Par opposition à des dispositifs de mesure de la température d'un milieu extérieur, des dispositifs de détection thermique connus permettent la détection de flux thermiques sans qu'existe aucune variation de température.

Un tel dispositif est appelé comparateur de flux thermiques. La demande de brevet français n°01 15310 décrit un tel dispositif qui permet la comparaison de flux thermiques instantanés en provenance de deux milieux extérieurs avec lesquels les deux faces du dispositif sont respectivement mises en contact.

Un tel comparateur de flux thermiques nécessite néanmoins que des flux thermiques soient échangés entre l'un des milieux extérieurs et le comparateur. Lorsque le ou les milieux extérieurs sont, de façon permanente, rigoureusement à la même température que le comparateur, aucun flux thermique n'est échangé et le comparateur ne fournit aucun signal de détection. De telles conditions sont par exemple réalisées lorsque l'un des milieux extérieurs est un fluide en mouvement par rapport au comparateur, et que la vitesse du fluide varie sans que la température du fluide soit modifiée.

Le comparateur de la demande de brevet français n°01 15310 est alors inopérant pour détecter une variation de la vitesse d'écoulement du milieu fluide.

Par ailleurs, des détecteurs thermiques sont aussi connus, qui comprennent un circuit d'activation et permettent de détecter des variations d'un milieu extérieur telles qu'un changement d'une vitesse d'écoulement. La demande de brevet européen 0 446 546 décrit un tel détecteur, mais sa sensibilité est particulièrement faible. De plus, son fonctionnement ne permet pas de détection lorsque le circuit d'activation est alimenté électriquement. Des périodes d'activation et des périodes de mesure doivent alors être alternées, ce

qui engendre un mode opératoire compliqué et nécessite des moyens de commande complexes.

La présente invention a pour but de fournir un comparateur de flux thermiques très sensible et facile d'utilisation.

L'invention concerne un comparateur de flux thermiques ayant au moins une première face d'entrée sensiblement plane et pouvant échanger des flux thermiques avec un premier milieu extérieur avec lequel ladite première face d'entrée est mise en contact. Le comparateur comprend : - un circuit thermoélectrique de détection ayant une direction longitudinale déterminée située dans un plan sensiblement parallèle à la première face d'entrée, comprenant au moins un premier ruban d'un premier matériau métallique possédant une conductivité thermique déterminée, une conductivité électrique déterminée et un pouvoir thermoélectrique déterminé, ayant au moins deux faces, et étant partiellement recouvert sur l'une de ses faces par de premières plaquettes métalliques disjointes d'un second matériau métallique qui possède une conductivité thermique et une conductivité électrique respectivement supérieures à la conductivité thermique et à la conductivité électrique du premier matériau métallique et qui possède un pouvoir thermoélectrique différent du pouvoir thermoélectrique du premier matériau métallique ; - un dispositif de détection d'une tension électrique ayant deux bornes respectivement reliées à deux extrémités longitudinales dudit premier ruban ; -un circuit thermoélectrique d'activation, comprenant au moins un second ruban d'un troisième matériau métallique possédant une conductivité thermique déterminée, une conductivité électrique déterminée et un pouvoir thermoélectrique déterminé, ayant au moins deux faces, et étant partiellement recouvert sur l'une de ses faces par de secondes plaquettes métalliques disjointes d'un quatrième matériau métallique qui possède une conductivité thermique et une conductivité électrique respectivement supérieures à la conductivité thermique et à la conductivité électrique du troisième matériau

métallique et qui possède un pouvoir thermoélectrique différent du pouvoir thermoélectrique du troisième matériau métallique ; - un générateur de courant électrique ayant deux bornes respectivement reliées à deux extrémités longitudinales dudit second ruban de manière à alimenter ledit second ruban avec un courant électrique d'alimentation continu ; - une première couche de matériau isolant disposée entre le circuit thermoélectrique de détection et le circuit thermoélectrique d'activation, le matériau isolant de ladite première couche de matériau isolant possédant une conductivité thermique inférieure aux conductivités thermiques respectives des premier, second, troisième et quatrième matériaux métalliques ; et - une seconde couche de matériau isolant disposée entre la première face d'entrée d'une part et le circuit thermoélectrique de détection et le circuit thermoélectrique d'activation d'autre part.

Des portions respectives des premier et second rubans sont parallèles et superposées selon une direction perpendiculaire à la première face d'entrée, et sont recouvertes respectivement de premières et secondes plaquettes disposées sensiblement au droit les unes des autres selon ladite direction perpendiculaire, ou disposées de façon à ce que les premières plaquettes de ladite portion du premier ruban soient sensiblement au droit d'intervalles de séparation entre des secondes plaquettes de ladite portion du second ruban successives selon la direction longitudinale.

Grâce à cette disposition des premières plaquettes par rapport aux secondes plaquettes dans des portions des circuits de détection et d'activation le comparateur de l'invention permet de détecter des variations du milieu extérieur (telles qu'une vitesse d'écoulement) lorsque celui garde une température constante et égale à celle du comparateur. Lorsque le circuit d'activation est alimenté par un courant électrique, chacune des secondes plaquettes présente une extrémité chauffée et une extrémité refroidie par effet thermoélectrique, créant des flux thermiques locaux échangés avec le milieu extérieur. Chacune des premières plaquettes du circuit de détection située au dessus d'une seconde plaquette ainsi activée ou située entre deux secondes

plaquettes successives ainsi activées, détecte alors instantanément d'éventuelles variations de ces flux thermiques locaux, dues à des variations du milieu extérieur, même sans variation sensible de la température de celui-ci.

De plus, la structure du comparateur de flux thermiques permet une excellente sensibilité de détection.

Enfin, son utilisation est particulièrement simple, étant donné la possibilité d'alimentation du-circuit d'activation pendant la durée des mesures.

Cette possibilité procure ainsi une bonne stabilité de la détection.

Selon un mode de réalisation, le comparateur comprend en outre des troisièmes plaquettes disposées sur une face de la seconde couche de matériau isoiant opposée aux circuits thermoétectriqùës. Les troisièmes plaquettes sont disposées chacune au droit, selon la direction perpendiculaire, d'une extrémité longitudinale respective des premières plaquettes. Les troisièmes plaquettes créent une dissymétrie entre les deux extrémités longitudinales de chaque première plaquette qui permet de détecter des flux thermiques même en l'absence de courant électrique dans le circuit d'activation.

Dans un autre mode de réalisation, le comparateur de flux thermiques comprend en outre une seconde face d'entrée, sensiblement plane et parallèle à la première face d'entrée. Le comparateur de flux thermique peut alors échanger des flux thermiques avec un second milieu extérieur mis en contact avec la seconde face d'entrée. La seconde face d'entrée est disposée d'un côté des circuits de détection et d'activation opposé à la première face d'entrée, et une troisième couche de matériau isolant est disposée entre la seconde face d'entrée et les circuits thermoélectriques.

Une telle configuration du comparateur thermique réduit l'influence des caractéristiques thermiques du dispositif de détection lui-même sur les signaux de détection obtenus. Ces signaux dépendent alors essentiellement des caractéristiques thermiques des deux milieux extérieurs.

L'invention concerne par ailleurs des procédés de comparaison de flux thermiques utilisant un comparateur de flux thermiques tel que décrit précédemment.

Dans un premier exemple, on alimente le circuit thermoélectrique d'activation avec un courant électrique continu constant, et on repère la tension électrique détectée par le circuit thermoélectrique de détection.

Dans un second exemple, on ajuste la valeur du courant électrique d'alimentation du circuit thermoélectrique d'activation de façon à repérer la valeur dudit courant qui annule la tension électrique détectée par le circuit thermoélectrique de détection.

D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après de deux exemples de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une coupe d'un exemple de conipårateur de flux thermiques selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective éclatée d'une partie du comparateur de flux thermiques de la figure 1 ; - la figure 3 illustre un exemple d'utilisation d'un comparateur de flux thermiques selon l'invention ; - la figure 4 est une coupe d'un comparateur de flux thermiques selon un mode de réalisation préféré de l'invention ; - la figure 5 est une vue en perspective éclatée du comparateur de flux thermiques de la figure 4 ; -la figure 6 est une coupe d'un comparateur de flux thermiques selon une variante du mode de réalisation préféré de l'invention.

Selon la figure 1, le comparateur de flux thermiques comprend un circuit thermoélectrique de détection formé du ruban métallique 1, partiellement recouvert d'une série de plaquettes métalliques 2 disposées selon une direction longitudinale L du ruban 1. Le ruban 1 peut être disposé en méandres juxtaposés dans un même plan. La direction L est alors la direction longitudinale locale du ruban 1. Les plaquettes 2 sont disjointes les unes des autres et réparties d'une façon sensiblement régulière le long du ruban 1. Les plaquettes 2 sont appliquées sur le ruban 1 de façon à avoir avec lui un bon contact électrique et un bon contact thermique au moins au niveau de deux

extrémités longitudinales des plaquettes 2 selon la direction L. Les plaquettes 2 peuvent être rectangulaires dans le plan du ruban 1, ou de toute autre forme.

Le ruban 1 peut être en un alliage résistif connu sous l'appellation de constantan, ou en un autre alliage résistif tel que le chrome. Les plaquettes 2 sont constituées d'un matériau métallique tel que le cuivre, l'or, l'argent, le nickel, l'aluminium, ou un alliage comprenant certains au moins de ces métaux.

Les matériaux du ruban 1 et des plaquettes 2 sont choisis de façon à présenter des pouvoirs thermoélectriques respectifs différents, et de sorte que les plaquettes 2 présentent une conductivité électrique et une conductivité thermique supérieures à celles du ruban 1. Par exemple, le ruban 1 est en constantan et les plaquettes 2 sont en cuivre.

Un second circuit thermoélectrique constitué d'un ruban métallique 3 et de plaquettes 4 est identique au circuit de détection formé par le ruban 1 et les plaquettes 2. Ce second circuit thermoélectrique est le circuit d'activation. II est disposé parallèlement au circuit de détection, dans une position décalée par rapport au circuit de détection selon une direction N perpendiculaire au plan du ruban 1, de sorte que les plaquettes 2 et les plaquettes 4 sont superposées deux à deux selon la direction N. La figure 2 montre, selon une vue en perspective, la superposition des circuits de détection et d'activation pour une configuration en méandres des rubans 1 et 3.

Une couche 5 (figure 1) de matériau isolant est intercalée entre tes circuits de détection et d'activation. Une autre couche 6 de matériau isolant recouvre le circuit de détection, d'un côté opposé au circuit d'activation. Les couches 5 et 6 peuvent être en Kapton (E) ou en tissu de fibre d'alumine notamment pour les applications à haute température. L'ensemble de la couche 6, du circuit de détection, de la couche 5 et du circuit d'activation est resserré selon la direction N afin de présenter de bons contacts thermiques selon des'plans perpendiculaires à la direction N.

La face libre de la couche 6 constitue une face d'entrée E1 du comparateur de flux thermiques. Elle peut être mise en contact avec un milieu extérieur 100, pouvant être de nature quelconque, gazeuse, liquide ou solide.

Eventuellement, lorsque le milieu 100 est solide, la face de la couche 6

constituant la face d'entrée E1 peut être recouverte d'une fine couche métallique, de préférence d'un métal mou, de façon à améliorer le contact thermique entre le milieu extérieur 100 et le comparateur. Par ailleurs, le comparateur est placé sur un support S par sa face opposée à la face d'entrée E1.

De préférence, la couche 6 possède une conductivité thermique selon la direction N inférieure à la conductivité thermique de la couche 5 selon la direction N. Ainsi les circuits de détection et d'activation peuvent être considérés comme presque confondus vis-à-vis des flux thermiques échangés entre le comparateur et le milieu 100, au travers de la face d'entrée E1.

Selon la figure 3, le ruban 1 est relié par ses deux extrémités à deux bornes respectives d'un détecteur de tension électrique 20, tel que, par exemple, un voltmètre. Le ruban 3 est relié par ses deux extrémités à deux bornes respectives d'un générateur de courant électrique 30, pouvant délivrer un courant continu d'intensité I ajustable. Le courant I ainsi délivré circule alors dans le ruban 3. Sur la figure 3, E2 représente la surFace de contact entre le comparateur et le support S (figure 1).

Le circuit thermoélectrique d'activation étant alimenté avec un courant électrique continu non nul par le générateur 20, il crée des flux thermiques locaux autour des extrémités longitudinales des plaquettes 4. Les deux extrémités longitudinales de chaque plaquette 4 sont respectivement chauffée et refroidie par effet Peltier, connu de l'Homme du métier, produit par le courant d'alimentation du circuit d'activation. Ces flux thermiques locaux diffusent selon la direction N au travers de la face d'entrée E1 et atteignent le milieu extérieur 100. Le milieu extérieur 100 influence alors ces flux thermiques locaux selon ses caractéristiques thermiques intrinsèques. En particulier, un milieu extérieur 100 fluide en mouvement, par son renouvellement au contact de la face d'entrée E1, favorise les flux thermiques locaux engendrés par le circuit d'activation. On repère alors, au moyen du voltmètre 30, une tension électrique représentative de l'ensemble des flux thermiques locaux et des caractéristiques thermiques du milieu extérieur 100. Lorsque le courant I est maintenu constant, les variations de cette tension révèlent des variations du milieu 100, tel qu'un

changement de sa vitesse d'écoulement, par exemple. Ainsi, le comparateur de flux thermiques de l'invention permet de détecter des changements de caractéristiques thermiques d'un milieu extérieur, même lorsque le milieu extérieur et le comparateur ont des températures rigoureusement égales. Le circuit d'activation, alimenté par le courant I délivré par la source de courant, permet en effet de s'affranchir de la nécessité de flux thermiques spontanés au travers de la face d'entrée du comparateur.

Pour une disposition, relative des plaquettes 2 et 4 telle que représentée sur les figures 1 et 2, les extrémités du ruban 1 connectées au détecteur de tension électrique 20 présentent chacune une polarité électrique identique à celle de l'extrémité du ruban 3 à laquelle elle est superposée selon la direction N.

Pour un comparateur de flux thermiques de structure analogue à cette des figures 1 et 2, mais dans lequel les plaquettes 2 sont chacune disposées au droit d'un intervalle de séparation entre deux plaquettes 4 successives, les extrémités superposées des rubans 1 et 3 présentent des polarités électriques opposées lors de l'utilisation de ce détecteur de la façon décrite précédemment.

Les figures 4 et 5 représentent un deuxième mode de réalisation d'un comparateur de flux thermiques. Les éléments 1 à 6 décrits précédemment sont repris de façon identique. En particulier, les plaquettes 2 et 4 sont disposées au droit les unes des autres selon la direction N. Une couche 7 de matériau isolant, identique à la couche 6 est disposée contre le circuit d'activation, d'un côté opposé au circuit de détection. La face libre de la couche 7 constitue une seconde face d'entrée E2 du comparateur de flux thermiques.

La face d'entrée E2 est mise en contact avec un second milieu extérieur 200.

Selon ce deuxième mode de réalisation du comparateur, des plaquettes 8 et 10 sont respectivement disposées sur les faces des couches 6 et 7 de matériau isolant tournées vers l'extérieur du comparateur. Chaque plaquette 8 est positionnée de façon centrée par rapport à la première extrémité longitudinale, selon la direction L, d'une plaquette 2 du circuit de détection, elle-même située au droit, selon la direction L, d'une plaquette 4 du

circuit d'activation. De même, chaque plaquette 10 est positionnée de façon centrée par rapport à la seconde extrémité longitudinale d'une plaquette 2. Le comparateur comprend autant de plaquettes 8 et de plaquettes 10 que de plaquettes 2 ou 4, si bien qu'il apparaît constitué de cellules thermiques juxtaposées selon la direction L, chaque cellule thermique comprenant une plaquette 2, une plaquette 4, une plaquette 8 et une plaquette 10 (voir figure 5).

Les plaquettes 8 et 10 sont avantageusement identiques entre elles et peuvent être de différents types, notamment : - les plaquettes 8 et 10 peuvent être des réflecteurs de rayonnement, agissant respectivement pour réfléchir une partie des rayonnements incidents sur les faces d'entrée E1 et E2, en provena ! nce des w ! ilieux extérieurs 100 et 200. Elles sont alors constituées d'un matériau à haute conductivité électrique tel que l'aluminium, l'argent, l'or, le chrome, le cuivre et des alliages comprenant au moins l'un de ces métaux. Dans ce cas, le comparateur permet de comparer des flux radiatifs émis par des sources de flux disposées sensiblement en vis-à-vis, entre lesquelles le comparateur est placé ; -les plaquettes 8 et 10 peuvent être des absorbeurs de rayonnement, agissant respectivement pour absorber une partie des rayonnements incidents sur les faces d'entrée E1 et E2. Dans ce cas, elles peuvent être constituées d'un matériau à fort pouvoir d'absorption, tel qu'un film noir, une céramique ou un oxyde de chrome, éventuellement combiné avec un autre métal. L'utilisation d'un tel comparateur est alors identique à celle d'un comparateur à plaquettes 8 et 10 réfléchissantes ; -les plaquettes 8 et 10 peuvent constituer des ponts thermiques entre des couches de matériau isolant formant les faces d'entrée E1 et E2 et les couches 6 et 7. La figure 6 représente un exemple de comparateur de flux thermiques ayant une telle structure. Deux couches supplémentaires de matériau isolant 9 et 11 sont disposées de part et d'autre des couches 6 et 7, parallèlement à ces dernières et du côté de chacune opposé aux circuits thermoélectriques. Les couches 9 et 11 sont respectivement séparées des couches 6 et 7 par les plaquettes 8 et 10. Les plaquettes 8 et 10 peuvent être constituées d'un matériau de type époxy ou d'un matériau métallique tel que le

cuivre, l'aluminium, l'argent, le chrome, le nickel et un alliage comprenant au moins l'un de ces métaux. Avantageusement, un volume d'isolation thermique 12 peut être agencé entre des plaquettes 8 voisines ou entre des plaquettes 10 voisines, dans un intervalle de séparation entre les couches 6 et 9 pour les plaquettes 8, et entre les couches 7 et 11 pour les plaquettes 10. Pour obtenir un comparateur ayant une sensibilité accrue, les volumes 12 peuvent être vides ou remplis de gaz.

De même que précédemment, les extrémités du ruban 1 sont connectées aux bornes d'un détecteur de tension électrique 20, et le ruban 3 est connecté aux bornes d'un générateur de courant 30 (figure 3), qui délivre un courant continu I dans le ruban 3.

En l'absence de courant électrique délivré par le générateur 30 (c'est- à-dire pour l=0), le voltmètre 20 mesure une tension électrique représentative d'un bilan des flux thermiques incidents sur les faces d'entrée E1 et E2 du comparateur, selon un fonctionnement identique à celui de tout détecteur thermique connu par ailleurs.

L'utilisation d'un comparateur selon le deuxième mode de réalisation avec un courant d'alimentation I non nul ; qui va être décrite maintenant, permet de mesurer de façon particulièrement précise des flux thermiques provenant des milieux extérieurs 100 et 200, respectivement au travers des faces d'entrée E1 et E2. Pour cela, on ajuste la valeur du courant. électrique d'alimentation I délivré par le générateur 30 de façon à annuler la tension électrique détectée par le voltmètre 20. Une telle méthode de mesure, qualifiée de méthode « par compensation », permet notamment de réaliser un étalonnage du comparateur préalable à la mesure. On repère ainsi la valeur du courant délivré par le générateur 30 qui annule la tension aux bornes du ruban 1. Ensuite, une variation des flux thermiques incidents sur les faces d'entrée E1 et E2 est détectée sous forme d'une variation de l'intensité du courant d'alimentation du circuit d'activation qui est nécessaire pour compenser la variation de la tension électrique générée dans le comparateur par ladite variation des flux thermiques.

Lors de cette utilisation du comparateur, les polarités électriques des

extrémités des rubans 1 et 3 superposées selon la direction N peuvent présenter des polarités électriques identiques ou opposées, en fonction du type des plaquettes 8 et 10.

Pour un comparateur de flux thermiques de structure analogue à celle des figures 4 à 6, mais dans lequel les plaquettes 2 sont chacune disposées au droit d'un intervalle de séparation de deux plaquettes 4 successives, les polarités électriques des extrémités du ruban 3 peuvent être inversées par rapport au cas précédent, lors de l'utilisation de ce détecteur selon la méthode par compensation.

Selon un troisième mode de réalisation, qui correspond à une simplification du. deuxième mode de réalisation, le comparateur présente la structure représentée à la figure 1, complétée par des plaquettes 8, et éventuellement une couche de matériau isolant gi disposées sur la couche 6 de la façon décrite plus haut. Selon la nature des plaquettes 8 et la présence de la couche 9, un tel comparateur peut encore présenter un fonctionnement par réflexion ou absorption de rayonnement, ou par ponts thermiques, vis-à-vis du milieu extérieur 100 en contact avec la face d'entrée E1. Le comparateur peut encore éventuellement être placé sur un support (S) par sa face opposée à la face d'entrée E1.

L'utilisation du comparateur suivant la méthode de mesure « par compensation » est toujours possible. Lorsque la compensation est atteinte, le circuit d'activation parcouru par le courant électrique ajusté engendre un flux thermique global opposé au flux incident sur la face d'entrée E1 en provenance du milieu extérieur 100.

Il apparaît ainsi que des modes de réalisation différents peuvent mettre en oeuvre la présente invention, en fonction notamment du nombre de faces d'entrée de flux thermiques, de la nature des plaquettes placées au niveau des faces d'entrée et des matériaux choisis. Ces modes de réalisation correspondent tous à la présente invention dans la mesure où ils comprennent notamment un circuit thermoélectrique de détection et un circuit thermoélectrique d'activation associés selon l'une des façons décrites plus haut.