Brevet FR2726148A1 — publié le 19960426

SYSTEME DE CHAUFFAGE STABILISE EN TEMPERATURE, NOTAMMENT POUR SONDE D'AERONEF La présente invention concerne un procédé et un système électrique de chauffage du type utilisant un fil chauffant résistif alimenté par une souroe d'énergie électrique, applicable notamment au dégivrage des sondes d'aéronefs. La présente invention conoerne plus particulièrement un système de chauffage stabilisé en température sans intervention d'un détecteur de température. Les sondes (de pression statique, de pression totale,...) sont des dispositifs protubérants sur la peau d'un aéronef qui sont soumis pendant les phases de vol, et même au sol selon les conditions météorologiques, à des températures très basses. Pour éviter le givrage de oes dispositifs, qui entraverait leur bon fonctionnement, il est impératif de les équiper d'un système de chauffage, dont l'élément essentiel est un fil chauffant résistif alimenté par le réseau de l'aéronef. Un tel fil est bobiné à l'intérieur des sondes et peut atteindre une longueur de plusieurs mètres. Oes dispositifs de chauffage, généralement d'une puissance de plusieurs oentaines de watts, sont surdimensionnés pour être efficaces en toutes ciroonstances, notamment lorsqu'il est néoessaire d'assurer un dégivrage rapide des sondes peu avant le décollage. Par ailleurs, pur des raisons de coût et d'encombrement, il n'est généralement pas prévu de système de régulation de la température, car @ela néoessiterait l'ajout d'au moins un détecteur de température à l'intérieur des sondes. Ainsi, oes systèmes de chauffage fonctionnent toujours à pleine puissance, et dans certaines conditions, les sondes peuvent étre soumises à des températures très élevées entraînant à long terme une dégradation de leur fiabilité. Afin de pallier en partie cet inconvénient, il est connu d'utiliser des fils chauffants présentant un coefficient de résistivité en fonction de la température (CRT) assez élevé. La résistance électrique du fil augmentant au fur et à mesure que la température s'élève, le azurant traversant les fils diminue ainsi que, par conséquent, la puissance dissipée. Il s'agit là d'un phénomène d'autorégulation purement passif et d'efficacité limitée. D'autres solutions connues consistent à ajouter des systèmes de commutation par relais, permettant de limiter la puissance de réchauffage lorsque l'aéronef est au sol. Toutefois, malgré ces précautions, on constate que dans bien des cas, une fois les sondes dégivrées et pendant les quelques instants qui précèdent le décollage, leurs températures atteignent des valeurs trop élevées. Ainsi, un objet de la présente invention est de prévoir un procédé permettant de façon simple de contrôler le système de chauffage afin d'éviter un tel emballement thermique. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un système électrique de chauffage stabilisé en température, de coût et d'encombrement réduits, ne nécessitant pas l'ajout d'un détecteur de température à l'intérieur du dispositif à chauffer. Pour atteindre ces objets, la présente invention se base sur le fait que la valeur de la résistance électrique du fil de chauffage part être utilisée comme indicateur de la température du dispositif, à la condition que le fil présente un oeefficiett de résistivité en fonction de la température qui ne soit pas négligeable. Ainsi, la présente invention prévoit un procédé pour contrôler la température d'un dispositif chauffé au moyen d'un fil résistif alimenté par une source d'énergie électrique, le fil présentant un coefficient de résistivité en fonction de la température non négligeable, procédé consistant à utiliser la résistance électrique du fil chauffant comme un indicateur de la température du dispositif. Avantageusement, on compare la résistance électrique du fil à une valeur de référence, on annule ou on maintient à une valeur miniitun l'énergie d'alimentation lorsque la résistance du fil est srérieure à la valeur de référence, on maintient à une valeur maximum l'énergie d'alimentation électrique lorsque la résistance du fil est inférieure à la valeur de référence. Bien entendu, ces opérations devront être inversées si le fil présente un coefficient de température négatif. Mais, généralement, les métaux conducteurs utilisés dans la réalisation des fils de chauffage ont des coefficients de température positifs. Avantageusement, pour comparer la résistance du fil à une valeur de référence, on compare la tension électrique aux bornes du fil à une tension de référence. Quand la source d'énergie électrique est une source de tension, on dispose en série avec le fil une résistance de référence, et an compare la tension au point milieu du fil et de la résistance à la tension de référence. La présente invention concerne également un système électrique de chauffage utilisant un fil chauffant résistif alimenté par une source de tension d'alimentation, comprenant au moins une résistance de référence, peu sensible à la température, placée en série avec le fil chauffant, un interrupteur de dérivation monté en parallèle aux bornes de la résistance de référence, et des moyens de commande de l'interrupteur, agencés pour ouvrir l'interrupteur lorsque la résistance du fil est supérieure à une valeur de référence. Selon un mode de réalisation, les moyens de commande comprennent un comparateur recevant en entrée une tension de référence et une tension prievee entre le fil chauffant et la résistance de référence, ainsi qu'un circuit logique cadencé par une horloge, délivrant un signal de commande de l'interrupteur, et réalisant de façon cyclique une phase de lecture de la sortie du comparateur, de courte durée, au cours de laquelle le circuit logique ouvre l'interrupteur, et une phase de régulation, au cours de laquelle le circuit logique ferme w lasse ouvert l'interrupteur en fonction de l'état de sortie du comparateur. Selon un mode de réalisation, la tension de référence est délivrée par un pont diviseur de la tension d'alimentation, comprenant au nains deux résistances de référence. selon un mode de réalisation, un deuxième interrupteur est rii en série avec la résistance de référence, et commandé de manière à être fermé perdant les phases de lecture et ouvert pendant les phases de régulation. Ces Objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation Particulier de l'invention, faite à titre non limitatif, en relatian avec la figure jointe qui représente le schéma électrique d'un système de chauffage selon la présente invention, certains éléments étant représentés sous forme de blocs. La figure jointe représente le schéma électrique d'un système de chauffage 1 selon la présente invention, qui comprend tout d'abord, de façon classique, un fil résistif chauffant 2 de résistance R1 alimenté par une souroe de tension 3 délivrant une tension Va. selon l'invention, le fil 2 est monté en série avec une résistance de réferenoe 4 de valeur R2. La résistance 4 est placée ici entre une extrémité du fil 2 et le potentiel bas de l'alimentation, par l'intermédiaire d'un interrupteur électronique 1l, par exemple un transistor MOS de puissance. Un deuxième interrupteur 12 est connecté, en parallèle, aux bornes de l'ensemble comprenant l'interrupteur 11 et la résistance 4. Celle-ci présente un coefficient de résistivité en fonction de la température, ou CRr, aussi faible que possible. Inversement, le fil 2 est choisi pour présenter un CRT non négligeable, ici positif, par exemple de l'ordre de 40 10-4 K-1. A oe dispositif s'ajoute une source de tension de référence 5 delivrant une tension Vr.Cette source de tension prend ici la forme d'un pont diviseur de tension alimenté par la tension Va, comprenant deux résistances de référence 6, 7 de valeurs R3, R4 peu sensibles à la température. La tension Vr, prise entre ces deux résistances 6, 7, est appliquée sur l'entrée positive d'un comparateur 8, dont l'entrée négative reçoit une tension Vf prélevée au point milieu du pcnt diviseur fonte par le fil 2 et la résistance 4. La sortie du comparateur 8 est appliquée en entrée d'un circuit logique 9 piloté par un circuit 10 delivrant des impulsions d'horloge H.Ces impulsions sont de courte durée tl, relativement à leur période T (de rapport cyclique très inférieur à 1). Par exemple, t1 pourra de de l'ordre d'une centaine de millisecondes et T de l'ordre de 5 s. Enfin, le circuit logique 9 délivre deux signaux H1 et H2 qui commandent les interrupteurs 11 et 12. Dans ce qui suit, et dam un souci de simplicité, on ne décrira le circuit logique 9 que de manière fonctionnelle, sa réalisation pratique étant à la portée de 1 l'homme du métier et pouvant être faite de diverses manières : à partir de cellules logiques élémentaires, d'un cirouit à microprocesseur, etc. Le fonctionnement du système de chauffage 1 selon l'invention est résumé par le tableau ci-après. Phases de Il fermé (H = 1) et I2 ouvert (H2= 0) lecture du Sortie comparateur 0 1 comparateur 8 Signification Vf > Vr Vf Vr H = 1 Résistance du fil 2 Résistance du fil 2 faible élevée Fil pas assez chaud Fil trop chaud Phases de H1 0 0 régulation H2 1 O H = 0 Conséquences 11 ouvert, 12 fermé 1l ouvert, 12 ouvert Courant maximum dans Courant nul dans le fil 2 le fil 2 On chauffe On refroidit Phases de lecture de la sortie du comparateur Quand H = 1, et pendant le temps t1, le circuit 9 ferme l'interrupteur 11 (11 passant) et ouvre 12 (12 non passant). Un courant traverse donc le fil 2 et la résistance 4. Comme cette résistance est peu sensible à la température, et qu'au contraire le fil 2 présente un CRT positif non négligeable, la tension Vf va donc uniquement dépendre de la résistance du fil, donc de sa température.La température du fil étant elle-même représentative de la température ambiante régnant dans le milieu où est installé le fil de chauffage (par exemple une sonde d'aéronef), Vf va dépendre de la température ambiante. Par ailleurs, la source 5 qui delivre Vr est peu sensible à la température, et Vr peut être considérée comme invariante. Enfin, les résistances R2, R3 et R4 sont choisies de manière que l'éaalité entre les tensions Vr et Vf corresponde à une température de consigne du milieu ambiant que l'on ne souhaite pas dépasser (par exemple pour éviter une dégradation de la sonde d'aéronef). Quand cette température de consigne est atteinte, la résistance R1 du fil de chauffage prend une valeur particulière qui correspond à l'égalité suivante : R1/R2 = R3 4. Ainsi, si Vf est inférieur à Vr, la sortie du comparateur 8 est à 1. Cela signifie que le fil est trop chaud et que la température du milieu ambiant est supérieure à la consigne. Inversement, si la température ambiante est inférieure à la consigne, Vf sera supérieur à Vr, et la sortie du comparateur à 0. Phases de régulation Après chaque phase de lecture, lorsque H = O, et pendant un temps égal à T - tl, le circuit logique 9 va ouvrir I1 et laisser I2 ouvert si la sotie du comparateur était à 1 perdant la phase de lecture précédente. Dans le cas contraire, le circuit 9 va ouvrir I1 et fermer I2. L'homme du métier notera que l'interrupteur 11 n'est pas indispensable au système. En effet, si l'on supprime 11, le fonctionnement des phases de régulation est peu modifié, à condition de choisir une résistance R2 d'assez farte valeur. Dans oe cas, R2 est en court-circuit lorsque I2 est ferme (chauffage) et, lorsque I2 est ouvert (refroidissement), il reste un courant traversant le fil 2 et R2 mais celui-ci est faible, de scrte que le refroidissement se produit quand même. En Eh définitive, Cet interrupteur 11 I1 permet d'accélérer la vitesse de refroidissement du fil et de limiter la dissipation globale du circuit. L'homme du métier notera également que le système qui vient d'être décrit peut fonctionner aussi bien avec une source de tension alternative qu'une source de tension continue. Dans le cas d'une tension alternative présentant des valeurs maximum élevées, on pourra prendre la précaution, pour éviter de commuter des courants élevés qui généreraient des parasites, de synchroniser le signal d'horloge H à la tension d'alimentation. La synchronisation doit être faite de manière que le déclenchement des phases de lecture et des phases de régulation (c'est-àdire les instants où les interrupteurs sont commutés) ne se produise que lorsque la tension d'alimentation est faible au au voisinage de zéro. Enfin, il apparaîtra clairement à l'homme du métier que la présente invention est susceptible de nombreux modes de réalisations et perfectionnements. Par exemple, on pourrait mesurer la résistance du fil de diverses autres manières, par exemple en mesurant le courant traversant le fil au moyen d'un capteur de courant, d'une sonde à effet Hall,.. REVENDICATIONS 1. Procédé pour contrôler la température d'un dispositif chauffé au moyen d'un fil résistif (2) alimenté par une souroe d'énergie électrique (3), le fil présentant un coefficient de résistivité en faicticn de la température non négligeable, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser la résistance électrique du fil chauffant tomme un indicateur de la température du dispositif. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à - comparer (8) la résistance électrique du fil (2) à une valeur de référence, - arniler au maintenir à une valeur minimum l'énergie d'alimentation lorsque la résistante du fil est supérieure à ladite valeur de référence, - maintenir à une valeur maximum l'énergie d'alimentation électrique lorsque la résistance du fil est inférieure à ladite valeur de référence. 3. Procédé selon la revendication 2, caracté en ce que, pour comparer la résistance du fil à une valeur de référence, on compare la tension électrique aux bornes du fil (Vf) à une tension de référence (Vr). 4. Procède selan la revendication 3, caractérisé en oe que, quand ladite source d'énergie électrique est une source de tension (Va), pour comparer la la résistance du fil à une valeur de référence, on dise en série avec le fil (2) une résistance de référence (4), et an compare la tension (Vf) au point milieu du fil (2) et de ladite résistance (4) à ladite tension de référence (Vr). 5. Système électrique de chauffage (1) utilisant un fil chauffant rêsistif (2) alimenté par une source (3) de tension d'alimentation (Va), caractérisé en ce qu'il comprend : - au moins une resistanoe de référence (4), peu sensible à la température, placée en série avec le fil chauffant, - un interrupteur de dérivation (I2) monté en parallèle aux bornes de la résistance de référence (4), et - des moyens (5,6,7,8,9,10) de commande de l'interrupteur, agenoés pour ouvrir l'interrupteur lorsque la résistance du fil est supérieure à une valeur de reférenoe. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en oe que lesdits moyens de commande comprennent : - un comparateur (8) recevant en entrée une tension de référence (Vr) et une tension (Vf) prélevée entre le fil chauffant (2) et la résistance de référence (4), et - un circuit logique (9) cadencé par une horloge (10), delivrant un signal de commande (H2) de l'interrupteur (12), et réalisant de façon cyclique . une phase de lecture de la sortie du comparateur (8), de courte durée, au cours de laquelle le circuit logique (9) ouvre l'interrupteur (12), une phase de régulatisn, au cours de laquelle le circuit logique (9) ferme ou laisse ouvert l'interrupteur (12) en fonction de l'état de sortie du comparateur. 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite tension de référence (W) est délivrée par un pont (5) diviseur de la tension d'alimentation (Va), comprenant au moins deux résistances de référence (6,7). 8. Système selon l'une des revendication 6 et 7, caractérisé en oe qu'il comprend un deuxième interrupteur (11), disposé en série avec ladite résistance de référence (4), et commandé de manière à être fermé pendant lesdites phases de lecture et cuvert pendant lesdites phases de régulation. 9. Système selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que ladite tension d'alimentation (Va) est alternative, et en ce que ledit circuit d'horloge (10) est synchronisé à la tension d'alimentation de manière que le circuit logique (9) déclenche les phases de lecture et de régulation lorsque la tension d'alimentation est faible ou au voisinage de zero.