Brevet FR2883637A1 — publié le 20060929

Appareil pour l'enregistrement et l'affichage d'une grandeur physique L'invention a trait à l'enregistrement et l'affichage d'une grandeur physique détectée par une sonde, telle que la température, la pression, le taux d'humidité dans l'air, et concerne, suivant un aspect particulier, un appareil destiné à l'enregistrement et l'affichage d'une telle grandeur physique. De nombreuses activités requièrent l'emploi d'appareils de ce type. Citons à titre d'exemple les industries pharmaceutique et alimentaire où les normes d'hygiène et de sécurité exigent que soient contrôlées régulièrement des grandeurs telles que la pression et la température. Un tel appareil comprend généralement un support d'écriture, tel qu'une bande ou un disque de papier, qui défile en continu et sur lequel un stylet dont le mouvement, dépendant des variations de la grandeur physique mesurée, génère sur le support d'écriture un tracé rendant compte de ces variations. Il existe deux grandes familles d'appareils pour l'enregistrement et l'affichage de grandeurs physiques. Dans la première, les variations de la grandeur physique détectée modifient directement la configuration d'un équipage mécanique accouplé au stylet traçant. Ainsi, certains équipages mécaniques comprennent des chambres à gaz associées à des membranes accouplées au stylet et déplacées en fonction de la dilatation ou de la compression du gaz sous l'effet des variations de la grandeur physique. D'autres comprennent des lames bimétalliques qui, sous la dilatation différentielle des lames dont elles sont constituées, fléchissent ou se redressent en fonction des variations de la grandeur physique. D'autres encore font appel au changement d'état de fluides organiques ou, dans le cas des enregistreurs de pression (manomètres, profondimètres), à la déformation de tubes métalliques, appelés tubes de Bourdon. Les déformations mécaniques ainsi générées sont amplifiées - ou réduites - et transmises au stylet. Dans la seconde famille, les variations de la grandeur physique détectée sont traitées électroniquement. Ainsi, certains enregistreurs de température emploient, en tant que sonde, une thermistance qui, en fonction de la température, voit sa résistance varier suivant une loi prédéterminée, ces variations étant ensuite converties en mouvements mécaniques du stylet. Certains enregistreurs procèdent à une conversion électronique des signaux issus de la sonde, les variations étant enregistrées sous forme de données numériques, dans une mémoire interne ou externe - avant d'être exportées, via connectique, vers des imprimantes traçantes. Les enregistreurs de la première famille on pour principaux avantages leur simplicité et leur coût. Par contre, ils requièrent un étalonnage préalable à leur utilisation, ce qui les rend impropres à un usage spontané. En outre, ce type d'enregistreur doit être placé dans l'environnement où sont effectuées les mesures. Quant aux enregistreurs électroniques, s'ils ont pour avantages de permettre des mesures à distance dans des environnements volontiers agressifs tout en autorisant, au besoin, un enregistrement sur support mémoire des données mesurées, ils ont pour principal inconvénient leur coût et, de fait, leur inadaptation à la mesure locale d'une grandeur physique unique. L'invention vise à remédier aux inconvénients précités, en proposant un appareil enregistreur et afficheur des variations d'une grandeur physique détectée au moyen d'une sonde, qui soit à la fois précis, simple d'utilisation et économique. A cet effet, l'invention propose un appareil pour l'enregistrement et l'affichage d'une grandeur physique détectée par une sonde, cet appareil comportant: un boîtier; un support d'écriture monté mobile par rapport au boîtier; des moyens d'entraînement dudit support d'écriture par rapport au boîtier; un stylet monté mobile par rapport au boîtier pour l'inscription sur le support d'écriture d'un tracé caractéristique de la grandeur physique détectée; un moteur pas à pas ayant un arbre de sortie couplé, par l'intermédiaire d'une transmission, audit stylet; un processeur relié à la sonde et programmé, d'une part, pour réguler la position angulaire dudit arbre de sortie en fonction des variations de la grandeur physique détectée et, d'autre part, pour recaler angulairement l'arbre de sortie à réception d'un signal de recalage; un repère rotatif solidaire de l'arbre de sortie; un capteur relié au processeur et agencé pour détecter un passage du repère rotatif dans une position zone tampon dans laquelle ces conservées dans l'hypothèse par exemple d'une coupure de courant, ou dans l'hypothèse où les informations sont ensuite transmises, notamment pour lecture, à un système informatique externe. Suivant un mode de réalisation, le capteur est un capteur optique. Quant au repère, il se présente par exemple sous la forme d'un disque muni d'une entaille. angulaire délivrer subséquemment au processeur le recalage. Le processeur d'enregistrement des physique, et forme informations peuvent prédéterminée de l'arbre de sortie et une être assure ainsi une fonction informations issues de la mesure signal de En outre, le processeur peut comprendre des moyens d'écriture programmés pour inscrire dans une zone mémoire: - une valeur courante, caractéristique de la position angulaire courante supposée de l'arbre de sortie, et - à réception du signal de recalage, une valeur de recalage remplaçant la valeur courante, caractéristique de la position angulaire prédéterminée détectée par le capteur. On procède ainsi à la régulation en rotation d'un moteur pas à pas sans qu'il soit nécessaire, comme cela est le cas dans les applications classiques, d'avoir recours à un couple codeur/incrémenteur. La transmission comporte par exemple une vis solidaire de l'arbre de sortie, en prise avec un écrou solidaire du stylet. Suivant un mode de réalisation, le stylet est monté pivotant par rapport au boîtier. Par ailleurs, les moyens d'entraînement du support d'écriture peuvent comporter un moteur pas à pas ayant un arbre de sortie couplé, par l'intermédiaire d'une transmission, audit support d'écriture, cette transmission comportant par exemple une vis solidaire de l'arbre de sortie, en prise avec une roue dentée solidaire du support d'écriture. Dans ces conditions, le support d'écriture peut être monté en rotation par rapport au boîtier. Suivant un autre aspect, l'invention propose un appareil pour l'enregistrement et l'affichage d'une grandeur physique détectée par une sonde, cet appareil comportant: - un boîtier; - un support d'écriture monté mobile par rapport au boîtier; - des moyens d'entraînement dudit support d'écriture par rapport au boîtier; - un stylet monté mobile par rapport au boîtier pour l'inscription sur le support d'écriture d'un tracé caractéristique de la grandeur physique détectée; - dans lequel les moyens d'entraînement du support d'écriture comportent un moteur pas à pas ayant un arbre de sortie couplé, par l'intermédiaire d'une transmission, au dit support d'écriture. Suivant encore un autre aspect, l'invention propose un appareil de régulation de la position d'un objet mobile, qui comporte: - un moteur électrique pas à pas ayant un arbre de sortie couplé, par l'intermédiaire d'une transmission, audit objet mobile; - un processeur programmé pour, d'une part, réguler la position angulaire de l'arbre de sortie en fonction d'un signal de commande et, d'autre part, recaler angulairement l'arbre de sortie à réception d'un signal de recalage; - un repère rotatif solidaire de l'arbre de sortie du moteur; - un capteur relié au processeur et agencé pour détecter un passage du repère rotatif dans une position angulaire prédéterminée de l'arbre de sortie et pour délivrer subséquemment au processeur le signal de recalage. D'autres aspects et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un appareil enregistreur et afficheur d'une grandeur physique détectée par une sonde; - la figure 2 est un schéma, partiellement cinématique, montrant la structure mécanique et électronique interne de l'enregistreur de la figure 1; la figure 3 est une vue de dessus, en arraché partiel, de l'appareil de la figure 1; - la figure 4 est une vue arrière, en arraché partiel, de l'appareil de la figure 1. Sur la figure 1 est représenté un appareil 1 pour l'enregistrement et l'affichage d'une grandeur physique dont on suppose, ci-après, qu'il s'agit de la température, bien qu'il puisse s'agir de toute autre grandeur physique requise (pression, hygrométrie, etc.). L'appareil 1 comprend une sonde 2 pour la mesure des variations de la température. La sonde 2 comprend par exemple une thermistance, c'est-àdire une résistance dont la valeur varie en fonction de la température. Qu'il s'agisse d'une thermistance du type CTN (à coefficient de température négatif) ou du type PTC (à coefficient de température positif) , la fonction reliant la résistance à la température mesurée est supposée connue, de manière qu'il soit possible grâce à cette corrélation d'enregistrer et d'afficher les variations détectées. Une telle fonction de corrélation est assurée par un programme inscrit dans un processeur qui sera introduit ci-après. Comme cela est visible sur les figures, l'appareil 1 comporte un boîtier 3 ayant une paroi frontale 4 sur laquelle est monté à rotation un support d'écriture 5, qui se présente en l'occurrence sous la forme d'un disque de papier muni d'une graduation pré-imprimée (non représentée). L'appareil 1 comprend également des moyens 6 d'entraînement du support d'écriture 5 par rapport au boîtier 3, qui seront décrits ultérieurement. Comme cela est visible sur la figure 1, l'appareil 1 comprend en outre un stylet 7 monté articulé sur la paroi frontale 4 du boîtier 3. Ce stylet 7 comporte un bras 8 qui, fixé par une première extrémité 9 à un axe de rotation 10 traversant la paroi frontale 4, porte à une deuxième extrémité 11, opposée à la première, une pointe traçante 12 en contact avec le support d'écriture 5 pour l'inscription sur celui-ci, au fur et à mesure de son défilement, d'un tracé 13 rendant compte des variations de la température. L'appareil 1 comporte également un moteur 14 pas à pas ayant un arbre de sortie 15 couplé au stylet 7, par l'intermédiaire d'une transmission 16 comprenant une vis 17 solidaire de l'arbre de sortie 15, en prise avec un écrou 18 solidaire du stylet 7. Plus précisément, afin de transformer en mouvement de rotation (dans un sens ou dans l'autre, Cf. les flèches A et B sur la figure 2) le mouvement translatif de l'écrou 18, celui-ci est relié au stylet 7 par l'intermédiaire d'un coulisseau 19 monté sur un manchon 20 fixé en rotation sur une extrémité 21 en forme de manivelle de l'axe 10 du stylet 7. Par ailleurs, l'appareil 1 comporte en outre un processeur 22 relié à la sonde 2 et programmé pour réguler la position angulaire du moteur 14 en fonction des variations de temperature, de manière à réguler conséquemment la position angulaire du stylet 7. Comme cela est représenté de manière schématique sur la figure 1, le processeur 22 comme le moteur 14 sont alimentés en courant via des câbles électriques 23, 24 raccordés au secteur par une connectique 25 appropriée. On part du principe que la variation angulaire AQs du stylet 7 est proportionnelle à la variation de température AT détectée par la sonde 2. Si l'on note K le coefficient de proportionnalité, on a la relation suivante: AS =KÉAT (1) par ailleurs, la variation angulaire AQs du stylet 7 est proportionnelle à la variation angulaire AQM de l'arbre de sortie 15. Si l'on note R le coefficient de proportionnalité, appelé rapport de transmission, on a la relation suivante: OS2s =RÉAçàm (2) De sorte qu'au total la variation angulaire AQM de l'arbre sortie 15 est proportionnelle à la variation de température suivant la relation suivante: AS2,, RÉOS2T (3) Le processeur 22 est donc programmé pour réguler la position angulaire du moteur 14 (c'est-à-dire de l'arbre de sortie 15) suivant la relation (3). Comme cela est représenté sur la figure 1, la course angulaire du stylet 7 est limitée, une position intermédiaire du stylet 7 étant représentée en traits forts tandis que les deux positions extrêmes possibles (suivant le sens de défilement du support d'écriture) sont représentées en traits mixtes; compte tenu du sens de défilement antihoraire retenu ici, défini par la flèche F sur la figure 1, la position extrême correspondant au mode de réalisation illustré est celle dans laquelle le stylet 7 est parallèle à un bord supérieur 26 de la paroi frontale 4. L'emploi d'un moteur pas à pas 14, outre qu'il se révèle économique, permet de réguler de manière précise et fiable la position angulaire de l'arbre de sortie 15 (et par voie de conséquence la position angulaire du stylet 7). Le processeur 22 comprend quant à lui une zone mémoire dans laquelle est inscrite, à l'aide de moyens d'écriture appropriés programmés à cet effet, à chaque modification de la position angulaire de l'arbre de sortie 15, une valeur courante caractéristique de la position angulaire courante supposée de cet arbre 15. Ainsi, à la mise en route de l'appareil 1, est inscrite en tant que valeur courante: soit une valeur arbitraire d'origine (par exemple la valeur zéro) ; soit la valeur mémorisée au moment de la précédente mise hors tension de l'appareil 1 et gardée en mémoire au moyen d'une source de tension de secours telle qu'une pile (non représentée) reliée électriquement au processeur 22. Dans un cas comme dans l'autre, il peut y avoir un 10 décalage entre la position angulaire supposée de l'arbre de sortie 15 et sa position réelle, dans la mesure où : dans le premier cas, la valeur arbitraire d'origine peut ne pas correspondre à la position angulaire dans laquelle était resté l'arbre de sortie 15, et dans le deuxième cas, la température peut avoir évolué de sorte à ne plus correspondre à la position angulaire courante de l'arbre 15, telle que mémorisée avant la mise hors tension de l'appareil 1. A cet effet, l'appareil 1 comporte des moyens 27 de recalage de l'arbre de sortie 15, permettant, au cours d'une révolution complète de l'arbre de sortie 15, de détecter une position angulaire prédéterminée de celui- ci et de corriger le cas échéant la valeur correspondante inscrite en mémoire, un but étant d'éviter que le stylet 7 ne soit entraîné par le moteur 14 au-delà de sa position extrême admise, ce qui endommagerait l'appareil 1. Plus précisément, comme cela est visible notamment sur la figure 2, l'appareil 1 comporte, d'une part, un repère 28 rotatif solidaire de l'arbre de sortie 15, sous la forme en l'occurrence d'un secteur angulaire (il pourrait également s'agir d'un disque muni d'une entaille), et, d'autre part, un capteur 29 optique comprenant une partie émettrice 29A et une partie réceptrice 29B d'un signal 20 optique, disposées en regard, de part et d'autre du secteur 28. Au passage d'un bord 30 du secteur angulaire 28 sur le trajet du signal optique, correspondant à une position angulaire prédéterminée de l'arbre de sortie 15, le capteur 29 détecte ce passage et transmet subséquemment au processeur 22 un signal de recalage. A réception du signal de recalage, le processeur 22 recale angulairement l'arbre de sortie 15, c'est-à-dire qu'il inscrit en mémoire une valeur de recalage correspondant à cette position angulaire prédéterminée (détectée) de l'arbre de sortie 15, à la place le cas échéant (c'est-à-dire lorsqu'elle est différente) de la valeur existante correspondant à la position angulaire supposée de l'arbre 15. Quant aux moyens 6 d'entraînement du support d'écriture 5, ils comportent également un moteur 31 pas à pas dont l'entraînement est commandé par le processeur 22, ce moteur ayant un arbre de sortie 32 couplé au support d'écriture 5, par l'intermédiaire d'une transmission 33 comprenant une vis 34 solidaire de l'arbre de sortie 32, en prise avec une roue dentée 35 solidaire du support d'écriture (figure 4). Alimenté en continu sous la commande du processeur 22, le moteur pas à pas 31 est mû en rotation de manière régulière et constitue ainsi la base temporelle employée pour l'enregistrement et l'affichage de la grandeur physique détectée (en l'occurrence la température), la fréquence d'horloge étant fournie par le processeur 22. Il en résulte une grande simplicité de fabrication de l'appareil 1, et ce à coût réduit sans nuire à sa fiabilité. L'alimentation du moteur pas à pas 31 est assurée par le secteur, via un câble électrique 36 muni d'une connectique 37 appropriée. Bien qu'appliqués à un appareil agencé pour l'enregistrement et l'affichage d'une grandeur physique détectée, les principes évoqués cidessus peuvent être appliqués plus généralement à tout appareil de régulation de la position d'un objet mobile (il s'agit en l'occurrence d'un stylet mais il pourrait s'agir, par exemple, d'un indicateur tel qu'un doigt pivotant ou un curseur coulissant disposé en regard d'une graduation). On notera que le processeur 22 peut être programmé pour enregistrer la grandeur mesurée non seulement de manière immédiate, mais également de manière à pouvoir conserver les valeurs enregistrée sur une durée prédéterminée (par exemple une semaine ou plus), chaque mesure étant couplée à l'instant auquel celle-ci a été effectuée (jour, heure, minute, seconde). Afin de permettre la conservation des données, une alimentation autonome (telle qu'une pile longue durée) peut être prévue pour l'alimentation de secours du processeur 22 en cas de coupure de courant. Dans l'hypothèse d'une coupure de courant suivie d'un retour du courant, le processeur 22, dont l'alimentation n'a pas été interrompue, peut être interrogé pour la restitution des données conservées en mémoire depuis la coupure, de manière notamment à en obtenir un tracé sous l'action des moteurs pas à pas. A titre subsidiaire, les capacités d'enregistrement du processeur 22 peuvent être mises à profit pour traiter les données mémorisées depuis un système informatique externe, auquel connectera le processeur via une connexion ad hoc, en vue par exemple d'établir des tableaux et des courbes à partir de ces données. REVENDICATIONS 1. Appareil (1) pour l'enregistrement et l'affichage d'une grandeur physique détectée par une sonde (2), cet appareil comportant: -un boîtier (3) ; - un support d'écriture (5) monté mobile par rapport au boîtier (3) ; - des moyens (6) d'entraînement dudit support d'écriture (5) par rapport au boîtier (3) ; - un stylet (7) monté mobile par rapport au boîtier (3) pour l'inscription sur le support d'écriture (5) d'un tracé (13) caractéristique de la grandeur physique détectée; - un moteur pas à pas (14) ayant un arbre de sortie (15) couplé, par l'intermédiaire d'une transmission (16), audit stylet (7) ; - un processeur (22) relié à la sonde (2) et programmé, d'une part, pour réguler la position angulaire dudit arbre de sortie (14) en fonction des variations de la grandeur physique détectée et, d'autre part, pour recaler angulairement l'arbre de sortie (15) à réception d'un signal de recalage; - un repère rotatif (28) solidaire de l'arbre de sortie (15) ; - un capteur (29) relié au processeur (22) et agencé pour détecter un passage du repère rotatif (28) dans une position angulaire prédéterminée de l'arbre de sortie (15) et délivrer subséquemment au processeur (22) le signal de recalage. 2. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le processeur (22) est programmé pour enregistrer des données liées aux variations de la grandeur physique mesurée, et pour restituer ces données ultérieurement. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le capteur (29) est un capteur optique. 4. Appareil selon la revendication 3, dans lequel ledit repère (28) se présente sous la forme d'un secteur angulaire ou d'un disque muni d'une entaille. 5. Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le processeur (22) comprend des moyens 10 d'écriture programmés pour inscrire dans une zone mémoire: - une valeur courante, caractéristique de la position angulaire courante supposée de l'arbre de sortie (15), et - à réception du signal de recalage, une valeur de recalage remplaçant la valeur courante, caractéristique de la position angulaire prédéterminée détectée par le capteur (29). 6. Appareil selon l'une des revendications 1 à 5, 20 qui comprend une alimentation autonome de secours du processeur (22). 7. Appareil selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la transmission (16) comporte une vis (17) solidaire de l'arbre de sortie (15), en prise avec un écrou (18) solidaire du stylet (7). 8. Appareil selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le stylet (7) est monté pivotant par rapport au boîtier (3). 9. Appareil selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel les moyens (6) d'entraînement du support d'écriture (5) comportent un moteur pas à pas (31) ayant un arbre de sortie (32) couplé, par l'intermédiaire d'une transmission (33), audit support d'écriture. 10. Appareil selon la revendication 9, dans lequel la transmission (33) comporte une vis (34) solidaire de l'arbre de sortie (32), en prise avec une roue dentée (35) solidaire du support d'écriture (5). 11. Appareil selon la revendication 9 ou 10, dans lequel le support d'écriture (5) est monté en rotation par rapport au boîtier (3). 12. Appareil (1) pour l'enregistrement et l'affichage d'une grandeur physique détectée par une sonde (2), cet appareil comportant: un boîtier (3) ; un support d'écriture (5) monté mobile par rapport au boîtier (3) ; des moyens (6) d'entraînement dudit support d'écriture (5) par rapport au boîtier (3), qui comportent un moteur pas à pas (31) ayant un arbre de sortie (32) couplé, par l'intermédiaire d'une transmission (33), audit support d'écriture (5) ; un stylet (7) monté mobile par rapport au boîtier (3) pour l'inscription sur le support d'écriture (5) d'un tracé (13) caractéristique de la grandeur physique détectée. 13. Appareil (1) de régulation de la position d'un objet mobile (7), qui comporte: un moteur électrique pas à pas (14) ayant un arbre de sortie (15) couplé, par l'intermédiaire d'une transmission (16), audit objet mobile (7) ; un processeur (22) programmé pour, d'une part, réguler la position angulaire de l'arbre de sortie (15) en fonction d'un signal de commande et, d'autre part, recaler angulairement l'arbre de sortie (15) à réception d'un signal de recalage; un repère rotatif (28) solidaire de l'arbre de sortie (15) du moteur (14) ; un capteur (29) relié au processeur (22) et agencé pour détecter un passage du repère rotatif (28) dans une position angulaire prédéterminée de l'arbre de sortie (15) et pour délivrer subséquemment au processeur (22) le signal de recalage.