Brevet FR2811756A1 — publié le 20020118

L'invention concerne un procédé et un dispositif de mesure de la tem- pérature de l'air dans un local, par exemple dans un habitacle d'un véhicule automobile. Les climatiseurs automatiques des véhicules automobiles utilisent des informations fournies par des capteurs afin d'élaborer un programme d'injec- tion d'air de climatisation dans l'habitacle du véhicule automobile, pour assu- rer aux passagers du véhicule, un bon niveau de confort thermique. Les moyens utilisés pour commander l'injection d'air de chauffage ou de climatisation dans l'habitacle du véhicule automobile comportent des sondes de mesure fournissant des informations liées à la marche du véhi- cule automobile (par exemple la température d'eau du moteur du véhicule, de l'évaporateur, de l'air soufflé dans l'habitacle ou encore la vitesse du vé- hicule), ou encore des informations liées aux conditions climatiques régnant dans la zone o l'on utilise le véhicule automobile (par exemple la tempéra- ture extérieure ou l'ensoleillement). Parmi les informations liées au véhicule automobile, la température de l'air dans l'habitacle du véhicule est une donnée fondamentale pour défi- nir le programme d'injection d'air de chauffage ou de climatisation dans l'ha- bitacle et assurer ainsi le niveau de confort nécessaire aux passagers du véhicule automobile. Il est nécessaire d'utiliser, pour mesurer la température de l'air à l'inté- rieur de l'habitacle, au moins un capteur constitué par une sonde de tempé- rature placée dans l'habitacle. Du fait que la température de l'habitacle n'est pas homogène, la tem- pérature de l'air près des parois de l'habitacle étant souvent très différente de la température au milieu de l'habitacle, on doit associer au capteur de température qui est placé sur une paroi de l'habitacle, un motoventilateur qui a pour rôle de brasser l'air de l'habitacle autour du capteur. On obtient ainsi une mesure de température qui est plus représentative de la température moyenne de l'air à l'intérieur de l'habitacle. Toutefois, le coût de l'ensemble constitué par le ventilateur et le cap- teur est relativement élevé, pour obtenir une simple mesure de température. En outre, le motoventilateur est équipé d'une grille pour pouvoir aspirer l'air à l'intérieur de l'habitacle, cette grille entraînant certaines contraintes de style dans la réalisation de l'habitacle du véhicule. Les stylistes chargés de la conception esthétique de l'habitacle doivent intégrer au mieux cette grille dans l'une des parois. De manière générale, dans le cas d'un local quelconque, par exemple un local d'habitation, il peut être nécessaire de mesurer une valeur repré- sentative de la température de l'air dans le local, par exemple pour assurer la commande d'un climatiseur, par des moyens simples et peu coûteux pou- vant être facilement intégrés à une paroi du local. Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de mesure de la température de l'air dans un local, par exemple dans un habitacle d'un véhicule automobile, qui puisse être réalisé par des moyens peu coûteux et facilement intégrables dans une paroi du local, tout en fournissant à tout instant une valeur de la température dans le local parfaitement représenta- tive de la température moyenne de l'air dans le local. Dans ce but: - on mesure un premier flux thermique (D sur un premier capteur de flux thermique disposé dans le local, - on règle la température T2 d'un second capteur de flux thermique disposé dans le local à une valeur différente d'une température T1 du pre- mier capteur de flux thermique, par l'un au moins d'un apport ou d'un prélè- vement de chaleur sur le second capteur, - on mesure un second flux thermique (2 sur le second capteur de flux thermique, - on mesure les température T1 et T2 du premier et du second cap- teurs, respectivement, et - on calcule, à partir du premier et du second flux thermique 1i, (:2 et des températures T1, T2 du premier et du second capteurs, la température de l'air dans le local. L'invention est également relative à un dispositif de mesure de la température de l'air dans un local, par exemple dans un habitacle d'un véhi- cule automobile comportant à l'intérieur du local - un premier capteur de flux thermique de mesure d'un premier flux thermique 1Di sur le premier capteur, un second capteur de flux thermique de mesure d'un second flux thermique (t2 sur le second capteur, - I'un au moins d'un moyen d'apport et d'un moyen de prélèvement de chaleur sur le second capteur commandé pour régler la température du se- cond capteur à une valeur différente de la température du premier capteur, - des moyens de mesure de la température du premier et du second capteurs, et - un module de calcul de la température de l'air dans le local à partir du premier et du second flux thermiques et des températures du premier et du second capteurs. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple, en se référant à la figure jointe en annexe, un mode de réali- sation du procédé et du dispositif de mesure suivant l'invention utilisé pour mesurer la température dans l'habitacle d'un véhicule automobile. La figure unique est une vue schématique d'un dispositif de mesure de la température de l'air dans l'habitacle d'un véhicule automobile, par le procédé de l'invention. Sur la figure, on a représenté le dispositif de mesure de la tempéra- ture de l'air dans l'habitacle d'un véhicule automobile désigné de manière générale par le repère 1. Le dispositif de mesure de température 1 comporte un support 2 qui peut être constitué par une plaque ou une feuille de faible épaisseur qui peut être fixée sur une paroi 3 de l'habitacle 4 du véhicule automobile. Le support 2 qui peut être souple ou rigide présente une forme plane ou toute forme courbe adaptée à la forme de la paroi 3 du véhicule automobile. Sur le support 2, sont disposés, de manière adjacente, un premier capteur de flux thermique 5 et un second capteur de flux thermique 6 de forme plate et présentant une surface de contact avec l'air dans l'habitacle 4 du véhicule automobile comprise entre quelques dizaines de millimètres car- rés et quelques dizaines de centimètres carrés. Par exemple, la surface des capteurs thermiques 5 et 6 peut être comprise entre 25 mm2 et 25 cm2. L'épaisseur des capteurs qui sont fixés, par exemple, par collage ou par sertissage sur le support 2 est sensiblement inférieure à 1 mm et par exemple inférieure à 0,3 mm. De tels capteurs de flux thermiques sont constitués par des éléments thermoélectriques répartis suivant la surface du capteur et comportent au moins un thermocouple permettant de mesurer la température du capteur. Le flux thermique reçu ou libéré par le capteur dans le milieu ambiant est mesuré sous la forme d'une tension prélevée aux bornes du capteur. Comme capteurs de flux thermique 5 et 6, on peut utiliser, par exem- pie, des capteurs de flux thermique CAPTEC, référence 300, de la société Captec Entreprise. De tels capteurs permettent de mesurer des flux thermiques échan- gés avec le milieu extérieur avec une précision de + 0,1 W/m2 et la tempé- rature du capteur avec une précision de + 0,1 C. Le capteur de flux thermique 5 est fixé directement sur le support 2 du dispositif de mesure 1, par exemple par collage. Le second capteur de flux thermique 6 est fixé dans une disposition adjacente au premier capteur de flux thermique 5 par l'intermédiaire d'une résistance de chauffage 7 fixée, par exemple par collage sur le support 2. La résistance électrique 7 qui est réalisée sous la forme d'une plaquette de fai- ble épaisseur, par exemple d'une épaisseur sensiblement égale à l'épais- seur des capteurs de flux thermique 5 et 6, est fixée, par exemple par col- lage sur le support 2, le second capteur de flux thermique 6 étant fixé sur la surface externe de la résistance 7. La résistance électrique 7 qui doit assurer le chauffage du second capteur de flux thermique 6, jusqu'à une température T2 différente de la température T1 du premier capteur de flux thermique 5, peut être constituée par une résistance métallique fixée ou noyée dans un support ayant la forme d'une plaquette. La résistance de chauffage 7 est reliée à un dispositif d'ali- mentation 8 en courant électrique régulé assurant le chauffage de la résis- tance 7 et du capteur de flux thermique 6 de manière que la température du second capteur 6 soit sensiblement constante et différente de la température T1 d'équilibre du premier capteur de flux thermique 5 avec le milieu ambiant. Le dispositif de mesure 1 comporte de plus un module électronique de calcul 10 auquel sont reliées, par des conducteurs électriques 9, les bor- nes de sortie du premier capteur de flux thermique 5, et par des conducteurs électriques 9', les bornes de sortie de mesure du second capteur de flux thermique 6. De plus, des conducteurs électriques 11 et 11' permettent de relier le thermocouple de mesure de la température T1 du premier capteur de flux thermique 5 et le thermocouple de mesure de la température T2 du second capteur de flux thermique 6, respectivement, au module électronique 10. De cette manière, le module électronique 10 reçoit une première ten- sion représentative du flux thermique (i du premier capteur de flux thermi- que 5, une seconde tension représentative du second flux thermique cD2 du second capteur de flux thermique 6 et deux tensions représentatives, res- pectivement, de la température T1 du premier capteur de flux thermique 5 et de la température T2 du second capteur de flux thermique 6. Les différentes tensions reçues par le module électronique 10 sont traitées par le module électronique de calcul, sous forme analogique ou nu- mérique, d'une part pour réguler le dispositif d'alimentation 8 en courant électrique de la résistance de chauffage 7 et d'autre part pour calculer un signal de température de l'air dans le local représenté de manière conven- tionnelle sous la référence 12 en sortie du module électronique 10. Le signal représentatif de la température T2 du second capteur 6 et le signal représentatif de la température T1 du premier capteur de flux thermi- que 5 sont utilisés par le module électronique 10 pour réguler le dispositif d'alimentation 8 de la résistance électrique 7, de manière que la température T2 du second capteur de flux thermique 6 soit sensiblement constante pen- dant les mesures et sensiblement différente de la température T1 du premier capteur de flux thermique 5. Le calcul de la température de l'air Ta dans l'habitacle 4 du véhicule automobile, à partir des flux (Dl et (2 et des températures T1 et T2 découle des formules donnants les flux mesurés par un capteur thermique, en fonc- tion de la surface de mesure et de la température du capteur et de la tempé- rature de l'air dans le local o est disposé le capteur. La formule (1) ci-dessous donne la valeur du flux (1D du premier cap- teur de flux thermique 5 et la formule (2) la valeur du flux mesurée par le second capteur de flux thermique (6). D = hSi. (Ti -Ta) (1) (2 = hS2 (T2 - Ta) (2) Dans les formules 1 et 2, (D1 et (D2 désignent, respectivement, les flux mesurés par le premier capteur 5 et par le second capteur 6, h est une constante dépendant du type de capteur utilisé et des caractéristiques de l'air du local, Si et S2 sont les surfaces de contact des capteurs de flux ther- mique 5 et 6, respectivement, T1 et T2 les températures des capteurs 5 et 6, respectivement, et Ta, la température de l'air dans l'habitacle du véhicule automobile. Les flux sont généralement exprimés en W, la constante h, en W/ K.m2, les surfaces en m2 et les températures en K. Les capteurs 5 et 6 étant de type identique et soumis au même envi- ronnement, la constante h est la même dans le cas des deux capteurs 5 et 6 et les surfaces S1 et S2 sont égales. Dans ce cas, la température de l'air Ta dans l'habitacle du véhicule automobile peut être donnée par la formule 3 ci- dessous: T21>1- TI>2 Ta = T2, - T2 (3) On voit ainsi qu'on peut déterminer la température de l'air Ta dans l'habitacle du véhicule automobile à partir des flux (1D et ()2 et des tempéra- tures T1 et T2, dans la mesure o les flux (1D et D2 sont différents. Le maintien du second capteur de flux thermique 6 à une température T2 différente de la température T1 du premier capteur de flux thermique 5 permet d'assurer que les flux (1D et (:2 sont différents et qu'il est possible ainsi de déterminer la température de l'air Ta dans l'habitacle du véhicule automobile à chaque instant Le signal 12 représentatif de la mesure de la température de l'air Ta dans l'habitacle du véhicule automobile peut être utilisé pour commander un climatiseur assurant de bonnes conditions de confort dans l'habitacle du vé- hicule automobile. La bonne précision de mesure des capteurs de flux thermique ou fluxmètres 5 et 6 permet d'obtenir la température Ta avec une très bonne précision. En outre, le dispositif de mesure 1 utilisant des capteurs de flux ther- mique est mis en oeuvre sans utiliser de ventilateur de brassage de l'air du local au contact du dispositif de mesure, ce qui permet de limiter le coût du capteur. En outre, le dispositif de mesure 1 est de forme entièrement plate et présente une très faible épaisseur, de sorte qu'il est très facile d'intégrer le dispositif de mesure à une paroi d'un local tel que l'habitacle d'un véhicule automobile. Le dispositif est également plus fiable qu'un dispositif comportant un moto-ventilateur, dans la mesure o l'on s'affranchit du problème relatif à la fiabilité de fonctionnement du moto-ventilateur, pendant des périodes d'utili- sation de très longue durée. Dans le cas de l'utilisation d'un capteur selon I'art antérieur associé à un moto-ventilateur, il est également nécessaire de prévoir l'intégration de la grille d'entrée du ventilateur dans une paroi de l'habitacle du véhicule automobile, ce qui impose des contraintes pour le style de l'habitacle du véhicule automobile, du fait que la grille est visible. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit. C'est ainsi que la température T2 du second capteur thermique peut être réglée à une valeur inférieure ou supérieure à la température Tl du premier capteur de flux thermique 5. On peut utiliser une résistance électrique de chauffage telle que décrit plus haut ou un autre moyen de chauffage, ou encore un moyen de refroi- dissement du second capteur de flux thermique 6, qui est régulé pour main- tenir constamment la température du second capteur à une valeur T2 infé- rieure à la valeur de la température T1 du premier capteur de flux thermique. Dans le cas d'une résistance chauffante 7, le courant de chauffage d'intensité i fournissant de la chaleur par effet Joule dans la résistance élec- trique 7 peut être régulé à une valeur permettant de maintenir la température T2 à une valeur fixe, la régulation étant effectuée par le module électronique 10. Le procédé et le dispositif suivant l'invention s'appliquent à tout véhi- cule automobile comportant un habitacle dans lequel on désire assurer le confort de passagers. En particulier, le procédé et le dispositif suivant l'in- vention peuvent être utilisés pour régler le climatiseur de l'habitacle d'un vé- hicule automobile. L'invention peut être appliquée en dehors de la climatisation des véhi- cules automobiles et, par exemple, pour régler le chauffage et la climatisa- tion de bâtiments. REVENDICATIONS 1.- Procédé de mesure de la température de l'air dans un local (4) par exemple dans un habitacle d'un véhicule automobile, caractérisé par le fait: qu'on mesure un premier flux thermique ("i) sur un premier capteur de flux thermique (5) disposé dans le local (4), - qu'on règle la température (T2) d'un second capteur de flux thermi- que (6) disposé dans le local (4) à une valeur différente d'une température (T1) du premier capteur de flux thermique (5), par l'un au moins d'un apport ou d'un prélèvement de chaleur sur le second capteur (6) , - qu'on mesure un second flux thermique (02) traversant le second capteur de flux thermique (6), - qu'on mesure les température (T1) et (T2) du premier et du second capteurs (5, 6), respectivement, et - qu'on calcule, à partir du premier et du second flux thermique ("D, ó2) et des températures (T1, T2) du premier et du second capteurs (5, 6), la température de l'air (Ta) dans le local (4). 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on réalise le chauffage du second capteur de flux thermique (6) par une résis- tance électrique (7) dont l'alimentation en courant électrique (8) est régulée à partir de la mesure des températures (T1, T2) du premier capteur de flux thermique (5) et du second capteur de flux thermique (6). 3.- Procédé de mesure suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'on calcule la température (Ta) de l'air dans le T2cF1- Tl42 local (4) par la formule: Ta =T2, dans laquelle ("1) est le flux mesuré par le premier capteur de flux thermique (5), (02) est le flux mesuré par le second capteur de flux thermique (6), Tl est la température du premier capteur de flux thermique (5), et T2 est la température du second capteur de flux thermique (6). 4.- Procédé de mesure suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'on élabore un signal de mesure représentatif de la température (Ta) de l'air dans le local (4) et qu'on utilise le signal repré- sentatif de la température de l'air (Ta) pour commander un dispositif de cli- matisation du local (4), par exemple un climatiseur d'un habitacle (4) d'un véhicule automobile. 5.- Dispositif de mesure de la température de l'air dans un local (4), par exemple dans un habitacle d'un véhicule automobile, caractérisé par le fait qu'il comporte à l'intérieur du local (4): - un premier capteur de flux thermique (5) de mesure d'un premier flux thermique (1I), - un second capteur de flux thermique (6) de mesure d'un second flux thermique ( de chaleur sur le second capteur de flux thermique (6) commandé pour ré- gler une température (T2) du second capteur de flux thermique (6) à une valeur différente d'une température (T1) du premier capteur de flux thermi- que (5), - des moyens de mesure de la température du premier et du second capteurs (5, 6), respectivement, et - un module (10) de calcul de la température (Ta) de l'air dans le local (4) à partir du premier et du second flux thermiques (Di, (:2) et des tempé- ratures (T1, T2) du premier et du second capteurs. 6.- Dispositif de mesure suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que le premier capteur de flux thermique (5) et le second capteur de flux thermique (6) sont constitués sous la forme de plaquettes de faible épais- seur disposées de manière adjacente sur un support (2) lui-même fixé sur une paroi (3) du local (4), chacun des capteurs de flux thermique (5, 6) com- portant des bornes de sorties reliées par l'intermédiaire de conducteurs électriques (9, 9') à un module de calcul électronique (10), de manière à transmettre au module de calcul électronique (10) un signal de tension re- présentatif du premier flux thermique ("1) et du second flux thermique (ó2), respectivement, et un dispositif de mesure de température relié par un con- ducteur électrique (11, 11') au module électronique (10) pour transmettre au module électronique (10) un signal représentatif de la température (T1) , et de la température (T2), respectivement, du capteur de mesure de flux thermique (5, 6). 7.- Dispositif de mesure suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que le second capteur de flux thermique (6) est fixé sur une résistance électrique de chauffage (7), elle-même fixée sur le support (2) du dispositif de mesure (1), la résistance électrique de chauffage (7) étant reliée à un dispositif d'alimentation (8) en courant électrique régulé par le module de calcul électronique (10) pour maintenir le second capteur de flux thermique (6) à une température (T2) différente de la température (T1) du premier cap- teur de flux thermique (5).