Brevet FR2680002A1 — publié le 19930205

La présente invention concerne un dispositif électronique permettant de linéarîser la réponse des capteurs de température tels que les thermocouples. Le conditionnement de capteurs de température est généralement réalisé sans électronique de linéarisation. Une technique actuelle consiste en une interpolation linéaire de la caractéristique de transfert du capteur, mais cette méthode génère de grosses erreurs de linéarité pour certains points de mesure. D'autres réalisations exploitent la caractéristique de transfert du capteur sur de très petites plages de température, réduisant ainsi les erreurs de linéarité, mais nécessitant un très grand nombre de modèles polir balayer toute la gamme de température. I.a présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients. Un thermocouple directement en contact avec le milieu à mesurer génère une différence de potentiel suivant une loi non linéaire en fonction de la température. Les thermocouples J, K, T, S, B, E, R, N,... ont des caractèristiques température-tension bien définies suivant la norme NFC4232l et ses additifs, d'autres types de thermocouples sont utilisés sans être couverts par cette norme française, comme les types W suivi d'un indice caractéristique (ex: W5), les caractéristiques Température/Tension sont alors proposés par d'autres normes (par ex: normes étrangères DTN) ou par les fabricants eux-mêmes du thermocouple, mais touts ces thermocouples ont des réactions bien différentes les uns des autres. Il a donc été nécessaire de prévoir un système de linéarisation adaptable à tous les thermocouples et à toutes les plages de. température. Selon 1 invention, la caractéristique de transfert du thermocouple peut être linéarisée par segments de droites. le signal obtenu aux bornes du thermocouple est amplifié puis il traverse un résean de diodes-résistances et attaque enfin un générateur de courant à transistor qj est lui-même associé à un autre résean de diodes-résistances. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au ors de la description qui va su ivre des différents éléments de la figure I. La figure 1 représente le système de linéarisation associe à un ensemble transmetteur de boucle 4-20mA auto-alimenté par la boucle. Le thermocouple TC vient se raccorder sur le bornier BV1. Le fil positif du thermocouple arrive directement sur 1 entrée positive de l'amplificateur non-inverseur U2A, alors que l'âme négative retourne à la référence de l'amplificateur par lin- termédiaire d'une résistance R29 qui associée à R15 et U3 permet de réaliser la compensation de soudure froide. Le semiconducteur 113 directement moulé an niveau du connectenr d'entrée du thermocouple permet la prise de température ambiante. I.e gain donné par l'amplificateur U2A est programmable par modification de R18, il détermine la pente à l'origine. En sortie de cet amplificateur U2A, on attaque à la fois un premier module de linéarisation constitué de Dl, D2, R27, R28, R1, R2, et un étage amplificateur adaptateur d'impédance U2B. Le module de linéarisation Dl, D2, R27, R28, R1, R2 permet d'atténuer le coefficient de la pente à quatre niveaux différents et avec des coefficients d'atténuation ajustables grâce aux résistances R27, R8, R1, R2. En effet, on joue sur la caractéristique du seuil de conduction des diodes Dl, D2 pour effectuer des mises en parallèle des résistances R27, R28, R1, R2 sur R26. Tout ceci diminue la résistance équivalente et donc diminue le rapport de division des tensions en R25, R26. On peut ainsi régler suivant l'allure de la différence de potentiel des thermocouples, les valeurs R27, R28, R1, R2 afin de réaliser une première linéarisation. Ce signal est récupéré et amplifié une seconde fois par U2B qui réalise à la fois une adaptation d impédance. La sortie de U23 attaque un générateur de courant à transistor Q1. L'émetteur de ce transistor comporte un deuxième module de linéarisation constitué de D3, D4, R3, R4, R9. En suivant le même principe que pour le module précédent, les résistances R3, R41 R9sont mises en parallèle sur R7, R8, P2, dès que les seuils de conduction des d iodes D3, D4 sont atteints. Ceci revient à diminuer la valeur global de la résistance d'émetteur et donc à augmenter le courant généré. Ainsi, en ajustant les valeurs de R3, R4, R9 suivant les thermocouples et les plages de température recherchées on augmente à souhait le coefficient de la pente. L'ajustage du potentiomètre P2, por un même type de thermocouple, permet de linéariser la caractéristique de transfert sur des plages différentes de température. En effet, le potentiomètre de réglage P2 offre le net avantage de pouvoir régler la dynamique de mesure du thermocouple. Par exemple : un thermocouple K peut être linéarisé avec les mêmes composants de 0 à 1200 C ou de 0 à 750 C. Ainsi , l'association des deux modules de linérisation R?7, R28, Rl, R2, Dl, D2 et R3, R4, R9, D3, D4 permet de linéariser la caractéristique température-tension des thermocouples existants les plus utilisés, mais également par la la souplesse du principe peut linéariser les thermocouples moins couramment employés voire même expérimentaux ou présentant une caractéristique température/tension s'écartant d'une norme de référence. la présente invention peut être utilisée aussi bien comme indiqué sur la figure 1 en transmetteur de boucle 4-20mA mais aussi, dans les thermomètres à thermocouple directement associés à une visualisation par diodes électroluminescentes ou cristaux liquides, du paramètre température. REVENDICATIONS 1) Dispositif permettant de linéariser la caractéristique de transfert tension-température d'un thermocouple TC, caractérisé en ce qu'il comporte une compensation de soudure froide U3, R25, R29 une amplification du signal réalisée par U2, des diodes Dl, D2, D3, D4 associées aux résistances R27, R28, R2, Rl, R4, R3, R9 définissant les seuils de changement de pente des segments linéarisés. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte 2 modules faisant intervenir les seuils de conduction des diodes permettant de faire des mises en parallèle de résistances : 1 module permettant d'augmenter la pente D3, D4, R3, R4, R9 et un module qui permet de diminuer la pente D D2, R27, R28, R1, R2. 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte pour un même type de thermocouple un réglage de pente P2 permettant de linéariser la caractéristique de transfert sur différentes plages de température. 4) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la compensation de soudure froide est basée sur la prise de température ambiante à l'aide d'un semi-conducteur U3 directement moulé au niveau du connecteur d'entrée du thermocouple TC.