Brevet FR2542446A1 — publié le 19840914

APPAREIL AVERTISSEUR POUR ETALONNAGE La présente invention a pour objet un appareil destiné a être utilisé avec un dispositif de mesure ou de référence, ledit appareil émettant un avertissement d'étalonnage suite à un usage prolongé du dispositif L'invention est principalement conçue pour l'utilisation avec un thermocouple travaillant à des températures élevées ou constantes. On a trouvé que, quand un thermocouple est installé, par exemple dans un four, sa sortie électrique, en fonction de la température, dérivera progressivement depuis les conditions initiales d'étalonnage en fonction de la durée pendant laquelle l'élément est soumis à des tempé- ratures élevées et de l'importance de ces températures Par le passés on a remplacé les thermocouples à des Intervalles de temps réguliers en se basant simplement sur les expériences antérieures ou sur le fait, dans le cas d'un four, qu'un bain de produit a été perdu suite à une dérive du thermocouple a des températures de traitement hors des limites Il est bien connu d'obtenir un ave Ptissement d'étalonnage des thermocouples à l'aide d'un calculateur relié à une série de thermocouples en pros grammant ce calculateur pour créer un comptage numérique d'étalonnage pour chaque couple basé sur le nombre de cycles de chauffe auxquels a été soumis le thermocouple et sur la température maximale atteinte au cours de chaque cycle Un inconvénient de ce système réside dans la fait que, bien qu'il fournisse une méthode définie pour prédire une dérive prédéterminée d'étalonnage, il nécessite l'utilisation d'un calculateur et de circuits d'interface. Un objet de la présente invention est de fournir un appareil avertisseur pour étalonnage relativement simple et plus adapté à l'usage pour un seul thermocouple. Selon un aspect de cette invention, un appareil avertisseur pour étalonnage destiné à être utilisé avec un capteur électrique, comprend un dispositif indicateur analogique couplé avec un circuit de commande analogique, le circuit répondant à la sortie du capteur de sorte que, la lecture fournie par le dispositif indicateur soit fonction, à la fois de la sortie du capteur et du temps écoulé. Selon un autre aspect de l'invention, un dispositif avertisseur pour étalonnage, destiné à être utilisé avec un capteur ou un dispositif de référence électrique, comprend un dispositif indicateur couplé avec un circuit de commande analogique disposé pour fournir une lecture d'indicateur qui est à la fois fonction de la température de fonction- nement du capteur ou du dispositif de référence et du temps total d'utilisation du capteur ou du dispositif de référence. L'invention va maintenant être décrite à l'aide d'exemples en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma de circuit d'un module avertisseur qui peut être séparé et destiné à être connecté à un thermocouple tout au long de son utilisation et peut, par exemple, être incorporé dans le connecteur disposé à l'extrémité du thermocouple; la figure 2 est un schéma de circuit d'un module avertisseur pour utilisation avec un thermocouple qui travaille à une température sensiblement constante. En se référant à la figure 1, le module présente un adapteur à haute impédance d'entrée 1 couplé avec un thermocouple simple 2 à haute température, et une chaîne amplificatrice présentant à la fois des caractéristiques de gain linéaire et exponentiel et d'atténuation engendrant un courant de sortie Io qui dépend de la tension VT du thermocouple selon la relation Io = aeb YT Ce courant est amené à un indicateur de temps écoulé connu 6, comme par exemple, un indicateur du type présentant une goutte d'élec- trolyte séparant deux colonnes de mercure dans un tube de verre De tels indicateurs sont relativement peu coûteux et compacts Quand passe un courant continu d'une colonne de mercure vers l'autre, à travers l'élec- trolyte, des ions mercure émigrent d'une colonne vers l'autre, déplaçant ainsi la goutte d'électrolyte le long du tube, proportionnellement à la charge électrique totale transmise depuis l'installation de l'indi- cateur. 2542446 C La relation de gain = aeb VT est obtenue en amplifiant, tout d'abord, la tension de sortie de l'adap- tateur 1 par un facteur b dans un amplificateur linéaire 3, en amenant cette tension amplifiée b VT à un amplificateur 4 ayant une caractéris- tique exponentielle pour obtenir une sortie eb VT, et ensuite en ampli- fiant à nouveau le signal pour obtenir un courant de sortie = aeb VT passant à travers une résistance de charge 7 et arrivant à l'indicateur de temps écoulé 6 La résistance de charge 7 sert à réduire à un niveau négligeable toute faible variation dans l'impédance de l'indicateur de temps écoulé. On voit que le courant de sortie I O augmente exponentiellement avec VT de sorte que la vitesse à laquelle la lecture de l'indicateur change est fonction de la vitesse à laquelle dérive l'étalonnage du thermocouple, une telle dérive étant plus élevée à des températures elles-mêmes relativement élevées. Les constantes a et b peuvent être modifiées en changeant la valeur de la résistance 7 ou le gain des amplificateurs pour compenser les caractéristiques de dérive du thermocouple, de sorte que l'indi- cateur 6 atteigne l'extrémité de son échelle quand on considère que le thermocouple est bon à être remplacé ou réétalonné. D'autres dispositifs pour définir et/ou pour correspondre a la charge totale passant à travers la résistance 7 pendant un temps donné, peuvent être utilisés à la place ou en sus de l'indicateur 6 Un dis- positif de ce type, utilisable comme indicateur 6 tel quel ou modifié, est celui dans lequel des avertissements visuels et/ou sonores sont donnés lorsqu'une valeur prédéterminée de charge ayant passé à travers la résistance 7 est atteinte. On utilisera, de préférence, des amplificateurs fonctionnant en C-MOS pour s'assurer qu'un usage courant des batteries permet d'at- teindre une durée de vie utile d'au moins un an Des exemples de dis- positifs adéquats sont ceux connus commercialement sous les références ICL 7611 DCPA et TCL 251, ces deux dispositifs présentant les hautes impédances d'entrée nécessaires supérieures à 10 Ohms et des courants au repos ajustables vers le bas jusqu'à 10 microampères. La présente invention s'applique également à des thermocouples dits "à profil" qui sont utilisés essentiellement dans l'industrie des semiconducteurs o une mesure précise des températures est essentielle et qui travaillent, généralement, à une température prédéterminée unique Pour de tels thermocouples, des étages d'amplification linéaire et l'étage d'expérimentation peuvent être éliminés tout en obtenant un avertissement raisonnablement précis dans une bande étroite de tempé- ratures de fonctionnement, comme par exemple, une température à 250 C près Ce module avertisseur est, dans ce cas d'application, relié à l'un des thermocouples dits "à profil". On a fait référence, ci-dessus, à une équation exponentielle, mais on comprendra que l'on peut également se référer à d'autres équations comme, par exemple, à des polynômes de forme générale I 1 = f(te) ou Io =-f(T, te) dans laquelle: te est le temps écoulé; et T la température à laquelle travaille le couple pendant ce temps. La figure 2 est un schéma de circuit de module avertisseur pour utilisation avec un thermocouple travaillant sensiblement à température constante Les désignations de référence de composants de circuits sont prises dans le "Catalogue des Pièces Détachées de Radio" et les valeurs particulières indiquées sont données à titre d'exemple Le module de la figure 2 comprend un indicateur de temps écoulé 6 A qui peut être, comme dans le cas du module avertisseur de la figure 1, un indicateur à mercure. Le circuit de la figure 2 est essentiellement une horloge préré- glable destipée à travailler lorsque l'entrée provenant du thermocouple 2 A (référence TLCICP) dépasse, pour fixer les idées, 2 m V Le thermo- couple est monté comme on le voit dans un circuit avec une source d'alimentation P un amplificateur 3 (amplificateur C-MOS à faible courant) un transistor 4 A (référence 2 N 3705), une source de courant programmable 7 A (référence LM 334 Z) et des résistances d'ajustage de courant Rl et R 2, comme indiqué sur la figure. L'amplificateur 3 A fonctionne en mode "à boucle ouverte" et présente, ainsi, une caractéristique de gain élevé Quand une tension de plus de 2 m V est appliquée aux bornes d'entrée de l'amplificateur 3 A, celui-ci sature et alimente le transiter 4 A L'alimentation est alors amenée à l'indicateur à mercure 6 A et l'intensité est limitée par la source de courant programmable 7 A et est ajustée de façon appropriée par les résistances de réglage de courant Rl et R 2. Comme indiqué précédemment, l'indicateur 6 peut être modifié de façon à donner des avertissements visuels et/ou sonores A cette fin, un circuit auxiliaire peut être incorporé qui déclenche un dispositif d'affichage Ce dispositif d'affichage peut être un LED, un LCD ou un affichage électrochromatique En variante, le circuit auxiliaire peut déclencher une alarme sonore. REVENDICATIONS 1. Appareil avertisseur pour étalonnage destiné à être utilisé avec un capteur électrique, caractérisé en ce qu'il comprend un dispo- sitif indicateur analogique couplé avec un circuit de commande analo- gique, ce circuit répondant à la sortie du capteur de sorte que la lecture fournie par le dispositif indicateur soit fonction, à la fois de la sortie du capteur et du temps écoulé. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait quele capteur électrique est un thermocouple. 3 Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comprend un adapteur couplé avec le thermocouple et un amplifi- cateur fournissant une sortie dépendant de la tension de sortie du thermocouple. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'amplificateur présente des caractéristiques de gain linéaire et exponentiel fournissant un courant de sortie I O qui dépend de la tension de sortie du thermocouple VT selon la relation Io = aeb VT dans laquelle: a et b sont des constantes. 5. Appareil selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé par le fait que le dispositif indicateur est un indicateur à mercure. 6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un circuit d'horloge préréglable et qui fonctionne quand l'entrée provenant du capteur électrique excède une valeur prédéter- minée. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le capteur électrique est un thermocouple. 8 Appareil selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé par le fait que le circuit comprend un amplificateur à gain élevé couplé avec un système de transmission travaillant à saturation de l'amplifi- cateur et des moyens de limitation de l'intensité du courant amené au dispositif indicateur. 9 Appareil selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les moyens de limitation de l'intensité sont constitués par une source de courant programmable et des résistances de réglage associées. 10. Appareil avertisseur à étalonnage destiné à être utilisé avec un capteur ou un dispositif de référence électrique comprenant un dispositif indicateur couplé avec un circuit decommande analogique disposé pour fournir une lecture d'indicateur qui est-à la fois fonction de la température à laquelle travaille le capteur ou le dispositif de référence et du temps total d'utilisation du capteur'ou du dispositif de référence, 11. Appareil selon la revendication 10, caractérisé par le fait que la lecture d'indicateur se présente sous forme d'un affichage visuel. 12. Appareil selon la revendication 11, caractérisé par le fait qu'il comprend un circuit auxiliaire incluant un affichage LED, LCD ou électrochomatique. 13. Appareil selon la revendication 12, caractérisé par le fait que le circuit auxiliaire comprend une unité d'alarme sonore.