Brevet FR2043522A1 — publié le 19710219

La présente invention se rapporte au domaine des appareils fluidiques et elle a trait plus particulièrement 9 un amplificateur fluidique à haute impédance d'entrée. Dans de nombreux cas il est souhaitable de disposer d'un amplificateur proportionnel ayant une haute impédance d'entrée et un gain élevé. Ces caractéristiques peuvent être facilement obtenues dans des tubes à vide et dee circuits transistorisés clas siques. Cependant, des amplificateurs fluidiques proportionnels de type connu ne permettent pas d'obtenir simultanément les deux caractéristiques. On a mis au point des amplificateurs fluidiques proportionnels de haute impédance d'entrée et de faible gain mais ils doivent être utilisés dans de nombreuses applications en association avec un amplificateur de gain élevé pour obtenir une puissance de sortie satisfaisante.Un grand nombre d'autres caractéristiques sont souhaitables, et même nécessaires dans certaines applications, parmi lesquelles une bonne réponse dynamique, une haute fiabilité, des effets d'hystérésis Aussi réduits que possible et une bonne capacité d'établissement d'interface entre fluides, cette dernière caractéristique permettant d'utiliser des fluides de travail et de commande différents. En outre, il est souvent souhaitable d'obtenir une relation entre moyens ou agents de commande de façon à pouvoir utiliser par exemple un signal électrique comme moyen de commande dans un dispositif fluidique. En conséquence l'invention a pour but de réaliser un amplificateur fluidique de haute impédance d'entrée et de gain élevé. L'invention a également pour but de réaliser un amplificateur fluidique présentant une bonne réponse dynamique, une fiabilité élevée et pratiquement aucune hystérésis. L'invention a en outre pour but de réaliser un amplificateur fluidique permettant d'établir une interface entre fluides. L'invention a également pour but de réaliser un dispositif fluidique assurant une commande de fluide par un moyen nonfluidique. Ce problème est résolu suivant un mode préféré de réalisation de l'invention à l'aide d'un dispositif comprenant un conduit d'alimentation en fluide, un conduit de sortie de fluide coupant le conduit d'alimentation en amont de sortie du conduit d'alimentation, un étranglement placé en amont de l'intersection des conduits de sortie et d'alimentation et des moyens pour régler l'écoulement du fluide à la sortie du conduit d'alimentation. Les moyens de réglage d'écoulement de fluide peuvent comporter un diaphragme élastique placé dans une position adjacente a la sortie du conduit d'alimentation et un conduit de fluide de commande délimitée en partie par le diaphragme. La pression du fluide de commande détermine la déformation du diaphragme qui commande à son tour l'écoulement de fluide à la sortie du conduit d'alimentation. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins annexée qui représentent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réaliser tion de l'invention. Sur les dessins - la Fig. 1 est une coupe verticale d'un mode préféré de réalisation de l'invention; - la Fig. 2 est une coupe horizontale du mode de réalisation de la Fig. 1, faite suivant la ligne 2-2; - la Fig. 3 est une coupe verticale d'un autre mode de réalisation de l'invention; - la Fig. 4 est une coupe verticale d'un mode de réalisation de l'invention du type à pression différentielle; - la Fig. 5-est une coupe verticale d'un mode de réali- sation de l'invention du type à gain variable. Sur les figures 1 et 2, on a représenté un amplifica- teur fluidique 10 suivant l'invention. L'amplificateur 10 comporte un conduit d'alimentation en fluide 12, un conduit de sortie du fluide 14 coupant le conduit d'alimentation 12 en amont de la sortie 12a du conduit 12, un étranglement 16 prévu dans le conduit d'alimentation 12 en amont de l'intersection des conduits 12, 14, un diaphragme 18 placé dans une position adjacente à la sortie 12a et un conduit de fluide de commande 20 comprenant une chambre 20a qui est délimitée en partie par un diaphragme élastique 18. Les différents conduits sont ménagés dans une plaque 22 qui peut être placée entre deux autres plaques 23. Les plaques 22, 23 peuvent être formées d'une matière satisfaisant aux conditions d'environnement. Par exemple, les plaques représentées sur les figures sont constituées d'une matière plastique. Le dispositif peut être fabriqué en utilisant tous procédés connus de fabrication d'éléments fluidiques classiques. La chambre 20a constitue une partie d'une cavité- 24 que le diaphragme 18 divise en deux zones, à savoir la chambre 20a et une chambre de décharge 24a. Un conduit de décharge 26 est prévu entre la chambre 24a et l'extérieur du dispositif. Les extrémités du diaphragme 18 sont bloquées au moulage dans la plaque 22 mais elles peuvent être également fixées d'une autre manière connue. L'étranglement 16 peut avantageusement être formé par la matière délimitant le conduit d'alimentation 12. Cet étranglement 16 est utilisé pour empêcher la pression d'alimentation d'être affectée par des obstructions à l'écoulement du fluide dans la sortie î2a. La sortie 12a du conduit 12 peut comporter une buse 28 indépendante ou non. Le diaphragme 18 peut etre formé d'une matière appropriée, tel que du caoutchouc, une matière plastique ou une tôle métallique mince, qui permet un mouvement élastique de la partie de diaphragme 18 adjacente à la sortie 12a. En service, un fluide d'alimentation de travail est introduit par le conduit 12 tandis qu'un fluide de commande est introduit par le conduit 20. Une partie du fluide de travail passe dans le conduit 12, dans la partie de sortie 12a et elle est dé chargée par le conduit 26 tandis que la partie restante s'écoule par le conduit de sortie 14. En réponse à la pression du fluide de commande, la position du diaphragme élastique 18 est modifiée par rapport à la sortie 12a de façon à régler l'écoulement de fluide de travail sortant de la partie 12a et à régler l'écoulement du fluide dans le conduit de sortie 14. Ainsi des variations de la pression du fluide de commande produisent des variations proportionnelles correspondantes de la pression du fluide de travail passant par le conduit de sortie 14. Avec la disposition suivant l'invention, on obtient par conséquent X gain linéaire élevé. Les paramètres importants ayant une influence sur le gain sont des densités du fluide de commande et du fluide de travail, la section de passage de la sortie î2a (section de buse), la partie du diaphragme 18 en contact avec le fluide de commande (section de commande), l'éla6ti- cité du diaphragme 18 qui peut être considérée analytiquement comme constante et l'écartement entre la sortie 12a et le diaphrag me 18.Un équilibre s'établit entre les forces exercées sur le diaphragme. Lorsque- force exercée par la pression du fluide de commande sur le diaphragme est supérieure a la force exercée sur le diaphragme par le fluide de travail sortant de l'orifice 12a et & la force élastique du diaphragme, le diaphragme se déplace de manière à limiter l'écoulement de fluide sortant de l'orifice l2a Le paramètre le plus important qui affecte le gain de l'amplificateur est le rapport entre la section de commande et la section de buse de la sortie l2a. Lorsque ce rapport croît, le gain de l'amplificateur augmente. D'autres paramètres importants sont la constante d'élasticité du diaphragme et l'écartement x. D'une façon générale, plus ces paramètres sont grands, plus le gain de l'amplificateur est petit. L'écartement initial entre la sortie 12a et le diaphragme 18 constitue un autre paramètre important de l'amplificateur du fait qu'il détermine la valeur de la pression de sortie du fluide de travail pour une pression nulle du fluides de commande. Une structure identique ou similaire à celle des figures 1 et 2 peut êre utilisée comme autre mode de réalisation d'un amplificateur fluidique. Dans ce second mode, le conduit 14 constitue un conduit de décharge et le conduit 26 le conduit de sortie. t L' amplificatepr fonctionne exactement de la même manière excepté que la pression de sortie est inversement proportionnelle a la pression de commande. Par exemple, lorsque la pression de commande augmente, le diaphragme 18 a tendance à limiter l'écoulement du fluide de travail passant dans le conduit 26. L'un des avantages particuliers du mode de réalisation décrit en référence aux figures 1 et 2 est la capacité d'établis- sement d'une interface oui permet d'utiliser des fluides de tra- vail et de commande différents. Par exemple le fluide de travail peut être un liquide tel que de l'eau et le fluide de commande un gaz tel que de l'air. Ceci permet d'employer tout fluide de commande commodément disponible et il est en outre possible de commander avec un seul fluide de commande plus d'un fluide de travail à l'aide de plusieurs dispositifs fluidiques. Les modes de réalisation décrite plus haut utilisent un appareil de commande fluidique sont particulièrement intéressants du fait qu'ils permettent d'obtenir un amplificateur fluidique présentant une impédance d'entrée infinie et produisant une amplification proportionnelle avec un gain élevé. L'emploi d'un diaphragme dont le mouvement est réglé par la pression d'un fluide de commande constitue l'un des nom breux moyens d'augmentation d'impédance qui sont utilisables pour la commande proportionnelle de l'écoulement d'un fluide à la sortie du conduit d'alimentation. Comme autre moyen, on peut utiliser la commande électrique représentée sur la figure 3. Dans ce mode de réalisation le diaphragme, les conduits d'alimentation, de sortie et de décharge sont les mêmes que sur les figures 1 et 2.Il est prévu un dispositif de commande à électro-aimant 30 qui comprend un noyau magnétique 32, plusieurs bobines 34 placées sur le noyau 32, deux fils 36 reliés aux bobines 34, un élément d'actionnement 38 en métal ferreux placé dans une position adjacente à une extrémité du noyau 32 et une tige non ferreuse 40 pouvant coulisser librement à l'intérieur du noyau 32. La tige 40 est reliée à l'élément d'actionnement 38 par une extrémité et au diaphragme 18 par l'autre extrémité. Sur la figure 3, la tige 40 est en matière plastique mais elle peut être formée également d'un matériau non ferreux tel que de l'aluminium ou du laiton. Le fonctionnement de la commande électrique 30 est assez simple. Un courant de commande passant dans les fils 36 assure l'attraction de l'élément d'actionnement 38 en direction du noyau 32. Le mouvement de l'élément d'actionnement 38 provoque un déplacement de la tige 40 et par conséquent un mouvement du diaphrag me 18 en direction de la sortie î2a. L'effet d'amplification sur l'écoulement de fluide de travail est le même que pour les modes de réalisation des figures 1 et 2. La construction décrite plus haut a été donnée simplement comme exemple des moyens de commande électrique qui peuvent être utilisés en coopération avec l'invention. L'utilisation d'une commande électrique suivant l'invention permet d'établir une relation éntre un moyen de commande éle trique et un moyen de commande fluidique. Par exemple dans le mode de réalisation de la figure 3, le fluide de travail peut constituer un fluide de commande pour d'autres éléments fluidique Sur la figure 4, on a représenté un mode de réalisation de l'invention qui assure une amplification proportionnelle d'un signal de pression différentielle. Ce mode de réalisation est composé de deux amplificateurs tels que ceux-des figures 1 et 2, montés en opposition et comportant une entrée commune 42 reliée aux conduits d'alimentation en fluide 12, 12'.Des éléments identiques des deux amplificateurs ont été affectés des mêmes référen- ces numériques et ont été différenciés l'un de l'autre par l'addition d'un signe "prime" après lue numéro de référence. P01 et Pc2 représentent les pressions du fluide de commande dans les conduits 20, 20' tandis que Po1 et Po2 représentent les pressions du fluide de travail dans les conduits 14, 14'. Chaque amplificateur de ce mode de réalisation fonctionnant de la même manière que le mode représenté sur les figures 1 et 2, la pression différentielle de sortie Po2 - Foi est réglée proportionnellement par la pression différentielle de commande Pc2 c1 La La figure 5 représente un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel la structure représentée sur les figures 1 et 2 a été modifiée de façon a comporter des moyens de réglage du gain de l'amplificateur. Le gain d'amplificateur est modifié en agissant sur la tension et par conséquent la constante d'élasticité K du diaphragme 18. Une extrémité du diaphragme 18 est fixée sur la plaque 22 tandis que l'autre extrémité est reliée à l'élément coulissant 44 engagé dans une fente 46 ménagée dans la plaque 22. Une tige filetée 48 est vissée dans une partie filetée correspondante 50 de la plaque 22 et elle est reliée à l'élément 44. Cette dernière liaison permet une rotation libre de la tige 48 dans l'élément 44 mais elle oblige cet élément 44 a se déplacer axialement lors d'un mouvement axial de 1'extrémité de la tige 48. Un bouton moleté 52 est fixé sur l'autre extrémité de la tige 48 de façon à permettre à un utilisateur de tourner aisément la tige en vue de changer la position de l'élément 44 et par conséquent de modifier la tension du diaphragme 18 fixée sur celui-ci. D'une façon générale, plue la tension du diaphragme est grande, plus le gain de l'amplificateur est faible. Egalement la buse 28 est représentée comme étant vissée dans le conduit d'alimentation 18 de façon à permettre des modifications de l'écartement initial entre la sortie 72a et le diaphragme 18. On peut utiliser d'autres moyens pour faire varier le gain de l'amplificateur. Par exemple, on peut prévoir des moyens pour faire varier le rapport entre la section de commande et la section de buse en modifiant une ou bien ces deux sections. Plus le rapport de la section de commande à la section de buse est grand, plus le gain est élevé. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés. Par exemple l'un des modes de réalisation peut être modifié en plaçant le diaphragme dans une position adjacente à la sortie î2a. Pour une pression nulle du fluide de commande, la pression du fluide de travail à la sortie atteint la valeur maximale, c'est-à-dire la pression d'alimentation lorsque le conduit 14 est utilisé comme conduit de sortie. Une diminution de la pression de commande provoque une diminution proportionnelle de la pression de sortie. il va de soi qu'on pourrait également adapter de façon appropriée des moyens de commande électrique pour qu'ils fonctionnent d'une manière similaire. On pourrait aussi utiliser à la place du diaphragme un piston sollicité par ressort ou tout autre dispositif analogue. En conséquence, l'invention permet d'obtenir un dispositif de commande d'écoulement de fluide qui présente une haute impédance d'entrée, un gain linéaire élevé, des pertes d'hystéré- sis pratiquement négligeables, une faible consommation d'énergie, un faible débit de fluides, une haute fiabilité due à la réduction des pièces mobiles et une bonne réponse dynamique. Dans certains modes de réalisation, on peut obtenir une amplification proportionnelle avec gain variable, des possibilités d'établissement d'interface entre fluides et une relation entre les fluides de commande. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de commande d'écoulement de fluide, caractérisé en ce qu'il comprend un conduit d'alimentation en fluide de travail, un conduit de sortie de fluide de travail coupant le conduit d'alimentation en amont de la sortie du conduit d'alimentation, un étranglement placé en amont de l'intersection du conduit de sortie avec le conduit d'alimentation et des moyens pour régler proportionnellement l'écoulement de fluide à la sortie du conduit d'entrée. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de réglage d'écoulement sont constituée par un appareil de commande fluidique. 3. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est en outre prévu des moyens pour faire varier le gain d'amplification du dispositif. 4.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de réglage proportionnel d'écoulement comportent un diaphragme élastique dont une partie est placée dans une position adjacente Sa la sortie du conduit d'alimentation et des moyens pour modifier la position de la dite partie de diaphragme. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de changement de position de diaphragme comprennent un conduit de fluide de commande pourvu d'une chambre délimitée en partie par le diaphragme. 6.- Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de changement de position de diaphragme comprennent un électro-aiot excité électriquement. 7. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la dite partie du diaphragme est écartée initialement d'une distance prédéterminée de la sortie du conduit d'alimentation. 8.- Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est en outre prévu des moyens pour faire varier la tension du diaphragme. 9.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de sortie du conduit d'alimentation comprend une buse. 10.- Dispositif suivant la revendication t, caractérisé en ce qu'il comprend un second conduit d'alimentation en fluide, un conduit d'entrée de fluide relié aux deux conduits d'alimentation, un second conduit de sortie de fluide coupant le second conduit d'alimentation en amont de la sortie du second conduit d'alimentation, un second étranglement placé en amont de l'intersection du second conduit de sortie avec le second conduit d'alimentation et des seconds moyens pour régler proportionnellement l'écoulement de fluide sortant du second conduit d'alimentation. 11.- Dispositif suivant la revendication 10, caractérisé en ce que chacun des moyens de réglage proportionnel d'écoulement comporte un diaphragme élastique dont une partie est placée dans une position adjacente à la sortie d'un des conduits d'ali tentation et des moyens pour changer la position de la dite partie de diaphragme. 12.- Dispositif de commande d'écoulement de fluide, caractérisé en ce qu'il comprend un conduit d'alimentation en fluide, un conduit de décharge de fluide coupant le conduit d'alimentation en amont d'une partie de sortie du conduit d'alimentation, un étranglement placé en amont de l'intersection du conduit de sortie avec le conduit d'alimentation, des moyens de réglage proportionnel de l'écoulement de fluide sortant du conduit d'alimentation et un conduit de sortie espacé de la sortie du conduit d'alimentation de manière à former un orifice de passage du fluide stécoulant par la sortie du conduit d'alimentation. 13.- Dispositif suivant la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens de réglage d'écoulement sont constitués par un appareil de commande fluidique. 14.- Dispositif suivant la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens de réglage proportionnel d'écoulement comportent un diaphragme élastique dont une partie est placée dans une position adjacente à la sortie du conduit d'alimentation ainsi que des éléments pour modifier la position de la dite partie de diaphragme.