Brevet FR2660070A1 — publié le 19910927

"Contrôleur de présence de tension électrique à tenir à la main, à sensibilité équivalente que l'on utilise ou non un cordon de mise à la terre" L'invention se rapporte à un contrôleur de tension électrique, du genre que l'on tient à la main pour déceler si une pièce conductrice est ou non reliée à une phase d'un réseau alternatif basse tension, comportant une chaîne de résistances entre une pointe de touche et une masse interne reliée à la terre soit à travers une impédance de retour constituée par une capacité entre une masse interne et la main, en série avec l'impédance corporelle entre main et terre, soit à travers un cordon de mise à la terre franche enfiché dans une prise ad hoc du contrôleur, un circuit détecteur à seuil de tension équipé d'un témoin optique et/ou acoustique et branché en entrée entre un noeud de la chaîne de résistance et la masse, et des moyens de test de fonctionnement. L'ancêtre des contrôleurs de ce genre est ce que l'on appelle couramment le tournevis d'électricien qui comporte, à l'intérieur d'un manche isolant transparent un tube à néon à décharge froide en série avec une résistance entre la lame du tournevis et une pièce métallique de masse vers l'extrémité du manche opposé à la lame Le tube à néon amorce pour quelques dizaines de volts entre ses bornes et la lueur émise dépend du courant traversant de la lame à la terre, fonction de la tension à laquelle est portée la lame par contact avec la pièce conductrice par rapport à la terre, et de l'impédance présentée par l'ensemble en série tube- résistance, et impédance corporelle de la personne qui tient le tournevis, entre main et terre. Ces tournevis ont l'avantage de la rusticité, mais sont peu fiables car, d'une part, les caractéristiques des tubes à néon évoluent dans le temps avec, généralement, accroissement de la tension de seuil de décharge exagérer l'aspect de la décharge (à faible éclairement). Bien entendu, les tournevis qui sont munis, à l'extrémité du manche, d'une douille pour l'enfichage d'un cordon de mise à la terre peuvent donner des indications plus franches, la mise à la terre éliminant l'influence des potentiels auxquels est portée la main de l'opérateur, celui- ci étant plus ou moins isolé de la terre, et plus ou moins soumis à l'induction capacitive de pièces conductrices sous tension Ainsi le besoin s'est-il fait sentir de disposer d'appareils pour déceler si une pièce conductrice est ou non sous tension, qui soient dotés d'un seuil de détection déterminé et stable On a donc fait appel à l'électronique, en réalisant une chaîne de résistances entre une pointe de touche et une masse interne, susceptible d'être mise à la terre au moins à travers la fuite constituée par la capacité entre masse et main du porteur, l'impédance corporelle de ce porteur et l'impédance de ce contact entre le corps du porteur et la terre Un détecteur de tension, à très haute impédance d'entrée (tel qu'un transistor MOS) est disposé entre un noeud de la chaîne de résistance et la masse interne Le détecteur est généralement monté en comparateur à seuil, de façon que les indications d'un témoin soient à deux états oui et non Le noeud de la chaîne de résistance est placé de façon que, pour une impédance moyenne de fuite entre masse interne et terre, considérée comme norme, le basculement du comparateur à seuil se produise pour une tension efficace entre points de touche et terre de 50 volts, soit 70 volts crête. Mais l'électronique du détecteur et des organes associés, notamment témoins optiques et/ou acoustiques, exige une alimentation intégrée (pile) Si l'on veut que le contrôleur soit réellement fiable, il est nécessaire que des tests soient prévus, visant l'état de la pile, le bon fonctionnement du détecteur, et dans la mesure du possible l'intégrité de la chaîne de résistance. Par ailleurs, il est souhaitable que, notamment pour usage dans des lieux o l'impédance de fuite d'une personne à la terre est variable ou excessive, le contrôleur puisse fonctionner avec sa masse interne connectée à la terre par un cordon de liaison C'est ce qu'on appelle le fonctionnement bipolaire, par opposition au fonctionnement unipolaire o la masse interne n'est pas reliée directement à la terre. Or, le contr 8 leur répondant par tout ou rien, il est nécessaire de modifier la sensibilité de l'ensemble chaîne de mesure détecteur pour avoir un seuil de réponse, vu de la pointe de touche, qui soit sensiblement le même lorsque la masse interne est reliée à la terre, soit par un cordon conducteur, soit par l'impédance correspondant à la fuite à travers le porteur. Mais il existe alors un risque d'utiliser l'appareil avec une sensibilité inappropriée; avec une utilisation en unipolaire sur la sensibilité bipolaire on n'aura pratiquement jamais de réponse positive; avec une utilisation en bipolaire sur la sensibilité unipolaire, on aura - fréquemment une réponse positive sur des pièces métalliques flottantes, c'est-à-dire, ni franchement à la masse, ni franchement à une phase du réseau de distribution. Accessoirement, il ne conviendrait pas que les résultats d'un test soient ambigus en raison d'une erreur de sensibilité. Pour pallier ces inconvénients l'invention propose un contrôleur de tension électrique, du genre que l'on tient à la main pour déceler si une pièce conductrice est ou non reliée à une phase d'un réseau alternatif basse tension, comportant une chaîne de résistance entre une pointe de touche et une masse interne, reliée à la terre, soit à travers une impédance de retour constituée par une capacité entre la masse interne et la main en série avec l'impédance corporelle entre main et terre, soit à travers un cordon de mise à la terre franche enfiché dans une prise ad hoc du contrôleur, un circuit détecteur à seuil de tension équipé d'un témoin optique et/ou acoustique et branché en entrée entre un noeud de la chaîne de résistance et la masse, et des moyens de test de fonctionnement, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen de commutation du niveau de seuil du circuit détecteur apte à compenser, en l'absence de cordon de la mise à la terre, l'atténuation à l'entrée du circuit détecteur introduit par ladite impédance de retour. On comprend que, si le moyen de commutation est mis en action par la suppression du cordon de mise à la terre, la probabilité d'une erreur de sensibilité est très réduite, puisque le changement de sensibilité résulte du changement de mode d'utilisation directement. De préférence, le moyen de commutation est un court- circuit d'un élément de la partie de chaîne de résistance entre noeud et masse. Dans un mode préféré d'exécution de l'invention, ce court-circuit est intégré au cordon, entre deux contacts d'une fiche terminant le cordon de mise à la terre, correspondant à la prise du contrôleur. Cette disposition, simple, assure que l'utilisation en bipolaire, avec mise en place du cordon de mise à la terre, entraîne nécessairement la commutation sur la sensibilité correspondant au fonctionnement en bipolaire. De préférence, le circuit de détection comporte un transistor VMOS avec une grille reliée au noeud de la chaîne de résistance, et une source reliée, à travers une diode de détection à un intégrateur, ce dernier couplé à un oscillateur attaquant le témoin optique et/ou acoustique en sorte de lancer cet oscillateur en réponse à une tension intégrée dépassant un seuil. L'utilisation d'un transistor VMOS avec sa grille branchée au noeud de la chaîne de résistances assure une impédance d'entrée très élevée du détecteur L'attaque du témoin par un oscillateur confère au témoin une réponse intermittente qui attire mieux l'attention qu'une réponse continue. Pour contrôler l'état de la pile à chaque fois que l'on utilise le contrôleur, l'intégrateur attaque un circuit de temporisation à durée d'enclenchement choisie, ce circuit de temporisation étant enclenché par retour de la tension intégrée au-dessous du seuil, et étant équipé d'un voyant amorcé pendant la durée d'enclenchement. Ainsi, chaque fois que le témoin a été excité, et que l'excitation a cessé, le voyant s'allume pendant la durée choisie Bien entendu, la temporisation cessera de s'enclencher lorsque la tension de la pile aura baissé de façon significative, mais suffisamment peu pour que le circuit de détection reste opérant. En disposition préférée les moyens de test de fonctionnement comportent: un commutateur à action manuelle, propre à appliquer une tension sur l'entrée du circuit détecteur, et en alimentation d'un comparateur à fenêtre; ce comparateur étant relié à un point de la chaîne de résistance intermédiaire entre la pointe de touche et le noeud, et réglé pour délivrer un signal actif lorsqu'une tension à son entrée est comprise dans une fenêtre de tension centrée sur la valeur nominale de tension apparaissant au point intermédiaire lorsque simultanément l'élément de partie de chaîne entre noeud et masse est court-circuité et la pointe de touche est reliée à la masse; et des moyens logiques aptes à inhiber la sortie du circuit détecteur lorsque, dans les conditions précédentes, le comparateur à fenêtre ne délivre pas de signal actif. Des caractéristiques secondaires et avantages de l'invention, notamment en rapport avec la disposition précédemment énoncée des moyens de test, ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue en perspective de l'aspect extérieur d'un contr 8 leur selon l'invention; La figure 2 est un schéma fonctionnel d'un contrôleur de tension; La figure 3 est un schéma détaillé du contrôleur de la figure 2. Selon le mode d'exécution de l'invention choisi et représenté aux figures, le contr 8 leur de tension 1 dans son ensemble est un corps oblong en matière isolante moulée avec une partie arrière la en forme de poignée, et se termine à l'avant par une pointe métallique de touche 2, mousse Sur le dessus, en avant de la poignée la une facette inclinée sur l'axe longitudinal, en forme de pupitre, laisse apparaître deux voyants, constitués par des diodes électroluminescentes 3 verte et 4 rouge. Entre la facette et la poignée la se présente un bouton poussoir 5, qui sera dit bouton de test, pour des raisons qui apparaîtront plus loin. La tranche arrière du corps de contrôleur 1 comporte une prise bipolaire mâle 6, pour l'enfichage d'une fiche bipolaire femelle complémentaire 8, à l'extrémité d'un cordon unifilaire 7 dit de mise à la terre, terminé par une pince du type "crocodile" 9. Comme représenté figure 2, entre la pointe de touche 2 et une masse interne M est disposée une chaîne de résistances , constituée d'une résistance de tête l'opérateur entre sa main, et la terre. On règlera la sensibilité du contrôleur pour répondre à une tension d'environ 50 volts efficaces entre pointe de touche 2 et terre Avec la masse interne M à la terre à travers le cordon 7, la tension au noeud de mesure 10 a sera 0,75 volt efficace, soit sensiblement 1 volt crête La valeur de la résistance 14 a été calculée pour que, avec une tension de 50 volts efficaces entre pointe de touche 2 et terre, on retrouve une tension d'environ 1 volt crête entre noeud de mesure l Oa et masse interne M, compte tenu de la valeur moyenne conventionnelle d'impédance de retour à travers l'opérateur, lorsque le cordon 7 est enlevé Bien entendu, la valeur d'impédance réelle dépend largement des circonstances, nature du sol o se tient l'opérateur, manière dont il est chaussé, ganté, configuration des lieux On notera dès maintenant que le contrôleur 1 est alimenté par une pile, symbolisée en 17, et logée dans la poignée la, afin que son enveloppe métallique, à la masse interne M, présente une capacité notable avec la main de l'opérateur Eventuellement d'ailleurs, on double le logement de pile 17 par une métallisation. Au noeud de mesure i Qa est relié un détecteur de tension 15, à haute impédance d'entrée, couplé à un intégrateur 21. L'intégrateur 21 comporte en outre un comparateur à seuil, capable de déclencher un oscillateur à relaxation 22, à basse fréquence qui pilote un témoin optique 4, constitué par la diode électroluminescente rouge, et un témoin acoustique 23, du type dit "buzzer". Le comparateur à seuil de l'intégrateur 21 transforme l'entrée analogique de tension issue du détecteur 15 en signal logique, qui prend un niveau actif "haut" lorsque la tension de seuil, ici environ 1 volt, est dépassée Ce niveau actif "haut" met en action l'oscillateur 22, de sorte que la diode électroluminescente 4 clignote et que le buzzer 23 émet des sons intermittents en synchronisme. Au point intermédiaire l Ob est reliée l'entrée d'un comparateur à fenêtre, qui émet (dans la représentation de la figure 2 > un signal à niveau bas lorsque la tension au point intermédiaire l Ob est comprise entre deux seuils étagés, inférieur et supérieur et un niveau haut lorsque la tension au point l Ob est soit inférieure au seuil inférieur, soit supérieure au seuil supérieur. En outre, le comparateur à fenêtre 18 ne peut émettre un signal à niveau bas que si une entrée auxiliaire, reliée au point l Oc entre les résistances 13 et 14, est reliée à la masse interne 11, autrement dit, que la fiche 8 est enfoncée dans la prise 6. Les seuils inférieur et supérieur du comparateur à fenêtre 18 sont réglés pour encadrer la tension que prend le point intermédiaire l Ob lorsque le noeud 10 a est porté à la tension d'alimentation de pile 17, et que la pointe de touche est à la masse. La sortie du comparateur à fenêtre 18 attaque une première entrée d'une porte NON-OU 20, dont l'autre entrée est attaquée par la tension de pile 17, à travers le bouton poussoir 5, et un inverseur logique 19 La sortie de la porte NON-OU attaque le circuit 21 en aval de l'intégrateur, de telle sorte qu'un niveau haut sur cette sortie mette en action l'oscillateur 22. Par ailleurs, comme on le comprendra en référence avec la figure 3, lorsque le point 10 c est relié à la masse interne M, et que le bouton poussoir 5 est enfoncé, la commande de l'oscillateur 22 par le circuit détecteur 15, à travers l'intégrateur 21 est interdite. La vérification du bon fonctionnement du contrôleur s'effectue par deux processus différents, selon que le cordon 7 est absent ou en place, par appui sur le bouton poussoir. Le cordon 7 étant absent, lorsqu'on enfonce le bouton de test 5, le noeud de mesure 10 a se trouve porté à la tension d'alimentation de pile 17 à travers la diode de garde 16 Les témoins 4 et 23 répondent si le détecteur 15, l'intégrateur 21, l'oscillateur 22, et les témoins sont en bon état. Le cordon 7 étant en place, avec sa fiche 8 dans la prise 6, on fixe la pince crocodile 9 sur la pointe de touche 2 Lorsque l'on enfonce le bouton poussoir 5, le noeud de mesure i O a se trouve porté à la tension de pile 17, à travers la diode 16. Parallèlement, l'inverseur 19 applique un niveau bas sur la seconde entrée de la porte NON-OU 20 Par ailleurs, la liaison détecteur 15 oscillateur 20 est inhibée par la conjonction d'un niveau de masse au point 10 c et de l'appui sur le poussoir 5, tandis que le comparateur à fenêtre 18 est libéré Si alors la tension au point intermédiaire 10 b est dans la fenêtre de tension, grâce au bon état de la chaîne de résistances 10, un niveau bas est appliqué par le comparateur à fenêtre 18 sur la première entrée de la porte NON-OU 20. Les deux entrées de cette porte NON-OU étant à des niveaux bas, sa sortie est à un niveau haut et provoque la mise en action de l'oscillateur 22, et des témoins de signalisation 4 et 23 Une coupure de la résistance 11 porterait l'entrée du comparateur 18 au-dessus de son seuil supérieur, et une coupure de la résistance 12 mettrait l'entrée du comparateur 18 en dessous du seuil inférieur. Par ailleurs, l'intégrateur 21 possède une sortie reliée à un temporisateur 24, qui pilote la diode électroluminescente verte 3 Ce temporisateur 24 s'arme à chaque fois que l'intégrateur 21 envoie un signal d'action à l'oscillateur 22 et que la tension de pile 17 est supérieure à une valeur déterminée correspondant à un bon fonctionnement du contr 8 leur, et se décharge en illuminant la diode électroluminescente à partir du moment o l'activation des témoins de signalisation cesse Ainsi, chaque fois que l'on a effectué un contrôle positif de tension, ou un test positif, la diode électroluminescente verte va s'illuminer quelques secondes pour indiquer que la pile est en bon état. On va maintenant préciser les détails d'organisation des circuits du contrôleur, pour la réalisation pratique des fonctions énoncées ci-dessus. La pile 17 est branchée avec son p 8 le à la masse, et son pôle + desservant, à travers une diode d'arrêt 30, une ligne d'alimentation, avec une capacité tampon 31. Le détecteur 15 comporte un transistor VMOS 50, dont la grille est au noeud de mesure 1 i Q, la source à la masse interne M, et le drain à une chaîne de résistance comportant une résistance sensible à la température 52, pour compenser les dérives de caractéristiques du transistor VMOS 50, et une diode de détection 5 On notera que, en raison de la- présence du transistor VMOS 50, qui procure au détecteur 15 une impédance d'entrée très élevée, le signal envoyé à l'intégrateur 21 à résistance capacité est inversé, de sorte qu'une tension au noeud l Oa détermine un niveau bas On notera également qu'une résistance 53 est disposée entre la diode 51 et l'intégrateur 21, pour éviter que des parasites (impulsions d'étincelage) ne viennent interférer avec les signaux mesurés à fréquence du réseau. La sortie de l'intégrateur 21 attaque l'oscillateur à relaxation 22, constitué par deux portes NON-OU couplées avec une rétroaction capacitive; cet oscillateur fonctionne lorsque les deux premières entrées des portes NON-OU, reliées il ensemble, sont à un niveau bas Cet oscillateur est classique. Par ailleurs, la sortie de l'intégrateur 21 est couplée à une entrée d'une porte ET 54, dont l'autre entrée est à la tension de pile 17 La sortie de la porte ET 54 attaque un circuit temporisateur avec une capacité 55 a dont une armature est à la sortie de la porte ET 54, et l'autre armature à la masse à travers une résistance 55 b Lorsque les deux entrées de la porte 54 sont à un niveau haut depuis un certain temps la capacité 55 a est chargée et aucun courant ne passe dans la résistance 55 b, lorsque l'entrée de la porte 54 branchée sur la sortie de l'intégrateur 21 passe à un niveau bas, la capacité 55 a se décharge à travers la résistance 55 b, amenant le point de liaison entre résistance et capacité à un niveau négatif Lorsque la capacité 55 a est déchargée le temporisateur 5 est armé Lorsque la sortie de l'intégrateur 21 repasse au niveau haut, la capacité 55 a se charge à travers la résistance 55 b, et leur point de liaison est porté à un niveau haut Ce point de liaison est relié à une entrée d'une porte ET 42, dont l'autre entrée est reliée à la sortie de l'intégrateur 21 Ainsi, lorsque les deux entrées de la porte ET 42 sont au niveau haut, pendant la recharge de la capacité 55 a, la sortie de la porte 42 attaque la grille d'un transistor VMOS 24, en série avec la diode électroluminescente verte 3. On remarquera que la conjugaison des portes ET 54 et 42 implique, pour que la porte 42 délivre en sortie un niveau haut, que les niveaux sur les quatre entrées de ces portes soient suffisants, autrement dit que la tension délivrée par la pile 17 soit suffisante. Le comparateur à fenêtre 18 comporte deux amplificateurs opérationnels 36 et 37, avec l'entrée inverseuse de l'amplificateur 36 et l'entrée directe de l'amplificateur 37 reliées en commun, par l'intermédiaire d'une résistance de protection 34, au point intermédiaire l Ob de la chaîne 10 Une chaîne de résistances 35, mise sous tension, à travers une diode 60, par le bouton poussoir 5 enfoncé, détermine un seuil supérieur pour l'entrée directe de l'amplificateur 36, et un seuil inférieur pour l'entrée inverseuse de l'amplificateur 37 La sortie de l'amplificateur 36 est au niveau haut lorsque la tension au point intermédiaire l Ob est inférieure au seuil supérieur, et la sortie de l'amplificateur 37 est au niveau haut lorsque la tension au point intermédiaire l Ob est supérieure à la tension de seuil bas La porte ET 38, dont les entrées sont reliées respectivement aux sorties des amplificateurs 36 et 37, délivre un signal logique à niveau haut lorsque la tension au point intermédiaire est comprise entre le seuil bas et le seuil haut ou inversement. La sortie de la porte ET 38 attaque une première entrée d'une porte NONOU 39, dont l'autre entrée est reliée au point l Oc entre les résistances 13 et 14 Ainsi, la sortie de la porte NON-OU 39 délivre un signal logique haut lorsque simultanément le point l Oc est mis à la masse M par court- circuit de la prise 6, et que la tension au point intermédiaire l Ob est en dehors de la fenêtre Une porte ET 40 vérifie la conjonction d'un niveau haut en sortie de la porte NON-OU 39 et de l'enfoncement du bouton poussoir 5 La sortie de la porte 40 délivre un signal d'inhibition, à travers une diode 41, sur la sortie de l'intégrateur 21. Ainsi, avec le cordon 7 en place et mettant à la masse M la pointe de touche 2, les témoins de signalisation 4 et 23 seront mis en action si, d'une part le détecteur 15 est en ordre, et d'autre part la chaîne de résistance 10 est en bon état. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit, mais en embrasse toutes les variantes d'exécution, dans le cadre des revendications. REVENDICATIONS 1 Contrôleur de tension électrique ( 1 >, du genre que l'on tient à la main pour déceler si une pièce conductrice est ou non reliée à une phase d'un réseau alternatif basse tension, comportant une chaîne de résistance ( 10) entre une pointe de touche de tension équipé d'un témoin optique ( 14) et/ou acoustique ( 23) et branché en entrée entre un noeud ( 10 a) de la chaîne de résistance et la masse (M), et des moyens ( 5) de test de fonctionnement, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen de commutation du niveau de seuil ( 18, 14) du circuit détecteur apte à compenser, en l'absence de cordon ( 7) de la mise à la terre, l'atténuation à l'entrée du circuit détecteur ( 15) introduit par ladite impédance de retour. 2 Contr 8 leur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de commutation est un court-circuit ( 8) d'un élément ( 14) de la porte de chaîne de résistance entre le noeud ( 10 a) et la masse (M). 3 Contr 8 leur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le courtcircuit ( 8) est intégré au cordon ( 7) entre deux contacts d'une fiche ( 8) terminant le cordon ( 7 > de mise à la terre, correspondant à la prise ( 6) du contrôleur. 4 Contrôleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit de détection ( 15) comporte un transistor VNOS ( 50) avec une grille reliée au noeud ( 10 a) de la chaîne de résistance, et une source reliée à travers une diode de détection ( 51) à un intégrateur ( 21), ce dernier couplé à un oscillateur ( 22) attaquant ledit témoin optique ( 4) et/ou acoustique ( 23) en sorte de lancer cet oscillateur ( 22) en réponse à une tension intégrée dépassant un seuil. Contrôleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit intégrateur ( 21) attaque un circuit de temporisation ( 54, 55) à durée d'enclenchement choisie, ce circuit de temporisation étant déclenché par retour de ladite tension intégrée au-dessous dudit seuil, et étant équipé d'un voyant ( 3) amorcé pendant la durée d'enclenchement. 6 Contrôleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de test de fonctionnement comportent: un commutateur à action manuelle ( 5), propre à appliquer une tension sur l'entrée du circuit détecteur ( 10 a) et en alimentation d'un comparateur à fenêtre ( 18 >; ce comparateur à fenêtre ( 18) étant relié à un point de ladite chaîne de résistance intermédiaire ( 1 Ob) entre la pointe de touche ( 2) et ledit noeud ( 1 Oa, et réglé pour délivrer un signal actif lorsqu'une tension à son entrée est comprise dans une fenêtre de tension centrée sur la valeur nominale de tension apparaissant au point intermédiaire ( 10 b) lorsque simultanément l'élément de partie de chaîne entre noeud ( 1 a O) et masse signal actif.