CH676049A5 - - Google Patents

Description

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CH 676 049 A5

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Description

La présente invention concerne un anémomètre à transducteur thermique directionnel destiné à mesurer le mouvement d'une masse de fluide qui entoure le transducteur, ou inversement le mouvement du transducteur par rapport à ce fluide. L'invention concerne spécialement des moyens de commande numérique pour l'excitation du transducteur et pour le traitement des signaux qu'il fournit.

En l'état actuel de la technique, il est bien connu d'utiliser des fils ou des films chauffés comme transducteurs dans un anémomètre. On peut trouver des exemples connus de transducteurs ou de capteurs thermiques pour anémomètres, ainsi que de leurs circuits de commande, dans les brevets US N° 3 363 462, 3 352 154, 3 604 261, 3 677 085,

3 900 819, 4 024761, 4 206 638, 4 279147 et

4 549 433.

La présente invention a pour but d'équiper un anémomètre thermique de moyens numériques de commande permettant l'excitation et le traitement des signaux d'un ou plusieurs transducteurs thermiques de l'anémomètre.

Dans un anémomètre à transducteur thermique selon la présente invention:

a) au moins un conducteur résistant de détection est connecté à un connecteur numérique/analogique duquel il reçoit sa tension d'excitation;

b) ledit conducteur résistant est également connecté à un convertisseur analogique/numérique formant un moyen de mesure et de détection d'un niveau fonctionnel du conducteur résistant; et c) le convertisseur numérique/analogique et le convertisseur analogique/numérique sont connectés tous deux à un calculateur numérique de manière à commander le réglage et la détection du niveau fonctionnel du conducteur résistant, ce calculateur numérique servant à calculer la puissance dissipée par le conducteur résistant dans un fluide entourant ce conducteur et à délivrer en conséquence des signaux de sortie correspondant à un ou plusieurs coefficients de transfert de chaleur qui sont calculés sur la base du fonctionnement de l'anémomètre thermique.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description suivante de différents exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés, dans lesquels:

la fig. 1 est une vue en perspective d'un transducteur thermique directionnel conçu de manière classique et utilisable dans un anémomètre selon la présente invention,

la fig. 2 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 2-2 de la fig. 1, dans la direction des flèches,

la fig. 3 est un schéma-bloc simplifié de l'excitation et du traitement des signaux d'un élément individuel de détection à dissipation thermique qui est actionné et commandé par un calculateur numérique,

la fig. 4 est un schéma-bloc simplifié de l'excitation et du traitement des signaux d'un transducteur

à deux éléments de détection du type illustré en fig. 1, commandé par un calculateur numérique assurant la commande et le traitement des signaux de plusieurs éléments de détection, et la fig. 5 représente une variante d'une partie de la fig. 4, comportant plusieurs éléments de détection selon ia fig. 1 qui sont connectés en série.

En référence aux dessins, et en particulier à la fig. 1, le numéro 20 désigne d'une manière générale un transducteur thermique directionnel utilisable dans un anémomètre réalisé selon les principes de la présente invention. Le transducteur représenté n'est qu'une forme de réalisation parmi d'autres qui peuvent être commandées au moyen des circuits décrits plus loin. Le transducteur 20 comporte deux éléments parallèles de détection 21a et 21b qui sont des éléments de détection par résistance. Ces éléments ont la forme de cylindres dont la longueur est nettement supérieure au diamètre. Par exemple, les éléments de détection 21a et 21b peuvent avoir un diamètre extérieur de 0,6 mm et une longueur totale de 25 mm, si bien que leur rapport longueur/diamètre est presque de 42/1. Comme on le voit sur les fig. 1 et 2, les éléments 21a et 21b sont matériellement distincts l'un de l'autre et ils sont liés mutuellement sur leur longueur par un adhésif 22 ou un autre moyen de liaison, bien qu'ils puissent aussi n'être liés l'un à l'autre qu'à chaque extrémité, pourvu qu'il ne subsiste aucun passage ouvert pour le fluide entre les deux éléments 21 a et 21 b. Ces deux éléments sont de construction semblable et il est souhaitable qu'ils soient aussi identiques que possible.

Le transducteur thermique directionnel 20 est construit de manière à être sensible principalement à l'écoulement d'un fluide (indiqué par la flèche F) transversalement au transducteur, dans le plan défini par les deux axes parallèles des éléments de détection 21a et 21b. La réponse est maximale pour un écoulement transversal perpendiculaire aux éléments 21a et 21b et elle est minimale pour un écoulement parallèle, c'est-à-dire suivant la longueur des éléments 21a et 21b. A l'aide d'un dispositif approprié d'excitation et de traitement des signaux, on peut déterminer directement la vitesse du fluide incident et le signe de son sens d'écoulement.

La fig. 2 est une vue en coupe transversale de la structure du transducteur 20 illustré en fig. 1, suivant la ligne 2-2 et dans la direction des flèches. On peut déterminer le signe du sens d'écoulement suivant la direction F en mesurant électriquement la variation des résistances relatives de chaque élément 21a et 21b, par comparaison dans un circuit pont équilibré, ou en comparant la puissance dissipée par chaque élément 21 a ou 21 b par rapport à son voisin si chacun d'eux est commandé séparément à température constante. On détermine la vitesse du fluide en mesurant l'amplitude du signal différentiel de sortie du circuit pont équilibré, qui varie approxi-mativment avec la racine quatrième des variations de vitesse, ou en mesurant la puissance dissipée par chaque élément 21a ou 21b maintenu à température constante.

La fig. 3 est un schéma simplifié représentant un dispositif d'excitation et de traitement des signaux

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d'un élément individuel de détection 21a dans un transducteur à dissipation thermique, à l'aide d'un calculateur numérique 70. Un calculateur numérique ou microprocesseur 70 est utilisé pour commander en 78 un convertisseur numérique/analogique 72 (convertisseur code numérique/tension ou courant) et un convertisseur analogique/numérique 76 (convertisseur tension/code numérique) qui servent respectivement à exciter en 73 l'élément résistif de détection 21a du transducteur et à prélever en 75 son signal de sortie pour le transmettre au microprocesseur 70. Celui-ci délivre en 79 des signaux de sortie qui peuvent être enregistrés, affichés, traités plus loin ou utilisés pour commander d'autres processus en temps réel ou retardé (hors ligne). Périodiquement ou apériodiquement, le microprocesseur 70 excite et lit les conditions de fonctionnement thermique de l'élément résistant de détection 21 a, en mesurant la puissance dissipée dans l'écoulement du fluide par cet élément quand il est chauffé. Les résultats calculés par le microprocesseur 70 sont fournis sur des bornes de sortie 79 et ils sont aussi utilisés sous une forme modifiée sur les lignes 71 qui le relient au convertisseur numérique/analogique 72, lequel fait fonctionner l'élément de détection 21 a au niveau prescrit par le microprocesseur 70. Des codes numériques représentatifs des niveaux de fonctionnement du transducteur sont délivrés en 71 au convertisseur numérique/analogique 72, sont convertis en des niveaux analogiques de tension ou de courant et sont délivrés en 73 à l'élément de détection 21a, dont le niveau de puissance est détecté en 75 et transmis au convertisseur analogique/numérique 76 qui délivre au microprocesseur 70 un code numérique en 77. L'élément 21 a peut être commandé rapidement pour fonctionner à n'importe quel niveau de puissance dans les limites possibles à la sortie du convertisseur numérique/analogique 72, et aussi longtemps que la puissance pouvant être absorbée par l'élément 21a n'est pas dépassée. Quand on l'actionne à un niveau de puissance très bas, on peut utiliser l'élément 21a comme un transducteur de détection de température, ce qui permet une mesure de la température ambiante du local. Quand on l'actionne à des niveaux de puissance élevés, un élément résistif de détection 21a à coefficient de température non nul remplit les fonctions d'un anémomètre, c'est-à-dire qu'il cède de la chaleur au fluide qui l'entoure en fonction de la vitesse de déplacement de ce fluide. Comme les puissances de fonctionnement sont toutes sous le contrôle du microprocesseur 70, qui peut les modifier pour les vitesses élevées, il est possible de résoudre des équations d'état à plusieurs inconnues de mécanique des fluides ou de thermique des fluides pour déterminer les coefficients de transfert de chaleur du transducteur 21a. On peut utiliser la résolution de systèmes d'équations simultanées à plusieurs inconnues pour déterminer, par exemple, les valeurs de la vitesse du vent, de la température de l'air, de la densité de l'air et autres en faisant fonctionner le transducteur 21a à une série de températures différentes.

La fig. 4 est un schéma simplifié représentant un dispositif d'excitation et de traitement des signaux d'un transducteur 20 à deux éléments de détection du type illustré en fig. 1, ce dispositif étant commandé et contrôlé par un calculateur numérique commandant le fonctionnement et la lecture de plusieurs éléments de détection 21a et 21b et même de plusieurs transducteurs 20. La fig. 4 est similaire à la fig. 3, si ce n'est l'addition d'un multiplexeur 74 (commutateur électronique ou électromécanique à canaux multiples) relié à deux ou plusieurs éléments de détection 21 a, 21 b et permettant de partager le fonctionnement du calculateur numérique 70 et des convertisseurs 72 et 76 entre plusieurs éléments de détection 21 a, 21 b, plusieurs anémomètres thermiques 20 ou d'autres formes de résistances pouvant être utilisées comme éléments de détection. N'importe quels capteurs à transducteurs résistifs peuvent être utilisés avec le circuit de la fig. 4, le transducteur représenté en fig. 1 étant représenté simplement comme un type de transducteur utilisable avec ce circuit. S'il commande par exemple deux éléments de détection 21a et 21b comme on l'a représenté, le circuit de la fig. 4 permet un procédé qui améliore le rapport signal/bruit du transducteur 20, en enclenchant et déclenchant alternativement chaque élément 21 a et 21 b par le circuit extérieur et en examinant la chaleur perdue dans le fluide par chaque élément 21 a et 21 b du transducteur en série plutôt qu'en parallèle. Il en résulte immédiatement une réduction de 50% de la puissance nécessaire pour l'excitation. On peut donner une puissance plus grande et recevoir un signal plus grand sur l'élément qui fait face à la direction d'écoulement du fluide. Dans un autre exemple utilisant la configuration du circuit de la fig. 4, on peut utiliser un seul élément de détection 21a ou un élément résistant équivalent pour détecter une propriété du fluide, en même temps qu'on utilise un second élément résistant pour détecter en continu la température du fluide pour l'étalonnage.

La fig. 5 représente une partie du circuit de la fig. 4 et montre comment le multiplexeur 74 peut être utilisé d'une autre manière avec des éléments résistifs de détection connectés en séries 21a et 21b, respectivement 21 x et 21 y, qui sont excités et mesurés comme si chaque paire formait une série et était un seul élément de détection. La série des éléments résistifs 21a et 21b est raccordée au multiplexeur 74 sur un canal m. On peut faire fonctionner de cette manière un mélange de conducteurs résistants simples ou groupés par paires, en répartissant au moyen du multiplexeur 74 les commandes 78 générées par le calculateur numérique. Par exemple, le signal à la jonction 80, connecté au canal n du multiplexeur 74, peut être utilisé pour indiquer uniquement le signe du sens d'écoulement en détectant quel conducteur résistant 21a ou 21b subit la plus forte ventilation par l'écoulement du fluide. Il faut aussi remarquer que plus de deux conducteurs résistants de détection peuvent être connectés de cette manière en série sur le multiplexeur 74 si un procédé de mesure particulier le demande.

Claims (1)

1. Revendications

   1. Anémomètre à transducteur thermique, dans lequel:

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   a) au moins un conducteur résistant de détection (21a, 21b) est connecté à un connecteur numérique/analogique (72) duquel il reçoit sa tension d'excitation;

   b) ledit conducteur résistant est également connecté à un convertisseur analogique/numérique (76) formant un moyen de mesure et de détection d'un niveau fonctionnel du conducteur résistant; et c) le convertisseur numérique/analogique et le convertisseur analogique/numérique sont connectés tous deux à un calculateur numérique (70) de manière à commander le réglage et la détection du niveau fonctionnel du conducteur résistant, ce calculateur numérique servant à calculer la puissance dissipée par le conducteur résistant dans un fluide entourant ce conducteur et à délivrer en conséquence des signaux de sortie correspondant à un ou plusieurs coefficients de transfert de chaleur qui sont calculés sur la base du fonctionnement de l'anémomètre thermique.

   2. Anémomètre directionnel selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un multiplexeur (74) monté entre ledit conducteur résistant et lesdits convertisseurs (72, 76), en constituant un moyen d'excitation, de commande et de traitement des signaux d'un groupe de conducteurs résistants de détection (21a, 21b).

   3. Anémomètre directionnel selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit groupe comprend des séries de conducteurs résistants (21a et 21b, 21 x et 21 y) qui sont connectées entre ledit multiplexeur (74) et la masse, la jonction (80) entre les conducteurs d'une même série étant connectée à un canal d'entrée du multiplexeur.

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