Brevet FR2104989A1 — publié le 19720428

La présente invention concerne les procédés et dispositifs pour la conversion d'une fréquence électrique en une autre, et plus particulièrement un procédé et un appareil destinés à délivrer un signal électrique dont la fréquence représente le débit d'un produit passant par une pompe. I1 est bien connu de faire passer un courant de produit d'un endroit à un autre au moyen d'une pompe entralnée par un moteur, et il est bien connu de contrôler et de commander le débit du produit en mesurant et en commandant la vitesse du moteur en fonction du débit de la pompe. Par exemple, une fréquence peut être prélevée de façon continue soit sur l'arbre du moteur, soit sur l'axe de la pompe, et peut être comparée en permanence avec une fréquence choisie à l'avance ou toute autre valeur représentative afin de donner une mesure permanente de la différence entre le débit réel et le débit choisi à l'avance. Cette technique est acceptable dans beaucoup de cas où le débit ne doit etre contrôlé que dans des limites relativement larges. I1 est évident que les caractéristiques de la pompe ne sont presque jamais les mêmes que la vitesse de rotation de l'arbre moteur4 eut cette technique n'est donc pas satisfaisante pour des dispositifs de mélange de précision ou autres tels que celui décrit dans la demande de Brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 701 596 du 30 Janvier 1968 déposée par Lawrence C. PORTER et Kenneth E. GRAVES. Ia présente invention consiste en un procédé et un appareil pour développer une fréquence qui représente le débit d'une pompe plut8t que la vitesse du moteur et évite donc les inconvénients des procédés antérieurs. Selon l'invention, un premier train d'impulsions est délivré en permanence et sa fréquence représente la vitesse du moteur. Ce premier train d'impulsions, ou signal,est appliqué à un générateur d'oscillations de relaxation ou autre qui produit une première tension en dents de scie dont l'amplitude représente la fréquence du premier signal. Cette première tension en dents de scie est appliquée à une capacité pendant le temps qui commence avec le début de chaque impulsion du premier signal, et qui se termine au début de l'impulsion suivante. L'arrivée de chaque nouvelle impulsion du premier signal fait instantanément tomber à zéro ou à la tension de référence la première dent de scie, et en fait recommencer une autre, mais la charge accumulée dans le condensateur est maintenue et constitue une représentation fonctionnelle de la fréquence des impulsions du premier signal. Un second générateur d'oscillations de relaxation ou autre est également prévu pour délivrer une seconde dent de scie qui se termine chaque fois que sa tension est égale à celle du condensateur chargé. La fréquence de la tension en dents de scie délivrée par le second générateur est donc fonction de la tension aux bornes du condensateur et par suitefonction de la fréquence des impulsions du premier signal. Toutefois, la pente du signal délivré par le second générateur est également un facteur déterminant de sa fréquence. Par conséquent, le gain du second générateur est ajusté empiriquement de façon que la fréquence de sa tension de sortie corresponde en permanence au débit du produit refoulé par la pompe. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés illustrant plusieurs modes de réalisations donnés à titre explicatif et non limitatif. Sur ces dessins la figure 1 est une représentation fonctionnelle des parties essentielles d'un dispositif selon l'invention destiné à contrôler le débit d'une pompe à moteur ou autre, délivrant un train d'impulsions dont la fréquence correspond au débit. La figure 2 représente une partie du dispositif de la figure 1 et illustre une variante de réalisation selon la présente invantion. La figure 3 est une autre représentation d'une partie du dispositif décrit par les figures 1 et 2 et illustre une autre variante de la présente invention. La figure 1 représente un dispositif de pompage comportant une pompe classique 6 ou autre, entratnée-par un moteur 2 à courant continu sur l'arbre de commande duquel est monté un pignon droit 4 ayant un nombre de dents prédéterminé (soixante par exemple). I1 ést bien connu de délivrer un train d'impulsions dont la fréquence correspond à la vitesse de rotation du moteur 2. Comme le montre la figure 1, cela peut être obtenu en taillant les dents du pignon 4 dans un matériau magnétique, de façon qu'un capteur magnétique 8 délivre une impulsion chaque fois qu'une de ces dents passe devant lui. 'les impulsions venant du capteur 8 sont appliquées à une entrée d'un amplificateur opérationnel 12 entre la sortie et l'en- trée duquel est branché un condensateur 14 convenable. L'autre entrée de l'amplificateur 12 est représentée mise à la masse de manière conventionnelle, et chaque fois qu'une impulsion, ou un signal, est délivré par le capteur 8, elle est appliquée à l'amplificateur 12 par rapport à la tension de référence ou masse. Plus particulièrement, le condensateur 14 a pour conséquence que l'amplificateur 12 délivre un signal en dents de scie avec une pente déterminée qui dépend du gain de l'amplificateur 12, et cette dent de scie traverse une diode 16 pour charger un condensateur 18 par rapport à la masse. Comme il est connecté, l'amplificateur 12 délivre en permanence une tension en dents de scie. Cependant, chaque fois que le capteur 8 délivre, ou laisse entrer une impulsion à l'entrée de l'amplificateur 12, la sortie de ce dernier passe à la tension de référence ou "zéro" et commence immédiatement une autre dent de scie identique ayant la même pente. Il est évident que le condensateur 18 ne se décharge que très lentement. Tssa fréquence des impulsions fournies par le capteur 8 peut augmenter très rapidement, mais il en résulte que les impulsions en dents de scie délivrées par l'amplificateur 12 augmentent en fréquence et diminuent en amplitude. Ainsi qu'il sera expliqué plus loin, le relue de la tension aux bornes du condensateur 18 est de donner une représentation analogique de la fréquence des impulsions venant du capteur 8,et il est souhaitable de faire en sorta que la tension aux bornes du condensateur 18 diminue avec l'augmentation de la fréquence des impulsions venant du capteur 8. Par conséquent, une résistance 20 de valeur déterminée est connectée aux bornes du condensateur 18 pour le décharger à la vitesse voulue, de façon à ce que la charge conservée par le condensateur 18 diminue aussi vite qu'augmente la fréquence et que diminue la tension des dents de scie. La borne sous tension du condensateur 18 à la masse (donc sous la tension de charge représentant la séquence des impulsions fournies par le capteur 8) est reliée à l'une des entrées d'un comparateur de tensions 26. L'autre entrée du comparateur 26 est reliée à la sortie d'un second amplificateur opérationnel 22 qui est de manière similaire connecté à un condensateur 24 de façon à fonctionner comme un autre générateur d'oscillations de relaxation ou générateur de dents de scie. Une entrée de l'amplificateur 22 est mise à la masse de manière conventionnelle et l'autre entrée est reliée à un contact 10 fermé par l'excitation d'un enroulement 27 branché entre la masse et la sortie du comparateur 26. Comme expliqué ci-dessus, le second amplificateur 22 délivre en permanence une tension en dents de scie dont la pente est fonction du gain, et cette tension en dents de scie est appliquée au comparateur 26 avec la tension sous laquelle l'amplificateur 12 a chargé le condensateur 18. Tant que les deux tensions appliquées au comparateur 26 sont différentes, cedernier ne délivre aucun signal. Lorsque la tension délivrée par l'amplificateur 22 atteint le niveau de la charge conservée par le condensateur 18, le comparateur 26 délivre un signal à l'enroulement 27 qui ferme le contact 10 et décharge le second amplificateur 22. La tension de sortie appliquée au comparateur 26 par le second amplificateur 22 tombe immédiatement à "zéro" et le comparateur 26 supprime immédiatement son signal de sortie à l'enroulement 27.Par suite, le contact 10 s'ouvre à nouveau et le second amplificateur recommence à délivrer une nouvelle dent de scie. La fréquence des impulsions fournies par le second amplificateur 22 est fonction de la tension aux bornes du condensateur 18. Mais cette fréquence dépend également de la pente de la dent de scie fournie par ce second amplificateur 22. Par conséquent, le dispositif débit par la figure 1 doit être réglé empiriquement par ajustage des gains des amplificateurs 12 et 22 pour délivrer au point "e" la fréquence voulue. Il est évident que les caractéristiques de la pompe 6 ne sont pas linéaires pour des débits faibles. Admettre comme linéaires les caractéristiques de la pompe jusqu'à un débit nul conduirait à obtenir de l'amplificateur 22 dans la plage des fréquences tendant vers zéro des indications fausses. Il est par conséquent préférable d'introduire un décalage dunzéro"de la sortie du second amplificateur 22, ce qui peut être obtenu par le réglage d'un potentiomètre 28 dont le curseur 30 est relié à la borne sous tension du condensa teur 18. Les extrémités du potentiomètre 28 seront mises respectivement sous tension positive et négative de façon à ce que, lorsque le curseur 30 est au point milieu du potentiomètre, il applique une tension nulle à la première entrée du comparateur 26.Par ailleurs, si le curseur est décalé par rapport au point milieu, il applique une tension continue du c8té supérieur du comparateur, cette tension pouvant être positive ou négative et proportionnelle au décalage du zéro devant être introduit. La figure 2 montre une variante du dispositif représenté sur la figure 1 dans laquelle le capteur magnétique 8 (ou autre dispositif délivrant des impulsions) est connecté à l'entrée d'une bascule de Schmitt 32 qui produit les impulsions correspondantes, mais de forme carrée, à l'entrée d'un générateur d'impulsions 34 capable de délivrer des impulsions correspondantes d'une largeur et d'une amplitude standard prédéterminées. Ces impulsions sont appliquées par une diode 36 à un circuit intégrateur standard composé d'une résistance 38 et d'un condensateur 40 à la masse qui conserve une charge dépendant du nombre et donc de la fréquence de ces impulsions standard. Ia tension de charge est également appliquée par une résistance 46 à une entrée d'un amplificateur opérationnel 50. Un conden 52 sate 5r /est branché entre la sortie et l'autre entrée de l'amplifica- teur 50 pour constituer un générateur de tension en dents de scie dont la pente est fonction du gain de l'amplificateur 50. La sortie de l'amplificateur 50 est également reliée à une entrée d'un comparateur de tension 56 comportant une source de tension 54 délivrant une tension de référence prédéterminée reliée à son autre entrée. I1 est donc évident qu'aucune tension n'est normalement produite à la sortie du comparateur 56. Cependant, Si la tension de charge du condensateur 40 atteint le niveau de la tension fixée par la source 54, le comparateur devient passant et décharge l'amplificateur 50. 'le curseur 44 du potentiomètre 42 est connecté de façon à introduire le réglage de décalage du zéro tel qu'expliqué précédemment. Aucune disposition particulière n'a besoin d'être prise pour la décharge car le condensateur tend à se décharger sur la sortie du comparateur de tension 56 à une vitesse qui dépend de la valeur de la résistance 48. 'les circuits représentés dans les figures 1 et 2 sont de conception essentiellement analogique,bien qu'ils soient entièrement compatibles avec des systèmes digitaux, d'autant plus qu'ils reçoivent et produisent des signaux de type digital. Ils ont cependant des avantages évidents par rapport à des circuits de convertisseur de fréquences de type plus digital dans l'application présente ainsi que dans d'autres. La figure 3 représente une autre réalisation selon la présente invention dans laquelle le capteur magnétique 8 est de nouveau connecté à l'entrée d'un basculeur de Schmitt conventionnel 60 dont la sortie est connectée à un différenciateur 62. La fonction du différenciateur 62 est d'appliquer à un circuit de non coinci- dence 64 une impulsion mise en forme à un moment déterminé (tel que le flanc avant) de chacune des impulsions carrées venant du basculeur 60. Un oscillateur 90 à tension contrôlée délivre un train continu d'impulsions appliquées simultanément à un compteur 66 bidirectionnel et à un circuit de comptage 88 dont la sortie est connectée à une entrée d'un comparateur digital 86.Un circuit de tarage 84 pouvant être réglé pour établir un facteur de conversion représentant le rapport d'impulsions du capteur 8, peut être connecté- à l'autre entrée du comparateur 86. Comme le montre la figure 3, lorsque le total du compteur 88 atteint la valeur établie par le circuit de tarage 84, le comparateur 86 délivre une impulsion à l'autre entrée du circuit de noncoincidence 64. Si l'impulsion venant du comparateur 86 atteint le circuit de non-coincidence 64 en même temps que l'impulsion venant du différenciateur 62, le circuit de non-coincidence 64 ne délivre aucun signal. Mais, si l'une des impulsions arrive avant l'autre, le circuit de non-coincidence 64 fournit au compteur bidirectionnel 66 une impulsion dont la polarité dépend de celle des impulsions qui est arrivée la première. De plus, le circuit de non-coincidence 64 délivre une seconde impulsion (de polarité opposée) quand il reçoit l'autre des deux impulsions, respectivement du comparatssur 86 et du différenciateur 62. Be compteur bidirectionnel 66 est agencé pour commencer le comptage des impulsions venant de l'oscillateur 90 à tension contrôlée, à la réception de la première impulsion venant du circuit de non-coincidence 64, et pour arrêter le comptage à la réception de la seconde impulsion. La polarité de la première impulsion détermine le sens (plus ou moins) dans lequel le comptage est effectué. La figure 3 représente un réseau de résistances 68, 70, 72, 74 et 76 ayant chacune une extrémité reliée à la masse ou à la tension de référence par la résistance 82, et dont les autres extrémités sont connectées chacune à l'un des multivibrateurs bistables (non décrits) constituant les différents étages du compteur bidirectionnel 66. Ces résistances 68, 70, 72, 74 et 76 sont également connectées à la polarisation de l'oscillateur 90 à tension contrôlée, ce qui fait que le total contenu dans le compteur 66 règle et détermine la fréquence des impulsions sortant de l'oscillateur 90 pour qu'elle corresponde au débit réel de la pompe 6 (non représentée). Un circuit de contrôle 92 peut être prévu pour recevoir chaque impulsion du différenciateur 62 et délivrer en réponse une impulsion de mise à zéro au compteur 88. De plus, le circuit de contrôle 92 peut réagir à une impulsion de fin délivrée par le circuit de non-coincidence 64 simultanément avec sa seconde impulsion appliquée au compteur bidirectionnel 66, assurant ainsi que la période de comptage du compteur 66 est en fait la période qui sépare deux impulsions successives venant du différenciateur 62. "a figure 3 montre également qu'un réglage de décalage du zéro sous la forme d'un potentiomètre 78 est disposé comme dans les figures 1 et 2 avec son curseur 80 relié à la polarisation de l'oscillateur 90. Dans la présente description, l'accent a été mis sur l'utilisation de la présente invention comme procédé et dispositif pour produire une fréquence qui indique le débit d'une pompe à moteur ou autre. Toutefois, il est bien évident que la présente invention peut servir à d'autres buts dans lesquels est recherchée la production d'une fréquence à partir d'une autre fréquence. De nombreuses modifications peuvent être apportées dans les techniques et les structures décrites ci-dessus en se rapportant aux dessins annexés sans départir du concept de la présente invention. Par conséquent, il est bien évident que les formes de réalisation décrites et illustrées ne le sont qu'à titre explicatif et ne limitent pas le cadre de l'invention. REVEKDICATIONS 1. Procédé de conversion de fréquence, caractérisé en ce qu'il comporte la production d'une fréquence d'entrée, l'établissement d'un signal dépendant du temps et lié fonctionnellement à ladite fréquence d'entrée, la production d'un signal de commande lié fonctionnellement à un intervalle de temps prédéterminé et audit signal dépendant du temps, et la production d'une fréquence de sortie qui est liée fonctionnellement audit signal de commande. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit signal dépendant du temps est une impulsion temporisée définissant la fin d'un intervalle de temps lié fonctionnellement à ladite fréquence d'entrée. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte la production de plusieurs impulsions de fonction, le comptage du nombre desdites impulsions de fonction apparaissant pendant ledit intervalle de temps prédéterminé, la production dudit signal de commande en fonction dudit nombre d'impulsions de fonction et dudit intervalle de temps défini par ladite impulsion temporisée et le réglage dé la fréquence desdites impulsions de fonction en réponse audit signal de commande. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit signal dépendant du temps est une tension de référence dont l'amplitude est liée fonctionnellement à ladite fréquence d'entrée. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte la production d'une première tension en dent de scie pendant un intervalle de temps lié fonctionnellement à ladite fréquence d'entrée, et l'établissement de ladite tension de référence en fonction de ladite tension en dent de scie et dudit intervalle de temps qui est lié fonctionnellement à ladite fréquence d'entrée. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte la production d'une seconde tension en dent de scie dont la pente est liée fonctionnellement audit intervalle de temps prédéterminé, et la production de ladite fréquence de sortie en fonction de ladite tension de référence et de ladite pente de ladite seconde tension en dent de scie. 7. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte la production d'un train d'impulsions représentant ladite fréquence d'entrée et dont les impulsions ont une amplitude prédéterminée, et l'établissement de ladite tension de référence en fonction de la fréquence desdites impulsions dudit train d'impulsions. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte la production d'une tension en dent de scie dont la pente est liée fonctionnellement audit intervalle de temps prédéterminé, et la production de ladite fréquence de sortie en fonction de ladite pente de ladite tension en dent de scie et de ladite tension de référence. 9. Dispositif de conversion de fréquence, caractérisé en ce qu'il comporte un premier générateur pour produire une fréquence d'entrée, un dispositif de temporisation pour délivrer un signal dépendant du temps,lié fonctionnellement à ladite fréquence d'entrée, un dispositif de commande pour produire un signal de commande lié fonctionnellement à un intervalle de temps prédéterminé et audit signal dépendant du temps, et un second générateur produisant une fréquence de sortie qui est liée fonctionnnellement audit signal de commande. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit dispositif de temporisation comporte un générateur de signaux pour produire une impulsion temporisée définissant la fin d'un intervalle de temps lié fonctionnellement à ladite fréquence d'entrée. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur d'impulsions pour produire un train d'impulsions de fonction, un premier compteur pour délivrer une impulsion indicative indiquant le nombre d'impulsions de fonction produites pendant ledit intervalle de temps prédéterminé, un générateur de tension pour produire ledit signal de commande comme une tension liée fonctionnellement audit intervalle de temps défini par ladite impulsion temporisée et ledit nombre d'impulsions de fonction compté pendant ledit intervalle de temps prédéterminé, et un dispositif de réglage pour régler la fréquence desdites impulsions de fonction en réponse à ladite tension. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit générateur de tension comporte un circuit réagissant à ladite impulsion temporisée et à ladite impulsion indicative pour produire une première et une seconde impulsions de déclenchement définissant la différence de temps entre l'apparition de ladite impulsion et ladite impulsion indicative, et un second compteur connecté audit circuit et audit générateur d'implusions pour compter le nombre d'impulsions de fonction se présentant pendant la différence de temps définie par lesdites impulsions de déclenchement. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit compteur délivre ledit signal de commande comme une tension liée fonctionnellement au nombre d'impulsions de fonction compté pendant ladite différence de temps. 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que ledit générateur d'impulsions est un oscillateur à tension contrôlée, dont la polarisation dépend de ladite tension délivrée par ledit second compteur. 15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de décalage du zéro pour appliquer une tension de décalage prédéterminée à ladite polarisation dudit oscillateur. 16. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit signal dépendant du temps est une tension de référence dont l'amplitude est liée fonctionnellement à ladite fréquence d'entrée. 17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte un premier générateur de dent de scie pour produire une première tension en dent de scie pendant un intervalle de temps lié fonctionnellement à ladite fréquence d'entrée, et une source de tension pour produire ladite tension de référence en fonction de ladite première tension en dent de scie et dudit intervalle de temps qui est lié fonctionnellement à ladite fréquence d'entrée. 18. Dispositif selon la revendication 17; caractérisé en ce qu'il comporte un second générateur de dent de scie pour produire une seconde tension en dent de scie dont la pente est liée fonctionnellement audit intervalle de temps prédéterminé, ledit second générateur étant agencé pour produire ladite fréquence de sortie en fonction de ladite tension de référence et de ladite pente de ladite seconde tension en dent de scie. 19. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il comporte un diviseur de tension pour réduire ladite tension de référence dè manière dépendant du temps prédéterminé. 20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il emporte un dispositif de décalage du zéro pour ajouter une tension de décalage prédéterminée à ladite tension de référence. 21. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que ledit premier générateur produit un train d'impulsions représentant ladite fréquence d'entrée et dont les impulsions ont une amplitude prédéterminée, ledit dispositif comportant un dispositif pour établir ladite tension de référence en fonction de la fréquence desdites impulsions d'amplitude prédéterminée. 22. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé en ce que ledit second générateur comporte un générateur de dent de scie pour produire une tension en dent de scie dont la pente est liée fonctionnellement audit intervalle du temps preNdéterminé et un dispositif pour produire ladite fréquence de sortie en fonction de ladite pente de ladite tension en dent de scie et de ladite tension de référence. 23. Dispositif selon la revendication 22, caractérisé en ce qu'il comporte un diviseur de tension pour réduire ladite tension de référence de manière dépendant du temps prédéterminé. 24. Dispositif selon la revendication 23, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de décalage du zéro pour ajouter une tension de décalage prédéterminée à ladite tension de référence.