Brevet FR2551612A1 — publié le 19850308

La présente invention concerne le domaine technique du chauffage et de la régulation de température de produits divers, au moyen d'au moins une résistance électrique conçue pour transmettre des calories par contact à un produit à chauffer ou à l'enveloppe le contenant. L'invention concerne un tel problème technique dans toutes les applications pouvant être envisagées, c'est-à-dire à carac tère industriel, domestique ou commercial. Pour monter et maintenir en température un produit quelconque, par contact direct ou indirect par l'intermédiaire d'une enveloppe le contenant, on utilise une résistance électrique dont l'alimentation est placée sous la dépendance d'une sonde chargée de mesurer la température et de fournir une information comparée à une information de consigne. Lorsque la masse, le volume, la surface ou l'importance générale du produit l'exige, on procède à la mise en place de plusieurs résistances électriques qui sont associées, chacune, à des moyens de régulation propre ou, éventuellement, couplées à des moyens de régulation commune. Quel que soit le montage retenu, on conçoit qu'une telle technique est coûteuse et peu fiable, compte tenu du nombre de composants qu'elle fait intervenir et qui doivent être installés ou implantés dans des endroits divers, généralement éloignés les uns des autres, en particulier en ce qui concerne les sondes et les moyens propres de régulation. Pour tenter de diminuer ce coût, on a proposé d'associer chaque résistance électrique à une sonde propre incorporée à la structure de la résistance. Théoriquement, une telle conception devrait pouvoir fournir de bons résultats. En pratique, il s'avère, toutefois, que cette conception est encore plus coûteuse que la solution précédente. En effet, pour tenir compte des cotes d'encombrement, on conçoit que le volume susceptible d'être occupé par la sonde est minimal. Ceci conduit à realiser une sonde, de façon techniquement très élaborée, en utilisant des matières premières de grandes qualités mécaniques et électriques qui sont façonnées, exécutées et fabriquées, de manière à conférer à la sonde, la section la plus faible possible. De tels produits ont déjà été réalisés et, le plus souvent, utilisés dans le domaine industriel. Cette utilisation a permis de constater que de tels produits étaient excessivement onéreux et ne permettaient pas d'escompter une grande fiabilité, compte tenu de la fragilité de la sonde. De plus, on a, également, constaté que, dans le cas où plusieurs éléments résistances-sondes sont branchés en parallèle sur les bornes d'un même bloc de régulation d'alimentation, la détérioration de l'un quelconque de ces ensembles ne peut entre, pratiquement, détectée, étant donné que le bloc de régulation assume toujours correctement sa fonction pour les autres ensembles en état de marche. On conçoit qu'une telle incertitude pose de gros problèmes, étant donné que, dans le cas nécessaire de chauffage d'un produit et de maintien en température en plusieurs points, en vue d'établir une homogénéité recherchée pour des raisons pratiques ou techniques, la rupture et le non fonctionnement de l'un des points de chauffage perturbent l'ensemble et peuvent conduire à l'obtention de résultats négatifs, non immédiatement perçus. A titre d'exemple, ceci est particulièrement le cas dans la technique de montée en température et de maintien à cette température des matières plastiques devant être injectées dans une ou plusieurs empreintes d'un moule. Le maintien d'une température déterminée représente, en effet, l'un des paramètres importants, sinon le plus important, pour l'obtention de pièces correctes en formes et en dimensions et présentant des caractéristiques techniques correspondant à celles recherchées, à la fois immédiatement après le moulage, mais, aussi, dans le temps. On conçoit que, dans une telle application, donnée uniquement à titre d'exemple, les défectuosités et défauts de fonctionnement des solutions techniques actuellement connues conduisent, le plus souvent, à l'obligation d'arrêter une installation de moulage pour détecter, rechercher, et remettre en état l'élément de chauffage et/ou de régulation défectueux. Ces arrêts, parfois de grande durée, renchérissent notablement le coût unitaire des pièces produites et perturbe, tant en amont qu'en aval, les moyens de production associés, tels .que ceux d'alimentation en matière première ou ceux de contrôle, d'emballage, de conditionnement ou de montage des pièces produites. Des inconvénients du même ordre existent dans des domaines d'application differents, tels que dans celui du chauffage ou du maintien en température de plats cuisinés préparés en grand nombre et devant être servis à une communauté à un moment donné. L'objet de l'invention est de résoudre les inconvénients connus des solutions actuelles de chauffage et de régulation de tem pérature de tous produits, au moyen d'au moins une résistance électrique chauffant par conduction. L'objet de l'invention est de proposer des moyens, par ticulièrement fiables, simples et peu coûteux, susceptibles d'être mis en oeuvre dans tous les domaines d'application, sans engendrer de problèmes technologiques ou techniques d'adaptation, de constitution ou de mise en oeuvre. Un autre objet de l'invention est de proposer des moyens permettant de simplifier les schémas et les installations de montage et de mise en place de moyens de chauffage et de régulation, tout en offrant une grande précision de régulation d'une température prédéterminée réglable, sans sonde de mesure. Un autre objet, encore, de l'invention est de fournir des moyens techniques qui permettent d'assurer l'alimentation et la régulation de chauffage, simultanément, de plusieurs résistances électriques chauffantes, incorporées à un même ensemble et de déceler, immédiatement, toute défectuosité ou détérioration de l'un quelconque des éléments chauffants faisant partie de l'ensemble. Pour atte'ndre les buts ci-dessus, l'invention a, en premier lieu, pour objet un procédé de chauffage et de régulation de température par au moins une résistance électrique chauffant par contact, selon lequel - on place la résistance de chauffage dans l'une des branches d'un pont de Wheastone à résistances que l'on équipe, dans la même branche, avec une résistance de réglage à zéro, - on alimente pendant une période P la résistance de chauffage avec un courant, - entre les périodes P, on alimente le pont pendant une période P1 avec un courant déphasé par rap port à celui d'alimentation de la résistance de chauffage, - et on mesure pendant la période P1 la variation de valeur ohmique de la branche du pont compre nant la résistance de chauffage en fonction de la variation de température de cette dernière. L'objet de l'invention vise, également, un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, un tel dispositif entant caractérisé en ce qu'il comprend - une résistance de chauffage par contact incorpo rée à l'une des branches d'un pont de Wheastone à résistances comportant, dans la même branche, une résistance réglable de mise à zéro, - des conducteurs reliant les bornes de la résis tance de chauffage à une source de courant, - des moyens d'alimentation des bornes communes des deux branches du pont avec un courant déphasé par rapport à celui de la résistance, - des moyens pour mesurer la variation de valeur ohmique de la branche du pont comportant la résistance de chauffage, - et des moyens pour commander l'alimentation périodique de la résistance de chauffage et du pont. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est un schéma d'une forme de réalisation du dispositif de l'invention. Les fig. 2 et 3 sont des tracés illustrant certains aspects caractéristiques du procédé de l'invention. La fig. 4 est un schéma illustrant plusieurs courbes significatives correspondant à des fonctionnements particuliers du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. La fig. 5 montre une variante de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention. La fig. 1 est un schéma représentatif d'une forme de réalisation d'un dispositif de chauffage et de régulation de température par au moins une résistance électrique chauffante conforme à l'invention. Ce schéma fait apparaitre la mise en oeuvre d'une résistance électrique chauffante par conduction 1 qui est incorporée à l'une des branches 2 d'un pont de Wheastone 3 du type à résistances. La branche 2 est équipée, en série avec la résistance de chauffage 1, d'une résistance 4 réglable, de manière à pouvoir équilibrer la valeur ohmique de la branche 2 avec celle des résistances 5 et 6 de la seconde branche 7 du pont 3 Les bornes 8 et.9 de la résistance de chauffage 1 sont, par ailleurs, connectées à des conducteurs 10 et 11 menant à une source 12 délivrant un courant électrique, de préférence alternatif. Le conducteur 10 est contrôlé par une diode 13, à conductibilité unidirectionnelle, disposée de manière à autoriser le passage du courant dans le sens source 12 borne 8. Les points 14 et 15, communs aux deux branches 2 et 7 du pont 3, sont reliés par des conducteurs 16 et 17 à une source de courant 18 délivrant un courant alternatif qui est, dans l'exemple présent, de même fréquence mais déphasé de 180 par rapport au courant délivré par la source 12. Dans le cas présent, la source 18 est constituée par un transformateur 19. Le conducteur 16 est contrôlé par une diode 20, à conductibilité unidirectionnelle, qui est disposée de manière à autoriser le passage du courant dans le conducteur 16, dans le sens source 18 point 14. Cette diode 20 est disposée juste en amont du point 14 audelà duquel la branche 2 comporte, également, une diode 21 à conductibilité unidirectionnelle interposée entre le point 14 et la borne 8 de la résistance chauffante 1. La diode 21 est disposée de manière à autoriser le passage du courant dans le sens point commun 14 borne 8. Les points 22 et 23 des branches 2 et 7 compris, respectivement, entre les deux résistances constitutives de chaque branche, sont reliés à des moyens 24 de mesure par comparaison de la variation ohmique de résistance des branches 2 et 7. Ces moyens peuvent être un ohmmètre 25 ou une suite de composants électriques ou électroniques capables de délivrer un signal de sortie du type logique ou analogique. Selon une caractéristique préférée de l'invention, les moyens 24 comprennent un transformateur d'isolement 26 dont le seconduire est branché à un bloc de redressement et de filtrage 27 fournissant, par un amplificateur 28, une tension de sortie variable. La sortie de l'amplificateur est branchée à un circuit de régulation 29 contrôlant le fonctionnement de la diode 13 qui est alors, dans un tel cas, du type commandé. Le circuit de régulation 29 comprend un comparateur 30 dont l'une des entrées est branchée à la sortie de l'amplificateur 28 et dont l'autre entrée est connectée à la sortie d'un bloc 31 délivrant une valeur de consigne, de préférence réglable. La sortie du comparateur 30 commande un générateur 32 délivrant, lorsqu'il est commandé par le comparateur 30, une impulsion au passage par zéro débutant, par exemple, l'alternance positive du courant alternatif délivré par la source 12. Le générateur 32 alimente, de préférence, le primaire d'un transformateur d'impulsions 33 dont le secondaire est branché à la gâchette d'un thyristor constituant la diode commandée 13. Le dispositif décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante. A l'état initial, c'est-à-dire dans lequel la résistance de chauffage 1 est, par exemple, à la température ambiante, la résistance 4 est réglée de manière que, lors de l'alimentation par la source 18, la tension, prise entre les points 22 et 23 des branches 2 et 7 du pont 3, soit voisine de zéro. La résistance 4 permet, par conséquent, de tenir compte des caractéristiques constructives et électriques de la résistance de chauffage 1, ainsi que de la présence de la diode 21 et de la longueur des conducteurs entre le point commun 14 et le point 22, dans le cas le plus général où la résistance de chauffage 1 ne fait pas physiquement directement partie du pont, bien qu'étant intégrée à sa structure, en étant, par exemple, disposée dans un appareil de chauffage dont le contrôle de montée en température et de régulation s'effectue à distance, à partir d'une armoire dans laquelle le pont 3 est placé. Le fonctionnement du dispositif s'établit comme suit, à partir du moment où les sources 12 et 18 sont mises sous tension pour délivrer un courant alternatif de même fréquence. A supposer que la première alternance positive A1 à se présenter (fig. 2), soit fournie par la source 12, cette alternance emprunte le conducteur 10, traverse la diode 13 puis la résistance de chauffage 1, pour suivre le conducteur 11. Par contre, l'alternance négative A2 ne pourra emprunter le chemin inverse, compte tenu de la présence de la diode 13. Il faut, immédiatement, noter que cette alternance inverse ne pourra pas non plus passer de la branche 2 au conducteur 16, du fait de la présence de la diode 21. La fig. 2 montre que la résistance de chauffage 1 sera alimentée par périodes successives P correspondant à celles des alternances A1 positives. Cette alimentation périodique va donc engendrer un échauffement de la résistance 1 chargée de transmettre des calories aux produits qu'elle doit monter en température. Ainsi que cela est exprimé précédemment, la source 18 est chargée d'alimenter le pont de Wheastone 3 avec un courant alternatif de même fréquence mais déphasé de 1800. Ceci veut donc dire que, pendant la période comprise entre deux phases d'alimentation par deux alternances positives A1, comme vu ci-dessus, la source 18 fournit, par le transformateur 19, une alternance positive B1 empruntant le conducteur 16 pour suivre, au-delà du point commun 14, simultanément, les branches 2 et 7 du pont 3. Par contre, l'alternance négative B2 ne pourra trouver de bouclage du fait de la présence des diodes 13, 20 et 21, comme cela est schématisé par la fig. 3. Le pont 3 sera donc alimenté par périodes P1 intercalées avec les périodes P. Par les moyens 24, la mesure par comparaison des valeurs ohmiques des branches 2 et 7 est exprimée pendant la période P1 correspondant à l'alimentation du pont 3, c'est-à-dire aussi, en d'autres termes, pendant l'absence d'alimentation de la résistance de chauffage 1. Dans la mesure où la résistance de chauffage 1 n'a pas encore subi de montée en température, les moyens 24 vont décelet un signal alternatif I (fig. 4), de faible amplitude, correspondant à l'équilibre du pont de Wheastone 3. Dans la mesure où la résistance de chauffage 1 monte en température, on conçoit que la valeur ohmique de la branche 2 va progresser dans le même sens et déséquilibrer le pont de Wheastone 3. Un signal II va donc apparaître par les moyens 24 et renseigner l'utilisateur sur l'état de fonctionnement de la résistance de chauffage 1. Ce renseignement sera de nature optique par l'ohmmètre 25 ou, éventuellement, quantitative, par mesure de l'amplitude du signal qui peut prendre une forme intermédiaire III ou, éventuellement, une forme maximale IV. Le signal de sortie, fournit par les moyens 24, peut être utilisé directement pour assurer une régulation automatique du dispositif, c'est-à-dire contrôler l'alimentation de la résistance chauffante 1 en fonction de l'apport de calories exigé ou demandé. En effet, le signal de sortie alternatif peut être redressé et filtré, puis amplifié par les moyens décrits précédemment, avant d'être appliqué à l'une des entrées du comparateur 30 dont l'autre entrée reçoit en permanence une tension analogique correspondant à une valeur de consigne préréglée. Lorsque les deux valeurs tendent à s'équilibrer ou s'équilibrent, le comparateur 30 ne fournit aucune information de sortie commandant le générateur d'impulsions 32 qui reste, alors, à l'état inerte et ne commande pas le thyristor 13. Ainsi, l'alimentation de la résistance de chauffage 1 peut être assurée par la succession des alternances positives A1, comme cela est illustré dans un cas d'alimentation type par la fig. 2 ou, seulement, par certaines de ces alternances positives, lorsque la montée en température atteint le niveau requis et que la résistance de chauffage 1 ne doit alors fournir, périodiquement, qu'un appoint faible de calories, pour maintenir la température à ce niveau. Toute variation dans un sens ou dans l'autre est détec tée par les moyens 24 qui assument, dans leur structure globale, une fonction de mesure de la variation de la valeur ohmique des branches 2 et 7 du pont 3 et une fonction de régulation par commande indirecte de la diode de conductibilité unidirectionnelle commandée constituée par le thyristor 13. Le procédé de l'invention consiste, par conséquent, à incorporer, à l'une des branches d'un pont de Wheastone, une résistance électrique de chauffage par contact, connue pour posséder une variation ohmique linéaire en fonction de la température, en prévoyant des moyens permettant d'équilibrer les valeurs ohmiques des branches par une résistance de remise à zéro. Le procédé consiste, par ailleurs, à assurer l'alimentation par périodes P de la résistance de chauffage 1 et celle par périodes P1 du pont 3 pendant le temps où la résistance 1 n'est pas alimentée. Cette résistance de chauffage 1 assume donc une double fonction, de générateur de chaleur et de sonde de mesure. De manière à éviter toute interférence, les courants, appliqués à la résistance de chauffage 1 et au pont 3, sont inversés et, dans le cas énoncé précédemment à titre d'exemple, sont alternatifs déphasés de 1800. Il doit être considéré qu'un tel dispositif pourrait faire intervenir le procédé de l'invention en mettant en oeuvre un courant de nature continue qui serait délivré, de façon pulsée, respectivement par la source 12 et par la source 18, il pourrait alors être envisagé de faire intervenir, entre les sources de courant continu et les conducteurs correspondants, deux interrupteurs, à positions de repos inversées et qui seraient commandés par l'interme- diaire d'une bascule à partir d'un générateur d'impulsions éventuellement réglable. Dans le cas de régulation incorporée, l'interrupteur, correspondant à l'alimentation de la résistance de chauffage 1, serait, supplémentairement, placé sous la dépendance d'un moyen de régulation prenant en compte la variation de valeurs ohmiques entre les branches 2 et 7 du pont 3. Dans les deux exemples d'utilisation du courant alternatif ou d'un courant continu, il doit être retenu, également, que les périodes P et P1 peuvent être de durées différentes ou égales La fig. 5 montre une variante de réalisation selon laquelle la branche 2 du pont 3 comporte n résistances de chauffage 11, 12, 1 qui sont toutes connectées en parallèle sur cette branche. Dans un tel cas, la résistance 3 est évaluée pour tenir compte de la valeur de toutes les résistances de chauffage, afin de pouvoir équilibrer les valeurs ohmiques à zéro entre les branches 2 et 7. Une telle disposition permet de réaliser la montée en température, le contrôle et la régulation d'un produit par chauffage en plusieurs points, avec une information constante sur l'état de fonctionnement des différentes résistances de chauffage. En effet, si l'une quelconque des résistances 11 à 1 devient défaillante, le n réglage initial, par l'intermédiaire de la résistance d'équilibrage 4, est perturbe et le moyen 24 décèle alors, immédiatement, des conditions de fonctionnement anormales. Le procédé et les moyens de l'invention permettent de réaliser des unités de chauffage et de régulation particulièrement simples, fiables et résistantes, compte tenu de la mise en oeuvre de composants du commerce dont l'association ne pose pas de problèmes technologiques. Il devient ainsi possible de réaliser des unités de montée en température et de régulation précises, peu encombrantes, résistantes et, surtout, peu coûteuses fournissant, supplémentairement, des moyens de vérification de l'intégrité fonctionnelle ou physique de certains des composants lorsque, notamment, les moyens de chauffage font intervenir plusieurs résistances 1. L'invention trouve une application préférée dans le domaine de l'injection des matières plastiques, dans tous les cas où il convient de disposer, sur le circuit de cheminement, voire dtin- jection d'une matière plastique, de moyens pour la montée en température, le maintien et le contrôle de cette température imposée à la matière plastique à l'état stagnant ou circulant. Parmi d'autres applications possibles, il convient de citer celle de la montée en température et du contrôle de cette température de denrées alimentaires entreposées dans une armoire de stockage momentané par réfrigération. L'invention n'est pas limite aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Procédé de chauffage et de régulation de température par au moins une résistance électrique chauffant par contact, caractérisé en ce que - on place la résistance de chauffage dans l'une des branches d'unpont de Wheastone à résistances que l'on équipe, dans la même branche, avec une résistance de réglage à zéro, - on alimente pendant une période P la résistance de chauffage avec un courant, - entre les périodes P, on alimente le pont pen dant une période P1 avec un courant déphasé par rapport à celui d'alimentation de la résistance de chauffage, - et on mesure pendant la période P1 la variation de valeur ohmique de la branche du pont compre nant la résistance de chauffage en fonction de la variation de température de cette dernière. 2 - Procédé de chauffage et de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise la valeur ohmique pour ouvrir et fermer un interrupteur statique commandé placé sur le circuit d'alimentation à la résistance. 3 - Procédé de chauffage et de régulation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise la valeur ohmique et la valeur de consigne d'un circuit régulateur pour commander l'interrupteur statique. 4 - Procédé de chauffage-et de régulation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on fait intervenir des périodes PetP1 égales. 5 - Procédé de chauffage et de régulation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on alimente la résistance de chauffage avec l'une quelconque au moins des alternances de même signe d'un courant alternatif, tandis que l'on alimente le pont avec une alternance de même signe mais décalée de 1800. 6 - Dispositif de chauffage et de régulation de température par au moins une résistance électrique chauffant par contact, caractérisé en ce qu'il comprend - une résistance de chauffage (1) par contact incorporée à l'une des branches (2) d'un pont de Wheastone (3) à résistances comportant, dans la même branche, une résistance réglable (4) de mise à zéro, - des conducteurs (10-11) reliant les bornes (8-9) de la résistance de chauffage (1) à une source de courant (12), - des moyens d'alimentation (16-17) des bornes communes (14, 15) des deux branches (2, 7) du pont avec courant déphasé par rapport à celui de la résistance, - des moyens (22, 23, 24) pour mesurer la variation de valeur ohmique de la branche du pont compor tant la résistance de chauffage, - et des moyens (13) pour commander l'alimentation périodique de la résistance de chauffage et du pont. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens pour commander l'alimentation périodique comprennent deux interrupteurs à positions de repos inversées commandés à travers une bascule par un générateur d'impulsions, l'interrupteur contrôlant le circuit d'alimentation de la résistance de chauffage étant placé sous la dépendance d'un moyen de régulation. 8 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les circuits d'alimentation de la résistance de chauffage et du pont sont pourvus de moyens (12, 18) propres à assurer une alimentation en courants alternatifs déphasés de 1800 et en ce que - une diode (13) à conductibilité unidirectionnelle est placée, sur l'un des conducteurs (10) menant à la résistance de chauffage (1) pour présenter un état passant en direction de cette résistance, - une diode (21) à conductibilité unidirectionnelle est placée, entre la résistance (1) et le point commun (14) de deux branches (2, 7) du pont (3) le plus proche de la résistance de chauffage, pour présenter un état passant de ce point à la résistance, - une diode (20) à conductibilité unidirectionnelle est placée sur le conducteur d'alimentation (16) entre le point commun (14) et la source de cou rant (18) pour présenter un état passant dans le sens source point commun. 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la diode (13) est du type commandabla. 10 - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la diode commandable (13) est constituée par un interrupteur statique commandé. 11 - Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que la diode commandée (13) est placée sous la dépendance d'un circuit de régulation (29). 12 - Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le circuit de régulation (29) comprend un générateur d'impulsions (32) commandé par un comparateur (30) dont l'une des entrées est branchée à un générateur (31) d'une tension de consigne et dont l'autre est connectée aux moyens (24) de mesure de la valeur ohmique. 13 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation du pont, les moyens de mesure de la valeur ohmique et les moyens pour commander l'alimentation périodique sont pourvus, respectivement, d'un transformateur d'isolement (19, 26, 33). 14 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend n résistances de chauffage (11 ... 1n) branchées en parallèle sur la même branche (2) du pont (3) qui comprend une résistance d'équilibrage commune (4).