Brevet FR2102242A1 — publié le 19720407

La présente invention concerne un montage amplificateur fonctionnant avec de l'air comprimé. Ce montage associe constamment une ou plusieurs pressions de sortie à une pression d'entrée. L'amplification v entre les 5 pressions d'entrée et de sortie et le point de fonctionnement du montage se règle dans une zone très large. Dans les installations de mesure et de régulation, il faut souvent amplifier les signaux de pression. Par amplification, on comprend une amplification du 10 signal et de l'alimentation. L'amplification du signal doit être réglable entre des valeurs inférieures à 1 jusqu'à des multiples de 10. Il est' également intéressant d'avoir des facteurs d'amplification négatifs. On connait ainsi,sous la dénomination de relais d'inversion, un montage dont le facteur d'amplification est égal 15 à -1. De ce fait, on appelle également ce dispositif "relais 1 à -1". Un autre cas particulier concerne l'amplificateur-séparateur. Dans ce cas,1'amplification est égale à +1. Les problèmes posés ci-dessus sont généralement résolus à l'aide d'un régulateur proportionnel 20 lorsqu'on maintient constante la pression de la valeur de consigne W. On peut également prévoir,à la place du soufflet relatif à la valeur de consigne,un ressort dont la force agit sur le comparateur mécanique du régulateur. Il est connu de régler le point de fonctionnement d'un tel régulateur P à l'aide d'un ressort. 25 Toutefois, les moyens utilisés dans les solutions connues sont relativement importants. La présente invention a pour but de créer un montage amplificateur de ce type, comportant un nombre réduit d'éléments constructifs, peu encombrants, présentant un 30 fonctionnement sûr. A cet effet, la présente invention concerne un montage amplificateur pneumatique du type indiqué ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comporte un amplificateur différentiel de pression qui est commandé à partir de la diffé-35 rence des signaux de commande et S^, l'un de ces signaux provenant du diviseur de pression 9, 10 ou 11, 12, relié à la + — pression de sortie (A ou A ) de l'amplificateur différentiel de pression, et la pression d'entrée E du montage agit sur un signal de commande de l'amplificateur différentiel de pression 40 et la ou les pressions de sortie de l'amplificateur diffé- 71 29597 - 2 - 2102242 rentiel de pression sont les signaux de sortie du montage. La présente invention part du fait que le problème posé peut être résolu simplement à l'aide d'un amplificateur différentiel de pression si celui-ci comporte une 5 réaction et/ou une contre-réaction, dont le degré se règle à l'aide d'un diviseur de pression. Pour régler le point de fonctionnement, on a prévu un ressort qui s'appuie sur le comparateur de l'amplificateur différentiel, la force exercée par ce ressort étant 10 réglable. Il est avantageux^dans ce cas^de partir d'un amplificateur différentiel de pression qui crée des signaux de sortie A+ et A symétriques. On obtient alors plusieurs possibilités pratiques pour la contre-réaction et la réaction! Dans 15 la branche de contre-réaction et/ou de réaction, on a respectivement prévu un diviseur de pression qui présente au moins une résistance de laminage réglable, formée par exemple par une soupape à aiguille. Le facteur d'amplification du montage 20 se règle dans des zones très larges par la variation du degré de contre-réaction ou de la réaction de l'amplificateur différentiel de pression. Suivant une autre caractéristique de l'invention, il est prévu de monter un ressort dans l'une des 25 chambres de pression d'entrée de l'amplificateur différentiel de pression, ce ressort s'appuyant sur le comparateur de l'amplificateur différentiel. La précontrainte de ce ressort se règle de l'extérieur du boîtier à l'aide d'une vis. Ce ressort sert au réglage du point de fonctionnement du montage ou du point de zéro 30 des lignes caractéristiques. Il est prévu de réaliser le ressort sous forme de ressort de traction ou de ressort de compression. On dispose alors de plusieurs possibilités pour le réglage du point de fonctionnement. Ainsi, un ressort de traction dans la + chambre de pression d'entrée E agit comme un ressort de compres-35 sion dans la chambre d'entrée E de l'amplificateur différentiel de pression. Le montage d'un ressort dans l'une des chambres de pression d'entrée entraîne une augmentation du volume de la chambre de pression correspondant. Cela se rëper-40 cute sur le comportement dynamique du montage. Ainsi, lorsque 71 29597 - 3 - 2102242 le ressort par exemple logé dans la chambre de pression de l'amplificateur, qui est commandé par la pression d'entrée du montage en passait par la résistance du diviseur de pression, on obtient à l'entrée du montage un retard qui se répercute de 5 ïnçon gênante sur la fréquence limite du montage. La fréquence limite diminue. De ce fait, il est avantageux de prévoir le ressort seulement dans la chambre de pression d'entrée de l'amplificateur, sollicité' uniquement par la pression de sortie ou directement par la pression d'entrée. Cela est possible car, 10 en modifiant la chambre de pression, on peut passer d'un ressort de traction à un- ressort de compression ou inversement. L'invention prévoit^ en outre ,d'avoir des surfaces efficaces, des parois élastiques (membranes ou soufflets élastiques) de l'amplificateur différentiel, différentes, 15 ce qui est avantageux pour certaines applications. Le montage selon l'invention sert d'amplificateur-séparateur (amplification 1_) lorsque la sortie A+ est reliée à l'entrée E- par un diviseur de pression dont le rapport des résistances est fixé à la valeur = —-— . V -1 20 Dans cette relation, V représente l'amplification de l'amplificateur différentiel. La valeur^ qu'il faut régler est valable pour le cas où les surfaces efficaces des parois élastiques dans les chambres de pression d'entrée de l'amplificateur sont identiques. 25 On obtient un mode de réalisation particulièrement simple si les parois élastiques de l'amplificateur différentiel coopèrent avec deux billes de même diamètre, logées de façon coulissante dans un alésage de diamètre constant, et si un canal d'alimentation pour l'air comprimé débouche dans 30 l'alésage dans le prolongement du point de contact des billes, l'ensemble comportant au moins un canal de sortie qui débouche dans l'alésage à une distance du canal d'alimentation correspondant à la moitié du diamètre d'une bille. Il est en outre prévu de loger dans " 1s boîtier de l'amplificateur différentiel les résistances de >aminage du diviseur de pression, ce qui donne lieu à une construction peu ancoïïïbrante. La présente invention sera décrite plus en détails à l'aide de dessins annexés et dans lesquels : 50 - La figure 1 représente le montage 71 29597 - 4 - 2 i 02242 d'un amplificateur pour son application générale ; - Les figures 2 et 2a représentent l'amplificateur réalisé comme amplificateur-séparateur. - La figure 3 représente 1'amplifica-5 teur pour le régulateur de l'amplification v entre 1 et des valeurs supérieures à l'amplification V de l'amplificateur différentiel de pression. - La figure 4 représente un mode de réalisation permettant le réglage de l'amplification v entre 10 0 et 1. - La figure 5 représente un amplificateur-inverseur. - La figure 6 représente les caractéristiques correspondant à un point de fonctionnement, ces 15 caractéristiques étant obtenues à l'aide du montage. Il faut tout d'abord remarquer que l'amplification du montage est appelée v et la valeur de cette amplification est réglable. L'amplification de l'amplificateur différentiel de pression est appelée V. Cette grandeur est 20 considérée comme donnée. La figure 1 représente un amplificateur différentiel de pression 1 qui constitue l'élément constructif essentiel dans le montage comportant les diviseurs de pression. L'amplificateur de pression différentielle est muni 25 de parois élastiques constituées par les bandes 2 et 3. Ces membranes agissent sur l'organe de comparaison et de commande 4 de l'amplificateur. Le ressort 6 s'appuie sur la coupelle 5 de la membrane 3. La précontrainte du ressort se règle à l'aide de la vis 7 par l'intermédiaire de la coupelle de ressort. L'organe 30 de commande 4 est relié à l'air d'alimentation à une pression pg. Cet organe comporte deux canaux de pression de sortie qui fournissent les pressions A+ et A™. La chambre de pression d'entrée E+ de l'amplificateur différentiel est sollicitée par le signal de pression La chambre de pression d'entrée E est sollicitée 35 par le signal de pression S„. Le montage est tel qu'avec la + + pressxon Sj croissante, dans E la pression de sortie A augmente et la pression de sortie A— diminue. L'inverse est valable pour la pression qui augmente dans la chambre de pression E~ de 1'amplificateur. 40 Le signal de pression est pris sur 71 29597 - 5 - 2102242 un diviseur de pression formé par les résistances de laminage 9 et 10. Une résistance estfpar exemple^constituée par un tube capillaire et l'autre par une soupape â aiguille. Le signal de pression d'entrée E est appliqué à la résistance 9 du montage. 4- 5 A ce signal sont associés les signaux de pression de sortie A ou A . Le signal de sortie A est appliqué à la résistance 10 qui agit comme contre-réaction. Un autre diviseur de pression muni de résistances 11 et 12 est alimenté par le signal de pression de + sortie A . On prend le signal de commande de ce diviseur de 10 pression. Ce signal de commande est envoyé à la chambre de pression d'entrée E - de l'amplificateur et cette pression sollicite la membrane 3. La pression Pç est appliquée à la résistance 12 de ce diviseur de' pression. Suivant l'utilisation du montage, on 15 a prévu diverses valeurs pour la contre-pression Ainsi, dans le cas d'un amplificateur-séparateur, Pç est égal à la pression atmosphérique. Dans un autre cas, Pç est égal à la pression de sortie A du montage. En outre, P^ peut également s'utiliser comme second signal d'entrée du montage, pour le réglage ou la commande 20 du point de fonctionnement du montage. Le fonctionnement du montage complet tel que représenté à la figure 1 sera décrit ci-après à l'aide de quelques cas d'application. Ainsi, la figure 2 représente un mode 25 de réalisation de l'invention qui convient particulièrement bien pour régler le facteur d'amplification entre les valeurs 1 et l'amplification V de l'amplificateur différentiel de pression. La pression d'entrée E du montage est envoyée directement à la chambre de pression d'entrée E+. La chambre de pression d'entrée 30 E est sollicitée par. la pression de commande S2 qui est prise sur le diviseur de pression de contre-réaction constitué par les résistances de laminage 11 et 12. La pression de sortie A+ de l'amplificateur différentiel de pression constitue la pression de sortie 35 du montage. Dans la chambre de pression d'entrée E , on a prévu le ressert de compression 6 qui sert au réglage au point de fonctionnement du montage, La résistance de laminage 11 du diviseur de pression de contre-réaction est appliquée à la pression de sortie A+ et la contre-pression Pç est appliquée à la résis-40 tance 12. La relation entre les signaux de pression A+ et E est 71 29597 - 6 - 2102242 la suivante : Dans cette formule : V représente 5 l'amplification de l'amplificateur différentiel 1,' le rapport des résistances 11,12 du diviseur de pression de contre-réaction, Yo représente le point de fonctionnement de l'amplificateur différentiel 1. 10 F est la force du ressort 6. Cette relation s'obtient de l'équation de l'amplificateur : A+ = V ( E - S2 - F ) + Yo et de l'équationdu diviseur de pression 15 S2 = — ---- ( A+ +>PG ) 1 + A Le calcul fait ci-dessus est valable si l'on admet que le débit Q à travers l'une des résistances de laminage 11 ou 12 est proportionnel à la pression différentielle 20 te appliquée à ladite résistance. Dans le cas d'un amplificateur-séparateur avec A = E, on obtient ces conditions pour : \ _ 1 Y° A y"- I '~V~ ' Cela signifie que la résistance 12 doit être réglée à (V-l) fois 25 la résistance 11. Une très faible quantité d'air s'échappe à l'atmosphère par la résistance 12, car l'amplification V de 1'amplificateur différentiel se situe entre 30 et 60, selon la figure 2. v Yo Comme 1, avec ^—> 0 1 30 et 0, on peut avoir pratiquement les signaux de pression A(1 +A ) £E± F]-^ PG On remarque que pour le réglage du point de fonctionnement, on peut utiliser la force F développée par le ressort ainsi que le signal de contre-pression p„. Comme 35 signal de commande p^ agit avec une amplification négative sur le profil de la pression de sortie A+. Cela est le ca,s pour une amplification û:ir.vérsion. Le rapport des résistances est en théorie réglable entre 0 et©*s5. En pratique, il est usuel de prévoir pour ^ la zone comprise entre 0,05 et 50. 40 Selon la figure 2, on a réalisé 71 29597 - 7 = 2102242 l'amplificateur différentiel 1 de façon connue. Les membranes 2 et 3 coopèrent avec deux billes 13 qui sont logées de façon coulissante dans un alésage de boîtier. A la hauteur du point « de contact de ces billes, le canal d'alimentation d'air 14 5 débouche dans l'alésage. Ce canal est relié à l'air d'alimentation à la pression p . A une distance du canal d'alimentation en air 14, correspondant à la moitié d'un diamètre de bille, se trouve le canal de sortie 15 où l'on prend la pression de sortie A+. 10 A la figure 2a, on a représenté le cas d'un amplificateur-séparateur. On peut supprimer le ressort 6 lorsque le point de fonctionnement Yo de l'amplificateur est inférieur à 0,1 e.t que l'amplification V de l'amplificateur est notablement supérieure à 1. Ces remarques sont valables pour le 15 cas où les surfaces efficaces des parois élastiques de l'amplificateur différentiel de pression sont identiques. Dans le cas de l'amplificateur-séparateur, le but du diviseur de pression de contre-réaction est essentiellement d'envoyer à la chambre de compression 20 d'entrée E une pression qui est notablement plus faible que la pression de sortie A . La différence dépend de l'amplification W de l'amplificateur. Cette amplification est limitée (W^ ) . Le même effet peut également s'obtenir lorsque la surface efficace F^ de la membrane 3 de la chambre de pression E est plus 25 petite que la surface efficace F_ de la membrane 2 de la chambre de + pression d'entrée E . On montre que pour un rapport de surfaces de : 30 cela satisfait également aux conditions concernant l'amplificateur-séparateur. Dans ce cas, on peut supprimer le diviseur de pression 11,12. La pression de sortie A+ est e»Voyée directement à la chambre de pression d'entrée E . Toutefois, il n'est pas avantageux pour la fabrication de réaliser des amplificateurs séparateurs 35 ci3 ce type, dans lesquels la dimension des membranes quant à leurs surfaces efficaces ne sont que légèrement différentes. Il est bien plus avantageux d'utiliser le diviseur de pression de contre-réaction même pour corriger les différences liées à la fabrication entre les surfaces efficaces. 40 L'exemple de réalisation du montage 71 29597 2102242 selon la figure 3 permet' le réglage des facteurs d'amplification, qui sont supérieurs à, l'amplification V de l'amplificateur différentiel de pression utilisée. On obtient cela puisque la pression de sortie A forme la contre-pression p^. Elle agit à la manière 5 d'un couplage qui peut être supérieur à la contre-réaction. Pour l'amplification du montage, on admet ce qui a déjà été supposé. A+ = 1 . E *+i-A 10 1+?> Le mode de réalisation selon la figure 4 convient pour avoir des facteurs d'amplification compris entre 0 et +1. On a prévu deux branches de contre-réaction : La sortie A+ est envoyée directement 15 à l'entrée E de l'amplificateur et la sortie A est appliquée à la résistance 10 du diviseur de pression de contre-réaction dont la résistance 9 reçoit la pression d'entrée E du montage. A la figure 5, on a représenté un mode de réalisation qui comporte comme cas d'exception un ampli- 20 ficateur d'inversion encore appelé relais de 1 à -1. La pression + de commande agit dans la chambre de pression d'entrée E . Cette pression est prise entre les résistances 9 et 10. Comme la sortie A de l'amplificateur est appliquée à la résistance 10 et la pression d'entrée E du montage est appliquée à la résistance 9, 25 ce diviseur de pression agit comme diviseur de pression de contre-réaction. Dans la chambre de pression E~, on a prévu un ressort 6 qui sert au réglage du point de fonctionnement. Dans ce cas de réalisation, la pression atmosphérique pQ règne dans la chambre de pression E . Comme pression de sortie du montage, on utilise la 30 pression de sortie A de l'amplificateur. A l'aide des éléments indiqués ci-dessus, on obtient comme relation des signaux de pression : 1 + X A~ = ]_ . E + ( V F + Yo) i(l+/V)+^ l+/\ (1+V) 35 Pour ^ V ^ 1 ^ faC|-eur d'amplification du montage est égal à -1. Le point de fonctionnement se règle avec la force de ressort F à la valeur exigée A =0,6 pour E = 0,6. Le mode de réalisation de 1"amplificateur-inverseur selon la figure 5 procède de l'amplificateur 40 différentiel de pression 1 dans lequel le canal de pression de 71 29597 - 9 - 2102242 sortie 15a sert à prendre la pression A . Ce canal est écarté du canal de sortie 15 de la figure 1, d'une distance correspondant à un diamètre de bille. « La figure 6 représente quelques lignes 5 caractéristiques du montage amplificateur, pour un certain point de fonctionnement. La droite A+ = E correspond à l'amplification +1 de l'amplificateur-séparateur selon la figure 2a. La droite A~ » - E + 1,2 est la caractéristique de l'amplificateur inverseur selon la figure 5. La droite correspondant à l'amplification 10 V-*= V s'obtient avec le montage selon les figures 2 et 2a. Le mode de réalisation selon la figure 5 permet l'amplification négative entre - V^v ^-1, réglée sur la résistance de laminage 10. La zone + l^*v^'+ V .se règle sur les résistances du diviseur de pression 11,12 dans le mode de réalisation selon les figures 2 et 15 2a. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir.d'autres formes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 20 71 29597 - 10 - 2102242 R E V-E NDICATIONS 1°) Montage-amplificateur pneumatique qui reçoit constamment une pression d'entrée E et fournit au moins *4" ™ une pression de sortie (A , A ), l'amplification v et le point 5 de fonctionnement du montage étant réglables, montage caractérisé en ce qu'il comporte un amplificateur différentiel de pression qui est commandé à partir de la différence des signaux de commande S.^ et S2/ l'un de ces signaux provenant du diviseur de pression relié à l'une des pressions de sortie (A+, A ) de l'amplificateur 10 différentiel de pression 1, et la pression d'entrée E du montage agit sur un signal de commande de l'amplificateur différentiel de pression et la pression de sortie correspondante de l'amplificateur de pression différentielle est le signal de sortie du montage . 15 2°) Montage amplificateur pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un ressort agit sur le comparateur de l'amplificateur différentiel de pression, ce ressort étant un ressort de traction ou compression et sa force de précontrainte étant réglable. 20 3°) Montage amplificateur pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le ressort est prévu dans une chambre de pression d'entrée (E+/ E ) de l'amplificateur différentiel de pression et la précontrainte se régie de l'extérieur des boîtiers. 25 4°) Montage amplificateur pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le signal de commande S„ est pris sur un diviseur de pression + qui est soumis à la pression de sortie A de l'amplificateur différentiel de pression et à la pression pQ. 30 5°) Montage amplificateur pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le signal de commande S- est pris sur un diviseur de pression, + — et ce diviseur est soumis aux pressions de sortie A et A de l'amplificateur différentiel de pression. 35 6°) Montage amplificateur pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le signal de commande S.^ est pris sur un diviseur de pres-. sion auquel sont appliquées la pression d'entrée E du montage amplificateur et l'une des pressions de sortie A+ et A- de l'am-40 plificateur différentiel. 71 29597 - 11 - 2102242 7°) Montage amplificateur pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une résistance respective du diviseur de pression est réglable. 5 8°) Montage amplificateur pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les surfaces efficaces des parois élastiques qui limitent les chambres de pression d'entrée E+, E de l'amplificateur différentiel sont identiques. 10 9°) Montage amplificateur pneiamatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'amplificateur différentiel de pression comporte deux parois élastiques (membranes) qui limitent par un côté deux chambres de pression d'entrée, et qui coopèrent avec deux billes de diamètre 15 identique logées dans un alésage de diamètre constant réalisé dans le boîtier, ces billes étant coulissantes,et dans l'alignement du point de contact des billes se trouve un canal d'air d'alimentation pour l'air comprimé, l'ensemble comportant au moins un canal de sortie qui débouche dans l'alésage en étant séparé du 20 canal d'alimentation d'une distaiîce correspondant à la moitié d'un diamètre de bille.