CH656459A5

CH656459A5 - Appareil avertisseur de desetalonnage.

Info

Publication number: CH656459A5
Application number: CH1188/84A
Authority: CH
Inventors: Robin Andras Benedek; Ralph Georg Hollister
Original assignee: Johnson Matthey Plc
Priority date: 1983-03-11
Filing date: 1984-03-09
Publication date: 1986-06-30
Also published as: YU43784A; PT78231B; JPS59210336A; PT78231A; NL8400755A; SE8401350D0; KR840009019A; ES8503154A1; IE55085B1; IT8419961A0; FR2542446A1; CA1217950A; SE8401350L; US4721942A; GB8306764D0; DE3408960A1; IT8419961A1; IT1175445B; ES530489A0; BE899124A

Description

La présente invention a pour objet un appareil destiné à être utilisé avec un dispositif de mesure ou de référence, ledit appareil émettant un avertissement de désétalonnage suite à un usage prolongé du dispositif. L'invention est principalement conçue pour le désétalonnage d'un thermocouple ou capteur électrique travaillant à des températures élevées ou constantes.

On a trouvé que, quand un thermocouple est installé, par exemple dans un four, sa sortie électrique, en fonction de la température, dérivera progressivement depuis les conditions initiales d'étalonnage en fonction de la durée pendant laquelle l'élément est soumis à des températures élevées et de l'importance de ces températures. Par le passé, on a remplacé les thermocouples à des intervalles de temps réguliers en se basant simplement sur les expériences antérieures ou sur le fait, dans le cas d'un four, qu'un bain de produit a été perdu suite à une dérive du thermocouple à des températures de traitement hors des limites. Il est bien connu d'obtenir un avertissement de désétalonnage des thermocouples à l'aide d'un calculateur relié à une série de thermocouples en programmant ce calculateur pour créer un comptage numérique d'étalonnage pour chaque couple basé sur le nombre de cycles de chauffe auxquels a été soumis le thermocouple et sur la température maximale atteinte au cours de chaque cycle. Un inconvénient de ce système réside dans le fait que, bien qu'il fournisse une méthode définie pour prédire une dérive prédéterminée de l'étalonnage, il nécessite l'utilisation d'un calculateur et de circuits d'interface.

Un objet de la présente invention est de fournir un appareil avertisseur de désétalonnage relativement simple et plus adapté à l'usage pour un seul thermocouple.

Un autre objet de la présente invention, un appareil avertisseur pour désétalonnage destiné à être utilisé avec un capteur électrique, comprend un dispositif indicateur analogique couplé avec un circuit de commande analogique, le circuit répondant à la sortie du capteur de sorte que, la lecture fournie par le dispositif indicateur soit fonction, à la fois de la sortie du capteur et du temps écoulé.

Selon un autre objet encore de l'invention, un dispositif avertisseur de désétalonnage, destiné à être utilisé avec un capteur ou un dispositif de référence électrique, comprend un dispositif indicateur couplé avec un circuit de commande analogique disposé pour fournie une lecture d'indicateur qui est à la fois fonction de la température de fonctionnement du capteur ou du dispositif de référence et du temps total d'utilisation du capteur ou du dispositif de référence.

L'invention va maintenant être décrite à l'aide d'exemples en se référant aux dessins annexés dans lesquels:

- la figure 1 est un schéma de circuit d'un module avertisseur qui peut être séparé et destiné à être connecté à un thermocouple tout au long de son utilisation et peut, par exemple, être incorporé dans le connecteur disposé à l'extrémité du thermocouple;

- la figure 2 est un schéma de circuit d'un module avertisseur pour utilisation avec un thermocouple qui travaille à une température sensiblement constante.

En se référant à la figure 1, le module présente un adapteur à haute impédance d'entrée 1 couplé avec un thermocouple simple 2 à haute température et une chaîne amplificatrice présentant à la fois des caractéristiques de gain linéaire et exponentiel et d'atténuation engendrant un courant de sortie Io qui dépend de la tension Vt du thermocouple selon la relation

Io = aebVT

Ce courant est amené à un indicateur de temps écoulé connu 6, comme par exemple, un indicateur du type présentant une goutte d'électrolyte séparant deux colonnes de mercure dans un tube de verre. De tels indicateurs sont relativement peu coûteux et compacts. Quand passe un courant continu d'une colonne de mercure vers l'autre, à travers l'électrolyte, des ions mercure émigrent d'une colonne vers l'autre, déplaçant ainsi la goutte d'électrolyte le long du tube, proportionnellement à la charge électrique totale transmise depuis l'installation de l'indicateur.

La relation de gain

2

s

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

656459

Io = aebvT

est obtenue en amplifiant, tout d'abord, la tension de sortie de l'adaptateur 1 par un facteur b dans un amplificateur linéaire 3, en amenant cette tension amplifiée bVr à un amplificateur 4 ayant une caractéristique exponentielle pour obtenir une sortie ebVT, et ensuite en amplifiant à nouveau le signal pour obtenir un courant de sortie

Io = aebvT

passant à travers une résistance de charge 7 et arrivant à l'indicateur de temps écoulé 6. La résistance de charge 7 sert à réduire à un niveau négligeable toute faible variation dans l'impédance de l'indicateur de temps écoulé.

On voit que le courant de sortie Io augmente exponentielle-ment avec Vt de sorte que la vitesse à laquelle la lecture de l'indicateur change est fonction de la vitesse à laquelle dérive l'étalonnage du thermocouple, une telle dérive étant plus élevée à des températures elles-mêmes relativement élevées.

Les constantes a et b peuvent être modifiées en changeant la valeur de la résistance 7 ou le gain des amplificateurs pour compenser les caractéristiques de dérive du thermocouple, de sorte que l'indicateur 6 atteigne l'extrémité de son échelle quand on considère que le thermocouple est bon à être remplacé ou réétalonné.

D'autres dispositifs pour définir et/ou pour correspondre à la charge totale passant à travers la résistance 7 pendant un temps donné, peuvent être utilisés à la place ou en sus de l'indicateur 6. Un dispositif de ce type, utilisable comme indicateur 6 tel quel ou modifié, est celui dans lequel des avertissements visuels et/ou sonores sont donnés lorsqu'une valeur prédéterminée de charge ayant passé à travers la résistance 7 est atteinte.

On utilisera, de préférence, des amplificateurs fonctionnant en C-MOS pour s'assurer qu'un usage courant des batteries permet d'atteindre une durée de vie utile d'au moins un an. Des exemples de dispositifs adéquats sont ceux connus commercialement sous les références ICL7611 DCPA et TCL 251, ces deux dispositifs présentant les hautes impédances d'entrée nécessaires supérieures à 10 Ohms et des courants au repos ajustables vers le bas jusqu'à 10 microampères.

La présente invention s'applique également à des thermocouples dits «à profil» qui sont utilisés essentiellement dans l'industrie des semi-conducteurs où une mesure précise des températures est essentielle et qui travaillent, généralement, à une température prédéterminée unique. Pour de tels thermocouples, des étages d'amplification linéaire et l'étage d'expérimentation peuvent être éliminés tout en obtenant un avertissement raisonnablement précis dans une bande étroite de températures de fonctionnement, comme par exemple, une température à ± 25°C près. Ce module avertisseur est, dans ce cas d'application, relié à l'un des thermocouples dits «à profil».

5 On a fait référence, ci-dessus, à une équation exponentielle, mais on comprendra que l'on peut également se référer à d'autres équations comme, par exemple, à des polynômes de forme générale dans laquelle:

te est le temps écoulé; et

15

T la température à laquelle travaille le couple pendant ce temps.

La figure 2 est un schéma de circuit de module avertisseur pour utilisation avec un thermocouple travaillant sensible-20 ment à température constante. Les désignations de référence de composants de circuits sont prises dans le «Catalogue des Pièces Détachées de Radio» et les valeurs particulières indiquées sont données à titre d'exemple. Le module de la figure 2 comprend un indicateur de temps écoulé 6A qui peut être, 25 comme dans le cas du module avertisseur de la figure 1, un indicateur à mercure.

Le circuit de la figure 2 est essentiellement une horloge préréglable destinée à travailler lorsque l'entrée provenant du thermocouple 2A (référence TLCICP) dépasse, pour fixer les 30 idées, 2mV. Le thermocouple est monté comme on le voit dans un circuit avec une source d'alimentation P, un amplificateur 3 (amplificateur C-MOS à faible courant) un transistor 4A (référence 2 N3705), une source de courant programmable 7A (référence LM 334Z) et des résistances d'ajustage 35 de courant RI et R2, comme indiqué sur la figure.

L'amplificateur 3A fonctionne en mode «à boucle ouverte» et présente, ainsi, une caractéristique de gain élevé. Quand une tension de plus de 2mV est appliquée aux bornes d'entrée de l'amplificateur 3 A, celui-ci sature et alimente le 40 transitor 4A. L'alimentation est alors amenée à l'indicateur à mercure 6 A et l'intensité est limitée par la source de courant programmable 7A et est ajustée de façon appropriée par les résistances de réglage de courant RI et R2.

Comme indiqué précédemment, l'indicateur 6 peut être 45 modifié de façon à donner des avertissements visuels et/ou sonores. A cette fin, un circuit auxiliaire peut être incorporé qui déclenche un dispositif d'affichage. Ce dispositif d'affichage peut être un LED, un LCD ou un affichage électrochromatique. En variante, le circuit auxiliaire peut déclen-50 cher une alarme sonore.

10 Io = f(tc) ou Io = f(T, te)

b

1 feuille dessins

Claims

656459 REVENDICATIONS

1. Appareil avertisseur de desétalonnage d'un dispositif de référence électrique ou d'un capteur électrique, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif indicateur analogique couplé avec un circuit de commande analogique, ce circuit répondant à la sortie du capteur ou dispositif de référence électrique de sorte que la lecture fournie par le dispositif indicateur soit fonction, à la fois de la sortie du capteur ou du dispositif de référence électrique et du temps écoulé.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le capteur électrique est un thermocouple.

3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comprend un adapteur couplé avec le thermocouple et un amplificateur fournissant une sortie dépendant de la tension de sortie du thermocouple.

4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'amplificateur présente des caractéristiques de gain linéaire et exponentiel fournissant un courant de sortie Io qui dépend de la tension de sortie du thermocouple Vt selon la relation

Io = aehVT

dans laquelle:

a et b sont des constantes.

5. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le dispositif indicateur est un indicateur à mercure.

6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un circuit d'horloge préréglable et qui fonctionne quand l'entrée provenant du capteur électrique excède une valeur prédéterminée.

7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le capteur électrique est un thermocouple.

8. Appareil selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé par le fait que le circuit comprend un amplificateur à gain élevé couplé avec un système de transmission travaillant à saturation de l'amplificateur et des moyens de limitation de l'intensité du courant amené au dispositif indicateur.

9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les moyens de limitation de l'intensité sont constitués par une source de courant programmable et des résistances de réglage associées.

10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé par le fait que la lecture d'indicateur se présente sous forme d'un affichage visuel.

11. Appareil selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'il comprend un circuit auxiliaire incluant un affichage LED, LCD ou électrochromatique.

12. Appareil selon la revendication 11, caractérisé par le fait que le circuit auxiliaire comprend une unité d'alarme sonore.