Brevet FR2035031A1 — publié le 19701218

70093^0 1 20350311 lia présente invention se rapporte à un appareil âe mesure comportant un transducteur constituant un système de second ordre et qui, lorsqu'il est en service, a un rapport d'amortissement qui est fonction de la valeur de la variable à mesurer. Un 5 appareil de ce type a été décrit sous la forme d'un débitmètre de masse dans la demande de brevet déposée le 16 MarsÊL970 au nom de la Demanderesse et concernant : "Perfectionnements aux dé-bitmètres de masse". Suivant l'invention, cet appareil de mesure, qui comporte lo un tranéducteur constituant un système de second ordre et dont le rapport d'amortissement est fonction de la valeur de. la variable mesurée, comprend également une boucle de déphasage branchée de manière à provoquer l'oscillation du système, des moyens pour : commander le gain de boucle de façon que les oscillations soient 15 maintenues à un rapport d'amortissement nul et des moyens pour produire un signal fonction du gain de boucle, ce signal représentant, pour la valeur nulle du rapport d'amortissement, la valeur de la variable mesurée. I* théorie du fonctionnement d'un tel appareil va être dé-20 crite'dans la suite, l'appareil proprement dit peut se présenter aous un certain nombre de formes différentes.Par exemple, la boucle peut comporter un détecteur assurant la détection de l'état instantané du système, un intégrateur pour intégrarie signal de sortie du détecteur et, par conséquent, pour fournir le dépliasa-25 ge, et des moyens commandés par l'intégrateur et assurant l'oscillation du système. En variante, on peut utiliser un différentiateur à la place de l'intégrateur. Les moyens de commande de gain de boucle peuvent comporter un détecteur pour produire un signal représentant l'amplitude 30 d'oscillation, une source de signaux de référence d'amplitude, un comparateur pour comparer les signaux de sortie du détecteur et de référence d'amplitude et un dispositif pour régler le gain de boucle sous le contrôle du comparateur. Ce dernier mode d'appareil comprend, lorsqu'il est conçu mathématiquement, un trans-35 ducteur de mesure constituant un système de second ordre et remplissant une fonction de transfert de Laplace de la forme s ■ w n2 >i 2~ p _ + 2 y® nP + 40 où wn désigne la fréquence naturelle du système et Y Ie 7009340 2035031 10 rapport d'amortissement, ce dernier étant fonction de la valeur de la variable mesurée; une boucle de déphasage remplissant une fonction de transfert de Laplace correspondant à l'une des formes suivantes : . ! 1 fp-i: 1 * p , îp + 1 et p, où Œ désigne une constante de temps associée à la boucle, cette dernière étant branchée .de façon à faire osciller le système qui, en combinaison avec la boucle, présente, par conséquent, les é— quations respectives suivantes au lieu des racines : * 2 A 2 „ 2 " ~1> ou (ïp+l)(p + 2 yw^p + ) 15 A*w -n2 f\ = — 1 « ou P (p + 2 y» jjP + ) A» (2p + 1) —p ? a -1, OU u? + 2 Y« aP + ) 20 A»» 2 p n * , ~ p 5 " » —i, (p + 2 y » jjP + ) où A' désigne le gain de la boucle ; des moyens pour commander 25 le gain de boucle de manière que le lieu des racines du système combiné coupe l'as© imaginaire dans un plan complexe, les oscillations étant par conséquent, maintenues à un rapport d'amortissement nul, lesdits moyens de réglage de gain de boucle comprenant un détecteur pour produire un signal représentant l'ampli-30 tude des oscillations, une source de signaux de référence d,am-plitude, \in comparateur pour comparer les signaux de sortie du détecteur et les signaux de référence d'amplitude et un dispositif pour régler le gainde boucle sous le contrôle du comparateur, l'appareil comprenant également des moyens de génération d'un si-35 gnal en fonction du gain de boucle, ce signal étant fonction du rapport d'amortissement et représentant, par conséquent, la valeur de la variable mesurée. Comme indiqué précédemment, l'appareil suivant l'invention peut se présenter sous forme d'un débitmètre de masse dont l'agen- 7009340 • 3 2035031 ' cernent a été décrit en détail dans la demande de brevet précitée. Dans un tel débitmètre, qui comprend également un conduit de flui de, le transducteur de mesure comprend, de préférence, un élément en forme de plaque monté dans le conduit de manière à pouvoir 5 tourner autour d'un axe transversal et comportant une face dirigée vers l'amont et disposée à peu près symétriquement par rapport à.l'axe, ainsi qu'un élément élastique qui assure une poussée élastique s'opposant à la rotation de 1*élément en forme de plaque. La boucle de déphasage comprend, dans ces conditions, un 10 moteur pour faire osciller 1*élément en forme de plaque autour de l'axe, én augmentant et en réduisant la vitesse à laquelle des parties d'un écoulement de fluide passant dans le conduit arrivent sur la face dirigée vers l'amont, le fluide exerçant, en coBiséquence, sur l'élément en forme de plaque un couple s'oppo-15 sant au mouvement oscillant et ayant, par conséquent, une influence sur le rapport d'amortissement. L'appareil de mesure suivant l'invention est également applicable à des systèmes de commande, tels que des dispositifs de pilotage automatique, du type dans lequel il est d'une pratique 20 courante de déterminer le "rapport d'amortissement équivalent" et la "fréquence naturelle équivalente" de systèmes d'ordres très élevés (jusqu'à 30 ou 40 pôles). Ceci permet de conférer au système une Êaractéristique approximativement équivalente de second ordre. 25 D'autres avantages et caractéristiques de 1'invention serorfc mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels :- Fig» 1 est un schéma synoptique fonctionnel de l'appareil 30 suivant l'invention } Fig. 2 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un transducteur de mesure qui peut être utilisé lorsque l'appareil se présente sous forme d'un débitmètre de masse; I"ig. 3 est un schéma du circuit électrique d'un débitmètre 35 de masse suivant l'invention, qui comprend le transducteur de mesure représenté sur la fig. 2, et Figo 4 est un schéma du circuit électrique d'un autre débitmètre de masse suivant l'invention, qui comprend également le transducteur de mesure de la fig. 2. 40 Pour faciliter les comparaisons antre les différentes 7009340 2035031' figures, 011 a désigné les composants similaires par des références numériques correspondantes. On va d'abord expliquer la théorie de fonctionnement en référence à la fig. 1. 5 - Comme indiqué précédemment, la fonction de transfert de Ia-place d'un système de second ordre est(p2 + 2L ^ p + ^ 2) % /O s t w ^ ^ où. désigné la fréquence naturelle du système et le rapport d'amortissement. Un tel système comporte deux pôles fla-na le plan complexe. Comme indiqué sur la figure, tua troisième pôle (alter-10 nativement un zéro) présentant une fonction de transfert de La— place de la formé générale ——— est ajouté à l'aide d'un intégra- «fi» teur 12. qui constitue avec un multiplicateur 14-, une boucle de déphasage associée au système 10. Si le gain de la boucle est augmenté jusqu'à ce que le lieu des racines du système de troi— 15 sième ordre résultant coupe l'axe imaginaire dans le plan coœple- . xe, des oscillations commencent à se produire. Une boucle de commande automatique de gain comprenant un détecteur d'amplitude 16, un comparateur. "18 et le multiplicateur 14 peiaet aux oscillations d'atteindre une amplitude prédéterminée. En d'autres termes, la 20 boucle de commande automatique de gain établit le gain, du multiplicateur 14 qui assure à son tour la commande du gain de la boucle de déphasage de sorte que les oscillations sont stables, c'est à dire que le système oscillant est maintenu à un rapport d'amortissement nul. Plus précisément, le détecteur d'amplitude 16 pro-25 duit un signal directement proportionnel à l'amplitudg des oscillations. Ce signal, et un signal émis par une source 20 de signant de référence d'amplitude, sont comparés dans le comparateur 18 et le. signal résultant de commande automatique de gain est appliqué au multiplicateur 44. De cette manière, le gain du multiplicateur 30 et, par conséquent, le gain de la boucle de déphasage sont commandés, le dernier gain de manière que l'amplitude des oscillations .soit constante. Ce gain est me fonction linéaire du rapport d'amortissement. En outre, le signal de commande automatique de ""gain est équivalent à ce gain et en constitue une mesure direc-35 te. Le gain représenté par le signal de commande automatique de gain est une fonction linéaire du rapport d'amortissement. L'équation du lieu des raeines pour un système de second ordre comportant un intégrateur dans la boucle de réaction s'écrit ï bad original 7009340 5 2035031 10 XL ■ » - 1, OU p (p2+ 2^.tonp +con2) P3 + 2^np2 +a^n2 p + A'^n2 = 0 où A* désigne la boucle de gain. Pour p = g * (la condition d'oscillation), les deux parties réelle et imaginaire de la dernière équation doivent simultanément s'éliminer. On peut montrer que cela se produit seulement si ^ = 0 ou En introduisant ces fréquences dans la dernière équation, on peut montrer que pour ^ » 0, A1 => 0 et pour ^ A1 « 2&?n . Puisque la condition A'=0 n'est pas permise par la boucle de commande automatique du gain, le système fonctionne à une fréquence avec un gain de boucle de A* » 2j, n» Le multiplicateur 14 fonctionne comme un auçlificateur à gain variable, dont le gain est égal à A' qui 15 correspond lui-même au signal de commande automatique de. gain. En conséquence, ce dernier signal est directement proportionnel au rapport d'amortissement^ • Le signal de commande peut, par conséquent, être utilisé pour exciter un indicateur (non représenté) gradué en valeurs de rapport d'amortissement ou d'un autre para-20 mètre, c'est-à-dire la valeur mesurée de la variable, qui est fonction du rapport d'amortissement. Comme indiqué plus haut, on peut utiliser un différentiateur à la place de l'intégrateur 12, c'est-à-dire que le troisième pôle incorporé peut présenter une fonction de transfert de La- A 25 place de la forme générale p, au lieu de—^— . Il en résulte que le gain de boucle devient inversement proportionnel à la fréquence naturelle alors qu'avec un intégrateur il est directement proportionnel à cette fréquence naturelle. L'équation du lieu des racines pour un système comportant 30 un différentiateur est : 1 + A^h2 p = 0 P2 + a+%2 où A désigne le gain de boucle. En résolvant la dernière équa- 35 tion, on obtient la relation : p2 + n + P +^rL^ = Çour p = 3 ^ (la condition d'oscillation), la dernière équation devient : ^ 2 -UJ2 + j (2lCU + A co 2) = O. En annulant à la n u v n n fois les parties réelle et imaginaire, on obtient les équations : Lu 2 _^uj2 = q e_j_ ^'2^ton + A&J^2) = 0 L'avant-dernière équation 40 donne ^ c'est-à-dire la fréquence d'oscillation. L'autre 7009340 " 2035031 équation donne A.^- 2.t° . qui r-aprésente le gain nécessaire pour cvn l'oscillation» le signal négatif indique que 1'hypothèse initiale d'une réaction négative, qui a été admise lors de l'établisse-5 ment de l'équation du lieu des racines, est erronée et qu'une réaction positive est nécessaire» Il est à noter que, dsune façon générale, un circuit de retard ayant une fonction de transfert de Laplaee de la forme 1 peut être âtilisé à la place d'un intégrateur. Lorsque ( nr> + Tj -1 /> " 10 IA dévient; très grand, ^jip + y\ se rapproche de -2—-» ce correspond à un intégrateur présentant un gain de 1 .De façon similaire-, un circuit d'avance de la forme (Tp + 1^ peut être uti lisé à la place du différentiateur. Lorsque ï devient très grand, (Tp + 1) se rapproche de Tp, ce qui correspond à un différentia-15 teur de gain Ta De cette- manière, un intégrateur ou un différentiateur peut être utilisé respectivement à la place d'un circuit de retard ou d'un circuit d'avance. Le transducteur de mesure du débitmètre de masse de la fig. 2 va maintenant être décrit succinctement dans la suite. On a don 20 né une description plus complète ainsi que la théorie de fonction nement dans la demande de brevet précitée. Le transducteur comprend un disque circulaire 46, qui sera appelé dans la suite la plaque d'"impact" et qui constitue l'élément en forme de plaque précédemment cité. Oette plaque 46 est 25 supportée par un axe 106 par rapport auquel elle est disposée symétriquement. L'axe 106 est monté à rotation dans un conduit de fluide (non représenté) dans lequel il est disposé transversalement. Un fluide s'écoulant le long du conduit vient, par'conséquent frapper la face plane visible de la plaque d'impact 46. 3D Le rotor 104 d'un générateur de couple ou "microsyn" est fixé sur l'axe 106. Le générateur de couple est un moteur synchro ne qui, lorsqu'il est excité de façon appropriée par une source de courant alternatif, fait osciller son rotor 104 et, pair conséquent, la plaque d'impact 46 d'un petit angle, par exemple de que3 35 ques degrés, par rapport à la position dans laquelle la face a-mont de la plaque est orientée perpendiculairement au sens d'écou lemento Le générateur de couple peut être du type décrit dans le brevet des Etats Unis d'Amérique F0 2.488.734. Le générateur de couple agit également comme un détecteur 40 de position du fait que, comme cela sera précisé en détail dans 7009340 7 2035031 la suite, il produit un signal électrique représentant la positim instantanée de son rotor 104, et, par conséquent, celle de la plaque d'impact 46. Une poussée élastique de torsion est exercée sur le rotor ^ 104 et, par conséquent, sur la plaque d'impact 46, à l'aide d'un ressort de torsion 50. Ce ressort est fixé, par une extrémité, sur le rotor 104 et, par son autre extrémité, sur un élément immobile/ Lorsque du fluide s'écoule le long du conduit alors que la plaque d'impact 46 est mise en oscillation par le générateur de couple, le fluide exerce un couple s'opposant au mouvement oscillant de la plaque d'impact. Ce couple est approximativement proportionnel au débit pondéral du fluide. En conséquence, le rappozfc d'amortissement du système de second ordre constitué par la pla-15 que d'impact 46 et par le ressort de torsion 50 est également modifié proportionnellement. Le premier des deux débitmètres va maintenant être décrit . en référence à la fig. 3» 0e débitmètre comprend le conduit 48, la plaque d'impact 46, le ressort de torsion 50, le générateur de 20 couple 14 (qui constitue le multiplicateur 14 de la fig. 1), le détecteur de position 32 (représenté dans ce cas séparément du générateur de couple mais comportant avec lui un rotor commun 104), un oscillateur 30 à 10 Mïz, un démodulateur sensible à la phase 34, un démodulateur-pilote 36, un intégrateur 12 (fig. 1), un re-25 dresseur de faible niveau 16a (qui constitue le détecteur d'amplitude 16 de la fig. 1)et un comparateur 18 (fig. 1). L'oscillateur 30 est relié à deux sources de potentiel positif 52 et 54, et à une source de potentiel négatif 56. Un potentiomètre 60 est branché entre la source 52 et la masse tandis que 30 son curseur est relié à deux diodes 66 et 68 branchées en série. Ces diodes sont reliées de manière à être polarisées en sens inverse par le potentiel positif du curseur. Un condensateur 70 est branché entre le point de jonction et une résistance 72 qui est elle-même relies à l'entrée de non-inversion d'un amplificateur 35 différentiel 74» Une résistance 76 est branchée entre le point de jonction du condensateur 70 et de la résistance 72 et la masse tandis qu'un condensateur 78 est branché entre l'entrée de non-inversion et la masse. Une résistance 80 relie la borne de sortie de l'amplificateur 74 aux deux bases des transistors 82 de type 40 -inPir et 84 de type PRP. Le collecteur du transistor 82 est relié à 7009340 8 2035031 la source de potentiel positif 54 tandis que celui du transistor 84 est relié à la source de potentiel négatif 56. 3jes émetteurs sont reliés à une borne de sortie 86 de l'oscillateur. Un osonden-sateur de réaction 88 est branché entre cette borne 86 et un poir 5 situé entre le condensateur 70 et la résistance 72. Une résistance de réaction 90 est branchée entre la borne 86 et l'entrée d'il version de l'amplificateur 74. Une résistance 92 est branchée entre l'entrée d'inversion de l'amplificateur 74 et la masse. Le signal de sortie de 10 kHz produit par l'oscillateur est 10 transmis de la borne de sortie 86 au détecteur de position 32 et également, comme le montre le dessin, au démodulateur-pilote 36» L'amplitude du signal de sortie de l'oscillateur peut être réglée à l'aide du potentiomètre 60. Le détecteur de position 32 comprend un enroulement d'en-15 trée 100, un enroulement, de sortie 102 et le rotor 104 précédemment décrit et qui est monté sur l'axe 106 représenté en tirets. L'enroulement d'entrée 100 est branché entre la borne de sortie 86 de l'oscillateur et la masse tandis que l'enroulement de sortie 102 est branché entre une borne d'entrée 108 du démodulateur 20 sensible à la phase 34 et la masse. Le signal ds 10 Mïz appliqué à 1'enroulemeht d'entrée 100 agit comme un signal porteur. Le signal produit par le détecteur 32 et apparaissant aux bornes de l'enroulement de, sortie 102 est constitué par ce signal porteur de 10 Mïz modulé en amplitude en 25 fonction de la position du rotor 104. Le système représenté est agencé pour osciller à une fréquence d'environ 150 "Hz de sorte que le rotor 104 oscille, par rapport à la position centrale, à ladite fréquence. La phase du signal de sortie produit aux bornes de l'enroulement 102 est également fonction dé la position du ro-30 tor. En fait, le signal de 10 kHz change de phase en fonction de la position du rotor et par rapport à sa position centrale. C'est à cause de ces changements de phase que le démodulateur sensible à la phase 34 est nécessaire. Le démodulateur-pilote 36 comprend un amplificateur diffé-35 rentiel 112. Une résistance 110 est branchée entre la base des transistors 82, 84 de l'oscillateur et l'entrée d'inversion de l'amplificateur 112, De cette manière, le démodulateur-pilote reçoit un signal- de 10 Mïz en provenance de l'oscillateur. Deux diodes 114 et 116 branchées en parallèle sont connectées entre 40 l'entrée d'inversion de l'amplificateur 112 et la masse. Lorsque 7009340 9 2035031 le potentiel à l'entrée d'inversion devient suffisamment négatif par rapport à la masse, la diode 114 devient conductrice et lorsqu'elle a atteint un potentiel suffisamment positif, la diode 116 devient également conductrice., Ces deux diodes fonctionnent 5 comme des écrêteurs, en écrêtant le signal sinusoïdal fourni par 1* oscillateur. Une résistance 118 est branchée entre la masse et l'entrée de non-inversion de l'amplificateur 112. Le signal porteur modulé en amplitude qui est produit aux bornes de l'enroulement de sortie 102 du détecteur 32 est appli-10 112 dans le démodulateur-pilote 36, l'anode de la diode étant reliée à la grille. En conséquence, lorsque la sortie de l'amplifi-• oateur 112 devient négative, la diode 124- a tendance à être polarisée dans le sens direct et un signal négatif est appliqué à la 20 grille du transistor 120 en provoquant son blocage de sorte qull agit de la même façon qu'un interrupteur ouvert. En ouvrant et en fermant périodiquement l'interrupteur, c'est-à-dire le transistor 120, le signal produit aux bornes de l'enroulement 102 est démodulé en phase. La sortie du démodulateur 34-, appliquée au drain 25 du transistor 120, est, par conséquent, constitué par une série d'impulsions périodiques ayant une fréquence de 10 Mïz® L'amplitude des impulsions individuelles correspond à la position instantanée du rotor 1%. Leur polarité est fonction de la position du rotor par rapport à sa position centrale. Ce signal pulsatoire 30 produit par le démodulateur 34-' est appliqué à l'intégrateur 12. L'intégrateur comprend une résistance 128 reliée à l'entrée d'inversion d'un amplificateur différentiel 130. Une résistance 134- est branchée entre l'entrée de non-inversion et la masse. Une résistance 136 est branchée entre la sortie de l'amplificateur et 35 les deux bases des transistors 138 de type HPN et 14-0 de type PRP. Le collecteur du transistor 138 est relié à la source de potentiel positif 54- et le collecteur du transistor 14-0 est relié à la source de potentiel négatif 560 Les résistances 14-2 et 144- sonb branchées entre l'émetteur et la base des transistors 138 et 140 40 respectivement. Les émetteurs des transistors sont reliés aux CDpy 7009340 " 2035031 "bases des transistors 14-6 de type EF5T et 148 de type PKP» Le col lecteur du transistor 146 est relié à la source de potentiel positif 54- et le collecteur du transistor 148 est relié à la sourc de potentiel négatif 560 Les émetteurs sont reliés à un enroule-5 ment 150 du générateur de couple 14. Une résistance 152 est bran eh.ee entre l'autre extrémité de l'enroulement 150 et la masse. U: condensateur 132 est branché entre le point de jonction de l'enroulement 150 et de la résistance 152-et l'entrée d'inversion de l'amplifica-ceur 1JO» 1Q Le générateur de couple 14 comprend, en plus de 1®enroule ment 150» un autre enroulement 154. Le couple engendré dans le rotor 104 est proportionnel au produit des signaux engendrés dan les enroulements 150 et 154, et c'est dans ce sens que le généra teur de couple constitue un multiplicateur. 15 Sn plus de son traitement par le démodulateur 34, le signa produit par le détecteur de position 32 est appliqué à un redras ssur de faible niveau 16a. Cet élément fonctionne comme un détec teur d'amplitude et produit ua 3ignal de sortie qui est proportionnel à 1*amplitude du signal d'entrée» 20 borne 108 reliée à l'enroulement de sortie 102 du détec teur 32 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance 162 à l'entrée d'inversion d'un amplificateur différentiel 158. Un réseau de diodes 61 est branché entre l'entrée d'inversion et la masse. Les diodes du réseau 61 sont couplées en parallèle et son 25 branchées de manière que, lorsque l'une d'elles est polarisée dans le sens direct, l'autre soit polarisée dans le sens inverse. Une résistance 156 est branchée entre l'entrée de non-inversion et la masse. Un circuit-série comprenant une résistance 164 et un diode 166 est branch Le potentiel positif engendré par le redresseur 16a est appliqué au comparateur 18» Cet élément comprend un amplificateur différentiel 174 comportant des entrées de non-inversion et d'in version. L'entrée de non-Inversion est reliée à la masse par une 40 résistance 178» L'entrée ^inversion est; reliée à la sortie du Copy f 7009340 n 2035031 redresseur 16a par une résistance 180 et à uae source de référence négative 20 (fig. 1) par une résistance 182. I/a jonction entre les résistances 180 et 182 est une jonction de sommation à laquelle est appliquée la somme algébrique du signal de sortie du ^ redresseur 16a et du signal de référence d'amplitude de la source 20. La borne de sortie de l'amplificateur 174- est positive. Le collecteur d'un transistor 188 est relié à la source de potentiel positif 54-. L'émetteur est relié à la base d'un transistor 190 de type HPM". Une résistance 192 est branchée entre la base et 10 l*émetteu£ du transistor 190. L'émetteur de ce transistor, qui fournit le éignalde sortie du comparateur 18, est relié à une extrémité de l'enroulement 154- dans le générateur de couple 14. L'autre extrémité de cet enroulement est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 194-. >15 Le signal de sortie du débitmètre est ]nroduit aux bornes d'une résistance 194- et apparaît à "une borne de sortie 196 située entre l'enroulement 154- et la résistance 194. TJn réseau de réaction comprenant un condensâteur 198 et une résistance en parallèle 200 est branché entre la borne de sortie 196 et l'entrée d'in-20 version de l'amplificateur 174-. La fonction de ce réseau est d'assurer une réaction négative par rapport à un signal de 10 Mïz existant à l'entrée d'inversion de 1 'anrplificateur. Pour obtenir un phasage correct, le déphasage résultant dans la boucle comprenant le système de second ordre doit être nul. 25 Cette boucle comprend le système de second ordre constitué par la plaque d'impact 46, l'axe 106 et le ressort de torsion 50 ainsi que le détecteur de position 32j le démodulateur 34, l'intégrateur 12 et le générateur de couple 14. A la fréquence naturelle du système de second ordre (la fréquence à laquelle il oscille), 30 son déphasage est de -90°. . Le' déphasage associé à l'intégrateur 12 est également de -90°. Ceci signifie qu'un autre déphasage de -180° doit être réalisé dans la boucle. Ce problème peut être aisément résolu par exemple en inversant une paire de fils en un endroit quelconque de la boucle, par exemple dans l'enroulement 35 102 ou dans l'enroulement 150. En conséquence, si le système de second ordre n'oscille pas lorsque le gain de la boucle est augmenté, les fils des enroulements 102 ou 150 peuvent être inversés. Le gain de la boucle est modifié en faisant varier le courant passant dans l'enroulement 154- du générateur de couple 14. 40 Par exemple, si un débit massique accru arrive sur la plaque / & COPY * 7009340 12 2035031 d'impact 46, l'amplitude des oscillations de la plaque a tendance à diminuer, le signal de sortie du redresseur 16a diminue, ce qui rend l'entrée d'inversion de l'amplificateur 174 du comparateur 18 plus négative. Ceci signifie que la borne de sortie de 5 l'amplificateur 174- devient positive, en augmentant la conduction des transistors 188, 190 et, par conséquent, en augmentant la quantité de courant passant dans l'enroulement 154. En réponse^ le couple de sortie du générateur 14 augmente, en provoquant un accroissement de l'amplitude des oscillations de la plaque d'im-10 pact 46 jusqu'à la valeur de régime permanent. On voit que le redresseur 16a, le comparateur 18 et l'enroulement 154- du générateur de couple 14 fonctionnent comme une boucle de commande automatique de gain maintenant constantes les oscillations du système âe second ordre. L'intégrateur 12 remplit 15 deux fonctions, à savoir, une fonction principale consistant à é-tablir un déphasage de -90°, La fonction secondaire consiste à filtrer toute composante du signal porteur de 10 KHz existant à la sortie du démodulateur 54-. Les transistors 138, 140, 146 et 148 fonctionnent comme un amplificateur-tampon ou de puissance 20 dont le rôle est de constituer une source de courant d'excitation de l'enroulement 150. Le courant passant dans cet enroulement ddt être maintenu constant par rapport à la température ambiante. En . conséquence, il est souhaitable d'avoir une sourc,e de courant du fait que la résistance de l'enroulement varie légèrement en fonc-25 tion de la température et que le courant fourni par une source de tension varie en conséquence. On va maintenant se référer au débitmètre représenté sur la fig. 4. La différence principale entre les deux débitmètres est que celui de la fig. 3 utilise le redresseur 16a pour détecter 30 l'amplitude de crête des oscillations tandis que celui de la fig. 4 utilise un circuit d'échantillonnage et de maintien 16b. Ce dernier circuit est employé dans le même but que leièdresseur, les deux circuits détectant en fait l'amplitude de crête des oscillations. Le signal d'entrée appliqué au circuit 16b est pris à la 35 sortie de l'intégrateur 12 au lieu de l'être à la sortie du détecteur de position 32, comme pour le redresseur de la fig. 3« Qejaen-dant, il est à noter que le signal d'entrée au redresseur peut correspondre à celui qui est pris à la sortie de l'intégrateur 12. Le signal de sortie du démodulateur 34- pourrait également être 40 utilisé dans l'tin ou l'autre cas. 7009340 15 2035031 Sur la fig» 4, le signal de sortie de l'intégrateur 12 est * obtenu aux bornes de la résistance 1520 Ce signal est appliqué par l'intermédiaire d'un conducteur 210 et d'un condensateur 212 à une résistance 214 qui est reliée à la masse. Le condensateur 5 et la résistance forment un circuit passe-haut pour le signal, qui est dans ce cas sinusoïdal et qui a une fréquence d'environ 150 Hz. .A partir d'un point de fonction entre le condensateur et la résistance, une connexion est établie avec la source d'un transistor à effet de champ 216 et, par l'intermédiaire d'une résis-10 tance 218, avec l'entrée d'inversion d'un amplificateur différentiel 220. Uâ condensateur 222 relié à la masse est également connecté à.cette entrée. Une résistance 224 relie l'entrée de non-inversion à la masse. Le rôle des circuits formés par la résistance 218 et le condensateur 222 est d'établir un déphasage de 90° 15 en retard. La tension produite aux bornes du condensateur 222 est en retard de 90° par rapport à la tension aux bornes de la résistance 214. La fonction de l'amplificateur 220 est de mettre au ■ carré le signal sinusoïdal d'entrée, le signal de sortie de l'amplificateur étant une onde carrée comportant des flancs avant et 2) arrière à pentes très raides. L'amplificateur 220 assure égalemerfc une Inversion de phase. Une résistance 226 est branchée entre la sortie de l'amplificateur et son entrée de non-inversion. Le signal de sortie de l'amplificateur 220 est appliqué à l'entrée d'un circuit d'auto-démarrage 228 et également, par l'in-25 termédiaire d'une résistance 230 et d'un condensateur 232» à xta' point de jonction 234. Ce point de jonction est relié aux cathodes de diodes 236, 238 et à une borne d'une résistance 240« L_|a-node de la diode 236 et l'autre extrémité de la résistance 240 sont reliées à une source de potentiel négatif 176. L'anode de la 30 diode 238 est reliée à la grille du transistor à effet de champ 216. Une résistance 242 est branchée entre la grille et la source du transistor à effet de champ. Le drain est relié, à l'aide d'une résistance 244, à une borne de sortie 246 du circuit 16b. Un condensateur de maintien 248 est branché entre cette borne de 35 sortie et la masse. La fonction du circuit d'échantillonnage et de maintien est de charger périodiquement le condensateur 248 à l'amplitude de crête de l'onde siûuaoSdale apparaissant à la sortie de l'intégrateur 12. Le transistor à effet de champ 216 est conducteur 40 pendant de très brefs intervalles où le signal d'entrée appliqué 7009340 14 2035031 au circuit d'échantillonnage et de maintien passe par sa valeur de ©ritéo la sortie de l'amplificateur 220 est reliée, par 1'intermédiaire d'un condensateur 250, à un point de jonction de deux 5 résistances 252 et 254-. la résistance 252 est reliée à la masse et la résistance 254- est branchée entre une résistance 256 et la cathode d'une diode- 258® la résistance 256 est reliée à un condensateur 260, à l'anode d'une diode 262 et à la "base d'un transistor 264- du type PHP. le condensateur 260, l'anode de la diode 258 10 la cathode de la diode 262 et l'émetteur du transistor 264- sont reliés à la source de potentiel positif 52. le collecteur du transistor 264-. est relié à la jonction 234- du circuit d'échantillonnage et de maintien. A chaque fois que la sortie de l'amplificateur 220 devient relativement positives un pic fortement positif 15 est produit au point de jonction 234-, ce qui rend conducteur le transistor à effet de champ 216. la fonction du circuit d'auto-démarrage 228 est de détecter si l'amplificateur 220 commute correctement. Si cela est le cas, le transistor 264- est maintenu "bloqué et n'a aucune influence 20 sur le fonctionnement du circuit d'échantillonnage et de maintien. D'autre part, si l'amplificateur 220 cesse de commuter, le circuit d'auto-démarrage, après un court retard, rend conducteur le transistor 264-. En conséquence, le potentiel au point de jonction. 234- devient positif et rend conducteur le transistor à effet de 25 champ 216. Oeei a pour effet de décharger le condensateur 24-8 lorsque certaines conditions sont établies. Sans le circuit d'auto-démarrage, il est possible de faire arrêter les oscillations dans le circuit tout en conservant le condensateur 246 dans son état de charge» Ceci peut se produire 30 puisque le circuit d'échantillonnage et de maintien arrête l'échantillonnage si les oscillations cessent, de aorte qu'on doit prendre des mesures pour assurer la décharge du condensateur 248 lorsque cela se produit. le signal de sortie du circuit d'échantillonnage et de main-35 tien est appliqué au comparateur 18 de la même manière que sur la fig. 3» le signal de sortie du comparateur est transmis à l'enroulement 154- du générateur de couple 14» Deux résistances-série 266 et 268 sont branchées en parallèle avec le condensateur d'intégration 132 dans l'intégrateur 40 12. Un condensateur 270 est branché entre le point de jonction de 8AD ORIGINAL 7009340 15 2035031 ces résistances et la masse. Ces trois composants forment un atténuateur de "bruit basse-fréquence. . Une résistance 272 est reliée à l'entrée d'inveaafrioii de l'amplificateur 130 de l'intégrateur 12 et est également connec-5 tée à un condensateur 274 et au curseur d'un potentiomètre 276. Le condensateur 274- est relié à la masse. Les extrémités de l'é-léménte résistant du potentiomètre 276 sont reliées respectivement à la source de potentiel positif 52 et à la source de potentiel négatif 176. Le potentiomètre 276 assure un réglage de zéro de 10 l'amplificateur 130. Le débitmètre de la fig. 4 fonctionne essentiellement de la aime façon que celui de la fig. 3» La; différence entre les deux débitmètres consiste essentiellement en ce que, dans la boucle de commande automatique de gain du débitmètre de la fig. 4, le cir-15 cuit d'échantillcmage et de maintien 16b remplace le redresseur 16a de la fig. 2. Avec le circuit•d'échantillonnage et de maintien, le temps de réponse de la boucle de commande automatique de gain est plus rapide qu'avec le redresseur. Dans les débitmètres représentés sur les fig. 3 et 4j la 20 fréquence naturelle est : - CJO * 30 où k désigne la constante d'élasticité du rotor et I désigne l'inertie. Le rapport d'amortissement dans ces débitmètres est : V Bft où A désigne le débit et B une constante d'étalonnage. Le signal de sortie du débitmètre représenté sur la fig». 3t c'est-à-dire celui qui est muni d'un intégrateur, est A' « 2%***^ = qui est une indication linéaire du débit pondéral A. Cependant, l'inertie I varie un peu en fonction du débit pondéral. Ceci peut introduire des difficultés pour l'obtention d'une linéarité à la sortie de l'intégrateur. La sortie utilisant un différentiateur, comme précédemment décrit, est cependant : , „ A.-âX - SSL. 35 0) n p Il est à noter que les termes d'inertie s'annulent. La sortie est maintenant directement proportionnelle à &, en étant indépendante de l'inertie. La seule autre différence, qui est mineure, est le plia sage» Un intégrateur introduit un déphasage de -90° tandis 40. qu'un différentiateur introduit un déphasage de +90° Le système 009340 16 2035031 de second ordre est encore affecté par un déphasage de —90° par rapport à sa fréquence naturelle. S'il ne se produit aucun autre déphasage lorsqu'on utilise le différentiateur, le déphasage de —90° introduit par le système de second ordre est contrebalancé 5 par le déphasage de +90° du différentiateur. En conséquence, il suffit d'inverser une paire de fils dans le débitmètre de la fig. 3 pour arriver au phasage correct si l'intégrateur 12 représenté est remplacé par un différentiateur. 7009340 17 2035031 BETEHDICAIIOBB 1 o Appareil de mesuxa comprenant un transducteur de mesure constituant un système de second ordre dont le rapport d'amoitis-sement est fonction de la valeur de la variable à mesurer, carac-5 térisé en ce qu'il comprend également une boucle de déphasage (12, 14) branchée de manière à faire osciller le système, des moyens (1.6, 18, 14) pour commander le gain de boucle de façon que les oscillations soient maintenues à un rapport d'amortissement nul et des moyens (18, 20) .pour produire un signal fonction du 10 gain de boucle, le signal représentant, lorsque le rapport d'à— mortissemertb est nul, la valeur de la variable mesurée. 2. Appareil de mesure suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la boucle comprend m détecteur (32) pour détecter l'état instantané du système, un intégrateur (12) pour inté-15 grer le signal de sortie du détecteur et pour établir ainsi le déphasage et des moyens (14) commandés par l'intégrateur pour faire osciller le système. 3» Appareil de mesure suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la boucle comprend un détecteur (32) pour détecter 20 l'état instantané du système, un différentiateur pour différencier le signal de sortie du détecteur et pour établir ainsi le déphasage et des moyens (14) commandés par le différentiateur pour faire osciller le système. 4. Appareil de mesure suivant la revendication 2 ou 3» oa-25 ractérisé en ce que le détecteur comprend un transducteur électromécanique (32) comportant un rotor (104) et un stator, ce dernier portant deux enroulements (100, 102), un oscillateur (30) dont la fréquence est relativement élevée par rapport à la fréquence naturelle du système de second ordre, l'oscillateur servant à exci-30 ter l'un (100) des deux enroulements et un démodulateur sensible à la phase (34) synchronisé avec l'oscillateur et relié au second enroulement (102) à la sortie duquel apparaît le signal d'oscillateur, modulé en fonction de l'état instantané du système. 5c Appareil de mesure suivant l'une quelconque des revendi-35 cations 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de commande de gain de boucle comprennent un détecteur (16) pour produire un signal représentant l'amplitude des oscillations, line source (20) d'un signal de référence d'amplitude, un comparateur (18) pour comparer les signaux de sortie du détecteur et de référence d'am— 40 plitude et un dispositif (14) pour commander le gain de boucle COP* 7009340 2035031 j sous le contrôlé du comparateur. 6c Appareil de mesure suivant la revendication 5* caractérisé en ce que le détecteur est un redresseur (16a). 7» Appareil de mesure suivant la revendication 5» caractérisé en ce que le détecteur (16b) fonctionne de manière à échantillonner l'amplitude de crête des oscillations. 8„ Appareil de mesure suivant la revendication 7» ceœacté-risé en ce qusil comprend, en association avec le détecteur, un cix'cuit dsauto-amorçage (228) qui assure la décharge d'un conden-10 sateur (248) du détecteur lorsque le système de second ordre cesse d'osciller, même temporairement. S* Âpparàil de mesure comprenant un transducteur de mesure constituant un système de second ordre (10) et présentant une fonction de transfert de Laplace de la forme : 15 Qn2 ' P2 + 2 $tO^p + où désigne la fréquence naturelle du système et le rapport d'amortissement, ce dernier étant fonction de la valeur de la va— 20 riable mesurée, cet appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend une boucle de déphasage (12, 14) présentant une fonction d» transfert de Laplace suivant l'une des formes J 1 , Tp + 1 et p, 30 Tp + 1 1 p 25 où 3? désigne une constante de temps associée à la boucle, cette dernière étant branchée de façon à faire osciller le système qui, en combinaison avec la boucle, présente, par conséquent, les é-quations respectives suivantes de lieu des racines s A'tO ~ n ■■ -1, ou 35 (!Pp + 1)(p2 + 2&JÛ-P +k)2' n n • i-6}n2 P (P2 + 2^0) nP + W n2) A'ù3n2(Tp + 1) (P2 + 2^C0nP +(Jn^ . A'0.^r2 P -r» ... tiJ £~\ = - 1, ou 1, ou 40 n v = - 1 / é 7009340 • 2035031 où A* désigne le gain de la boucle, des moyens (16, 18, 14) pour commander le gain de boucle de manière que le lieu des racines du système combiné coupe l'axe imaginaire dans un plan complexe, les oscillations étant, par conséquent, maintenues à un rapport 5 d'amortissement nul, lesdits moyens de réglage de gain de boucle comprenant un détecteur (16) pour produire un signal représentant l'amplitude des oscillations, une source (20) de signaux de référença d'amplitude, un comparateur (18) pour comparer les signaux de sortie du détecteur et les signaux de référence d'amplitude et 10 tm dispositif pour régler le gain de boucle sous le contrôle du comparateurj l'appareil comprenant également des moyens de génération d'un signal en fonction du gain de boucle, ce signal étant fonction du rapport d'amortissement et représentant, par conséquent, la valeur de la .variable mesurée. 15 10. Débitmètre de masse comprenant tm conduit de fluide (4fi) caractérisé en ce qu'il comporte également un appareil de mesure suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, ledit transducteur de mesure comprenant un élément en forme de plaque monté dans le conduit de manière à tourner autour d'un axe trans-20 versai à ce dernier et comportant une face amont qui est répartie à peu près symétriquement par rapport à l'axe-et un élément élastique travaillant à la torsion pour exercer une poussée élastique s'opposant à la rotation de l'élément en forme de plaque, ladite boucle de déphasage comprenant un moteur (14) pour faire osciller 25 1» élément en forme de plaque autour de 1'axe, en vue d'augmenter et de réduire ainsi la vitesse à laquelle des parties d'un fluide s'écoulant le long du conduit arrivant sur la face amont, le fluide exerçant en conséquence sur l'élément en forme de plaque un couple s'opposant au mouvement oscillant et agissant ainsi sur 30 le rapport d'amortissement. 225/70