Brevet FR2020388A1 — publié le 19700710

La présente invention se rapporte à une installation auxiliaire équipant une bétonnière et servant au dosage automatique de l'eau pendant la préparation du béton au moyen d'une vanne qui est commandée par des électrodes montées à l'intérieur de la bétonnière et mesurant l'humidité du béton à préparer On connaît déåà des installations assurant un dosage de la quantité d'eau nécessaire à la préparation d'une charge de béton0 C'est ainsi qu'on trouve depuis peu sur le marché un appareil qui détermine au moyen d'une électrode montée sur la bétonnière la résistance électrique d'une charge de béton et de ce fait son degré d'humidité qui est inversement proportionnel à la résistance.L'appareil comporte en outre des moyens permettant de comparer cette résistance à une valeur préréglée ainsi que des moyens qui ferment une vanne électromagnétique par laquelle se fait l'arrivée de l'eau dans la bétonnière lorsque la valeur préréglée est atteinte La résistance d'électrode qui est inversement proportionnelle au degré d'humidité, est déterminée au moyen d'une mesure de tension.Pour cela, on envoie à travers l'électrode un courant alternatif stabilisé et on mesure avec un montage en pont la tension aux bornes de cette électrodes L'utilisation d'une électrode unique présente pour inconvénient que la tension mesurée aux bornes de l'électrode ne correspond -à l'humidité que dans un seul point du mélange, à savoir le point où se trouve placée lté- lectrode0 I1 est facilement compréhensible que la charge de béton ne présente pas le même degré d'humidité aux différents points de la bétonnière et qu'il faut de ce fait trouver un point particulièrement avantageux pour monter l'électrode sur la bétonnière, ce qui est difficile et peu sur. Un autre appareil fabriqué récemment en Suisse semble fonctionner suivant le même principe que celui décrit cidessus Cet appareil comporte plusieurs électrodes en parallèle réparties dans la bétonnière, ce qui améliore la précision de la mesure d'humidité effectuées Les inconvénients de cet appareil semblent résider dans la nature du montage électrique qui fait appel à des relais alimentés par un circuit à faible intensité, C'est ainsi que l'utilisation de la valeur limite se fait au moyen d'un relais à bobine mobile, I1 s'ensuit que la vanne élec tromagnétique se ferme ou trop tot ou trop tard, de sorte que le degré d'humidité peut varier pour deux charges préparées succes sivement Il appartient à la- présente invention de pallier les inconvénients précités0 Conformément à l'invention, l'installation auxiliaire montée sur une bétonnière et servant au dosage automatique de l'eau pendant la préparation d'une charge de béton au moyen d'une vanne commandée par des électrodes disposées à l'intérieur de la bétonnière et mesurant le degré d'humidité est caractérisée par le fait que les électrodes, alimentées par un courant électrique, sont branchées au moyen d'un dispositif élaborant la valeur moyenne des tensions mesurées aux bornes de chaque électrode, ce dispositif étant relié par l'intermédiaire d'un générateur de fonction hyperbolique transformant cette valeur moyenne en unie tension réelle ou instantanée, inversement proportionnelle, à un comparåteur comportant un transmetteur de valeur de consigne pour l'affichage d'une tension de consigne réglable ainsi qu'un élément comparateur comportant des moyens pour comparer la tension réelle convertie dans le générateur de fonction hyperbolique à la tension de consigne délivrée par le transmetteur de valeur dé consigne ainsi que des moyens pour ouvrir la vanne de façon intermittente (régime impulsionnel), la durée d'ouverture de la vanne diminuant lorsque la valeur réelle est proche de la valeur de consigne. Le mode de réalisation du dispositif conforme à l'invention sera décrit ci-après à titre indicatif et non limitatif en se référant au dessin annexé. Sur le dessin : la figure l représente un tableau synoptique de l'installation conforme. à l'invention la figure 2 représente le schéma électrique d'une partie du circuit représenté sur la figure 1, cette partie assurant notamment l'alimentation des électrodes et l'élaboration de la valeur moyenne des tensions mesurées aux bornes de chaque élec troue. la figure 3 représente le schéma électrique d'un comparateur qui assure l'élaboration de la valeur de consigne, la comparaison entre la valeur de consigne et la valeur réelle et la commande d'une vanne électromagnétique par laquelle se fait l'a- limentation en eau de la bétonnière ; la figure 4 est un diagramme qui iliustre le mode de fonctionnement du dispositif représenté- sur les figures 1,2 et 3. L'installation pour le dosage automatique de la quantité d'eau dans une bétonnière telle qui on l'a représentée sur la figure 1 est montée sur une plaque frontale non représentée qui sert de support à la partie électronique et aux éléments de commande. Cette plaque peut être enfermée dans un boîtier non représenté sur le dessin et fixé par exemple sur la bétonnière. L'installation conforme à l'invention peut équiper n'importe quelle bétonnière déjà en service. Il suffit pour cela de remplacer la vanne d'arrivée d'eau par une vanne électromagnétique appropriée qui sera reliée à l'installation conforme à l'invention et de disposer à l'intérieur de la bétonnière des électrodes qui mesurent le degré d'humidité de la charge de béton. L'installation représentée schématiquement sur la figure 1 comporte un dispositif qui est relié à une source de courant I et comprend douze électrodes 3 montées à l'intérieur de la bétonnière et servant à mesurer l'humidité du béton élaboré. Les douze électrodes 3 sont alimentées chacune par l'intermédiaire d'un élément stabilisateur de courant afin d'assurer que la mesure de l'humidité soit indépendante de la tension du secteur et éviter que des effets de polarisation ne perturbent le bon fonctionnement des électrodes. En raison du fait que le béton est traversé par un courant alternatif constant, la tension alternative mesurée aux bornes de chaque électrode 3 devient proportionnelle à la résistance électrique du béton, qui est elle-même inversement proportionnelle à l'humidité de celui-ciO Ces douze tensions mesurées aux bornes des différentes électrodes 3 sont additionnées dans le dispositif 2 avant d'élaborer la valeur moyenne U, , cette tension moyenne U1;;qui est proportionnelle à la résistance moyenne des électrodes et de ce fait inversement proportionnelle à l'humidité moyenne du béton est appliquée à l'entrée d'un étage 4 qui a pour fonction d'amplifier la tension moyenne Um qui est relativement faible. L'amplificateur de l'étage 4 est relié à un redresseur à caractéristique linéaire pour redresser avec précision la tension moyenne Um e L'étage 4 comprend en outre un élément électronique présentant une constante de temps donnée pour compenser les variations de faible durée ou encore les perturbations. La tension continue disponible à la sortie de l'étage 4, qui est proportionnelle à la résistance et de ce fait inversement proportionnelle au degré d'humidité du béton, est convertie pour obtenir la conductance0 Cette conversion se fait au moyen d'un générateur de fonction hyperbolique 5 dans lequel la tension continue Ua disponible à la sortie de l'étage 4 est convertie en une tension inversement proportionnelle Ue = 1 e A la sortie du générateur de U fonction hyperbolique 5, on obtient donc une tension proportionnelle à la conductance (degré d'humidité) qui est, d'une part, visualisée par un appareil indicateur en tant que valeur réelle et, d'autre part, envoyée à un comparateur 6 pour y être comparée à une valeur de consigne. Le comparateur 6 alimenté à partir d'une source de tension stabilisée 7 élabore une tension de consigne ajustable et compare cette tension de consigne à la tension continue convertie dans le générateur de fonction hyperbolique 5 en vue d'une commande de la vanne électromagnétique 8 par laquelle se fait l'alimentation en eau de la bétonnière0 La tension de consigne élaborée par le comparateur 6 est une tension alternative en dents de scie dont les caractéristiques sont réglées au moyen de deux potentiomètres non représentés sur la figure lo Le premier potentiomètre permet d'afficher la fréquence d'impulsions de la tension de consigne entre deux valeurs limites données, tandis que le second potentiomètre permet de choisir une tension de seuil positive (voir figure 4) qui est superposée à la tension en dents de scie.Tant que la comparaison révèle que la tension réelle est inférieure à la tension de seuil, la vanne électromagnétique 8 reste ouverte Lorsque la tension réelle atteint une valeur donnée égale à la tension de seuil, l'ouverture de la vanne électromagnétique 8 ne se fait plus que par intermittence, suivant un régime impulsionnel, la durée d'ouverture de la vanne 8 étant fonction d'unegrandeur diférentielle, On obtient ainsi une fonction de réglage à caractère intégral, ce qui permet d'approcher la valeur de consigne sans dépassement. Grâce à cette méthode, il est possible de réduire le temps de dosage du béton sans perte de précision et de tenir compte du temps mort résultant du retard se produisant dans le circuit de régulation.En conséquence, il faut adapter l'installation de dosage (fréquence et valeur de seuil de la tension de consigne) à la bétonnière qui en sera équipée. Le mode de fonctionnement de l'installation sera décrit ci-après en se référant aux figures 2,3 et 4 il convient encore de signaler que le schéma synoptique de la figure 1 montre un dispositif de contrôle 9 qui surveille le courant d'alimentation des électrodes et signale par l'intermédiaire d'un appareil optique ou acoustique lO un court~grcuit /se produisant dans l'installation ou encore une électrode qui tombe en panne. Le dispositif de contrôle 9 peut être relié à un disjoncteur qui coupe l'installation en cas d'incident de fonc tionnement. Le dispositif 2 qui stabilise le courant d'alimentation des électrodes et assure l'élaboration de la tension moyenne à partir des tensions mesurées aux bornes de chaque électrode est représenté en détail sur la figure 2. Ce dispositif comprend un transformateur 11 dont le secondaire 12 est monté en série avec une résistance 13 ainsi que douze éléments stabilisateurs de courant alternatif 14, à 25. Dans le circuit de chacun des éléments stabilisateurs 14 à 25 est prévu une électrode 26 à 37 pour mesurer la résistance électrique du béton. Les bornes 38 à 49 des électrodes 26 à 37 sont d'une part, re lié as aux éléments stabilisateurs 14 à 25 qui leur sont associés et, d'autre part, reliées en parallèle à une ligne 62 par l'intermédiaire d'une résistance 50 à 61. La ligne 62 est mise à la masse par l'intermédiaire d'une borne 62a et d'une résistance 63. Les bornes 64 à 75 des électrodes 26 à 37 sont également reliées à la masse. Sur la figure 2, on a également représenté le dispositif de contrôle 9 de la figure 1, qui surveille le courant alimentant les éléments stabilisateurs de courant 14 à 25. Les éléments stabilisateurs 14 à 25 sont alimentés par le secondaire 12 du transformateur 11 et font passer dans les électrodes 26 à 37 un courant alternatif stabilisé.Grâce au courant alternatif stabilisé traversant chaque électrode et de ce fait la charge de béton à élaborer, on recueille aux bornes 38 à 49 des électrodes 26 à 37, des tensions U1, U2, U300to U12, qui sont proportionnelles à la résistance de la masse de béton entourant chaque électrode Les résistances 50, 51, 52oxo. 61 et 63 sont dimensionnées de façon que la tension recueillie à la borne de sortie 62a représente la tension moyenne Comme chaque tension U1 à U12 est proportionnelle à la résistance de la masse de béton entourant les différentes électrodes de mesure, on peut dire que la tension moyenne U est - dans le m cas d'une répartition correcte des électrodes dans la bétonnière proportionnelle à la résistance moyenne de la charge de béton et de ce fait inversement proportionnelle au degré d'humidité moyen de celle-ci.- Comme il a déjà été signalé en décrivant la figure 1, la tension moyenne Um disponible à la borne 62a est envoyée au générateur de fonction hyperbolique 5 après avoir été amplifiée et redressée dans l'étage 40 Le générateur 5 convertit la tension moyenne redressée Ua en une tension inversement proportionnelle Ue ~ 1 qui est directement proportionnelle eiuy ui 1 - - - - au degré d'humidité7de la charge de béton, Cette tension Ue est appliquée en tant que valeur réelle au comparateur 60 Ce comparateur dont le montage est indiqué sur la figure 3, comprend une première partie qui élabore une tension de consigne proportionnelle au degré d'humidité exigé pour la charge de béton et une seconde partie qui compare cette tension de consigne à la tension réelle délivrée par le générateur de fonction hyperbolique en vue de commander la vanne électromagnétique assurant l'alimentation en eau de la bétonnièrep La première partie du comparateur, représentée à gauche sur la figure 3, comporte un premier circuit se composant d'un potentiomètre 65, d'un transistor 66 et d'un condensateur 67, ces trois composants étant montés en série. Le transistor 66 a pour fonction de stabiliser le courant traversant le potentiomètre 65 et le condensateur'67, Une diode Shockley 68 est montée en parallèle sur le condensateur 67.Une des bornes de la diode 68 est de plus reliée à un second potentiomètre 69 qui est en outre relié à la borne de sortie 70 de cette première partie. A cette borne de sortie 70 est par ailleurs appliquée, par l'intermédiaire d'un diviseur de tension 71 et d'une résistance -72, une tension continue positive et stabilisée U qui constitue la tension de seuil pour les impulsions en dents de scie. La seconde partie du comparateur, représentée à droite sur la figure 3, comporte deux transistors 73 et 74 montés en parallèle et reliés à une tension continue positive par l'intermédiaire d'une résistance 712 voire 72' les émetteurs 75 et 76 des transistors étant reliés à la masse par lintermédiaire-d'une résistance commune 770 Les collecteurs 78 et 79 sont reliés à un amplificateur 80 qui assure la commande de la vanne électromagnétique 81. La base 82 du transistor 73 est reliée à la borne de sortie 70 et la base 83 du transistor 74 à la sortie 84 du générateur de fonction hyperbolique. Le comparateur fonctionne comme suit: Le courant stabilisé par le transistor 66 charge le condensateur 67.La diode-Shockley 68 est bloquée et la tension augmente progressivement aux bornes du condensateur 67. Lorsque la tension aux bornes du condensateur 67 devient égale à la tension d'amorçage de la diode Shockley 68 , le condensateur 67 se décharge brusquement dans la diode0 Une fois le condensateur 67 déchargé, la diode 68 repasse à l'état bloqué et le courant stabilisé par le transistor 66 recharge le condensateur 67o On obtient donc aux bornes de la diode 68 une tension en dents de scie dont la fréquence est réglable au moyen du potentiomètre 65. On additionne à cette tension en dents de scie une tension continue positive, gracie au diviseur de tension 71 et à la résistance 72 pour déterminer le seuil des impulsions. Les pointes supérieures de la tension en dents de scie (voir figure 4) constituent la valeur de consigne et le diviseur de tension 71 sert à afficher la valeur de consigne maximale, De plus, la valeur de consigne peut être réglée au moyen du potentiomètre 69 sur une valeur quelconque se situant entre zéro et la valeur de consigne maximale, La tension en dents de scie élaborée en tant que valeur de consigne dans la première partie du comparateur est appliquée à la base 82 du transistor 73.De plus, la tension réelle proportionnelle à l'humidité de la charge de béton et élaborée dans le générateur de fonction hyperbolique est appliquée par l'intermédiaire de la borne 84 à la base 83 du transistor 74. Àu début, la tension réelle appliquée à la base 83 du transistor 74 est inférieure à la valeur de consigne appliquée à la base 82 du transistor 73. Be transistor 73 est passant et commande par l'intermédiaire de l'amplificateur 80 l'électro-aimant de la vanne 81 qui est alors ouverte (voir figure 4) . Tant que la valeur réelle est inférieure au seuil des impulsions de la tension de consigne, la vanne électromagnétique reste ouverte Lorsque, au moment tl (voir figure 4), la valeur réelle est supérieure à la valeur de consigne en dents de scie, le transistor 73 est bloqué.Le transistor 74 devient passant et ferme la vanne 81. A l'instant t2, la valeur de consigne devient de nouveau supérieure à la valeur réelle de sorte que la vanne est ouverte et ainsi de suites À partir d'une certaine valeur de la tension réelle, valeur qui correspond au seuil des impulsions (voir figure 4), la vanne n'est donc plus ouverte que par intermittence0 En outre, plus la valeur réelle se rapproche de la valeur de consigne représentée par les fronts positifs de la tension en dents de scie, plus la durée d'ouverture de la vanne 81 est courte, ce qui permet d'atteindre la valeur de consigne avec une grande précision. On comprend facilement que le dispositif décrit ci-dessus fonctionnerait également sans l'existence de la tension continue superposée et déterminant le seuil de la tension en dents de scie, Dans ce cas, l'amplitude de la tension en dents de scie serait choisie plus grande et l'ouverture de la vanne se ferait par intermittence dès le début du malaxage du béton. La tension continue superposée pour déterminer le seuil des impulsions présente uniquement l'avantage d'écourter le malaxage nécessaire pour l'élaboration de la charge de béton tout en conservant le haut degré de précision0 Comme il a déjà été signalé, l'installation de dosage automatique de l'eau peut être montée sur ntimporte quelle bétonnière déjà en service. Pour cela, il convient de monter en premier les électrodes et la vanne électromagnétique. Afin d'obtenir une valeur réelle moyenne correcte, il faut bien sûr veiller à ce que les électrodes ne soient pas placées dans une même zone mais réparties sur tout le pourtour de la bétonnière. Pour le tarage de l'installation , on dose avantageusement une charge de béton à la main et on note la valeur réelle indiquée en fin de malaxage. Maintenant, on peut afficher la valeur de consigne désirée. Lors de la première préparation d'une charge de béton, il convient de contrôler que la vanne soit commandée de façon correcte et que le fonctionnement soit du type impulsionnel (ouverture intermittente de la vanne) en fin de préparation. Une optimi satïon des réglages (fréquence des impulsions) ne peut intervenir qu'à force d'expériences personnelles0 REVENi I CÂT IONS 1. Installation auxiliaire de bétonnière pour le dosage automatique de l'eau pendant la préparation d'une charge de béton au moyen d'une vanne commandée par des électrodes montées à l'intérieur de la bétonnière et mesurant l'humidité de la charge de béton à préparer, caractérisée par le fait que les électrodes alimentées par un courant électrique sont branchées par l'intermédiaire d'un dispositif qui élabore la moyenne des tensions mesurées aux bornes de chaque électrode et par le fait que ce dispositif est relié par un générateur de fonction hyperbolique, convertissant cette valeur moyenne en une tension réelle inversement proportionnelle, à un comparateur qui comprend un transmetteur de valeur de consigne pour obtenir une tension de consigne ajustable et un élément comparateur qui comprend des moyens pour comparer la tension réelle convertie dans le générateur de fonction hyperbolique à la tension de consigne fournie par le transmetteur de valeur de consigne ainsi que des moyens pour une ouverture intermittente de la vanne, la durée d'ouverture de celle-ci diminuant lorsque la valeur réelle se rapproche de la valeur de consigne. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un élément stabilisateur de courant alternatif est associé à chaque électrode. 3. Installation suivant la revendication 1 caractérisée par le fait que la valeur moyenne des tensions disponibles aux bornes de chaque électrode est obtenue à l'aide d'un réseau de résistances; 40 Installation suivant la revendication 2, caractérisée par le fait qu'un étage comprenant un amplificateur suivi d'un redresseur est monté entre le dispositif élaborant la ten sion moyenne et le générateur de fonction hyperbolique afin de redresser après amplification la tension moyenne. 5. Installation suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le transmetteur de valeur de consigne comprend des moyens pour élaborer une tension en dents de scie ajustable dont les pointes supérieures représentent la valeur de consigne et dont les pointes inférieures déterminent le potentiel zéro, l'élément comparateur commandant l'ouverture de la vanne lorsque la valeur réelle est inférieure à la valeur de consigne instantanée déterminée par la tension en dents de scie, 6.Installation suivant la reTzE3ndication 1, caractérisée par le fait que le transmetteur de valeur de consigne comprend des moyens pour engendrer une tension en dents de scie et des moyens pour superposer à celle-ci une tension continue qui détermine le seuil des impulsions, et par le fait que l'élément comparateur comporte des moyens assurant une ouverture continue de la vanne jusqu'au moment où la tension réelle atteint le seuil précité ainsi que des moyens pour une ouverture intermittente de la vanne lorsque ce seuil est franchi, 70 Installation suivant la revendication 5, caractérisée par le fait que les moyens servant à produire la ten sinon en dents de scie se présentent sous la forme d'un condensateur monté en parallèle avec une diode et alimenté par un courant stabilisé ajustable. 84 Installation suivant la revendication 7, caractérisée par le fait que l'élément comparateur se compose de deux transistors opposés et montés en parallèle qui commandent la vanne électromagné-tique par l'intermédiaire d'un amplificateur, la valeur de consigne étant appliquée à la base du premier et la valeur réelle à la base du second transistor.