Brevet FR2571851A1 — publié le 19860418

L'invention concerne un procédé pour déterminer la température d'un élément électrique chauffant à résistance, de préférence la température de la couche limite de givre d'un élément électrique chauffant à résistance d'une installation de dégivrage pour avions, hélicoptères ou mobiles analogues, de préférence en vue de la commande entièrement automatique des temps de chauffage de l'élément chauffant. L'invention concerne également un montage pour la mise en oeuvre de ce procédé. On sait que les processus électrothermiques, par exemple pour le dégivrage cyclique de systèmes de propulsion, d'ailes, d'ailerons et d'empennages de mobiles volantsont besoin, pour la commande optimale des temps de chauffage, d'une indication de la température à la limite entre la surface à dégivrer et le dépôt de givre. La température de la couche limite ne doit pas descendre au-dessous d'une plage de température préfixée, ni monter au-dessus de cette plage. Si la température monte au- dessus de cette plage préfixée, il se produit un écoulement d'eau qui conduit à la formation incontrôlée de glace sur des surfaces non dégivrées. La structure de surface risque en outre d'être chauffée excessivement. Les résistances des colles et des résines peuvent alors être réduites si fortement que les nappes chauffantes et/ou la structure profilée de la surface du mobile sont détruites. Lorsque la température de la couche limite descend au-dessous de la plage préfixée, le givre à la couche limite ne fond pas, de sorte que le mobile ne peut pas être délesté de la masse de givre. Dans les deux cas, il se produit des modifi- cations du profil et des déséquilibres, lesquels diminuent consi- dérablement les performances de vol. Des déséquilibres dans le système des pales du rotor d'un giravion peuvent en outre provoquer la destruction de l'appareil. Le brevet de la République Fédérale d'Alle- magne DE-PS 24 43 224 décrit un procédé selon lequel les résistances électriques chauffantes sont alimentées l'une après l'autre en énergie de chauffage. Le temps de chauffage des résis- tances est réglé en fonction de la température régnant sur les résistances, qui est déterminée au moyen de capteurs de température. Comme un système de dégivrage cyclique produit toujours le chauffage successif de plusieurs éléments chauffants et comme chaque élément chauffant doit être réglé individuellement en fonction de la tempé- rature dans la région de la couche limite, les capteurs de tempéra- ture supplémentaires impliquent d'importantes dépenses supplémentaires pour l'incorporation des capteurs, le câblage et l'appareillage élec- tronique d'exploitation. Ces dépenses sont plus élevées encore dans le cas des giravions, o les informations de température évaluées doivent être transmises à l'unité de commande de puissance par des signaux électriques codés à l'aide des connexions d'amenée du courant de chauffage. Un autre inconvénient provient du fait que les capteurs de température avec leurs conducteurs de raccordement ne sont pas infiniment petits, de sorte qu'ls affectent le profil d'écoulement et que, du fait qu'ils constituent des écrans vis-à- vis des conducteurs chauffants disposés sous eux, ils affectent la fonte du givre dans ces régions. L'invention vise par conséquent à proposer un procédé et un montage au moyen desquels on puisse éviter les capteurs de température supplémentaires, ce qui réduirait consi- dérablement la dépense nécessaire pour l'ensemble du montage. Selon l'invention, un procédé comme défini au début est caractérisé en ce que l'on utilise l'élément chauffant lui-même pour déterminer la température, en détectant la variation de la résistance de l'élément chauffant due à une variation de température par une mesure de courant et de tension et en déterminant la température de l'élément chauffant à partir de la variation de sa résistance en tenant compte de son coefficient de température. Un montage pour la mise en oeuvre de ce procédé, de préférence pour une installation de dégivrage, comporte une unité d'alimentation en énergie, commandée par un dispositif de commande logique, qui fournit l'énergie électrique nécessaire au dégivrage électrothermique à travers un interrupteur de puissance et un distributeur de puissance à plusieurs éléments chauffants à résistance. Selon l'invention, un tel montage est carac- térisé en ce qu'il comprend un capteur de tension et un capteur de courant qui produisent un signal de tension proportionnel à la tension du chauffage instantanée de l'élément chauffant et un signal de tension proportionnel à l'intensité du courant traversant l'élément chauffant, que les deux signaux de tension sont amenés simultanément à un comparateur qui les compare l'un avec l'autre et que le comparateur, lorsque les signaux de tension sont d'égale grandeur, produit un signal de tension de sortie qui est appliqué au dispositif de commande logique et indique à celui-ci que le seuil de commutation de l'élément chauffant est atteint et que le chauffage doit être coupé. L'absence de capteurs de température supplé- mentaires a notamment l'avantage de procurer une amélioration des propriétés aérodynamiques du mobile comparativement à la solution connue. Un autre avantage provient de ce que l'on ne détecte pas seulement la température d'un point de l'élément chauffant, mais que l'on détermine pratiquement la température moyenne de l'ensemble de l'élément chauffant à résistance. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif du procédé de l'invention, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est un schéma fonctionnel d'un montage selon l'invention pour un dégivrage cyclique; et - la figure 2 est un schéma plus détaillé de ce montage, utilisé notamment pour décrire la détermination selon le procédé de l'invention d'un seuil de température préfixé. L'unité d'alimentation en énergie 4 fournit l'énergie électrique nécessaire au dégivrage électrothermique. Suivant les ordres du dispositif de commande logique 6, l'interrup- teur de puissance 5 transmet l'énergie au distributeur de puissance 8 jusqu'à ce que le seuil de température préfixé soit atteint. Les giravions demandent en outre le système à bagues collectrices 7 pour la transmission de l'énergie électrique depuis le fuselage de l'appareil aux pales tournantes du rotor. Le distributeur de puissance 8 distribue l'énergie électrique succes- sivement aux éléments-chauffants à résistance 9, à n éléments par exemple, qui sont disposés sur les surfaces à dégivrer. S'il s'agit d'une installation de dégivrage pour un avion à aile rigide, il est préférable que le distributeur de puissance 8 soit contenu dans l'unité de commande de puissance 10. La détermination de la température s'effectue à l'aide des unités fonctionnelles 1 2 et 3. Le capteur de tension 1 produit un signal de tension V qui est proportionnel à la tension v d'élément de chauffage VH instantanée. Le capteur de tension est constitué du diviseur résistif Rl, R2 et de l'amplificateur opéra- tiornel AI, lequel est monté en suiveur de tension. Il produit un signal de tension V qui est proportionnel à la tension d'élément v chauffant VH. Le gain Gv du capteur de tension 1 peut être ajusté par le réglage de la résistance R2. Le capteur de courant 2 prévu à la suite de l'interrupteur de puissance 5 produit simultanément un signal de tension V. qui est proportionnel à l'intensité du courant IH traversant l'élément chauffant à résistance 9. Le capteur de courant détecte le courant IH traversant l'élément chauffant au moyen de la résistance de mesure R3 et le transforme en une tension. L'étage d'amplification à contre-réaction A2 amplifie cette tension en signal de sortie Vi. Le gainGi du capteur de courant 2 peut être ajusté par le réglage de la résis- tance R5, laquelle est représentée par les résistances R5/1 à R5/n qui sont mises en circuit en concordance avec les éléments chauffants RH à RHn correspondants. Les deux signaux de tension V et Vi sont comparés l'un avec l'autre à l'aide du comparateur 3. Dès que les deux signaux de tension sont d'égale grandeur, le com- parateur 3 produit un signal de tension de sortie V. Lorsque les deux signaux sont d'égale grandeur, la résistance de l'élément chauffant est égale au produit de la résistance de mesure de courant R3 et du rapport des gains des capteurs de tension et de courant: G.V R. = R 3 v v (1) R G. V v = V. (2) v 1 Le signal V indique au dispositif de commande c logique 6 que le seuil de commutation préfixé pour la résistance est atteint et que l'opération de chauffage doit donc être interrompue. Le dispositif de commande 6 commande le gain G du capteur de tension v ou le gain G. du capteur de courant nécessaire pour le seuil de cou- pure préfixé en fonction de la température et actionne, par un signal de commande Vcomm produit par lui, l'interrupteur de puis- sance 5. Les gains G et G. déterminent la résistance de coupure v et, par suite, la température de coupure de l'élément chauffant 9. La variation contrôlée de l'un ou des deux gains permet d'ajuster toute valeur désirée pour la coupure en fonction de la température. Les équations (1) et (2) indiquent que le comparateur 3, par une comparaison des tensions de sortie des capteurs, produit un signal de sortie en cas de dépassement ou d'abaissement au-dessous de la valeur de résistance d'élément chauffant RH qui peut être préfixée par les gains et la résistance de mesure de courant R3. Ce signal peut être obtenu pour toute valeur de résistance désirée par la modulation des gains. Lorsqu'il faut détecter successivement de nombreuses valeurs de résistance de différentes résistances de charge, comme cela est le cas par exemple dans un dégivrage cyclique, il est avantageux de moduler seulement le gain du capteur de courant ou le gain du capteur de tension, l'autre étant réglé à une valeur fixe. Un cycle de dégivrage utilisant une modulation du gain du capteur de courant - choisie ici comme exemple - sera décrit ci-après en référence à la figure 2. Un détecteur de givre 11 délivre un signal de tension Vgiv lorsqu'une couche de givre définie s'est formée ce qui provoque alors la transmission de la puissance électrique du géné- rateur 4 par l'interrupteur de puissance 5 et à travers les bagues collectrices 7 jusqu'au distributeur de puissance 8. Le registre à décalage A5 du dispositif de commande logique 10 est à la position 1, ce qui veut dire que l'interrupteur S8/1 du distributeur de puis- sance et l'interrupteur de gain S2/1 du capteur de courant sont fermés par le registre à décalage A5. L'élément chauffant RH1 reçoit la tension VH et est parcouru par le courant IH. Le capteur de tension 1 produit un signal de tension V qui est proportionnel v à la tension VH de l'élément chauffant et le capteur de courant 2 produit un signal de tension Vi qui est proportionnel au courant IH traversant l'élément chauffant. En supposant que le coefficient de température de l'élément chauffant RHi soit positif et que la tempé- rature initiale de l'élément chauffant soit encore inférieure à la valeur de seuil de coupure, la tension du signal du capteur de courant V. sera supérieure à la tension du signal du capteur de i tension V. Un signal de niveau bas est produit à la sortie du v comparateur 3. Le courant traversant l'élément chauffant RHl pro- voque l'échauffement de celui-ci, donc l'augmentation de sa résis- tance. L'intensité du courant IH est de ce fait réduite, ce qui fait diminuer le signal de tension Vi. Lorsque la température de l'élément chauffant s'est élevéeJusqu'au point o le seuil est atteint, les signaux de sortie V. et V des capteurs sont d'égale grandeur. Le signal de sortie du comparateur 3 passe du niveau bas au niveau haut, ce qui déclenche le multivibrateur monostable AM. Ce dernier produit une impulsion de tension négative qui, à travers la porte ET A6, ouvre l'interrupteur de puissance 5 pendant la durée t de l'impulsion, interrompant ainsi le courant de chauf- fage IH. Le flanc positif de l'impulsion fait avancer le registre à décalage A5 d'un pas, de sorte que la sortie 2 de ce registre passe au niveau haut. Cette sortie rend conducteurs l'interrup- teur S8/2 du distributeur de puissance et l'interrupteur de gain S2/2 du capteur de courant, ce qui correspond à la mise en circuit de l'élément chauffant RH2 et à l'utilisation de la valeur de résistance de coupure correspondante. L'impulsion de tension du multivibrateur monostable A4 produit de nouveau l'enclenchement de l'interrupteur de puissance 5, de sorte que la tension VH est appliquée à l'élément chauffant RH2 sélectionné. Cet élément reste enclenché jsuqu'à ce que le seuil de température (valeur de seuil de résistance) soit atteint, o son chauffage est arrêté, comme décrit pour l'élément chauffant RH1 et comme pour tons les éléments chauffants R suivants. Pour résumer, on voit que le montage représenté sur les figures 1 et 2 permet la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. A l'aide de ce montage, on détermine la variation de 7 1851 résistance due à une variation de température de l'élément chauf- fant 9, par une mesure de courant et de tension, et on établit la température de l'élément 9 à partir de la variation de résistance et en tenant compte du coefficient de température de l'élément. La mesure de courant et de tension peut être réalisée selon la loi d'Ohm et être suivie d'un traitement de signal analogique ou numé- rique. L'abaissement de la température de la couche limite de givre audessous d'une valeur préfixée ou le dépassement de cette valeur peut être empêché par le réglage de la température de 1'16- ment chauffant 9 au moyen des valeurs de température déterminées. Le fonctionnement décrit peut être commandé par un microprocesseur dont les composants périphériques conservent en mémoire l'exécution du programme. Les valeurs de température déterminées peuvent également être utilisées pour empêcher que l'élément chauffant 9 n'acquière une température excessive qui risque de diminuer la solidité des couches d'adhésif d'assemblage. Il est cependant possible aussi, au contraire, d'utiliser les valeurs de température déterminées pour produire sciemment une élévation de la température de l'élément chauffant 9, par exemple pour provoquer la défection d'un assemblage collé. Il est concevable également d'appliquer à l'élément chauffant 9 des impulsions de mesure de courte durée (mode de fonctionnement pulsé) ou de faire passer un courant de mesure permanent à travers l'élément chauffant 9 pour détecter la température d'enclenchement des éléments chauffants, par exemple en cas d'application en tant que régulateur à deux positions. 71851 REVENDICATIONS 1. Procédé pour déterminer la température d'un élément électrique chauffant à résistance, de préférence la tempé- rature de la couche limite-de givre d'un élément électrique chauf- fant à résistance d'une installation de dégivrage pour avions, héli-- coptères ou mobiles analogues, de préférence en vue de la commande entièrement automatique des temps de chauffage de l'élément chauf- fant, caractérisé en ce que l'on utilise l'élément chauffant(9)lui- même pour déterminer la température, en détectant la variation de la résistance de l'élément chauffant (9) due à une variation de température par une mesure de courant et de tension et en déterminant la température de l'élément chauffant (9) à partir de la variation de sa résistance en tenant compte de son coefficient de température. 2. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la mesure de courant et de tension s'effectue selon la loi d'Ohm et est suivie d'un traitement de signal analogique. 3. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la mesure de courant et de tension s'effectue selon la loi d'Ohm et est suivie d'un traitement de signal numérique. 4. Procédé selon la revendication 1 2 ou 3, caractérisé en ce que l'on empêche la température de la couche limite de givre de dépasser ou de descendre au-dessous d'une valeur préfixée par le réglage de la température de l'élément chauffant (9) au moyen des valeurs de température déterminées. 5. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'on utilise des valeurs de température déterminées pour empêcher que l'élément chauffant (9) n'acquière une température excessivement élevée, pouvant entraîner la dimi- nution de la solidité de couches adhésives d'assemblage de la structure environnante. 6. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'on utilise les valeurs de températures déter- minées pour produire une élévation déterminée de la température de l'élément chauffant (9). 7. Procédé selon la revendication 6, caracté- risé en ce que l'on produit l'élévation de la température pour provoquer la défection d'un assemblage collé. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 7, caractérisé en ce l'on applique des impulsions de mesure de courte durée à l'élément chauffant (9) (mode de fonction- nement pulsé). 9. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 7, caractérisé par l'application à l'élément chauffant (9) d'un courant de mesure permanent. 10. Montage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, de préférence pour une installation de dégivrage, o une unité d'alimentation en énergie, commandée par un dispositif de commande logique, fournit l'énergie électrique nécessaire au dégivrage électrothermique à travers un interrupteur de puissance et un distributeur de puissance à plusieurs éléments chauffants à résistance, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur de tension (1) et un capteur de courant (2) qui produisent un signal de tension (V) proportionnel à la tension de chauf- v fage (VH) instantanée de l'élément chauffant (9) et un signal de tension (Vi) proportionnel à l'intensité du courant (IH) traversant l'élément chauffant (9), que les deux signaux de tension (Vv et V.) sont amenés simultanément à un comparateur (3) qui les compare l'un avec l'autre et que le comparateur (3), lorsque les signaux de tension (Vv et Vi) sont d'égale grandeur, produit un signal de tension de sortie (Vc) qui est appliqué au dispositif de commande logique (10) et qui indique à celui-ci que le seuil de commutation de l'élément chauffant (9) est atteint et que le chauffage doit être coupé. 11. Montage selon la revendication 10, carac- térisé en ce que le dispositif de commande logique (6) produit un signal de commande (Vcomm) pour l'actionnement de l'interrupteur de puissance (5). 12. Montage selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que le dispositif de commande logique (6) com- mande les gains (G et Gi), du capteur de tension (1) et du capteur de courant (2), nécessaires pour le seuil préfixé de coupure en fonction de la température de l'élément chauffant (9). 13. Montage selon la revendication 12, carac- térisé en ce que l'ajustement de chaque valeur préfixée pour la coupure en fonction de la température de l'élément chauffant (9) s'effectue par la variation contrblée de l'un ou des deux gains (Gv, Gi). 14. Montage selon la revendication 10 ou 12, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur de courant (2) qui est intercalé entre l'interrupteur de puissance (5) et le distri- buteur de puissance (8).