Brevet FR2578971A1 — publié le 19860919

La présente invention concerne un montage pour la mesure de la vitesse d'écoulement d'un fluide, comportant deux résistances thermométriques sous tension, dont l'une est chauffée, les deux résistances étant baignées dans le fluide et munies de résistances additionnelles. De tels montages sont utilisés de nos jours notamment pour la mesure du débit d'air alimentant une source calorifique chauffée par un combustible, dans le but de créer entre le débit de gaz et le débit d'air un rapport stoechiométrique aussi favorable que possible. Sur les montages connus, les résistances additionnelles des résistances thermométriques sont conçues de sorte que le signal de tension de sortie soit aussi linéaire que possible. La résistance thermométrique est d'une part portée par une source de tension à une température déterminée, et refroidie d'autre part par le fluide qui la lèche. On a tâché d'obtenir une variation aussi linéaire que possible du signal de tension émis par la résistance thermométrique. Il en résulte une variation plus ou moins fortuite du rendement de la résistance thermométrique, mais ce qui a d'autre part pour conséquence que la compensation thermométrique par l'autre résistance n'est pas complète. I1 en résulte l'objectif de, la présente invention qui vise d'améliorer la compensation thermométrique, c'est-à-dire de minimiser le plus possible la variation du signal de sortie en fonction de la température et ce dans une large plage de mesure. Ce but est atteint par ce que la résistance additionnelle de la résistance thermométrique chauffée est conçue de sorte que la puissance dissipée de cette dernière soit la même, que ce soit à la limite supérieure ou à la limite inférieure de température du fluide. Un perfectionnement avantageux résulte de ce que la résistance additionnelle de la résistance thermomé trique non chauffée est conçue de sorte que la puissance dissipée de cette dernière soit la même, que ce soit à la limite supérieure ou à la limite inférieure de température du fluide. Un autre perfectionnement avantageux est donné par ce que les résistances additionnelles sont calculées suivant l'équation suivante: Equation 12 RV donnant la résistance en ohms, R(Tmin), la valeur de la résistance thermométrique à la température mini mum, et RT R Un autre perfectionnement avantageux réside en ce que les résistances thermométriques constituent avec leurs résistances additionnelles des parties de couplages thermométriques, la sortie du couplage comportant la résistance thermométrique chauffée comprenant un diviseur de tension, et qu'un diviseur de tension identique est disposé dans l'entrée du couplage qui comporte la résistance thermométrique non chauffée. Un autre perfectionnement avantageux résulte de ce que les sorties des deux couplages thermométriques sont connectées aux entrées d'un amplificateur, et que ces deux couplages sont alimentés par la sortie de cet amplificateur. Un autre perfectionnement avantageux découle de ce que le signal de sortie correspondant à la vitesse d'écoulement est prélevé à la sortie du couplage thermométrique qui comprend la résistance thermométrique non chauffée. Un autre perfectionnement avantageux est donné par ce que la résistance additionnelle d'une résistance thermométrique chauffée est calculée suivant l'é- quation ci-dessous: R50 donnant la valeur de la résistance additionnelle en ohms, R16 (T min + tu) celle de la résistance thermométrique à la température minimum plus la température de préchauffage, et R16 (TmaX 4nt)' celle de la résistance thermométrique à la température la plus élevée possible, plus la température de préchauffage. Un exemple de réalisation de l'invention est présenté plus en détail par la description suivante avec les figures 1 à 3 du dessin à l'appui. Ces figures montrent: Figure 1, une vue schématique de la circulation d'air/gaz brûlés dans une source calorifique chauffée par un combustible, Figure 2, un schéma bloc, et Figure 3, les détails essentiels du couplage thermométrique. Dans les trois figures, les mêmes numéros de référence concernent les mêmes détails. Une source calorifique 1, soit un chauffe-eau à gaz, un chauffe-eau à circulation ou une chaudière ce qui impliquerait aussi l'éventualité du chauffage par un brûleur à mazout -, présente un échangeur de chaleur 2 relié par une conduite de retour 3 et une conduite d'alimentation 4 ou à un système de chauffage ou à un réseau de distribution d'eau sanitaire. Il est chauffé par un brûleur à gaz/air atmosphérique 5 alimenté par une conduite 7 munie d'une valve 6. L'échangeur de chaleur 2 est entouré d'un boîtier 9, à une certaine distance 8, qui forme dans sa partie supérieure un tube concentrique 10. La chemise extérieure de ce tube concentrique 10 est formée par une con duite 11 à l'intérieur de laquelle est logé, à la distance 12, un tube 13 qui comprend un ventilateur d'évacuation 14.L'intérieur 15 du tube d'évacuation communique avec l'échangeur de chaleur 2 et canalise les gaz brûlés par le brûleur 5, après refroidissement dans l'échangeur de chaleur, à l'atmosphère. L'espace annulaire 12 entre les tubes 11 et 13 sert de canalisation pour l'air frais et est équipé de deux résistances thermométriques 16 et 17 qui sont reliées chacune par un couple de fils 18 respectivement 19 à un dispositif de mesure et de régulation 20. Le ventilateur d'évacuation 14 est entraîné par un moteur 21 relié par une ligne 22 également au dispositif de mesure et de régulation. La valve à gaz 6 comporte un électro-aimant 23 alimenté par une ligne 24 à partir du dispositif de mesure et de régulation 20. Les autres constituants requis pour la source calorifique ne sont pas énumérés en détail. Le fonctionnement du couplage thermométrique est ci-après décrit à l'aide du schéma bloc de la figure 2. Les deux résistances thermométriques 17 et 16 font partie de deux couplages thermométriques 30 et 31, le premier d'entre eux comprenant la résistance thermométrique 16, chauffée. Suivant sa caractéristique, le couplage 30 émet un signal de sortie par la ligne 32, lequel est variable de façon continue suivant une droite 33 entre un seuil de température inférieur et un seuil de température supérieur. Pour plus de clarté, les rectangles représentant les couplages 30 et 31 renferment des diagrammes dont l'abscisse indique les températures en OC, et l'ordonnée, les tensions en volts. Le seuil de température inférieur est désigné par T1, le seuil supérieur, par T2, une température courante cependant par T. Quant au couplage 31, les conditions sont analogues, ce couplage comprenant la résistance thermométrique 17, non chauffée.Là-aussi, il existe une droi te 34 dont la pente est égale à celle de 11 autre droite, mais déplacée, et qui, entre une température minl- mum T3 et une température maximum T4, se traduit par des tensions U déterminées. Une température courante est également désignée par la lettre T. Comme la droite 33 du couplage 30 est déportée en direction de températures plus élevées, la meme température courante se traduit par un signal de tension plus élevée dans le couplage 31 que dans le couplage 30. Le couplage 31 émet son signal de sortie par une ligne 35 qui constitue l'entrée 36 d'un amplificateur 37. La ligne 32 qui comporte un diviseur de tension 38 se termine à l'autre entrée 39 de cet amplificateur 37.La sortie 40 de l'amplificateur est reliée directement à l'entrée du couplage 30, par une ligne 41, et à l'entrée du couplage 31, par l'intermédiaire d'un diviseur de tension 42 fonctionnant de la même façon que le diviseur de tension 38. Par suite de cette constitution, le schéma bloc suivant la figure 2 fonctionne comme suit: A une température courante donnée, mesurée par les résistances thermométriques 16 et 17, durant la marche de la source calorifique, celle-ci est alimentée en air frais par l'espace annulaire 10 sous l'action du ventilateur 14, les deux couplages 30 et 31 relevant aussi la température de l'air frais. En d'autres termes: La température de l'air frais est relevée par le couplage 31 de sorte qu'à l'entrée 36 de l'amplificateur 37 est appliqué un signal variant en fonction de la température de l'air frais. Ce signal est amplifié par l'amplificateur 37 et est directement disponible comme tension de service, sur la ligne 41, pour le couplage 30. Par cette tension de service, la résistance 16 est portée à une température déterminée, mais refroidie par le fluide en circulation. Du chauffage et du refroidis- sement résulte une température déterminée de la résis tance thermométrique 16, et par là une température courante, et en conséquence une tension déterminée sur la ligne 32. Cette tension est réduite par l'effet du diviseur 38 et appliquée à l'entrée 39 de l'amplificateur. Cet amplificateur est du type différentiel et envoie un signal de tension, lequel dépend de cette différence, aux deux couplages 30 et 31. Le diviseur 42 prévu sur la ligne alimentant le couplage 31 est destiné à éviter, par un niveau de puissance le plus bas possible, que la résistance thermométrique 17 ne soit chauffée par le courant qui y circule.Mais comme la tension d'alimentation est réduite, il faut qu'elle le soit aussi dans l'autre circuit; mais puisque la résistance 16 est chauffée, cette réduction de la tension ne peut se faire que du côté sortie du couplage. Le couplage proprement dit est décrit ci-après à l'aide de la figure 3. Le couplage thermométrique 30 comporte, outre la résistance thermométriqsue 16, au silicium, avec coefficient de température positif, une résistance additionnelle 50, en série, les deux résistances étant reliées entre elles par une ligne 51. La résistance thermométrique est raccordée à la masse 52, et la résistance additionnelle 50, par une ligne 53, à la sortie 40 de l'amplificateur 37. Les amplificateurs sont réunis dans un quadruple amplificateur opérationnel et sont ainsi alimentés par la même tension de service. La ligne de connexion 51 des résistances 50 et 16 est reliée à une entrée 54 d'un amplificateur opérationnel 55 dont l'autre entrée 56 est connectée au centre 57 d'un diviseur de tension composé de deux résistances 58 et 59, la résistance 59 étant reliée par son extrémité ne regardant pas le centre 57, à la masse 52, et la résistance 58, par son extrémité ne regardant pas le centre 57, à la ligne 53. Une sortie 60 de l'amplificateur opérationnel 55 est reliée, par l'intermddiai- re d'une résistance 61, à l' entrée inverseuse 56 de l'amplificateur opérationnel 55, laquelle est reliée galvaniquement au centre 57. La sortie 60 de l'amplificateur opérationnel 55 comporte une résistance 62 reliée à un point de branchement 63.Ce point est connecté d'une part, par l'intermédiaire d'une résistance 64, à la masse 52, d'autre part, par l'intermédiaire d'une résistance 65, à l'entrée inverseuse 39 de l'amplificateur 37. La sortie 40 de cet amplificateur est reliée, par l'intermédiaire d'un condensateur 67, à l'entrée 39. L'autre entrée 36 de iflamplificateur 37 est directement connectée à la sortie d'un amplificateur opérationnel 66 qui fait partie du couplage 31. Ce couplage comprend outre la résistance thermométrique 17, non chauffée, de constitution identique que la résistance 16, une résistance additionnelle 68, en série, la résistance thermométrique 17 étant reliée à la masse 52, et la résistance additionnelle 68, à une ligne 69. Le point de raccordement 70 de ces deux résistances forme l'une des entrées de l'amplificateur opérationnel 66, l'entrée inverseuse 71 de cet amplificateur étant, d'une part, reliée par l'intermédiaire d'une résistance 72 à sa sortie, et d'autre part à un point de branchement 73. Ce point constitue le centre d'un diviseur de tension qui se compose de deux résistances 74 et 75.La résistance 74 est reliée, par son extrémité ne regardant pas le point de branchement 73, à la masse 52, la résistance 75, à la ligne 69 qui aboutit à l'entrée inverseuse 76 d'un amplificateur opérationnel 77 et est reliée à la sortie 78 de cet amplificateur. L'autre entrée 79 de l'amplificateur opérationnel est connectée à un centre 80 d'un diviseur de tension qui se compose de deux résistances 81 et 82 reliées par leurs extrémités ne regardant pas le centre, d'une part à la masse 52, et d'autre part à la ligne 53. Le diviseur de tension 38 (voir figure 2) est le diviseur de tension des deux résistances 62 et 64, le diviseur de tension 42 étant constitué cependant par les résistances 81 et 82 en combinaison avec ]'amplificateur opérationnel 77. Le calibrage des résistances 50 et 68 par rapport aux résistances thermométriques respectives 16 et 17 se fait de la façon suivante: La valeur de chacune des deux résistances additionnelles correspond à la moyenne géométrique des valeurs de la résistance thermométrique respective, aux températures minimum et maximum (T1, T2 ou T3, T4). Pour obtenir ce résultat, on part de l'équation 1, U (1) Pel = [R(TW) + R0] . R(TW) [R(TW) + R012 qui donne le rapport entre la puissance électrique et les tension et résistance. La puissance thermique de la résistance thermométrique 16 s'établit, suivant l' équation 2, à (2) Pth DT - Gth (v') et dépend du produit de la différence de température entre la résistance et le fluide par la conductibilité thermique qui, elle, est une fonction du débit. L' état d'équilibre est donné par l'équation 3, (3) Pth =P el d'où résulte d'autre part l'équation 4. Le signal de sortie U disponible à la sortie 40'du cou plage suivant la figure 3, devant être indépendant de la température, signal qui sert ente autres à la ré- gulation du débit d'air moyennant le ventilateur d'éva- cuation, ou du débit de gaz par l'ouverture de ltélec- tro-valve 6, ilparaît qu en raison de l'équation 5 (5) T = w - Tk avec:Tw: la température de la résistance thermo métrique chauffée îk: la température de la résistance non-chauffée et de l'équation 6 (6) Gth f (T) il s'établit l'équation 7 (7) #T - Gth = Po par suite d'une définition. D'autre part, l'équation 8 (8) U(TmaX) = U(min) s'impose. Il en résulte l'équation 9 par application de l'équation 7 à l'équation 4. Pour simplifier et puisque les deux résistances additionnelles des résistances thermométriques sont calibrées la même façon, les valeurs T2 et T4 sont designées par TmaX, les valeurs T1 et T3 par Tmin Par des modifications et simplifications, on obtient les équations 10 et 11, qui conduisent finalement à l'équation 12. Il en résulte que la résistance additionnelle doit d- tre comprise comme la moyenne géométrique précitée. Revendications Montage pour la mesure de la vitesse d'écoulement d'un fluide, comportant deux résistances thermométriques sous tension, dont l'une est chauffée, les deux résistances étant baignées dans le fluide et munies de résistances additionnelles, caractérisé par le fait que la résistance additionnelle (50) de la résistance thermométrique chauffée (16) est conçue de sorte que la puissance dissipée (Pélectr ) de cette dernière soit la même, que ce soit à la limite supérieure ou à la limite inférieure de température (T1, T2) du fluide. Montage suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la résistance additionnelle (68) de la résistance thermométrique non chauffée (17) est conçue de sorte que la puissance dissipée P(électr.) soit la même, que ce soit à la limite supérieure ou à la limite inférieure de température (T3, T4) du fluide. Montage suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les résistances additionnelles (50, 68) sont calculées suivant l'équation ci-dessous: Equation 12 RV donnant la résistance en ohms, R(Tmin), la va leur de la résistance thermométrique à la tempé rature minimale, et R(TmaX), celle à la tempéra ture la plus élevée possible. 4. Montage suivant l'une quelconque des revendica tions 1 à 3, caractérisé par le fait que les ré sistances thermométriques (16, 17) constituent avec leurs résistances additionnelles (50, 68) des parties de couplages thermométriques (30, 31), la sortie (32) du couplage (30) comportant la ré sistance thermométrique chauffée (16) comprenant un diviseur de tension, et qu'un diviseur de ten sion (42) identique est disposé dans l'entrée du couplage (31) qui comporte la résistance thermo métrique non chauffée (17). 5. Montage suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que les sorties des deux couplages thermométriques (30,; 31) sont connectées aux en trées d'un amplificateur (37), et que ces deux couplages sont alimentés par la sortie (40) de cet amplificateur. 6. Montage suivant la revendication 4 ou 5, caracté risé par le fait que le signal de sortie corres pondant à la vitesse d'écoulement est prélevé à la sortie (40) de l'amplificateur différentiateur. 7. Montage suivant la revendication 1 ou 2, caracté risé par le fait que la résistance additionnelle (50) d'une résistance thermométrique chauffée (16) est calculée suivant l'équation ci-dessous: R50 donnant la valeur de la résistance additionnelle en ohms, R16 (Tm;n + #t), celle de la ré sistance thermométrique à la température minimum plus la température de préchauffage, et R16 (T max + #t) celle de la résistance thermométrique à la température la plus élevée possible, plus la température de préchauffage.