Brevet FR2090054A1 — publié le 19720114

La présente invention concerne un relais pneumatique pour le réglage de la position d'organes de réglage, notamment de vérins de réglage actionnés pneumatiquement, comprenant un organe pilote sollicité par une pression pilote, par exemple un piston, un cylindre à membrane ou un boitier de pression fonctionnant par élasticité de métaux, qui produit une viveur de consigne pour la position devant être conservée et qui coopère avec un palpeur déterminant la valeur réelle, ce relais agissant, en fonction de la différence entre la valeur de consigne et la valeur réelle, sur une soupape ou distributeur commandant l'organe de réglage. Un tel relais pouvant également être appelé "positionneur" ou "dispositif de positionnement", a le règle d'amener un organe de réglage à commande pneumatique, par exemple un vérin de réglage ou une soupape régulatrice, à la position exacte correspondant à la pression pilote fournie par le régulateur. Les dispositifs de ce type connus jusqu'à présent travaillent suivant le principe de la comparaison de forces. Une timonerie reliée à la tige de piston d'un vérin de réglage ou à la tige d'une soupape régulatrice sert comme organe de transmission pour le bandage d'un ressort prenant appui sur un organe pilote sollicité par la pression pilote, par exemple sur un piston, une membrane ou un soufflet. Les forces produites par la pression pilote et celles produites en fonction de sa position par l'organe de réglage sont mises en opposition et comparées dans ce ressort.En cas de perturbations de l'équlîbre, la soupape ou le distributeur commandant l'organe de réglage et relié à l'organe pilote sollicité par la pression pilote est manoeuvré jusqu'à ce que l'état d'équilibre soit rétabli. La perturbation de l'état d'équilibre peut être produite par un changement de la pression pilote, mais également par des forces extérieures agissant sur l'organe de réglage. Si la pression pilote change, l'organe de réglage est déplacé jusqu'à ce qu'il occupe la position correspondant à la nouvelle pression pilote ; par contre, en cas de changement des forces extérieures agissant sur l'organe de réglage, celui-ci reste dans la position prédéterminée par la pression pilote et seule la force de commande agissant sur lui est modifiée. On connais différentes formes de réalisation pour la timonerie servant au bandage d ressort en fonction de la position de l'organe de réglage. Le plus scuvent, on utilise un levier articulé qui est pivoté par l'organe de réglage et qui agit sur le ressort. Un dispositif connu de ce type utilise une règle de commande reliée à la tige de piston de l'organe de réglage, et l'une des extrémités du levier articulée coopère à la façon d'un palpeur avec l'arête de commande de cette règle. On connait en outre des dispositifs dans lesquels l'organe pilote sollicité par la pression pilote agit directement sur le ressort par une timonerie de manoeuvre. Tous les types de dispositifs connus ont l'inconvénient que la transmission mécanique des forces introduit des sources d'erreurs qui risquent d'affecter la précision de fonctionnement du relais.Un effet particulierement nuisible est produit par les forces de friction mécanique devant etre vaincues et pouvant etre modifiées par l'usure et par des influences extérieures. L'accouplement mécanique entre l'organe de réglage et l'organe pilote risque de provoquer des réactions perturbatrices, la précision de fonctionnement et la stabilité du circuit de régulation dépendent dans une forte mesure de la caractéristique du ressort, et une adaptation est en outre nécessaire à la plage de pressions utilisée. Le but de l'invention est de réaliser un relais de réglage de position simple et d'un fonctionnement précis, qui travaille suivant le principe d'une comparaison de courses, de manière qie le détour par la comparaison de forces soit évité, donc également les inconvénients des dispositifs connus travaillant suivant ce principe. Partant d'un dispositif comme celui décrit en premier, ce résultat est obtenu, conformément à l'invention, par le fait que le palpeur est constitué par un élément capteur comprenant deux barrières pneumatiques disposées à distance l'une de l'autre, et par une règle de commande coopérant avec ces barrières, l'un de ces éléments, l'élément capteur ou la règle de commande, étant relié à l'organe pilote et l'autre élément étant relié à l'organe de réglage.Les deux barrières pneumatiques - pouvant etre composées chacune d'une buse émettrice à jet et d'une buse réceptrice coopérant avec elle ou d'une buse à réflexion - explorent l'arete de commande de la règle et transmettent à la soupape ou au distributeur commandant l'organe de réglage des signaux de commande qui provoquent un déplacement de l'organe de réglage, jusqu a ce que le jet d'air comprimé d'une des barrières soit coupé par la règle de commande et que l'autre barrière soit au contraire dégagée.Le relais conserve cette position d'équilibre jusqu'à ce qu'un élément du palpeur, l'élément capteur comprenant les barrières pneumatiques ou la règle de commande, soit amené à une nouvelle position de consigne par un changement de la pression pilote, ce qui sera suivi par un asservissement correspondant de l'organe de réglage, ou jusqu'à ce que l'état d'équilibre soit perturbé par des forces extérieures agissant sur l'organe de réglage, auquel cas la force de commande agissant sur l'organe de réglage sera modifiée jusqu'à ce que l'état d'équilibre soit rétabli. Le relais suivant l'invention trait'lue par conséquent suivant le principe de la comparaison de courses, selon lequel chaque position de l'organe pilote correspond de manière univoque à une position définie avec précision de l'organe de réglage, et sion lequel chaque course de réglage de l'organe pilote correspond de manière univoque à une course de réglage correspondante de organe de réglage.-Du fait que l'exploration des mouvements de l'organe de réglage s'effectue sans contact, aucune sorte de réaction entre celui-ci et l'organe pilote n'est possible, de sorte que le relais est à l'épreuve de surcharges, même si les amplitudes de suroscillation sont importantes. De plus, il n'est pas nécessaire de prévoir une adaptation à des plages de pressions.C'est pourquoi le dispositif suivant l'invention se caractérise par une précision élevée et par une grande stabilité, se compose entièrement d'appareils simples d'un emploi courant, et est relativement peu coûteux. Plusieurs modes de réalisation du relais pneumatique sont possibles dans le cadre de l'invention. Selon un premier mode de réalisation, la règle de commande est constituée par une plaquette reliée à la façon d'un drapeau à l'aiguille d'un manomètre représentant l'organe pilote, l'élément capteur étant monté rotatif autour d'un axe qui est de préférence aligné avec l'axe de rotation de l'aiguille du manomètre. L'élément capteur est avantageusement monté sur un disque qui est relié à l'organe de réglage par un cabale. Selon un autre mode de réalisation de l'objet de l'invention, l'élément capteur comprenant les barrières pneumatiques est relié à l'orne pilote et peut être ajusté par celui-ci transversalement au sens de mouvement de la règle de commande qui est elle-même reliée à l'organe de réglage, les barrières pneumatiques explorant l'arrête de commande de la règle sans contact et commandant, éventuellement par l'intermédiaire d'amplificateurs pneumatiques, la soupape ou le distributeur commandant l'organe de réglage. En fonction de la pression pilote régnant à chaque moment, l'organe pilote fournit la valeur de consigne par la position des barrières pneumatiques, et la règle de commande est reliée à l'organe de réglage. Selon un perfectionnement de l'objet de l'invention, la sortie de commande d'une des deux barrières pneumatiques peut etre reliée à la soupape ou au distributeur de commande à travers un élément de négation pneumatique, par exemple un élément OU-NOR. De plus, l'élément capteur peut être relié à l'organe pilote, par exemple à la tige de piston de ce dernier, de manière que l'élément capteur puisse pivoter autour d'un axe qui est perpendiculaire au sens de mouvement de la règle de commande. Un tel agencement permet d'adapter le point de commutation des deux barrières pneumatiques à l'inclinaison de l'arête de commande de la règle et d'ajuster l'hystéris désirée. On obtient la même possibilité d'ajustage si, suivant une autre caractéristique de l'invention, les deux barrières pneumatiques sont disposées de manière ajustable l'une par rapport à l'autre sur l'élément capteur, de sorte que la distance entre les deux barrières puisse être ajustée conformément à l'inclinaison de l'arête de commande de la règle et à l'hystéris désirée. Enfin, l'arête de commande de la règle du relais suivant l'invention n'est pas nécessairement droite, mais peut également être courbe. Par le choix approprié de la forme de l'arête de commande, on peut obtenir toute caractéristique désirée du relais, donc également une caractéristique non linéaire. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, ainsi que des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation de l'objet de l'invention - la figure 2 est un détail du capteur en coupe - les figures3 et 4 sont des élévations latérales de deux modes de réalisation du capteur ; et - les figures 5 et 6 sont deux représentations schématiques d'un autre exemple de réalisation de l'objet de l'invention. La figure 1 montre un exemple de réalisation dans lequel le relais sert au réglage de la position d'un piston 2 - comprenant une tige 3 - d'un vérin de réglage pneumatique 1. Le fluide sous pression pour la manoeuvre du piston 2 est introduit dans le cylindre du vérin 1 à travers un distributeur 4 à plusieurs voies et des conduits 5 et 6 pour l'air comprimé. Le distributeur est alimenté à partir d'une source d'air comprimé 8 à travers un conduit d'alimentation 7. La tige de piston 3 est reliée par une timonerie 9 à une règle de commande 10 dont l'arête de commande 11 est explorée sans contact par un élement capteur 12.Celui-ci est fixé sur la tige 13 du piston 14 en forme de membrane d'un cylindre 15, au moyen duquel cet éliment peut être ajusté de façon continue, transversalement au sens de mouvement de la règle de commande 10. 16 désigne un conduit de commande débouchant dans le cylindre 15 contenant le piston en forme de membrane. La réalisation de l'élément capteur 12 est représentée schématiquement sur la figure 2. Cet élément comprend essentiellement deux barrières pneumatiques 17 et 18 qui sont chacune composée d'une buse émettrice à jet 19 ou 19' et d'une buse réceptrice 20 ou 20'. Les buses émettrices l9,19'reçafvent l'air comprimé à travers un conduit d'alimentation 21 qui relie une source d'air comprimé 22 à l'élément capteur 12, comme cela est visible sur la figure 1. Les buses réceptrices 20, 20' sont reliées par des conduits de commande 23 et 24 au distributeur 4 qui est précédé, dans chacun de ces conduits, par une soupape d'amplification de la pression 25 ou 26. Le conduit de commande 23 contient en outre un élément de négation 27 qui est branché par un conduit 28 sur le conduit d'alimentation 21.Comme on le voit sur la figure 2, la règle de commande 10 - accouplée à la tige de piston 3 du vérin de réglage 1 - couvre la buse émettrice 19', de sorte que la buse émettrice 20' ne reçoit pas de signal. Par contre, la buse émettrice 19 nkst pas couverte par la règle de commande 10, de sorte que la buse réceptrice 20 reçoit un signal3 qu'elle transmet à travers le conduit de commande 23 à l'élément de.négation 27 qui bloque cependant la transmission de ce signal au distributeur 4.Les deux entrées de commande du distributeur 4 alimentées par les sorties des soupapes d'amplification 25 et 26 - sont donc pression. L'ensemble du dispositif de réglage occupe à ce moment la position d'équilibre dans laquelle le piston 2 du vérin de réglage 1 occupe une position correspondant à la valeur de consigne définie par la position prédéterminée de l'élément capteur 12. La valeur de consigne est déterminée par la pression pilote qui est transmise à travers le conduit de commande 16 au cylindre 15 contenant le piston 14 en forme de membrane. Lorsque cette pression pilote est modifiée, le piston 14 déplace l'élément capteur 12, de sorte que l'état d'équilibre est perturbé. Si la pression pilote est augmentée, le piston 14 fait descendre l'élément capteur 12, ce qui a pour effet que les deux buses émettrices 19 et l9' sont couvertes par la règle de commande 10. La pression dans le conduit de commande 23 disparait par conséquent, et l'élément de négation 27 libère le passage pour'l'air comprimé du conduit d'alimentation 21 à la soupape d'amplification 25 à travers le conduit 28.Le distributeur 4 est donc actionné et il établit la communication entre le conduit d'alimentation 7 et le conduit 6 branché sur la chambre représentée à droite du vérin 1 à double effet, de sorte que son piston 2 est dépicé vers la gauche et que.ia tige de piston 3 sort du vérin jusqu'à ce que la règle de commande 10 accouplée à cette tige libère la buse émettrice 19, si bien que le nouvel état d'équilibre est atteint. En cas de diminution de la pression pilote agissant sur le piston 14, le ressort de rappel 29 fait monter l'élément capteur 12, de sorte que la buse émettrice 19' est également liberée, ctest-à-dire écartée de sa position devant la règle de commande 10. Le signal parvenant à travers la buse réceptrice 20', le conduit de commande 24 et la soupape d'amplification 26 jusqu'au distributeur 4 provoque la mise sous pression de la chambre gauche du vérin 1 à travers le conduit 5, si bien que le piston 2 et sa tige 3 sont déplacés vers la droite - dans l'agencement représenté - jusqu'à ce qie la règle de commande 10 recouvre à nouveau la buse émettrice 19'.Le relais représenté travaille par conséquent suivant le principe de la comparaison die courses, selon lequel chaque course de réglage de l'élément capteur 12 correspond à une course déterminée du piston 2 et selon lequel chaque position de l'élément capteur 12 représentant la valeur de consigne - correspond à une position déterminée du piston 2 du vérin de réglage 1. Le relais fonctionne de la même façon lorsque l'état d'équilibre est perturbé par des forces extérieures agissant par l'intermédiaire de la tige 3 sur le piston 2 du vérin de réglage 1, par exemple par des charges supplémentaires ou par d'autres résistances extérieures. En pareils cas et suivant le sens dans lequel agissent les forces extérieures, les deux buses émettrices 19, 19' sont soit couvertes soit libérées, ce qui provoque l'actionnement du distributeur 4 et une telle modification de la sollicitation du piston 2 par l'air comprimé que l'état d'équilibre soit rétabli et que le piston 2 soit ramené à la position prédéterminée. Grâce à ce processus de réglage, le piston 2 du vérin de réglage 1 est maintenu avec une grande précision et uné stabilité convenable dans la position correspondant à la valeur de consigne ajustée et déterminée par la pression pilote appliquée à travers le conduit 16 au cylindre 15 contenant le piston en forme de membrane. Les figures 3 et 4 représentent deux modes de réalisation du dispositif capteur, dans lesquels l'élément capteur 12 est relié de façon articulée à la tige de piston 13 du cylindre à membrane 15 par une vis 30 portant un écrou papillon 31. La vis 30 forme l'axe d'articulation autour duquel l'element capteur 12 peut^8tre ajusté après le desserrage de l'écrou papillon 31. Cet agencement permet le changement et l'ajustage selon les désirs de la distance effective -mesurée perpendiculairement à l'erête de commande 11 - entre les deux barrières pneumatiques 17 et 18, celui permet d'adapter le point de commutation des deux barrières à l'inclinaison de l'arête de commande 11 de la règle 10.L'inclinaison de l'arête de commande 11 dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3 est relativement importante, et les deux barrières pneumatiques 17, 18 se trouvent à peu près verticalement l'une au-dessus de l'autre. Dans le mode de réalisation représente surla figure 4, l'arête de commande 11 présente une inclinaison nettement moindre et l'élément capteur 12 est pivoté dans le sens contraire à celui des aiguilles d'une montre par rapport à sa position représentée sur la figure 3. Comme il ressort des figures 3 et 4, le pivotement de l'élément capteur 12 permet également d'ajuster 1'hystérîs du relais en fonction de l'inclinaison de l'arête de commande 11 de la règle 10, de sorte que, indépendamment du sens du réglage, le piston 2 occupe toujours la position de consigne prédbterminée avec la précision désirée, sans que cet agencement se traduise par une sensibilité de réaction excessive du dispositif d'exploration. Le palpeur de l'exemple de réalisation représenté sur les figures 5 et 6 est constitué par un disque 32 sur lequel est monté l'élément capteur 12, et par un manomètre 33, sur l'aiguille duquel est fixée, à la façon d'un drapeau, une plaquette formant la regle de commande 10. Le disque 32 est monté rotatif sur un axe 34 qui est aligné avec l'axe 35 de l'aiguille du manomètre 33, et il est relié à la tige de piston 3 du vérin de réglage 1 par l'intermédiaire d'un câble 36 et d'une éclisse 37. La valeur de consigne est appliquée sous la forme d'une pression pneumatique au manomètre 33 à travers un conduit 38, si bien que l'aiguille du manomètre portant la règle de commande 10 en formede plaquette, prend une position correspondant à la valeur de consigne. Les barrières pneumatiques 17, 18 prévues sur l'élément capteur explorent l'arête de commande de la règle 10 et transmettent si nécessaire un signal de commande au distributeur 4 représenté sur la figure l, de sorte que le piston 2 du vérin de réglage 1 est amené ou maintenu à la position correspondant à la valeur de consigne. Le mode de fonctionnement de cet exemple correspond essentiellement à celui du dispositif décrit relativement à la figure 1. La seule différence provient du fait que la règle de commande 10 est reliée à l'organe pilote fournissant la valeur de consigne, que l'élément capteur 12 est relié au piston 2 du vérin de réglage 1, et que ces éléments du palpeur effectuent un mouvement rotatif au lieu d'un mouvement de translation comme dans l'exemple représenté sur la figure 1. L'effet obtenu est cependant le même dans les deux cas. REVENDICATIONS 1. Relais pneumatique pour le réglage de la position d'organes de réglage, notamment de vérins de réglage actionnés pneumatiquement, comprenant un organe pilote sollicité par une pression pilote, par exemple un piston, un cylindre à membrane ou un boitier de pression fonctionnant par élasticité de métaux, qui produit une valeur de consigne pour la position devant être conservée et qui coopère avec un palpeur déterminant la valeur réelle, ce relais agissant, en fonction de la différence entre la valeur de consigne et la valeur réelle, sur une soupape ou distributeur commandant l'organe de réglage, caractérisé par le fait que le palpeur est constitué par un élément capteur comprenant deux barrières pneumatiques disposées à distance l'une de l'autre, et par une règle de commande coopérant avec ces barrières, l'un de ces éléments, l'élément capteur ou la règle de commande, étant relié à l'organe pilote et l'autre élément étant relié à l'organe de réglage. 2. Relais selon la revendication 1, caractérisé en ce que la règle de commande est constituée par une plaquette reliée à la façon d'un drapeau à l'aiguille d'un manomètre représentant l'organe pilote, l'élément capteur étant monté rotatif autour d'un axe qui est de préférence aligné avec l'axe de rotation de l'aiguille du manomètre. 3. Relais selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément palpeur est monté sur un disque qui est relié par un cible à l'organe de réglage. 4. Relais selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément capteur comprenant les barrières pneumatiques est relié à organe pilote et peut être ajusté par celui-ci transversalement au sens de mouvement de la règle de commande qui est elle-meme reliée à l'organe de réglage, les barrières pneumatiques explorant l'arête de commande de la règle sans contact et commandant, éventuellement par l'intermédiaire d'amplificateurs pneumatiques, la soupape ou le distributeur commandant l'organe de réglage. 5. Relais selon l'une quelconque des revendicatinns 1 à 4, caractérisé en ce que la sortie de commande d'une des deux barrières pneumatiques est reliée à la soupape ou au distributeur de commande par l'intermédiaire d'un élément de négation pneumatique, par exemple d'un élément OU-NOR. 6. Relais selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément palpeur est relié de telle manière à l'organe pilote, par exemple à la tige de piston de celui-ci que l'élément capteur puisse pivoter autour d'un axe qui est perpendiculaire au sens de mouvement de la règle de commande. 7. Relais selon l'une quelconque des revendicatinns 1 à 6, caractérisé en ce que les deux barrières pneumatiques sont disposées sur l'élément capteur de manière à pouvoir être réglées l'une par rapport à l'autre. 8. Relais selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'arête de commande de la règle est courbe.