FR2802635A1 - Mesure de la temperature d'un fluide - Google Patents
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Abstract
Dispositif de mesure de la température d'un fluide au moyen de la résistance ohmique d'un capteur (4) sollicité, par l'intermédiaire d'une source de courant (11), par un courant de mesure.La source de courant (11) est conçue pour produire des impulsions de courant de mesure, et il est prévu : un détecteur de tension (18), relié au capteur (4), destiné à déterminer une tension de mesure UM chutant au niveau du capteur (4), un dispositif de détection (19) du courant de mesure IM appartenant à la tension UM , ainsi qu'un circuit électrique (20) destiné à former le quotient de la tension de mesure UM et du courant de mesure IM , le quotient UM / IM indiquant la résistance ohmique.
Description
i L'invention concerne un dispositif et un procédé de mesure de la
température d'un fluide au moyen d'un capteur sollicité, par l'intermédiaire
d'une source de courant, par un courant de mesure.
Un dispositif permettant la mesure combinée de la vitesse d'écoulement et de la température d'un gaz est connu, par exemple, par le document US 3, 645,133. Pour mesurer la vitesse d'écoulement est disposé, à l'intérieur d'un canal à gaz, un filament chauffant chauffé à une température de travail, qui est relié à un pont de mesure, et on obtient, à partir du désaccord du
pont, une valeur de mesure proportionnelle à la vitesse d'écoulement du gaz.
Afin de compenser l'influence de la température sur la mesure de la vitesse d'écoulement, il est prévu un capteur, également traversé par le courant, et qui influence l'unité d'alimentation en courant du pont de mesure. En raison de la compensation de l'influence de la température, la température qui règne au niveau du filament chauffant est constamment supérieure à celle du gaz. Le dispositif connu est utilisé, de préférence, dans des systèmes d'assistance respiratoire, afin de mesurer le volume gazeux inspiré ou expiré par un patient,
ou pour mesurer le volume respiré par minute.
Lors d'une mesure de température, le courant qui traverse le capteur entraîne cependant un échauffement intrinsèque; en conséquence, ce n'est pas la température réelle du gaz qui est déterminée, mais une valeur de mesure dans laquelle sont compris, de façon complexe, outre la température du gaz, l'échauffement intrinsèque du capteur et la vitesse d'écoulement instantanée du gaz. Si l'on part d'un courant de mesure d'approximativement à 15 milliampères, s'écoulant normalement, une réduction du courant réduirait, certes, considérablement l'échauffement intrinsèque, mais la tension de mesure chuterait également fortement, simultanément, et ne varierait plus, pour donner un ordre de grandeur, que d'approximativement 20 microvolts par degré Kelvin de différence de température. Le traitement ultérieur de tensions aussi réduites exige des montages très coûteux, en particulier lorsqu'il est nécessaire de disposer de lignes d'amenée et de contacts entre les capteurs et
l'unité d'évaluation.
L'invention a pour but de fournir un dispositif et un procédé permettant de mesurer une température, à l'intérieur d'un canal à fluide, sans
constater d'échauffement intrinsèque notoire du capteur.
Ce but est atteint grâce au fait que la source de courant est conçue pour produire des impulsions de courant de mesure, que sont prévus un détecteur de tension, relié au capteur, destiné à déterminer une tension de mesure Um chutant au niveau du capteur, un dispositif de détection du courant de mesure Im appartenant à la tension Um,, ainsi qu'un circuit électrique destiné à former le quotient de la tension de mesure Um et du courant de mesure Im, le quotient Um/lm indiquant la résistance ohmique. L'avantage apporté par l'invention réside essentiellement dans le fait que la puissance acheminée vers le capteur peut être fortement réduite, en sélectionnant une courte durée de commutation du courant de mesure, sans qu'il soit nécessaire de réduire l'amplitude du courant de mesure. Ainsi, une durée de commutation de 50 microsecondes, par exemple, à l'intérieur d'une période de 5 millisecondes, entraîne une réduction de la puissance acheminée à une valeur d'approximativement 1: 100. Il est ainsi possible de réaliser l'évaluation avec des courants et tensions de mesure qui peuvent être traités en utilisant des montages au prix raisonnable, sans constater d'échauffement
intrinsèque notoire du capteur.
Le procédé de mesure selon l'invention consiste à solliciter le capteur avec des impulsions de courant de mesure, à détecter la tension de mesure U,, générée par les impulsions de courant de mesure, chutant au niveau du capteur, ainsi que le courant de mesure Im associé, et à former le quotient de la tension de mesure Um,, et du courant de mesure Im. Le quotient fournit la résistance ohmique du capteur et est une mesure pour la température de fluide. Il s'est avéré avantageux d'analyser de façon synchrone, à la fin de l'impulsion de courant de mesure, la tension de mesure et le courant de mesure, dans les cas o les régimes transitoires sont terminés. En alternative, il est possible de déterminer, au moyen de détecteurs de tension de crête et de courant de crête, que la tension est la tension maximum Um, et le courant de
mesure est le courant de mesure maximum Ir,.
Avantageusement, I'amplitude du courant de mesure est réglée sur
des valeurs comprises entre 5 et 20 milliampères.
De façon préférée, le rapport entre la durée d'impulsion te et la période tp du courant de mesure est réglé sur des valeurs comprises entre
1:10 et 1:100.
Un exemple d'exécution est représenté sur le dessin et va
maintenant être expliqué en détail.
La figure 1 représente, de façon schématique, la structure du dispositif de mesure selon l'invention, la figure 2 représente la variation dans le temps de la tension de mesure qui chute au niveau du capteur, et le courant de mesure, en fonction de la tension impulsionnelle, la figure 3 représente schématiquement l'échauffement intrinsèque du capteur en fonction du carré du courant de mesure et le rapport entre la
durée de commutation et la période.
La figure 1 représente, schématiquement, un dispositif de mesure 1 au moyen duquel la vitesse d'écoulement est mesurée en combinaison avec la température du gaz. Dans un canal 2 traversé par un gaz sont disposés un filament chauffant 3 destiné à mesurer la vitesse d'écoulement et un capteur 4 destiné à mesurer la température. Le filament chauffant 3, au moyen d'un circuit de commande 8, est chauffé à une température constante, supérieure à la température du gaz. La direction selon laquelle le canal 2 est traversé par le gaz est indiquée, à titre d'exemple, par une flèche 5. Le filament chauffant 3 et le capteur 4 sont constitués en fins fils de platine qui sont fixés sur des fils de support 6, 7 à l'intérieur du canal 2. Le circuit de commande 8 comprend un circuit de régulation, non représenté à la figure 1, au moyen duquel la résistance ohmique du filament chauffant 3 est maintenue à une valeur prédéterminée. Lorsque le gaz traverse le canal 2, le filament chauffant se refroidit, de telle sorte que, du fait de la présence du circuit de commande 8, le courant qui circule à travers le filament chauffant 3 augmente. La variation du
courant chauffant représente une mesure de la vitesse d'écoulement du gaz.
Etant donné que, grâce au circuit de commande 8, le filament chauffant 3 est réglé à une température constante supérieure à celle de la température du gaz, celle-ci doit être détectée, de façon supplémentaire, à l'aide du capteur 4. Le capteur 4 est relié, par l'intermédiaire d'une résistance série 9 et d'un commutateur 10, à une source de courant 11. Le commutateur 10, qui est constitué de trois lames de contact 12, 13, 14, est commandé par une source de tension impulsionnelle 15 émettant des impulsions de commande Us de telle sorte que les lames de contact 12, 13, 14 sont fermées, pendant de courts intervalles de temps t., puis sont ouvertes à nouveau. Ceci produit, au niveau du capteur 4, des impulsions de courant et de tension qui sont détectées avec les amplificateurs 16, 17. L'amplificateur 16, dans ce cas, mesure la chute de tension, par l'intermédiaire de la résistance série 9 et, ainsi, une valeur proportionnelle au courant, tandis que l'amplificateur 17 évalue la chute de tension au niveau du capteur 4. Les signaux de sortie des amplificateurs 16, 17 parviennent, par l'intermédiaire des lames de contact 13, 14, à un détecteur de tension 18 et à un détecteur de courant 19. Les détecteurs 18, 19 permettent, lorsque les lames de contact 12, 13, 14 sont fermées, de déterminer la tension
de mesure UM, qui chute au niveau du capteur 4, et le courant de mesure IM.
Les détecteurs 18, 19 reçoivent, d'une unité d'évaluation 21, des impulsions de synchronisation, afin de détecter la tension de mesure UM et le courant de mesure iM au même moment. Dans ce cas, le moment est choisi de telle sorte qu'il se situe à la fin de l'impulsion de commande, lorsque les régimes transitoires sont terminés. Dans un circuit électrique 20, monté en aval des détecteurs 18, 19, qui fait partie de l'unité d'évaluation 21, est formé le quotient de UM et IM, qui indique la résistance ohmique du capteur 4 et, donc, la température du gaz. Ce signal de mesure de température est transmis, par un conducteur 22, au circuit de commande 8, afin que la température du gaz, qui est nécessaire pour effectuer le réglage à la température élevée constante,
puisse être prise en compte dans le circuit de commande 8.
La figure 2 représente, à titre d'exemple, la variation dans le temps des impulsions de commande Us (t) de la source de tension impulsionnelle 15, courbe supérieure, ainsi que la variation de la tension et du courant U(t) et I(t), au niveau de l'élément de mesure 4, courbe du milieu et courbe inférieure. La durée de commutation t. est, par exemple, de 50 microsecondes pour une période t, de 5 millisecondes. Pendant la durée de commutation te, la tension et le courant grimpent aux valeurs maximales UM et lM. L'amplitude de courant, dans le cas présent, est de 20 milliampères. L'influence exercée par le fonctionnement par impulsions sur l'échauffement intrinsèque du capteur 4 est représentée à la figure 3. Sur l'axe des ordonnées figure l'échauffement intrinsèque, sous forme de différence T - T0, ramené à une température de référence T0, tandis que, sur l'axe des abscisses, figure le carré du courant 1(t) qui traverse le capteur 4, avec le rapport entre durée de commutation te et la période tp, tJt,. A la figure 3, les différents points de mesure, non représentés, ont été reliés pour former une courbe moyenne. De façon idéale s'établit un rapport linéaire entre l'échauffement intrinsèque du capteur 4 et le carré du
courant de mesure 12(t), c'est-à-dire de la puissance acheminée.
Les conséquences du fonctionnement par impulsions de courant sur l'échauffement intrinsèque vont être expliquées à l'aide de deux exemples
chiffrés.
Un courant de mesure 1(t) de 20 milliampères, traversant continuellement le capteur 4, tJtp, étant égal à 1, entraîne un échauffement intrinsèque d'approximativement 9,8 degrés Celsius; paramètre (A). Lorsque le courant de mesure est synchronisé, avec un rapport tJtp égal à 1:10,5 l'échauffement intrinsèque, en conservant la même amplitude de courant, se réduit à 1,5 degré Celsius, paramètre (B). La figure 3, avec un échauffement
intrinsèque T - To donné, indique les courants 1(t) et les rapports de synchronisation tJtp, qui sont adaptés.
Claims (5)
1. Dispositif de mesure de la température d'un fluide au moyen de la résistance ohmique d'un capteur (4) sollicité, par l'intermédiaire d'une source de courant (11), par un courant de mesure, caractérisé en ce que la source de courant (11) est conçue pour produire des impulsions de courant de mesure, en ce que sont prévus un détecteur de tension (18), relié au capteur (4), destiné à déterminer une tension de mesure UM chutant au niveau du capteur (4), un dispositif de détection (19) du courant de mesure IM appartenant à la tension UM, ainsi qu'un circuit électrique (20) destiné à former le quotient de la tension de mesure UM et du
courant de mesure IM, le quotient UM/IM indiquant la résistance ohmique.
2. Procédé de mesure de la température d'un fluide au moyen de la résistance ohmique d'un capteur (4) sollicité, par l'intermédiaire d'une source de courant (11), par un courant de mesure, caractérisé par les étapes qui consistent à solliciter le capteur (4) avec des impulsions de courant de mesure, à détecter la tension de mesure UM, chutant au niveau du capteur (4), produite par les impulsions de courant de mesure, et le courant de mesure IM, associé, à former le quotient de la tension de mesure UM et du courant de
mesure lM, le quotient UM/IM indiquant la résistance ohmique.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tension sélectionnée est la tension de mesure maximum UM et le courant de
mesure sélectionné est le courant de mesure maximum IM.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'amplitude du courant de mesure est réglée sur des valeurs comprises entre 5
et 20 milliampères.
5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le rapport entre la durée d'impulsion te et la période t, du courant de mesure est
réglé sur des valeurs comprises entre 1: 10 et 1: 100.
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| DE19960429A DE19960429A1 (de) | 1999-12-15 | 1999-12-15 | Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Tempertaur eines Fluids |
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|---|
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Also Published As
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