CH656015A5 - Method of detecting a risk of freezing, warning device for implementing the method and its use - Google Patents
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Description
**ATTENTION** debut du champ DESC peut contenir fin de CLMS **. REVENDICATIONS 1. Procédé pour détecter un risque de gel et déclencher une alarme, caractérisé en ce que: - une membrane exposée à la formation de glace est excitée en vibration à sa fréquence de résonance, - la membrane est alternativement refroidie et réchauffée en dessous, respectivement en dessus de la température ambiante pour favoriser la formation d'un dépôt de glace sur la membrane, respectivement pour faire fondre cette glace, la la variation de la fréquence de résonance due à la présence d'un dépôt de glace sur la membrane est mesurée, et - une alarme est déclenchée par une variation déterminée de la fréquence de résonance de la membrane. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les durées et le degré de refroidissement et de réchauffement de la membrane sont déterminés par un microprocesseur en fonction de la tem pérature ambiante. 3. Avertisseur de gel pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la membrane (2) est liée à des premiers moyens (3) susceptibles de l'exciter en vibration à sa fréquence de résonance et qu'elle est couplée thermiquement à des seconds moyens (8) qui la refroidissent et la réchauffent alternativement en dessous, respectivement en dessus de la température ambiante (Tu), la mesure de la variation de la fréquence de résonance de la membrane (2) due à la formation de glace dans la phase de refroidissement permettant de déclencher une alarme avant la formation naturelle de glace sur la membrane. 4. Avertisseur de gel selon la revendication 3, caractérisé en ce que les premiers moyens sont une cellule piézoélectrique (3), par exemple bimorphe, fixée à la partie inférieure de la membrane (2), I'ensemble membrane (2) - cellule piézoélectrique (3) étant un élément déterminateur de fréquence d'un oscillateur (9). 5. Avertisseur de gel selon la revendication 3, caractérisé en ce que les seconds moyens sont des éléments Peltier (8) commandés par un générateur de courant continu (11) dont la polarité peut être inversée. 6. Avertisseur de gel selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un microprocesseur (12) permettant, d'une part, de déterminer si la variation de la fréquence de résonance de la membrane (2) dépasse un seuil prédéterminé et de délivrer un signal d'alarme dans l'affirmative et, d'autre part, de commander la durée, I'intensité et la polarité du courant délivré par le générateur de courant continu (11) en fonction de la température ambiante (Tu) détectée par une sonde extérieure (13) et de la température de la membrane (2) détectée par une sonde (14) fixée sur la membrane. 7. Avertisseur de gel selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'inversion de polarité du générateur de courant (11) est périodique. 8. Utilisateur de l'avertisseur de gel selon la revendication 3 pour détecter le risque de formation de glace sur les réacteurs et les ailes d'un transporteur aérien. La présente invention concerne un procédé pour détecter un risque de gel. Elle concerne aussi un avertisseur de gel pour la mise en oeuvre du procédé et une utilisation de l'avertisseur. L'invention trouve surtout, mais pas exclusivement, une application dans le domaine de l'aviation dans lequel la formation et la détection de glace sur les réacteurs et les ailes constituent un probléme difficile à maîtriser. La détection du risque de gel est généralement effectuée par une méthode indirecte, c'est-à-dire par la mesure de l'humidité de l'air et de la température ambiante. Une telle méthode ne permet cependant pas de détecter et de mesurer la présence d'un dépôt d'une masse de glace. En conséquence, le but de la présente invention est de réaliser un procédé et un dispositif avertisseur de gel par mesure directe de la présence de glace. Pour atteindre ce but, le procédé et l'avertisseur de gel sont réalisés comme indiqué dans les revendications. Par le fait qu'une membrane sur laquelle se produit un dépôt de glace est mise en vibration à sa fréquence de résonance et que cette fréquence de résonance dépend de la masse de la membrane, tout dépôt de glace sur cette dernière modifie sa fréquence de résonance et la mesure de la variation de fréquence donne une indication du dépôt de glace. D'autre part, la membrane étant alternativement refroidie et réchauffée de quelques degrés en dessous, respectivement en dessus de la température ambiante, le dépôt de glace qui se forme dans la phase de refroidissement est détecté, ce qui permet de donner une alarme indiquant le risque de gel avant la formation naturelle de glace sur la membrane. L'invention va être décrite ci-après, à titre d'exemple et à l'aide de la figure unique représentant le schéma de principe de l'avertisseur de gel. L'avertisseur de gel comprend un capteur 1 avec une membrane métallique 2 à la surface intérieure de laquelle est fixée une cellule bimorphe 3 formée de deux plaques ou lames piézoélectriques cimentées l'une à l'autre de manière que l'application d'une tension électrique entre les faces extérieures de la cellule force l'une des lames à se contracter et l'autre à se dilater. La cellule prend alors une forme concave ou convexe selon la polarité de la tension appliquée et met la membrane en vibration. La membrane 2 avec la cellule bimorphe 3 est montée sur une plaque métallique 4 reposant sur un anneau isolant 5. Le tout est fixé dans un anneau d'isolation 6. La face inférieure de l'anneau 6 est fermée par un refroidisseur à ailettes 7. A l'intérieur de l'anneau d'isolation 6, entre le refroidisseur 7 et la plaque métallique 4, sont disposés des éléments Peltier 8 en liaison thermique avec le refroidisseur 7 et la plaque métallique 4. La membrane 2 est elle-même en liaison thermique avec la plaque métallique 4 sur laquelle elle repose, La membrane 2 avec la cellule bimorphe 3 représente l'élément déterminateur de fréquence d'un oscillateur 9 auquel il est connecté par des conducteurs 10. L'un de ceux-ci est relié directement à la membrane 2, L'autre à la face inférieure de la cellule 3. Les éléments Peltier 8 sont reliés à un générateur de courant continu 1 1 dont la polarité peut être inversée. Enfin, Foscillateur 9 et le générateur de courant continu 1 1 sont reliés à un microprocesseur 12 permettant entre autres de mesurer les variations de fréquence de l'oscillateur 9 et de commander la durée, I'intensité et la polarité du courant délivré par le générateur 11. Une sonde 13 de mesure de la température ambiante Tu, représentée schématiquement, est reliée au microprocesseur 12. Une autre sonde 14 de mesure de la température de la membrane 2 est aussi reliée au microprocesseur 12. Celui-ci délivre à sa sortie un signal d'alarme en cas de risque de gel. Le fonctionnement du dispositif est le suivant. La fréquence de résonance de l'ensemble membrane 2 - cellule bimorphe 3 est donnée par la relation: EMI1.1 o = pulsation = 27r fréquence f = constante élastique m = masse En conséquence, si une couche de glace se forme sur la membrane, la masse totale m de la membrane et de la cellule bimorphe est augmentée et la fréquence de l'oscillateur 9 diminue. Cette variation de fréquence est mesurée par le microprocesseur 12 et, si elle dépasse une valeur prédéterminée, le circuit 12 produit à sa sortie un signal d'alarme signalant le risque de gel. La fréquence de résonance de la membrane peut être comprise par exemple entre I et 20 kHz. D'autre part, le générateur de courant continu 11 alimente les éléments Peltier avec un courant dont la durée. l'intensité et la polarité sont déterminées par le microprocesseur 12 en fonction des mesures de la température ambiante par la sonde 13 et de la tempé rature de la membrane par la sonde 14. Pour une polarité déterminée du courant du générateur 11, les éléments Peltier refroidissent la membrane 2 de quelques degrés en dessous de la température ambiante Tu et, si cette dernière est au voisinage du point de congélation, une couche de glace peut se déposer sur la membrane, ce qui diminue la fréquence de l'oscillateur. Un peu plus tard, la polarité du courant du générateur 11 est inversée et les éléments Peltier réchauffent la membrane 2 de quelques degrés au-dessus de la température ambiante, afin de faire fondre la glace qui s'est formée dans la phase de refroidissement. L'alternance des durées de refroidissement et d'échauffement de la membrane peut être périodique, ces durées étant de l'ordre de quelques dizaines de secondes. Cela permet donc une répétition périodique de la mesure. Le capteur 1 est de dimen sions relativement faibles, de sorte qu'il ne présente qu'une très faible inertie thermique, et les durées de refroidissement et d'échauffement de la membrane suivent presque immédiatement les inversions de polarité du courant du générateur 11. Ce qui précède montre que le dispositif selon l'invention donne une indication directe de la présence d'une couche de glace sur la membrane et qu'il peut donner une alarme avant qu'une formation naturelle de glace se produise sur la membrane. Comme indiqué dans l'introduction, I'avertisseur de gel selon l'invention est plus particulièrement destiné à équiper des transporteurs aériens. Dans ce cas, un certain nombre d'avertisseurs tels que décrits ci-dessus sont placés dans les réacteurs et les ailes de l'avion. On peut associer un microprocesseur à chaque capteur ou, au contraire, prévoir un microprocesseur central unique pour tous les capteurs. Lorsqu'une alarme est donnée, le pilote peut augmenter la puissance des réacteurs pour empêcher la formation d'une couche de glace sur ceux-ci et enclencher le dispositif de dégivrage des ailes dans le même but. Il est clair que si la température ambiante monte au-dessus d'une valeur déterminée pour laquelle il n'existe aucun risque de formation de glace, le système se déclenche automatiquement. Dans la description précédente, la membrane est mise en vibration par une cellule piézoélectrique bimorphe. Il serait cependant aussi possible de la mettre en vibration par voie électrodynamique. De même, il serait possible en principe de réchauffer la membrane par un courant électrique de forte intensité ou par l'envoi d'un gaz chaud dans le capteur et de la refroidir par évaporation d'alcool ou d'éther.
Claims (8)
- REVENDICATIONS 1. Procédé pour détecter un risque de gel et déclencher une alarme, caractérisé en ce que: - une membrane exposée à la formation de glace est excitée en vibration à sa fréquence de résonance, - la membrane est alternativement refroidie et réchauffée en dessous, respectivement en dessus de la température ambiante pour favoriser la formation d'un dépôt de glace sur la membrane, respectivement pour faire fondre cette glace, la la variation de la fréquence de résonance due à la présence d'un dépôt de glace sur la membrane est mesurée, et - une alarme est déclenchée par une variation déterminée de la fréquence de résonance de la membrane.
- 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les durées et le degré de refroidissement et de réchauffement de la membrane sont déterminés par un microprocesseur en fonction de la tem pérature ambiante.
- 3. Avertisseur de gel pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la membrane (2) est liée à des premiers moyens (3) susceptibles de l'exciter en vibration à sa fréquence de résonance et qu'elle est couplée thermiquement à des seconds moyens (8) qui la refroidissent et la réchauffent alternativement en dessous, respectivement en dessus de la température ambiante (Tu), la mesure de la variation de la fréquence de résonance de la membrane (2) due à la formation de glace dans la phase de refroidissement permettant de déclencher une alarme avant la formation naturelle de glace sur la membrane.
- 4. Avertisseur de gel selon la revendication 3, caractérisé en ce que les premiers moyens sont une cellule piézoélectrique (3), par exemple bimorphe, fixée à la partie inférieure de la membrane (2), I'ensemble membrane (2) - cellule piézoélectrique (3) étant un élément déterminateur de fréquence d'un oscillateur (9).
- 5. Avertisseur de gel selon la revendication 3, caractérisé en ce que les seconds moyens sont des éléments Peltier (8) commandés par un générateur de courant continu (11) dont la polarité peut être inversée.
- 6. Avertisseur de gel selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un microprocesseur (12) permettant, d'une part, de déterminer si la variation de la fréquence de résonance de la membrane (2) dépasse un seuil prédéterminé et de délivrer un signal d'alarme dans l'affirmative et, d'autre part, de commander la durée, I'intensité et la polarité du courant délivré par le générateur de courant continu (11) en fonction de la température ambiante (Tu) détectée par une sonde extérieure (13) et de la température de la membrane (2) détectée par une sonde (14) fixée sur la membrane.
- 7. Avertisseur de gel selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'inversion de polarité du générateur de courant (11) est périodique.
- 8. Utilisateur de l'avertisseur de gel selon la revendication 3 pour détecter le risque de formation de glace sur les réacteurs et les ailes d'un transporteur aérien.La présente invention concerne un procédé pour détecter un risque de gel. Elle concerne aussi un avertisseur de gel pour la mise en oeuvre du procédé et une utilisation de l'avertisseur.L'invention trouve surtout, mais pas exclusivement, une application dans le domaine de l'aviation dans lequel la formation et la détection de glace sur les réacteurs et les ailes constituent un probléme difficile à maîtriser. La détection du risque de gel est généralement effectuée par une méthode indirecte, c'est-à-dire par la mesure de l'humidité de l'air et de la température ambiante. Une telle méthode ne permet cependant pas de détecter et de mesurer la présence d'un dépôt d'une masse de glace.En conséquence, le but de la présente invention est de réaliser un procédé et un dispositif avertisseur de gel par mesure directe de la présence de glace. Pour atteindre ce but, le procédé et l'avertisseur de gel sont réalisés comme indiqué dans les revendications.Par le fait qu'une membrane sur laquelle se produit un dépôt de glace est mise en vibration à sa fréquence de résonance et que cette fréquence de résonance dépend de la masse de la membrane, tout dépôt de glace sur cette dernière modifie sa fréquence de résonance et la mesure de la variation de fréquence donne une indication du dépôt de glace. D'autre part, la membrane étant alternativement refroidie et réchauffée de quelques degrés en dessous, respectivement en dessus de la température ambiante, le dépôt de glace qui se forme dans la phase de refroidissement est détecté, ce qui permet de donner une alarme indiquant le risque de gel avant la formation naturelle de glace sur la membrane.L'invention va être décrite ci-après, à titre d'exemple et à l'aide de la figure unique représentant le schéma de principe de l'avertisseur de gel.L'avertisseur de gel comprend un capteur 1 avec une membrane métallique 2 à la surface intérieure de laquelle est fixée une cellule bimorphe 3 formée de deux plaques ou lames piézoélectriques cimentées l'une à l'autre de manière que l'application d'une tension électrique entre les faces extérieures de la cellule force l'une des lames à se contracter et l'autre à se dilater. La cellule prend alors une forme concave ou convexe selon la polarité de la tension appliquée et met la membrane en vibration. La membrane 2 avec la cellule bimorphe 3 est montée sur une plaque métallique 4 reposant sur un anneau isolant 5. Le tout est fixé dans un anneau d'isolation 6. La face inférieure de l'anneau 6 est fermée par un refroidisseur à ailettes 7.A l'intérieur de l'anneau d'isolation 6, entre le refroidisseur 7 et la plaque métallique 4, sont disposés des éléments Peltier 8 en liaison thermique avec le refroidisseur 7 et la plaque métallique 4.La membrane 2 est elle-même en liaison thermique avec la plaque métallique 4 sur laquelle elle repose, La membrane 2 avec la cellule bimorphe 3 représente l'élément déterminateur de fréquence d'un oscillateur 9 auquel il est connecté par des conducteurs 10. L'un de ceux-ci est relié directement à la membrane 2, L'autre à la face inférieure de la cellule 3. Les éléments Peltier 8 sont reliés à un générateur de courant continu 1 1 dont la polarité peut être inversée. Enfin, Foscillateur 9 et le générateur de courant continu 1 1 sont reliés à un microprocesseur 12 permettant entre autres de mesurer les variations de fréquence de l'oscillateur 9 et de commander la durée, I'intensité et la polarité du courant délivré par le générateur 11.Une sonde 13 de mesure de la température ambiante Tu, représentée schématiquement, est reliée au microprocesseur 12. Une autre sonde 14 de mesure de la température de la membrane 2 est aussi reliée au microprocesseur 12. Celui-ci délivre à sa sortie un signal d'alarme en cas de risque de gel. Le fonctionnement du dispositif est le suivant.La fréquence de résonance de l'ensemble membrane 2 - cellule bimorphe 3 est donnée par la relation: EMI1.1 o = pulsation = 27r fréquence f = constante élastique m = masse En conséquence, si une couche de glace se forme sur la membrane, la masse totale m de la membrane et de la cellule bimorphe est augmentée et la fréquence de l'oscillateur 9 diminue. Cette variation de fréquence est mesurée par le microprocesseur 12 et, si elle dépasse une valeur prédéterminée, le circuit 12 produit à sa sortie un signal d'alarme signalant le risque de gel. La fréquence de résonance de la membrane peut être comprise par exemple entre I et 20 kHz.D'autre part, le générateur de courant continu 11 alimente les éléments Peltier avec un courant dont la durée. l'intensité et la polarité sont déterminées par le microprocesseur 12 en fonction des mesures de la température ambiante par la sonde 13 et de la tempé **ATTENTION** fin du champ CLMS peut contenir debut de DESC **.
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