le rapport entre la distance séparant le premier élément de la résistance chauffante et celle séparant le second élément de la résistance ce chauffante est de préférence de l'ordre dc 0,5 Conformément à une caractéristique avantageuse de l'invention, les résistances variables des deux éléments --- varient dans le méme sens en fonction de la température ; ; en d'autres termes, leurs résistances sont soit simultanément croissantes soit simultanément décroissantes lorsque la te- pérature crott. De préférence, les caractéristiques des élé- ments, par exemple des thermistances CTN à résistances décrois- santes, sont égales. L'étage détecteur peut hêtre avantageusement constitué d'un comparateur dont l'une des entrées est reliée audit point de jonction et l'autre à un point de potentiel prédéterminé, la différence entre ce potentiel prédéterminé et le potentiel dudit point de jonction, lorsque la ventilation est établie, constitue alors un seuil qui doit être atteint par la variation du potentiel audit point de jonction pour aboutir à l'é galité des potentiels à l'entrée du comparateur et par là à la génération d'un signal entraînant la mise en oeuvre de moyens tels que par exemple des moyens de tection dXun transistor La seconde entrée du comparateur peut être avantageusement reliée à un potentiomètre, ce qui permet de régler la valeur du potentiel de cette seconde entrée. De façon avantageuse, on peut associer en série à chacun des éléments à résistance variable ou thermistances une petite résistance afin d'éviter pour des températures de fonctionnement élevées, l'autodestruction dudit élément lorsque le courant dans les éléments augmente, lesdites résistances limitant cette augmentation de courant. L'invention est notamment applicable à un dispositif de protection d'un transistor ballast de variateur de vitesse d'un moto-ventilateur comprenant le dispositif de mesure du débit d'un fluide précité et dans lequel le comparateur comnan- de un transistor de puissance susceptible d'agir sur un relais actionnant un interrupteur normalement ouvert cour t-circui tant le transistor ballast. En cas d'établissement de la ventilation, le premier élément, par exemple une première thermistance n'est pas chauf fé alors que le second élément ou thermistance est chauffé ------------------ ce qui provoque une diminution progressive de sa résistance ohmique et, par conséquent, une variation progressive dans un sens du potentiel de point de jonction entre les thermistances, le potentiel ayant ensuite tendance à atteindre une valeur stable à la fin de ce régime transitoire. Au contraire, en cas d'absence de ventilation, c'est la première thermistance qui est chauffée par la résistance, la seconde ne l'étant que peu ou pas du tout en raison de la distance qui l'en sépare.On obtient alors une variation progressive dans l'autre sens du potentiel du point de jonction au fur et à mesure que la première thermistance s'échauffe. En d'autres termes, en partant de la même situation initiale dans laquelle la résistance est d'abord froide puis mise en action de même que le transistor ballast, la valeur arithmétique de l'écart entre le potentiel atteint au bout d'un certain temps en cas de ventilation et le potentiel atteint au bout de ce même temps en cas d'absence de ventilation croit progressivement et les moyens sensibles à cette variation déclenchent la mise en oeuvre des moyens de protection lorsque cet écart a atteint une valeur de seuil prédéterminée.Il est nécessaire que cette valeur de seuil soit suffisamment importante pour que le dispositif selon l'invention fasse efficacement et à coup sûr la discrimination entre un état de ventilation et un état de non ventilation. Cependant, il est également nécessaire de limiter la durée pendant laquelle le transistor ballast peut être parcouru par un courant trop important en cas de non ventilation. Le choix de la valeur de seuil sera donc l'objet d'un compromis entre la dimension de l'écart qui doit être suffisante et la durée d'attente avant l'actionnement des moyens de protection qui doit être limitée. Ce compromis dépend nota:=ent des possi bilités de résistance du transistor ballast à la surchauffe. Cependant, l'expérience a montre que grâce à l'invention, on obtient de toute façon un dispositif suffisamment sensible pour assurer, dans la pratique, une protection particulièrement efficace des transistors à ballast usuels utilisés dans les variateurs de vitesse des moto-ventilateurs. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront à la lecture de la description suivante, faite à titre d'exemple non limitatif et se référant au dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente une vue schématique du circuit électrique d'un dispositif selon l'invention - la figure 2 représente une vue schématique de profil des thermistances et résistance sur un circuit imprimé placé dans un flux de ventilation ; - la figure 3 représente une vue schématique de dessus des éléments de la figure 2 - la figure 4 représente un diagramme des potentiels du point de jonction des thermistances en fonction des différents modes de fonctionnement de ce dispositif. En se référant à la figure 1, on voit schématiquement représenté le moteur M d'un moto-ventilateur relié par une borne à la borne positive 1 de la batterie d'alimentation. Par son autre borne, le moteur M est relié à un circuit Darlington 2 comprenant le transistor ballast 3 dont la base est reliée au collecteur du transistor supplémentaire usuel 4, la base de ce dernier étant pilotée par un module de commande de vitesse usuel 5.On vit en 6 la diode du----Darlington placde entre l'émetteur et le collecteur du transistor 3, la jonction communie à la diode et aux émetteurs des transistors 3 et 4 étant reliée à la masse en 7. On voit par ailleurs que le montage Darlington 2 se trouve court-circuité par un interrupteur 8 normalement ouvert et piloté par un relais 9 susceptible d'être alimenté par un transistor de puissance schématiquement représenté sous forme d'un interrupteur 10. Normalement, l'interrupteur 8 est ouvert et lorsque le module de commande 5 est actionné de façon à rendre le transistor 3 conducteur pour faire démarrer le moteur, l'in tégralité du courant d'alimentation du moteur passe à travers le transistor ballast 3. Si on détecte dans ce cas une absence de ventilation, c'es t-à- dire l'absence de rotation du motueur, le transistor de puissance 10 est actionné, ce qui excite le relais 9 et ferme l'interrupteur 8 de sorte qu'aux bornes du moteur M se trouve disponible tout le voltage de la batterie, ce qui provoque alors dans tous les cas le démarrage du moteur et donc l'établissement d'une ventilation qui, lorsqu'elle a été détectée provoque l'ouverture de l'interrupteur 8 et, par conséquent, la possihllité de moduler la vitesse du moteur gracie au module de commande 5. Le capteur du dispositif selon l'invention comporte, sur une plaque de circuit imprimé 11, convenablement alimentée en un potentiel continu, une première thermistance CTN1, une seconde thermistance CTN2 et une résistance R. Au point de vue géométrique, la résistance R et les thermistances sont montées à l'écart du circuit imprimé comme on le voit sur le dessin. La thermistance CTN1 est située à une faible distance de 2,5 e en amont de la résistance R, la flèche indiquant le sens du flux de ventilation. La thermistance CTN2 ayant la même valeur que la thermistance CTN1, est située en aval de la résistance R à une distance nettement supérieure de l'ordre de 5 mm. On comprend donc que lorsque la résistance R est chauffée par le potentiel V de la plaque de circuit imprimé, la première thermistance CTN1 proche de la résistance, se trouve fortement chauffée alors que la seconde thermistance CTN2, plus éloigné, n'est que peu ou pas chauffée. I1 en résulte une diminution de la résistance ohmique de la première thermistance alors que la seconde conserve sensiblement la valeur initiale ohmique commune aux deux thermistances. Si,au contraire, la ventilation s'établit dans le sens de la flèche, la première thermistance CTS1 est refroidie malgré la proximité de la résistance R de sorte que sa résistance ohmique initiale demeure inchangée alors que la seconde thermistance CTN2 située en aval dans le flux chauffé par la résistance R va se réchauffer et voir sa résistance ohmique chuter. Comme on le voit sur la figure 1, les deux thermistances CTN1 et CTN2 sont situées en série entre les bornes d'ali mentation en potentiel continu de la plaque de circuit imprimé délivrant à l'ensemble le potentiel +V. Le pEle positif de la thermistance CTN1 est relié à une petite résistance r alors que le pôle négatif de la thermistance CTN2 est également relié à une résistance identique r, les deux résistances r servant de protection pour limiter l'intensité du courant qui peut traverser les thermistances. Le point 12 de jonction électrique des thermdstances est relié à la première entre d'un comparateur 13 dont la seconde entre est reliée à un potentiomètre constitué d'une résistance fixe R1 et d'une résistance variable R2 le potentiomètre étant également soumis à la tension +V. Les deux thermistances étant égales lorsque la rEsis- tance R n'est pas chauffée, on comprend que le point de jonction se trouve situé au potentiel V, ce potentiel se retrouvant à la première entrée du compazateur 13. On règle alors le potentiomètre de façon à appliquer à la seconde entrée du comparateur une tension supérieure V+ e, la valeur e déterminant le seuil qui doit être atteint En effet, tant que le potentiel de la première entrée n'a pas atteint cette valeur V+ e, aucune impulsion de commande ntest générée par le compa- mateur 13 et le transistor de puissance 10 n'est donc pas con docteur, le relais étant alors au repos.Si à ce moment, on met en marche le moteur tout en chauffant la résistance R, deux cas peuvent se produire. Dans le premier cas, le moteur M tourne et une ventilation est établie. Dans ce ea, comme on le voit sur la figure 4 qui montre en abscisse le tentiel Vs du point de jonction 12, la thermistance CTN1 reste froide alors que la thermistance CTN2 s 'échauffe, ce qui provoque une diminution progressive du potentiel au point 12 jusqu a une valeur constante comme le montre la courbe 14. Dans le deuxiè- me cas, la ventilation ne se produit pas, le moteur n'ayant pas démarré. Dans ce cas, c'est au contraire la thermistance CTN1 qui s'échauffe, la seconde thermistance restant froide. Le potentiel au point 12 va alors augmenter progressivement comme on le voit sur la courbe 15. A partir du moment où ce potentiel rejoint la valeur V+ e c'ést-à-dire au point 16, le comparateur 13 adresse un; impulsion au transistor de puissance 10 qui, comme on l'a vu précédemment, provoque alors la mise en oeuvre des moyens de protection du transistor 3. Cette valeur V+ e est atteinte au bout d'un temps to qui croit évidemment lorsque e est choisi plus grand. L'expérience prouve qu'en utilisant des thermistances usuelles, on peut obtenir une discrimination parfaite de l'état de ventilation et de l'état de non ventilation avec un temps t0 inférieur à Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut lui apporter diverses modifications sans pour cela s'éloigner ni de olcadre, ni de son esprit. Ainsi, on comprend que lin pourrait faire varier, comme précité, les distances séparant les thermistances de la résistance de chauffage R. En outre, en se reportant A la figure 2, on comprend que la thermistance CTN1 pourrait être disposée à un niveau plus élevé ou plus bas. La distance entre les thermistances et la résistance pouvait même être égale bien que cela diminoela précision du dispositif. Bien entendu, les valeurs des thermistances pourraient être inégales. Enfin, on comprend que l'homme de l'art pourrait utiliser d'autres moyens pour piloter l'actionnement d'un transistor de puissance 10 à partir de la variation de la résistance ohmique de l'ensemble des thermistances, bien que le montage en pont tel que représenté sur le dessin soit de loin le plus simple et le plus efficace. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de mesure du débit d'un fluide comprenant,d'une part, un capteur composé de moyens à résistance variable avec la bempérature et d'une résistance chauffante et, d'autre part, un étage détecteur sensible à ce capteur, caractérisé en ce qu'il comporte deux éléments à résistance valable avec la température (CTN1, CTN2), que la distance entre le premier élément à résistance variable avec la température (CTN1) et la résistance chauffante (R) est inférieure ou égale à la distance entre le deuxième élément à résistance variable avec la température (CTN2) et ladite résistance chauffante (R), que le premier élément à résistance variable avec la température (CTN1) est disposé en amont de la résistance chauffante (R) vis-à-vis de l'écoulement du fluide et que le deuxième élément à résistance variable avec la température (CTN2) est disposé en aval de la résistance chauffante (R), de façon qu'en l'absence d'un flux de fluide, le premier élément (CTN1) soit au moins autant chauffé par la résistance (R) que le deuxième élément (CTN2), alors qu'en présence d'un flux de fluide, le premier élément (CTN1) ait tendance à être refroidi par le flux alors que le second élément a tendance à être réchauffé par le fluide chauffé par la résistance (R),les deux éléments à résistance variable avec la température (CTN1, CTN2) étant montés en série aux bornes d'une alimentation et le point de jonction (12) des deux éléments (CTN1, CTN2) étant relié à l'étage détecteur (13). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le premier élément (CTNl) est situé en dehors de l'alignement déterminé par ladite résistance chauffante (R) et le flux de fluide. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le premier élément (CTN1), la résistance chauffante (R) et le second élément (CTN2) son successivement alignés dans le flux de fluide. 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la distance entre la résistance (R) et ledit second élément (CTN2) est au plus égale à 10 mm et au moins égale à 5 mn, la distance entre le premier éUment (CTN1) et la résistance chauffante (R) étant au plus égale à 3 un. 5 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le rapport entre la distance sé- parant le premier élément (CTNl) de la résistance chauffante (R) et celle séparant le second élément (CTN2) de la résistance ce chauffante (R) est de l'ordre de 0,5. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les résistances varia- bles des deux éléments (CTN1, CTN2) varient dans le néme sens en fonction de la température. 7 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les caractéristiques des éléments (CTN1, CTN2) sont égales. 8 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que les éléments (CTN1, CTM2) sont des thermistances CTN. 9 - Dispositif selon l'une des revendications 1 å 8, caractérisé par le fait que l'étage détecteur est constitué d'un comparateur (13), dont l'une des entrées est reliée audit point de jonction (12) et l'autre à un point de potentiel prédéterminé. 10 - Dispositif de protection d'un transistor ballant de variateur de vitesse d'un moto-ventilateur comprenant le dispositif de mesure du ddbit d'un fluide suivant la revendication 9, caractérisé par le fait que le comparateur (13) commande un transistor de puissance (10) susceptible d'agir sur un relais (9) actionnant un interrupteur normalement owert (8) court-circuitant le transistor ballast (2).