FR2880691A1 - Procede et banc de test d'un interrupteur a lames souples - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé de test du fonctionnement d'un interrupteur à lames souples (ILS) présentant un seuil de fermeture (SFER) et un seuil d'ouverture (SOUV) distincts définissant une zone d'hystérésis (H), consistant à exciter l'interrupteur (ILS), sans saturation et à distance, dans la zone d'hystérésis par un champ magnétique (G(t)) et à mesurer un signal de sortie (S(t)) aux bornes de l'interrupteur pour détecter les instants de fermeture et d'ouverture de l'interrupteur, le champ magnétique (G(t)) variant linéairement en fonction du signal de sortie (S(t)) selon la loi de variation suivante :- le niveau du champ magnétique est augmenté linéairement selon une première pente de variation (p1) entre deux instants successifs détectés de fermeture puis d'ouverture;- le niveau du champ magnétique est réduit linéairement selon une deuxième pente de variation (p2) entre deux instants successifs détectés d'ouverture puis de fermeture.Avantage : permet notamment la détection d'interrupteurs sujets à l'autooscillation face à une variation lente d'excitation.

Description

PROCEDE ET BANC DE TEST D'UN INTERRUPTEUR A LAMES

SOUPLES

La présente invention concerne le test de fonctionnement des interrupteurs à commande électromagnétique du type interrupteurs à lames souples (ou ILS ), encore connus sous la dénomination d'ampoules Reed.

Une ampoule Reed est un composant formé de deux lames conductrices placées dans une enveloppe étanche remplie de gaz inerte, le composant comprenant en outre deux pattes de connexion électrique reliées aux lames et traversant l'enveloppe pour la connexion du composant à un circuit électrique d'utilisation.. L'interrupteur est alors ouvert. La fermeture de l'interrupteur est obtenue par le rapprochement jusqu'au contact des deux lames, sous l'action d'un champ magnétique, typiquement obtenu par la présence d'un aimant à proximité des lames.

De tels interrupteurs ILS sont utiisés dans de nombreuses applications, et servent notamment à générer des impulsions de comptage. Dans le domaine des compteurs d'énergie par exemple, qu'il s'agisse de compteurs électriques ou de compteurs de gaz, ou encore de compteurs d'eau, les impulsions de comptage obtenues sont utilisées à des fins de tarification de l'utilisateur du réseau d'énergie, et transmises pour traitement à une interface utilisateur. L'aimant est placé sur un disque entraîné en rotation selon la consommation d'énergie par l'utilisateur, par exemple sur le disque correspondant aux litres sur un compteur de gaz. Le niveau du champ magnétique auquel est soumis l'interrupteur étant variable en fonction de la distance de cet interrupteur par rapport à l'aimant, une rotation complète du disque génère un cycle de fermeture/ouverture de l'interrupteur, se traduisant par la génération d'une impulsion de comptage.

Pour illustrer le principe précédent, on a représenté schématiquement et à titre d'exemple sur la figure 1 un disque D en regard d'un interrupteur ILS. Le disque D tourne autour de son axe X dans le sens anti-horaire, et est doté d'un aimant A qui va venir agir sur l'état de l'interrupteur ILS en fonction de la rotation du disque. La courbe G(t) illustre la variation temporelle du niveau du champ magnétique reçu par l'interrupteur ILS lorsque le disque D tourne, et la courbe S(t) illustre la sortie ou impulsion de comptage correspondante de l'interrupteur ILS. Lorsque l'aimant A est dans la position représentée sur la figure 1, l'interrupteur est à l'état ouvert, les lames de l'interrupteur sont distantes l'une de l'autre. A mesure que l'aimant A se rapproche de l'interrupteur ILS, le champ magnétique G(t) reçu va augmenter jusqu'à atteindre un seuil de fermeture SFER de l'interrupteur. A cet instant, les lames rentrent en contact, et le signal de sortie S(t) passe au niveau haut, correspondant à un état de fermeture de l'interrupteur. Lorsque l'aimant A est au plus proche de l'interrupteur, le champ reçu peut correspondre à un seuil de saturation SSAT de l'interrupteur. Puis, l'aimant A va s'éloigner de l'interrupteur. En conséquence, le champ magnétique G(t) va diminuer jusqu'à atteindre un seuil d'ouverture Souv de l'interrupteur. A cet instant, les lames s'éloignent à nouveau l'une de l'autre, et le signal de sortie S(t) passe au niveau bas, correspondant à un état d'ouverture de l'interrupteur. On note qu'il existe une hystérésis, à savoir une différence notée H entre le seuil de fermeture S ER et le seuil d'ouverture Sjv. Le seuil d'ouverture SDuv est dépendant du niveau de saturation SsAT existant à la fermeture.

En théorie, une impulsion de comptage présentant l'allure du signal S(t) 20 est donc obtenue à chaque tour de disque, permettant ainsi de déduire la consommation en énergie de l'utilisateur.

Bien que les ampoules Reed présentent des avantages en terme de coûts et de faible consommation, on s'est aperçu en pratique, dans l'application aux compteurs d'énergie, que les résultats en terme de comptage n'étaient pas toujours fiables, et notamment qu'il pouvait y avoir plus d'une impulsion de comptage sur un tour de disque, entraînant de ce fait un sur-comptage, pouvant conduire à une sur-tarification des utilisateurs par rapport à leur consommation réelle d'énergie.

De nombreuses études expérimentales menées par le Demandeur ont en particulier permis de déceler qu'un tel problème de sur-comptage pouvait apparaître lors de faibles consommations d'énergie, se traduisant par une vitesse très lente de rotation du disque portant l'aimant, par exemple inférieure à 0,1 tour/heure. En présence d'un aimant se déplaçant à faible vitesse, les analyses expérimentales ont permis de mettre en avant certains comportements non désirés de l'ampoule Reed décrits ci-après: Un premier problème de comportement connu pour une ampoule Reed est le phénomène dit de rebond qui apparaît au moment de la fermeture de l'interrupteur. Ce phénomène est dû à une phase de rebond des lames au moment du contact et correspond généralement à un phénomène transitoire, amorti dans le temps au moment de la fermeture de l'interrupteur. Chaque rebond se traduit par une impulsion courte en sortie de l'interrupteur ILS.

Tant que la durée des rebonds n'est pas trop importante, ce phénomène est maîtrisable car les impulsions parasites générées peuvent être ignorées par un circuit de filtrage analogique ou numérique adapté. Si la durée des rebonds devient trop importante, il est plus difficile d'éviter le sur-comptage d'impulsions. Or, les ampoules Reed livrées par les fournisseurs présentent des durées de rebonds très variables d'une ampoule à l'autre.

Un premier but de l'invention est donc de pouvoir identifier les ampoules Reed présentant une durée de rebond trop longue.

Par ailleurs, les ampoules Reed peuvent également, lorsqu'elles sont utilisées en limite de sensibilité, devenir instables et agir comme un oscillateur. L'instabilité peut avoir une origine électromécanique, intrinsèque à rinterrupteur. En effet, si le champ magnétique est tout juste suffisant, l'interrupteur va bien se fermer, mais le champ magnétique au niveau des lames va également légèrement diminuer lorsque les lames sont en contact.

Si la diminution du champ magnétique local est trop importante, par exemple en raison d'une hystérésis trop faible, l'interrupteur ua s'ouvrir à nouveau et ainsi de suite. L'interrupteur va entrer ainsi dans un état d'instabilité, se traduisant par la génération d'impulsions qui vont induire un sur-comptage.

Certains interrupteurs ILS présentent de manière intrinsèque cette instabilité malgré une hystérésis élevée (mesurée par le constructeur) en raison de propriété mécanique de rinterrupteur. L'instabilité peut également avoir une origine électrostatique pour des tensions d'utilisation élevées (typiquement supérieurs à 12 Volts) et lorsque les lames de l'interrupteur sont trop rapprochées et/ou que ces lames ont une zone de recouvrement trop grande.

Un comportement d'instabilité d'une ampoule Reed est illustré schématiquement sur la figure 2, en prenant les mêmes notations que dans le cas de la figure 1, et en ne s'intéressant qu'à la zone d'approche de l'aimant vers l'ampoule Reed. Ce cas est en effet le plus critique car, au moment de l'approche de l'aimant, l'interrupteur n'est pas préalablement saturé. Les impulsions parasites sont notées lp. Certaines de ces impulsions lp peuvent présenter une durée suffisamment importante (de l'ordre de la milliseconde) pour pouvoir être prises en compte lors du comptage. En outre, un nombre et une fréquence élevés d'impulsions parasites (pouvant être supérieure à la fréquence de résonance de IILS) peuvent également être à l'origine du sur-comptage. Bien que cela ne soit pas représenté sur la figure 2, un comportement similaire peut être observé lorsque l'aimant s'éloigne de l'ampoule Reed. Le phénomène d'instabilité est en outre d'autant plus important que l'ampoule Reed considérée présente une hystérésis faible.

Un second but de l'invention est donc de pouvoir identifier les ampoules Reed susceptibles d'être en état d'auto-oscillation en limite d'excitation, et les ampoules Reed présentant une faible hystérésis non identifiée par le constructeur pour diverses raisons (erreurs de tri, incertitude de mesure, conditions de test éloignées des conditions réelles de fonctionnement).

Enfin, les phénomènes parasites précédents, observables sur des ampoules Reed seules, peuvent également être aggravés par les processus de montage des ampoules Reed sur des circuits (stress mécanique, stress lors de la manipulation du composant, de l'opération de cambrage...). Il est donc souhaitable de définir un procédé de test qui permette le test soit d'une ampoule Reed en tant que composant, soit d'une interface utilisateur munie d'une ampoule Reed en intégrant toutes ces contraintes.

La présente invention a donc pour but de proposer un procédé de test 30 permettant de détecter rapidement et en priorité si un interrupteur à lames souples seul ou monté sur circuit: - présente une faible hystérésis; et/ou - est susceptible d'être en état d'auto- oscillation en limite d'excitation; et/ou - présente une durée de rebond trop longue; et/ou présente une faible sensibilité.

Ce but est atteint selon l'invention qui a pour objet un procédé de test du fonctionnement d'un interrupteur à lames souples présentant un seuil de fermeture et un seuil d'ouverture distincts définissant une zone d'hystérésis, caractérisé en ce qu'il consiste à exciter l'interrupteur par un champ magnétique, sans saturation et à distance, dans ladite zone d'hystérésis, et à mesurer un signal de sortie aux bornes de l'interrupteur pour détecter les instants de fermeture et d'ouverture de l'interrupteur, le champ magnétique variant linéairement en fonction du signal de sortie selon la loi de variation suivante: - le niveau du champ magnétique est augmenté linéairement selon 15 une première pente de variation entre deux instants successifs détectés de fermeture puis d'ouverture; - le niveau du champ magnétique est réduit linéairement selon une deuxième pente de variation entre deux instants successifs détectés d'ouverture puis de fermeture.

L'invention a également pour second objet un banc pour le test du fonctionnement d'un interrupteur à lames souples présentant un seuil de fermeture et un seuil d'ouverture distincts définissant une zone d'hystérésis, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'excitation de l'interrupteur, sans saturation et à distance, dans ladite zone d'hystérésis par un champ magnétique, des moyens de mesure d'un signal de sortie aux bornes de l'interrupteur pour détecter les instants de fermeture et d'ouverture de l'interrupteur, et des moyens de commande des moyens d'excitation pour faire varier linéairement le champ magnétique en fonction du signal de sortie selon la loi de variation suivante: - le niveau du champ magnétique est augmenté linéairement selon une première pente de variation entre deux instants successifs détectés de fermeture puis d'ouverture; - le niveau du champ magnétique est réduit linéairement selon une deuxième pente de variation entre deux instants successifs détectés d'ouverture puis de fermeture.

Avantageusement, le banc de test comporte une carte de circuit imprimé supportant les moyens de commande, les moyens d'excitation et les moyens de mesure, et comportant des bornes de connexion pour connecter l'interrupteur à lames souples au banc de test, en regard et à proximité des moyens d'excitation.

La présente invention sera mieux comprise au vu de la description suivante faite en référence aux figures annexées dans lesquelles: - la figure 1, déjà décrite, illustre le principe de génération d'une impulsion de comptage par un interrupteur à lames souples sous l'action d'un aimant placé sur un disque en rotation; - la figure 2, déjà décrite, illustre un phénomène d'instabilité de l'interrupteur à lames souples, générant des impulsions de comptage parasites (basses à très hautes fréquences); - la figure 3 illustre, sous forme de synoptique simplifié, un mode de réalisation possible d'un banc de test selon l'invention; - la figure 4 illustre une vue en élévation d'un banc de test conforme à la présente invention; - la figure 5 représente un exemple de test obtenu avec un interrupteur à lames souples fonctionnant correctement; - la figure 6 représente un exemple de test obtenu avec un interrupteur à lames souples présentant des instabilités.

Le principe du procédé de test selon l'invention va être expliqué à présent tout d'abord en référence aux figures 5 et 6.

Comme cela a été expliqué précédemment, un interrupteur à lames souples ou ampoule Reed à tester présente un seuil de fermeture SFER et un seuil d'ouverture Souv distincts définissant une zone d'hystérésis H. Lorsque l'interrupteur est soumis à un champ d'excitation magnétique G(t), on peut mesurer le signal de sortie S(t) aux bornes de l'interrupteur. La loi de variation du signal d'excitation G(t) conforme au procédé selon l'invention va maintenant être décrite: Tout d'abord, lors d'une étape préalable d'initialisation, le niveau du champ magnétique est augmenté linéairement jusqu'à obtenir un signal de sortie S(t) représentatif de la fermeture de l'interrupteur. Pour un interrupteur à fonctionnement correct (cas de la figure 5), l'instant de première fermeture correspond sensiblement au moment où le champ magnétique reçu atteint le seuil de fermeture SFER. Pour un interrupteur sujet à l'instabilité (autooscillation) (cas de la figure 6), l'instant de première fermeture peut être obtenu avant que le champ magnétique reçu n'atteigne ce seuil de fermeture SFER.

Puis, le procédé selon l'invention consiste à exciter l'interrupteur, sans saturation et à distance, dans sa zone d'hystérésis et à mesurer un signal de sortie S(t) aux bornes de l'interrupteur pour détecter les instants de fermeture et d'ouverture de l'interrupteur, le champ magnétique G(t) variant linéairement en fonction du signal de sortie S(t) selon la loi de variation suivante: - le niveau du champ magnétique est augmenté linéairement selon une première pente de variation p1 entre deux instants successifs détectés 20 de fermeture puis d'ouverture; - le niveau du champ magnétique est réduit linéairement selon une deuxième pente de variation p2 entre cieux instants successifs détectés d'ouverture puis de fermeture.

Pour un interrupteur à fonctionnement correct (cas de la figure 5), les instants de fermeture correspondent sensiblement au moment où le champ magnétique reçu atteint le seuil de fermeture SFER, et les instants d'ouverture correspondent sensiblement au moment où le champ magnétique reçu atteint le seuil d'ouverture SDuv. En conséquence, le signal de sortie S(t) comporte une allure attendue présentant cycliquement des impulsions entre deux instants consécutifs de fermeture et d'ouverture, ces impulsions pouvant servir de manière fiable à un comptage.

En revanche, pour un interrupteur sujet à l'instabilité (autooscillation) (cas de la figure 6), les instants de fermeture peuvent être obtenus avant que le champ magnétique reçu n'atteigne le seuil de fermeture SFER. De même, les instants d'ouverture peuvent être obtenus avant que le champ magnétique reçu n'atteigne le seuil d'ouverture Sour. Il en résulte la génération d'impulsions très rapprochées, comme le montre le signal S(t) de la figure 6, qui sont des impulsions parasites. Par ailleurs, comme le signal d'excitation G(t) est fonction des instants de fermeture et d'ouverture détectés à partir du signal S(t), on note sur la figure 6 que le signal G(t) subi des variations très différentes par rapport au cas de la figure 5.

Ainsi, grâce au procédé de test selon l'invention, il est possible de mesurer des paramètres de l'interrupteur à lames souples, tels que la durée de fermeture de l'interrupteur, la durée d'ouverture de l'interrupteur, le nombre de cycles de fermeture/ouverture sur une durée donnée, à partir du signal de sortie S(t) mesuré, la sensibilité de l'interrupteur (fonction du niveau de champ d'excitation nécessaire, en utilisant par exemple une ampoule de référence) et de juger, à l'issue de ces mesures, si le composant est fiable ou non.

Les pentes de variations p1, p2 et p3 sont déterminées au préalable, et 20 doivent satisfaire à deux contraintes contraires: -d'une part, être suffisamment élevées pour que le test puisse être effectué rapidement; d'autre part, être suffisamment faibles pour perrnettre les mesures souhaitées qui soient représentatives des conditions d'utilisation. Il est nécessaire effectivement de simuler ce qui se passe lors d'une rotation lente d'un disque.

En pratique, on peut choisir d'avoir une première pente p1 et une deuxième pente p2 identiques en valeur absolue, pour obtenir par exemple un temps de balayage durant p1 et p2 égal à 500 ms pour 1 Ampère-Tour 30 d'hystérésis Pour la pente p3, comme il s'agit d'une l'étape préalable d'initialisation du test, on choisit avantageusement une valeur assez grande, supérieure en valeur absolue aux pentes p1 et p2, par exemple de l'ordre de 100 ms.

En variante, lors d'un même test, on peut également choisir de faire varier les pentes p1 et p2.

Un banc de test permettant une mise en oeuvre possible du procédé selon l'invention va maintenant être décrit en référence aux figures 3 et 4. Ce banc de test comporte essentiellement des moyens d'excitation à distance de l'interrupteur ILS à tester, par un champ magnétique, des moyens de mesure du signal de sortie S(t) aux bornes de l'interrupteur pour détecter les instants de fermeture et d'ouverture de l'interrupteur, et des moyens de commande des moyens d'excitation pour faire varier linéairement le champ magnétique en fonction du signal de sortie selon la loi de variation précédemment décrite.

Dans l'exemple représenté, les moyens d'excitation comportent une bobine 1 au regard et à proximité de laquelle est fixé l'interrupteur à lames souples ILS, ou encore l'interface utilisateur IU portant cet interrupteur. Le banc de test comporte en outre un microprocesseur 2 constituant à la fois les moyens de commande des moyens d'excitation 1, et les rnoyens de mesure du signal de sortie S(t). Plus précisément, le microprocesseur 2 comporte deux ports de sortie P1 et P2, chacun relié à une borne de la bobine 1, et permettant de délivrer, au travers d'un amplificateur de tension 3, une tension de commande permettant à la bobine 1 de générer le champ magnétique variable G(t). La borne de la bobine 1 reliée au port P2 est également reliée à la masse au travers d'une résistance, pour en déduire implicitement le niveau de champ G(t). Le microprocesseur 2 comporte également un port d'entrée P3 relié à l'une des bornes de l'interrupteur ILS, l'autre borne étant porté à un potentiel de référence V2, constant ou variable. On peut notamment faire varier le niveau de polarisation V2 afin de mettre en évidence les phénomènes d'instabilité d'origine électrostatique. C'est par ce port d'entrée P3 que le microprocesseur reçoit le signal S(t), et peut, par suite, commander les variations du signal G(t).

Comme le montre la figure 4, le banc de test comporte une carte 4 de circuit imprimé supportant les moyens de commande 2, 3, les moyens d'excitation 1 et les moyens de mesure 2.

La carte de circuit imprimé 4 comporte en outre des bornes de connexion 5 pour connecter au banc de test, par enfichage simple, l'interrupteur à lames souples ILS ou la carte utilisateur IU portant l'interrupteur, en regard des moyens d'excitation 1. La mise en place de l'interrupteur ou de la carte utilisateur à tester peut être fait manuellement, ou de façon automatisée.

Grâce à l'invention, il est donc possible de repérer les ampoules Reed défectueuses ou instables, ou encore d'effectuer des tests sur l'ampoule Reed après cambrage des pattes de connexions, et/ou après processus de fabrication d'un interface utilisateur portant une ampoule Reed afin de prendre en compte toutes les contraintes mécaniques liées au processus de fabrication et susceptibles de modifier les paramètres intrinsèques de l'ampoule Reed.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Procédé de test du fonctionnement d'un interrupteur à lames souples (ILS) présentant un seuil de fermeture (SFER) et un seuil d'ouverture (SOUW) distincts définissant une zone d'hystérésis (H), caractérisé en ce qu'il consiste à exciter l'interrupteur (ILS) par un champ magnétique (G(t)), sans saturation et à distance, dans ladite zone d'hystérésis, et à mesurer un signal de sortie (S(t)) aux bornes de l'interrupteur pour détecter les instants de fermeture et d'ouverture de l'interrupteur, le champ magnétique (G(t)) variant linéairement en fonction du signa 1 de sortie (S(t)) selon la loi de variation suivante: - le niveau du champ magnétique est augmenté linéairement selon une première pente de variation (p1) entre deux instants successifs détectés de fermeture puis d'ouverture; - le niveau du champ magnétique est réduit linéairement selon une 15 deuxième pente de variation (p2) entre deux instants successifs détectés d'ouverture puis de fermeture.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une étape préalable d'initialisation lors de laquelle le niveau du champ magnétique est augmenté linéairement jusqu'à obtenir un signal de sortie (S(t)) représentatif de la fermeture de l'interrupteur.

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première pente (p1) et la deuxième pente (p2) 25 sont identiques en valeur absolue.

4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'augmentation linéaire du niveau du champ magnétique lors de l'étape préalable d'initialisation s'effectue selon une troisième pente (p3) supérieure en valeur absolue à la première pente (p1).

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de mesure de paramètres de l'interrupteur à lames souples (ILS) à partir du signal de sortie (S(t) mesuré.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les dits paramètres comprennent un ou plusieurs des paramètres suivants: durée de fermeture de l'interrupteur, durée d'ouverture de l'interrupteur, nombre de cycles de fermeture/ouverture sur une durée donnée, et sensibilité de l'interrupteur.

7. Banc pour le test du fonctionnement d'un interrupteur à lames souples (ILS) présentant un seuil de fermeture (SFER) et un seuil d'ouverture (Souv) distincts définissant une zone d'hystérésis (H), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (1) d'excitation de l'interrupteur (ILS), sans saturation et à distance, dans ladite zone d'hystérésis par un champ magnétique (G(t)), des moyens (2) de mesure d'un signal de sortie (S(t)) aux bornes de l'interrupteur pour détecter les instants de fermeture et d'ouverture de l'interrupteur, et des moyens de commande (2, 3) des moyens d'excitation pour faire varier linéairement le champ magnétique (G(t)) en fonction du signal de sortie (S(t)) selon la loi de variation suivante: le niveau du champ magnétique est augmenté linéairement selon une première pente de variation (p1) entre deux instants successifs 25 détectés de fermeture puis d'ouverture; - le niveau du champ magnétique est réduit linéairement selon une deuxième pente de variation (p2) entre deux instants successifs détectés d'ouverture puis de fermeture.

8. Banc de test selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens d'excitation comportent une bobine (1) au regard et à proximité de laquelle est fixé l'interrupteur à larves souples (ILS).

9. Banc de test selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'il comporte un microprocesseur (2) constituant à la fois lesdits moyens de commande des moyens d'excitation, et lesdits moyens de mesure du signal de sortie (S(t)).

10. Banc de test selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte une carte (4) de circuit imprimé supportant les moyens de commande (2, 3), les moyens d'excitation (1) et les moyens de mesure (2), et comportant des bornes de connexion (5) pour connecter l'interrupteur à lames souples au banc de test, en regard et à proximité des moyens d'excitation (1).