Brevet FR2642844A3 — publié le 19900810

FR 2642844 A3 19900810 FR 9001335 A 19900206 APPAREIL DE MESURE POUR LA MESURE OU LA TARIFICATION D' ENERGIE~ELECURiJ L'intention concerne un appareil de mesure destiné à la mesure ou la tarification d'énergie électrique, comprenant un boîtier d'appareil de mesure qui se compose de deux parties de boîtier et un commutateur électrique monté dans l'une des parties de boîtier. On connaît un tel appareil de mesure à partir du document technique "Tarigyr 400" de Landis a Gyr. Dans cet appareil de mesure, des circuits électriques qui sont actionnables par un poussoir sont disposés sur une carte de circuits imprimés. Les poussoirs sont guidés de façon mobile dans des orifices de boîtier d'une partie de boîtier. On peut par exemple, à l'aide des commutateurs, appeler sur un affichage des valeurs de mesure introduites dans une mémoire de données. L'invention a pour but de réaliser un appareil de mesure comportant un commutateur électrique sans contact, qui soit de structure simple et peu onéreuse, mais qui soit de plus robuste, sur en fonctionnement et peu sensible aux influences de la poussière et de l'humidité. L' invention consiste en ce que le commutateur électrique se compose d' un barrage photoélectrique comportant au moins un émetteur de lumière et un récepteur de lumière, qui sont couplés l'un à l'autre par un rayon susceptible d'être interrompu de telle façon que la fonction de commutation soit exécutée par interruption du rayon lumineux, en ce qu'un évidement est disposé sur le côté extérieur d'une zone transparente de l'une des parties de boitier et en ce que l'émetteur de lumière et le récepteur de lumière sont disposés sur le côté intérieur de cette partie de boîtier de telle façon que le rayon lumineux traverse au moins deux fois la paroi de boîtier et puisse être interrompu par l'introduction d'un corps dans l'évidement depuis les côtés extérieurs de la partie de boîtier. Selon d'autres particularités de l'invention - 1' émetteur de lumière et le récepteur de lumière sont disposés d'une manière telle que le rayon lumineux parvienne par une voie directe depuis l'émetteur de lumière jusqu'au récepteur de lumière - la partie transparente de boîtier présentant l'évidetnt est d'une structure telle que le rayon lumineux est dévié au moins deux fois entre émetteur de lumière et le récepteur de lumière - 1 'angle entre le rayon lumineux incident et la partie de boîtier est choisi d'une manière telle qu'il se produise une réflexion totale - la partie de boitier est d'une structure de piège à lumière, de sorte qu'une lumière diffuse provenant de 1 'émetteur de lumière est réfléchie et ne parvient donc pas au récepteur de lumière ; - l'évidement est d'une structure telle que le rayon lumineux ne puisse être interrcanpuque parunobjetde forme spéciale, qui est introduit dans l'évidement - la partie de boîtier est réalisée sans orifice - 1' émetteur de lumière et le récepteur de lumière sont disposés, avec d'autres composants d'un circuit électronique, sur une carte circuits imprimés - un poussoir, mobile en opposition à la forced'un ressort, est in troduit dans l'évidemment ;; - le poussoir est une pièce mouléed'un seul tenant - le poussoir est fixé par un plomb de scellement ou par un cadenas à la partie -de boîtier qui présente l'évidement, de telle façon que le poussoir ne soit mobile qu'après une rupture du plomb de scellement ou une aJverture du cadenas ; - le poussoir est d'une structure telle qu'il peut être extrait de l'évidement après rupture du planb de scellement et en ce qu'un écran de papier, qui ne peut être échangé que lorsque le poussoir est extrait est disposé dans un creux du poussoir ; - des symboles sont moulés sur le côté frontal du poussoir - la sortie du récepteur de lumière est reliée à un convertisseur analogique/numérique (A/N) W). Un commutateur électrique sans contact du type barrage photo-électrique comportant un évidement ménagé dans une partie transparente de boîtier est connu en soi . On va maintenant expliquer de façon plus détaillée les exemples de réalisation de l'invention à l'aide des dessins. Les figures représentent: La Fig. 1: un appareil de mesure comportant un commutateur électrique sans contact, à rayon lumineux de tracé rectiligne, la Fig. 2: un diagramme de circuit du commutateur selon la Fig. 1, la Fig. 3: un graphe des signaux du commutateur selon la Fig. 1, la Fig. 4: un autre exemple de réalisation d'un commutateur électrique sans contact comportant un rayon lumineux dévié plusieurs fois, la Fig. 5: un commutateur électrique sans contact comportant un poussoir d'actionnement et la Fig. 6: un commutateur électrique sans contact comportant un poussoir d'actionnement plombé, en combinaison avec un porte-écran. L'appareil de mesure, destiné à la mesure et à tarification d'énergie électrique, représenté à la Fig. 1 possède un'boîtier d'appareil de mesure 5, qui se compose d'une partie supérieure de boîtier 5a et d'une partie inférieure de boîtier 5b. L'appareil de mesure peut etre un compteur électrique ou-un appareil de tarification pour un compteur électrique. L'ensemble de mesure mécanique ou électronique de l'appareil de mesure n'est pas représenté dans le dessin. Un émetteur de lumière 2 et un récepteur de lumière 3 sont montés sur une carte de circuits imprimés 1, montée dans le boîtier 5, a coté d'autres composants non représentés de un circuit électronique.L'émetteur de lumière 2 peut etre une lampe à incandescence, une diode luminescente ou un autre élément émettant une lumière, et le récepteur de lumière 3 peut être une photodiode, un photoconducteur ou un autre élément sensible å la lumière. L'émetteur de lumière 2 et le récepteur de lumière 3 sont couplés entre eux par un rayon lumineux 4. L'émetteur de lumière 2 et le récepteur de lumière 3 sont disposés de telle façon que le rayon lumineux 4 parvient selon une trajectoire rectiligne, parallèlement à la carte de circuits imprimés 1, depuis l'émetteur de lumière 2 vers le récepteur de lumière 3.Un évidement 6 est menagé, depuis le côté extérieur d'une zone transparente de la paroi supérieure de boîtier 5, entre l'émetteur de lumière 2 et le récepteur de lumière 3, de telle façon que le rayon lumineux 4 traverse deux fois la paroi de boîtier et puisse être interrompu par introduction d'un corps dans l'évidement 6 depuis le côté extérieur de la partie supérieure de boîtier 5a. Les parois de boîtier de l'évidement 6 sont disposées, dans la zone du rayon lumineux 4, perpendiculairement à ce dernier, pour éviter une interruption et la réflexion du rayon lumineux +. Le fond de l'évidement 6 est constitué de surfaces obliques 7, 7' sur le côté intérieur de la partie supérieure de boîtier 5a. Les surfaces 7, 7' réfléchissent de la lumière diffuse provenant de l'émetteur de lumière 2 et empechent que la lumière diffuse puisse parvenir par des chemins détournés vers le récepteur de lumière 3 et ne perturbe ainsi le fonctionnement du commutateur. Le fond de l'évidement 6 agit ainsi comme piège a lumière pour la lumière diffuse qui provient de l'émetteur de lumière 2. On va maintenant expliquer un schéma de circuit du commutateur électrique sans contact à l'aide de la Fig. 2. Le circuit est alimenté par une tension continue de +5 V qui doit être amenée depuis l'extérieur. Un microprocesseur. M commande depuis une sortie A, å l'aide d'une résistance Rl, un transistor de commutation T à impulsions rectangulaires de fréquence f. Le transistor T est commandé à la fréquence f pour passer à 1' état conducteur ou à l'état non conducteur. Dans l'état conducteur, le transistor T alimente par une résistance Ro une diode luminescente D servant d'émetteur de lumière . La diode luminescente D émet donc une lumiére intermittente de la fréquence f.On utilise comme récepteur de lumière 3 une photodiode P dont la sortie est reliee à un convertisseur analogique /numérique La photodiode P modifie sa résistance sous l'effet de la lumière envoyée par la diode luminescente D. Selon la variation de resistance de la photodiode P, la tension V aux bornes de la résistance Ra varie. La tension V est amenée au convertisseur A/N W, qui numérise la tension V c' est-a-dire qu' il la transforme en une valeur numérique. Le microprocesseur M lit par l'entrée E les valeurs numérisées de la tension V selon une fréquence de détection 2f. La frequence de détection 2f est deux fois plus élevée que la fréquence f et elle est en phase avec celle-ci. On va-maintenant expliquer le fonctionnement du commutateur électrique à l'aide de la Fig. 3. Le diagramme représente le tracé de la tension V en fonction du temps t. Comme la photodiode P n'est pas protégée contre des lumières étrangères, la tension V se compose d'une tension VF de lumière étrangère créée par la lumière étrangère et d'une tension de signal V. La tension de lumière VF peut varier dans des limites larges et peut correspondre par exemple aux diverses périodes de la journée. La tension de signal V, est alors ajoutée à la tension de lumière étrangère VF et elle est par exemple de 0,5 V.Le microprocesseur M lit des lors les valeurs numériques a la sortie du convertisseur A/N W, en alternance, lorsque la diode luminescente D est allumee ou ne l'est pas. Chaque valeur numérisée est comparée avec la valeur numérisée lue auparavant et elle est ensuite amenée à une mémoire en effaçant la valeur numérique lue auparavant. La différence des deux valeurs numériques doit dès lors correspondre à la tension de signal V,. Si le rayon lumineux 4 est interrompu par introduction d'un corps dans l'évidement 6, la tension de signal V, est supprimée.Que le corps introduit modifie de plus ou non l'influence de lumière étrangère et de cette façon la tension de lumière étrangère VF, il manque dès lors la tension de signal V. Le microprocesseur évalue ce manque de tension de signal V, comme signal d'actionnement de commutateur. Le commutateur électrique sans contact décrit est extrêmement simple et économique à fabriquer. Comme l'on n'utilise aucun composant mécanique mobile, il est robuste et n'est pas soumis à usure. Si l'on utilise comme émetteur de lumière 2 une diode luminescente D, la durée de vie de celle-ci est considérablement augmentée par le fonctionnement intermittent. Un avantage important consiste aussi en ce que la partie supérieure de boîtier 5a ne doit pas présenter d'orifice, c'est-àdire que la partie supérieure de boîtier 5a peut consister d'une pièce coulée d' un seul tenant comportant l'évidement 6. Il est par conséquent possible de réaliser un boîtier 5 absolument étanche. Les dimensions de l'évidement 6 correspondent de façon avantageuse à peu près au bout d'un doigt humain, de sorte que le rayon lumineux 4 puisse etre directement interrompu par introduction du bout d'un doigt. Si l'accès de compteur doit etre limité aux personnes autorisées, l'évidement 6 peut être d' une structure telle que le rayon lumineux 4 ne puisse être interrompu que par un objet de forme spéciale, qui est introduit dans l'évidement 6. De nombreux processeurs disposent d'une entrée à convertisseur A/N. Le traitement du signal de sortie V du récepteur de lumière 3 n'implique donc aucun coût additionnel. La Fig. 4 représente un autre mode de realisation du commutateur électrique sans contact. L'émetteur de lumière 2 rayonne, dans ce mode de réalisation, de la lumière perpendiculairement a la carte de circuits imprimés 1. Le récepteur de lumière 3 reçoit par conséquent de la lumière qui est dirigée à angle droit par rapport à la carte de circuits imprimés 1. Deux pentes 45' 8, 8' sont disposées dans l'axe optique de l'émetteur de lumière 2 et du récepteur de lumière 3, sur le côté extérieur de la partie supérieure de boîtier Sa, de telle façon que le rayon lumineux 4 soit dévié deux fois de 90 entre l'émetteur de lumière 2 et le récepteur de lumière 3. L'évidement 6 est disposé entre les deux pentes 8, 8'.Le rayon lumineux + peut être interrompu par introduction d'un corps dans l'évidement 6. IL est important pour le fonctionnement du commutateur que les surfaces de la partie supérieure de boîtier 5a par lesquelles le rayon lumineux 4 pénètre dans le boîtier ou le quitte, soient disposées perpendiculairement au rayon lumineux 4, pour éviter une réflexion et une réfraction du rayon lumineux 4. La poursuite de traitement du signal de sortie du récepteur de lumière 3 est conforme à la description donnée en relation avec la la Fig. 1. Une plaque de couvercle 9 recouvre les pentes 8, 8' vers 1' extérieur. Elle peut servir comme écran additionnel contre la lumière étrangère et comme cadran. Dans ce mode de réalisation du commutateur électrique sans contact, la profondeur de structure peut être maintenue minimale, en particulier lorsque l'on emploie des dispositifs å montage en surface (ou Surface Mounted Devices: SMD > . Il connu, d'après les enseignements de l'optique, que lors du passage depuis un milieu à coefficient de réfraction plus fort vers un milieu å coefficient de réfraction plus faible, il se produit une réflexion totale pour un angle donné. Dans le cas présent, ceci peut être utilisé en vue d'un rendement optique maximal, en choisissant 1' angle entre le rayon lumineux incident 4 et la partie supérieure de boîtier 5a de telle façon qu'il se produise une réflexion totale. L'utilisateur est habitué à ce que les commutateurs utilisés habituellement exercent, lors de l'actionnement, une contre-pression sur le doigt d'actionnement. A la Fig. 5 est représenté un mode de réalisation d'un commutateur électrique sans contact pour l'actionnement duquel il fait appliquer une force. Un poussoir 11 est introduit dans un évidement 13 ménagé depuis le côté extérieur dans une partie supérieure de boitier 12. Le poussoir 11 est réalisé en un matériau opaque, de préférence-une résine thermoplastique, et comporte des accouplements à déclic 14 et un ressort 15. Le poussoir 11 est de façon avantageuse réalisé en une pièce moulée d'un seul tenant avec les accouplements à déclic 14 et le ressort 15. Lors de l'introduction du poussoir 11 dans l'évidement 13, les accouplements a déclic 14 s'encliquettent dans des évidements en contredépouille dans la paroi de l'évidement 13 de telle façon que le poussoir 11 ne puisse tomber. Le ressort 15 appuie le poussoir 11 vers le haut dans la mesure où les accouplements à déclic 14 le permettent. Un émetteur de lumière 17 et un récepteur de lumière 18, qui sont reliés entre eux par un rayon lumineux 19, sont disposés sur une carte de circuits imprimés 16 sur le côté intérieur de la partie supérieure de boîtier 12. Le rayon lumineux 19 traverse deux fois la paroi de l'évidement 13.Un trou est ménagé dans le poussoir 11 de telle façon que le rayon lumineux 19 soit libéré dans la position. de repos du poussoir. Une plaque de couvercle 22, qui peut être d'une structure de cadran, est disposée sur le coté intérieur de la partie supérieure de boîtier 12. Avec le poussoir 11, elle protège le récepteur de lumière 18 des lumières étrangères. Des symboles moulés dans la face frontale du poussoir il indiquent le fonctionnement du commutateur. La lettre R signifie, par exemple, que l'on déclenche un fonctionnement de rappel en actionnant le commutateur le commutateur Une pression sur le poussoir 11 en opposition à la force du ressort 15 interrompt le rayon lumineux 9 et déclenche donc le fonctionnement de commutation. Mais le trou du poussoir 11 peut aussi être disposé de telle façon que le rayon lumineux 19 soit interrompu dans la position de repos du poussoir 11 et soit libéré dans la position enfoncée. Dans un tel mode de réalisation, il est avantageux que des défauts d'impulsions résultant d'une défaillance de l'émetteur 17 ou de son alimentation soient exclues. On peut également actionner en meme temps plusieurs commutateurs & l'aide d' un poussoir 11. On peut réaliser un poussoir à étapes multiples en disposant plusieurs trous décalés dans le même poussoir 11. On peut par exemple réaliser un commutateur s'illuminant de lui-meme par le fait que le poussoir 11 est fabriqué en un matériau transparent et qu'une source lumineuse, par exemple une diode luminescente qui éclaire le poussoir 11 sur sa longueur, -est disposée audessous du poussoir 11 sur la carte de circuits imprimés 16. Le poussoir il est revetu dans le voisinage du trou d'un matériau opaque, par exemple de l'aluminium. Lors de l'actionnement du poussoir 11, le rayon lumineux 19 est interrompu par le matériau opaque. Dans les appareils électroniques, la place nécessaire pour les différents composants joue un role déterminant. Un commutateur selon la Fig. 5 peut etre réalisé sur un espace très réduit. La Fig. 6 représente un commutateur dont la direction d'actionnement est horizontale. Le poussoir il est introduit dans l'évidement 13 depuis le coté droit de la partie supérieure de boîtier 12. Le poussoir il présente une coupe transversale rectangulaire. Un creux rectangulaire est disposé sur le côté large du poussoir Il orienté vers l'avant contre le côté frontal de la partie supérieure de boîtier. Un écran de papier 20, dont l'impression est visible a travers la partie supérieure transparente de boîtier 12 est introduit dans le creux. Le poussoir 11 est fixé à l'aide d'un plomb de scellement 21 sur un point fixe de la partie supérieure de boîtier 12. L'émetteur de lumière 17 et le récepteur de lumière 18 sont disposés sur la carte de circuits imprimés 16.Entre l'émetteur de lumière 17 et le récepteur de lumière 18, le rayon lumineux 19 traverse deux fois la paroi de boîtier de la partie supérieure de boîtier 12. Le poussoir 11 est d'une structure telle que le rayon lumineux 19 est libéré dans la position plombée du poussoir 11. Le ressort 15 appuie le poussoir Il vers l'extérieur, son chemin étant limité par le plomb de scellement 21. Le plomb de scellement 21 peut également être remplacé par d'autres moyens comme par exemple un cadenas. Après la rupture du plomb de scellement 21, le poussoir 11 peut etre déplacé en opposition à la force du ressort 15. Le rayon lumineux 19 est interrompu et la fonction de commutation est ainsi déclenchée. Après la rupture du plomb de scellement, le poussoir 11 peut également être extrait hors de l'évidement 13 suffisamment loin pour que 1' écran de papier 20 devienne accessible et donc facile a changer. La combinaison du commutateur et du porte-écran est une solution avantageuse dans des dispositifs où une fonction de commutation doit être déclenchée de façon périodique et qui doivent en meme temps être programmés à nouveau et dans lesquels les paramètres de programmation doivent être visibles. L' invention décrite est utilisée de façon avantageuse dans des appareils de mesure qui contiennent des microprocesseurs et dans lesquels un boîtier aussi étanche que possible est nécessaire. Les dispositifs électroniques de tarification à compteur d'électricité statiques et dynamiques appartiennent en particulier å cette catégorie. L'évidement 6, 13 peut dans ces cas être directement intégré dans la partie supérieure de boîtier de l'appareil de tarification ou du compteur d'électricité. Le commutateur peut de façon avantageuse etre utilisé pour poursuivre la commutation de l'affichage de l'appareil de tarification. REVENDICATIONS 1. Appareil de mesure destiné à la mesure ou la tarification d'énergie électrique, comprenant un boîtier d'appareil de mesure qui se compose de deux parties de boîtier (5a; 5h; 12) et un commutateur électrique monté dans l'une des parties de boîtier , caractérisé en ce que le commutateur électrique se compose dtun barrage photoélectrique comportant au moins un émetteur de lumière , qui sont couplés l'un à l'autre par un rayon (4;; 19 > susceptible d'être interrompu de telle façon que la fonction de commutation soit exécutée par interruption du rayon lumineux (4; 19 > , en ce qu'un évidement est disposé sur le côté extérieur d'une zone transparente de l'une des parties de boîtier sont disposés sur le côté intérieur de cette partie de boîtier (5a; 12 > de telle façon que le rayon lumineux (4; 19 > traverse au moins deux fois la paroi de boitier et puisse être interrompu par l'introduction d'un corps dans l'évidement (6; 13 > depuis les côtés extérieurs de la partie de boîtier (5a; 12). 2. Appareil de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur de lumière (2; 17) et le récepteur de lumière sont disposés d'une manière telle que le rayon lumineux C4; 19) parvienne par une voie directe depuis l'émetteur de lumière jusqu'au récepteur de lumière . 3. Appareil de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie transparente de boîtier (5a; 12) présentant l'évidement (6; 13 > est d'une structure telle que le rayon lumineux est dévié au moins deux fois entre l'émetteur de lumière . 4. Appareil de mesure selon la revendication 3, caractérisé en ce que 1' angle entre le rayon lumineux incident (4; 19) et la partie de boitier (5a; 12) est choisi d'une manière telle qu'il se produise une réflexion totale. 5. Appareil de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la partie de boîtier 6. Appareil de mesure selon l'une des revendications 1 à 5, caractérise en ce que l'évidement (6; 13) est d'une structure telle que le rayon lumineux (4; 19) ne puisse être interrompu que par un objet de forme spéciale, qui est introduit dans l'évidement 7. Appareil de mesure selon l'une des revendications i a 6, caractérisé en ce que la partie de boîtier (5a; 12) est réalisée sans orifice. 8. Appareil de mesure selon 1' une des revendications 1 a 7, caractérisé en ce que l'émetteur de lumière (2; 17) et le récepteur de lumière (3; 18) sont disposés, avec d'autres composants d'un circuit électronique, sur une carte de circuits imprimés . 9. Appareil de mesure selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'un poussoir (11), mobile en opposition a la force d'un ressort (15), est introduit dans l'évidement 10. Appareil de mesure selon la revendication 9, caractérisé en ce que le poussoir (11) est une pièce moulée d' un seul tenant. 11. Appareil de mesure selon la revendication 90u 10, caractérisé en ce que le poussoir (11) est fixé par un plomb de scellement (21) ou par un cadenas å la partie de boîtier (5a; 12) qui présente l'évidement (6; 13), de telle façon que le poussoir 12. Appareil de mesure selon la revendication 11, caractérisé en ce que le poussoir (11) est d'une structure telle qu'il peut être extrait de l'évidement . 13. Appareil de mesure selon 1' une des revendications 9 a 12, caractérisé en ce que des symboles sont moulés sur le coté frontal du poussoir 14. Appareil de mesure selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la sortie du récepteur de lumière