Acondicionador y dispositivo de medidas con salida digital.

Acondicionador de medidas de temperatura que comprende dos entradas (74,

75) adecuadas para estarconectadas a dos hilos de un termopar, estando constituido el acondicionador por un único circuito microelectrónicoque comprende unos medios de acondicionamiento (30, 31, 32, 33, 35) de medidas de temperatura, estandoencapsulado el circuito microelectrónico en un conector (40, 41), caracterizado porque:

- el acondicionador de medidas de temperatura es de salida digital,

- el circuito microelectrónico es un circuito integrado especializado ASIC (10) y reagrupa dichos medios deacondicionamiento (30, 31, 32, 33, 35) de medidas de temperaturas y los medios de digitalización (34) de lasmedidas de temperatura,

- el circuito integrado especializado ASIC (10) comprende dos zonas de conexiones complementarias (72, 73),respectivamente hembra y macho, destinadas a realizar unas interconexiones con otros conectores,

- el circuito integrado especializado ASIC (10) comprende una salida (37) conectada a dos zonas deconexiones complementarias por medio de líneas eléctricas internas (62).

Acondicionador y dispositivo de medidas con salida digital

La presente invención se refiere a un acondicionador de medidas de temperatura de salida digital y un dispositivo de medida de temperatura mediante termopares que comprende un acondicionador ese tipo. Se aplica a la medición de temperaturas de todo tipo de equipos en particular en el dominio espacial, en el que las medidas se deben realizar en un gran número de entornos diferentes y en unas cámaras concebidas para recrear unos entornos de vacío y térmicos particulares. Un ejemplo de conector para termopares se divulga por el documento EP 1387155 A, un conector modular con un circuito electrónico en la caja del conector es conocido por el documento DE 9105695 y un alargador eléctrico con varios conectores es conocido en el documento FR 2726947.

La medición de la temperatura mediante termopares utiliza el efecto Seebeck o, más precisamente, la combinación de dos leyes conocidas bajo nombre de efecto Peltier y efecto Thomson. El efecto Peltier corresponde a la variación de una fuerza electromotriz V que aparece en la unión 11 de dos metales diferentes 13, 14 cuando la temperatura varía, mientras que el efecto Thomson corresponde a la variación del potencial eléctrico a lo largo de un conductor en presencia de un gradiente de temperatura. Debido a estas dos leyes, y a ciertas consideraciones físicas que se derivan, la determinación de la temperatura T en la unión 11 de los metales 13, 14, normalmente denominada “soldadura caliente”, debe utilizar una referencia de temperatura Tb que se puede tomar a 0º Celsius o a una temperatura tomada directamente en la conexión de los hilos del termopar a un acondicionador 10 de medidas. La soldadura fría se encuentra entonces realizada directamente en el regletero del acondicionador, como se representa en la figura 1, que representa un ejemplo del dispositivo de determinación de la temperatura cuyo acondicionador 10 incluye una salida 12 que proporciona un valor digital de la temperatura T.

Los dos hilos del termopar 13, 14 se conectan a dos terminales de entrada 15, 16 del acondicionador 10 de medidas. La fuerza electromotriz V presente entre estos dos terminales de entrada 15, 16 es función de la temperatura Tb que existe en estos terminales de entrada y de la temperatura T en la soldadura caliente 11 del termopar.

El acondicionador 10 de medidas incluye unos medios 18 de medida de la temperatura Tb de los terminales de entrada 15, 16 y de cálculo de la tensión Vb asociada lo que permite realizar digitalmente la compensación de la soldadura fría. El acondicionador de medidas realiza, por un lado, un tratamiento digital 17 de la tensión V que es representativa de la combinación de las temperaturas T y Tb y, por otro lado, un tratamiento digital 19 de la tensión Vb, que es representativa de una única temperatura Tb. Como resultado de estos dos tratamientos digitales, se realiza la determinación 20 de la temperatura T por conversión de los valores digitales de las tensiones en temperaturas. La conversión se puede efectuar de manera conocida, o bien a partir de un polinomio de calibrado estándar o bien a partir de un calibrado específico del termopar.

Existen unos acondicionadores de medidas que comprenden varias entradas conectadas a un multiplexor 21 al que se conectan los medios de amplificación y de digitalización de la fuerza electromotriz V correspondiente a la temperatura T de la soldadura caliente. Las diferentes entradas permiten conectar varios termopares en paralelo a los terminales de entrada del acondicionador y realizar, con el mismo acondicionador, varias medidas de temperatura en diferentes entornos de medición.

En el caso de una aplicación al dominio espacial, por ejemplo en el marco de los ensayos en un satélite o sobre unos equipos destinados a estar embarcados en un satélite, es necesario en general conectar un gran número de termopares en paralelo, típicamente hasta más de 1500 termopares, sobre los terminales de entrada de un mismo acondicionador de medidas, como se representa por ejemplo en la figura 2. Estos ensayos se realizan por otro lado en unas cámaras 22 de ensayo concebidas para recrear los ambientes de vacío y térmicos particulares, denominadas cámaras de vacío térmico, que necesitan la utilización de penetraciones 23 de separación estancas para la conexión de los hilos de los termopares 24 cuya soldadura caliente 11 se coloca en unos puntos de medida sobre unos equipos situados en el interior de la cámara 22 de vacío térmico al acondicionador 10 de medidas que se sitúa en el exterior de la cámara 22. Estas penetraciones 23 de separación estancas incluyen generalmente unas clavijas de conexión eléctrica realizadas íntegramente en metales próximos a los que componen los hilos de los termopares 24. Cada cámara 22 de vacío térmico puede incluir varias penetraciones 23 de separación y cada penetración de separación puede permitir el paso de varias docenas de termopares. Por otro lado, estos ensayos necesitan generalmente utilizar unos termopares cuyos hilos deben ser de gran longitud, típicamente hasta más de una docena de metros, y es normal tener que utilizar unos alargadores 25 internos en la cámara 22 de vacío térmico para prolongar los hilos de los termopares 24 hasta las penetraciones 23 de separación. Estos alargadores 25 internos pueden realizarse con unos cables denominados de extensión, los cuales se realizan con unos materiales estrictamente idénticos a los que componen los hilos de cada termopar, lo que es el caso con los metales resultantes de la misma colada metalúrgica, o unos cables denominados de compensación, los cuales se realizan en unos materiales de pureza y de composición química muy próxima a los que componen el termopar dedicado a la medida. Tales precauciones permiten evitar unas fuerzas electromotrices parásitas generadas por las uniones suplementarias en las conexiones de los hilos del termopar con los hilos de un alargador. Por otro lado, para garantizar la misma temperatura en las extremidades de todas las conexiones, las uniones suplementarias se colocan en una caja isotérmica 26 colocada en el interior de la cámara 22 de vacío térmico. Finalmente, se utilizan unos cables de compensación externos 27 para conectar la salida de las penetraciones 23 de separación al acondicionador 10 de medidas.

Este dispositivo de medidas complejo, voluminoso y costoso de realizar, necesita unos tiempos de preparación y unos costes de mano de obra importantes y puede implicar unos riesgos de fuga en las penetraciones de separación, unos problemas de fiabilidad de las medidas y unas dificultades de mantenimiento. Además, el acondicionador en sí está constituido por un conjunto de bastidores de adquisición de las medidas muy voluminosos.

Para evitar unas penetraciones de separación estancas y unos cables de compensación externos, es posible colocar el dispositivo de multiplexado o el conjunto del acondicionador en el interior de la cámara de vacío térmico, pero esto engendra unos problemas de degradaciones y de fallos intermitentes o permanentes de los componentes electrónicos de estos dispositivos debidos principalmente a la oxidación de las conexiones.

La invención tiene por objetivo resolver estos problemas y proponer un acondicionador de medidas de temperatura de salida digital y un dispositivo de medida de temperaturas por termopar de salida digital que se pueden utilizar en una cámara de vacío térmico sin oxidación, permitiendo reducir los tiempos de preparación y los costes de mano de obra y mejorar la fiabilidad de las medidas en un gran intervalo de temperaturas, cualquiera que sea el número de temperaturas a adquirir.

Para esto, la invención se refiere a un acondicionador de medidas de temperatura de salida digital que comprende dos entradas adecuadas para estar conectadas a dos hilos de un termopar, caracterizado porque está constituido por un único circuito microelectrónico integrado especializado ASIC que reagrupa unos medios de acondicionamiento y de digitalización de las medidas de temperatura, estando encapsulado el circuito integrado en un conector que comprende dos zonas de conexiones complementarias, respectivamente hembra y macho, destinadas a realizar unas interconexiones con otros conectores y porque el circuito ASIC comprende una salida conectada a dos zonas de conexiones complementarias por medio de líneas eléctricas internas.

Ventajosamente, el circuito ASIC se dispone en una zona central del conector, entre las dos zonas de conexiones complementarias.

Ventajosamente, el conector puede comprender además, en la zona central que contiene el ASIC, un paso transversal que se abre a un lado y otro del conector.

Ventajosamente, el circuito... [Seguir leyendo]

1. Acondicionador de medidas de temperatura que comprende dos entradas (74, 75) adecuadas para estar conectadas a dos hilos de un termopar, estando constituido el acondicionador por un único circuito microelectrónico que comprende unos medios de acondicionamiento (30, 31, 32, 33, 35) de medidas de temperatura, estando encapsulado el circuito microelectrónico en un conector (40, 41) , caracterizado porque:

- el acondicionador de medidas de temperatura es de salida digital, -el circuito microelectrónico es un circuito integrado especializado ASIC (10) y reagrupa dichos medios de acondicionamiento (30, 31, 32, 33, 35) de medidas de temperaturas y los medios de digitalización (34) de las medidas de temperatura, -el circuito integrado especializado ASIC (10) comprende dos zonas de conexiones complementarias (72, 73) , respectivamente hembra y macho, destinadas a realizar unas interconexiones con otros conectores, -el circuito integrado especializado ASIC (10) comprende una salida (37) conectada a dos zonas de conexiones complementarias por medio de líneas eléctricas internas (62) .

2. Acondicionador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el circuito ASIC (10) está dispuesto en una zona central (71) del conector (40, 41) entre las dos zonas de conexiones complementarias (72, 73) .

3. Acondicionador de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque el conector (41) comprende además, en la zona central (71) que contiene el ASIC, un paso transversal (80) que se abre a una parte y otra del conector (41) .

4. Acondicionador de acuerdo con una de las reivindicaciones procedentes, caracterizado porque el circuito ASIC

(10) comprende una dirección específica reprogramable y unos parámetros internos reprogramables.

5. Acondicionador de acuerdo con una de las reivindicaciones procedentes, caracterizado porque el circuito ASIC

(10) comprende entre otros al menos una resistencia (36) de calefacción del ASIC activada únicamente por debajo de la temperatura crítica del ASIC.

6. Dispositivo de medida de temperaturas por termopar de salida digital caracterizado porque comprende al menos un acondicionador (10) de medidas constituido por un circuito ASIC encapsulado en un conector (40, 41) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, comprendiendo el acondicionador (10) una entrada (15, 16) conectada a un termopar (24) y una salida (37) conectada a un bus (38) de comunicación digital y de alimentación de la energía eléctrica.

7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el conector (41) está moldeado sobre el bus

(38)

8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el conector (40) es un conector independiente conectado sobre un conector (41) moldeado en el bus (38) .

9. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque el bus (38) comprende al menos dos líneas eléctricas (61) que atraviesan un paso transversal (80) de al menos un conector (41) moldeado en el bus (38) , comprendiendo el conector moldeado (41) un acondicionador ASIC (10) adecuado para estar conectado a un termopar (24) y estando cada línea eléctrica del bus conectada a la salida (37) del acondicionador ASIC (10) .

10. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque el bus (38) comprende varios conectores

(41) moldeados separados regularmente.

11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque comprende al menos dos conectores independientes (40) comprendiendo cada uno un acondicionador ASIC (10) encapsulado, adecuado para estar conectado a un termopar (24) , estando conectados los dos conectores independientes entre sí por sus zonas de conexión (72, 73) complementarias y formando una cadena (51) lineal conectada a un conector (41) moldeado sobre el bus (38) .

12. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 u 11, caracterizado porque al menos uno de los conectores (41) moldeados sobre el bus (38) comprende un acondicionador ASIC (10) encapsulado, adecuado para estar conectado a un termopar (24) .

13. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 ó 12, caracterizado porque comprende al menos dos cadenas (51) lineales de conectores independientes (40) , estando conectada respectivamente cada cadena (51) lineal a un conector (41) moldeado sobre el bus (38) .

14. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 a 13, caracterizado porque el bus (38) comprende al menos un alargador (42) sobre el cual está moldeado al menos un conector (41) adicional, estando conectado directamente el conector moldeado del alargador (42) sobre un conector (41) moldeado sobre el bus (38) .

15. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 a 13, caracterizado porque el bus (38) comprende al menos un alargador (42) sobre el cual está moldeado al menos un conector (41) adicional, estando conectado directamente el conector moldeado sobre el alargador (42) al bus (38) por medio de al menos un conector independiente (40) .

16. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 14 ó 15, caracterizado porque al menos uno de los conectores (41) moldeados sobre el alargador (42) comprende un acondicionador ASIC (10) encapsulado, adecuado para estar conectado a un termopar (24) .

17. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 14 a 16, caracterizado porque el alargador (42) comprende al menos dos líneas eléctricas.

18. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 13, caracterizado porque los conectores (40, 41)

que incluyen los acondicionadores ASIC (10) encapsulados, los termopares (24) conectados a los conectores (40,

41) y el bus de comunicación (38) están colocados en una cámara (22) de vacío térmico.

19. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 18, caracterizado porque el bus (38) está conectado a un ordenador (43) por medio de un convertidor de protocolo (39) .