Brevet FR2189788A1 — publié le 19740125

L'invention concerlle un appareil produisant un signal représentatif d'une phase d'un processus ou d'une opération. I1 est nécessaire que les processus et les opérations effectuées dans l'industrie soit contrôlés pour que leur déroulement soit convenable. Dans sa forme la plus simple, le contrôle peut être réalisé par un opérateur observant régulière- ment et, quelquefois, de manière continue, des témoins et des indicateurs qui enregistrent, par exemple,la température et la pression présentes au cours du déroulement duprocessus4ude l'opé- ration. Des dispositifs de contrôle, alertant convenablement l'opérateur lorsque les conditions ne sont plus normales, ont été étudiés pour diminuer cette surveillance humaine des témoins et des indicateurs.L'opérateur est ainsi libéré de certaines tâches, mais il doit cependant être présent pour rétablir les conditions normales lorsqu'une alarme est donnée. L'invention se rapporte à un appareil qui détecte une variation de l'état qu'il contrôle et qui répond à l'indication donnée par cette variation pour agir sur cet état ou le modifier. L'appareil selon l'invention assume don le fonctions d'un détecteur et d'un dispositif de commande. T1 comporte un élément de contrôle sensible à un état d'un processus ou d'une opération devant être maintenu dans des normes prédéter- minées, et un dispositif de commande relié à cet élément de contrôle de manière qu'un signal provenant de ce dernier agisse sur le dispositif de commande et lui fasse ramener l'état ccntrôlé dans les norme prédéterminées. Dans une forme préférée de réalisation selcn l'invention, l'élément de contrôle est sensible aux variations hor des norme. prédéterminées d'un état, par exemple d'une température, d'une pression ou d'un débit d'un agent réactif, du processus ou de l'opération. Cet élément de contrôle comporte un organe déplacez en fonction d'une variation de l'état contrôlé et dont l'amplitude du déplacement correspond à celle de la variation.Un élément, destiné à détecter le déplacement de cet organe, comprend une source d'énergie rayonnante. Au moins deux récepteurs eont fixés à une certaine distance de cette source de manière à recevoir simultanément l'énergie émise par cette dernière. Les positions relatives de la source et des récepteurs sont telles que tout déplacement de l'élément mobile interrompt la circulation d'énergie entre la source et les récepteurs de manière que ces derniers délivrent un signal correspondant à énergie reçue et à la position des récepteurs par rapport à l'élément mobile. En réponse à ce signal, le dispositif de commande agit sur la phase contrôlée et tend, par exemple, à ramener l'élément mobile dans sa position initiale par rappprt au dispositif de détection. L'interruption de la circulation d'énergie entre la source et un ou plusieurs des récepteurs peut être due au passage de cet élément mobile entre la source et les récepteurs (ce qui est préférable) ou, par exemple, à l'interruption d'un faisceau d'énergie renvoyé par un réflecteur convenable et dirigé ainsi de la source vers les récepteurs. Dans une variante de réalisation selon l'invention, l'élément mobile ou une partie de ce dernier peut réfléchir l'énergie de manière que dès qu'il se déplace, il fasse varier l'énergie perçue par les récepteurs. L'élément mobile peut entre, par exemple, l'aiguille d'un cadran, le flotteur d'un débitmètre, la -colonne liquide dtun manomètre ou d'un thermomètre, ou le rayon d'une roue. Quand la phase contrôlée est dans son état normal, l'élément mobile est fixe, c'est-à-dire dans une position dite "position d'équilibre". I1 est préférable que lorsque l'élément mobile est dans cette position, le détecteur et cet élément mobile soient disposés de manière que ce dernier interrompe et interdise la réception d'énergie par l'un des récepteurs. Lorsque l'élément mobile se déplace dans un premier sens, il masque les deux récepteurs et lorsqu'il se déplace dans le sens opposé au précédent, ces récepteurs reçoivent l'énergie de la source. Le dispositif de contrôle est relié au dispositif de colm-andé de manière que lorsque l'élément mobile 4est en position d'équilibre, un signal convenable (pouvant être une absence de tout signal) passe du dispositif de contrôle au dispositif de commande et rende ce dernier inopérant, et que lorsque l'élément mobile quitte sa position d'équilibre, le signal appliqué au dispositif de commande varie et indique dans quel sens la phase contrôlée a ét modifiée. Ce signal agit sur le dispositif de commande pour que ce dernier ramène cette phase dans les normes prédéterminées. La source d'énergie du dispositif de contrôle peut être, par exemple une source lumineuse, une source de rayons invisibles ou une source d'ultra-sons. 'les récepteurs sont choisis en fonction de la source d'énergie utilisée. De même, le rayonnement doit être choisi en fonction de la phase contrôlée, c'est-à-dire que ce rayonnement doit traverser la matière des appareils contrôlés pour qu'il puisse atteindre les récepteurs et qu'il puisse etre interrompu par l'élément mobile. Dans une variante de réalisation selon l'invention, deux récepteurs ou plus sont montés sur une tête mobile. Cette tate mobile comprend, de préférence, un bâti commandé électriquement et sur lequel la source d'énergie et les récepteurs sont montés (ce bâti pouvant être également commandé par une autre source d'énergie, par exemple pneumatique- ment). Un signal,provenant des récepteurs et indiquant que ces deux derniers sont masqués ou qu'ils reçoivent l'énergie, provoque le déplacement de la tête dans un sens convenant à la recherche de l'élément mobile qui, dans les deux cas, a été déplacé de sa position d'équilibre. Be dispositif de commande comprend un circuit logique qui détermine le mode du signal émis par le dispositif de contrôle et qui commande un dispositif de réglage de la phase contrôlée et, éventuellement, un dispositif de réglage de la tête mobile. Be dispositif de réglage de la phase peut entre, par exemple, un circuit de chauffage et de refroidissement dont la température est contrôlée, ou un distributeur de fluide dont le débit est également contrôlé. Dans une forme préférée de réalisation selon l'invention, l'appareil peut être utilisé à la manière d'un indicateur électro-optique de la phase contrôlée. Dans ce cas, un élément convenable d'indication pouvant être, par exemple, un potentiomètre disposé sur une branche d'un circuit en pont, un composant variable dtun cirovit de fréquence ou un élément variable pneumatique/hydraulique, est relié à l'appareil.Lorsque ce dernier est utilisé comme indicateur, le dispositif automatique de commande peut être remplacé par une commande manuelle ou bien l'indicateur peut être utilisé seul, ctest-à-dire qu'il peut réaliser un enregistrement continu de la phase contrôlée, sans intervenir sur cette dernière, de manière que les variations de cette phase pendant une certaine période puissent être connues. Le domaine d'application du détecteur, de l'indicateur et/ou de la commande de l'appareil selon l'inven- tion, est très étendu et comprend, par exemple, les débitmètres, les jauges de, pression, les avertisseurs de variation de niveau et les avert;isseurs de variation de pression. L'appareil selon l'invention peut fonctionner seul et n'être vérilié que de temps à autre par un opérateur. Si cela est souhaité, l'indicateur et la commande peuvent autre réalisés de manière qu'aucun élément électrique soit situé à proximité de matières explosives ou inflammables. Par exemple, la source d'énergie peut être une source lumineuse (ou toute autre source émettant un rayonnement de longueur d'onde convenable), utilisée avec des fibres optiqv.es (conduits de lumière) de verre ou de matière plastique et la tête mobile peut être commandée pneumatiquement ou hydrauliquement. La source d'énergie peut également comprendre, par exemple, certains composés à base de phosphore activé par irradiation. L'appareil selon l'invention comporté donc un dispositif de contrôle comprenant une source d'énergie et des récepteurs correspondants utilisés avec des fibres optiques. Par conséquent, la production et/ou la détection du rayonnement s'ef- fectue à une certaine distance de appareil contrôlé. L'énergie5 choisie de manière à pouvol tre conduite par des fibres de verre ou de matière plastique, est transmioc vers ct appareil contrôlé ou provient de ce dernier au moyeu: des fibres optiques. Une variante de appareil selon l'invention comprend un dispositif de contrôle comportant trois récepteurs ou plus. 'les récepteurs supplémentaires sont disposés autre'à de l'un des deux détecteurs contrôlant normalement la position d'équilibre. La présence d'un récepteur supplémentaire permet de détecter un plus grand nombre de positions de l'élément mobile par rapport à la position d'équilibre que dans le cas précédent. Un certain type de commande proportionnelle peut ainsi être mis en oeuvre de manière qutune réponse et qurune correction très rapides soient obtenues lorsque le déplacement de l'élément mobile est important.Par conséquent, lorsqu'une grande variation de la phase contrôlée se produit dans un récepteur et conduit à un déplacement correspondant de l'élément mobile, l'éloignement de ce dernier est quelquefois si important qu'une correction excessive se produit, au cours de laquelle l'élément mobile et la commande se recherchent jusquà ce que la position d'équilibre soit atteinte. Cette opération peut prendre un certain temps. Dans un dispositif à trois récepteurs ou plus, une telle correction peut être réalisée en un faible nombre de passes et en peu de temps. Lorsque le dispositif est en position d'équilibre, 1'élément mobile ne masque que le récepteur central. Dans une première passe, la correction est importante et ramène la phase et, par conséquent, l'élément mobile dans une position légèrement décalée par rapport à la position d'équilibre, entre le récepteur extérieur et le récepteur central. D'autres corrections fines sont ensuite effectuées de manière que la phase soit ramenée en position d'équilibre avec le minimum de recherches. lorsque deux récepteurs ou plus sont répartis convenablement, une commande fine ou une commande d'approche peut être mise en oeuvre. 'lorsque seule la commande d'approche est nécessaire, par exemple lorsque l'élément mobile peut être déplacé sur une grande distan- ce avant que la correction soit nécessaire, seuls les signaxlx provenait de récepteurs largement espacés doivent être pris en considération par l'appareil. Dans une forme préférée de réalisation selon l'invention, l'appareil comprend une commande dans laquelle la tOtC renfermant lo source d'énergie rayonnante et les détecteurs est fixée (préréglée) en position d'équilibre. Dans ce cas, le dispositif de contrôle ne détecte d'élément mobile que lorsque ce dernier passe (ou reste) sur la trajectoire suivie par l'énergie provenant de la source iLtappareil selon l'invention peut eAtre utilisé comme détecteur, indicateur et/ou commande dans une grande gamme de températures.Par exemple, lorsque la source d'énergie est lumineuse, l'utilisation de fibres optiques convenables permet de maintenir l'appareillage électronique, sensible à la chaleur, à la température arnbiante alors que ltindicateur et la commande sont soumis à des températures risquant dtendommager l'appareil- lage électronique,mais voisines de la température maximale tolérée pa les fibres optiques et les appareils contrôlés. ainsi, l'appareil selon l'invention peut coeamander ltécoulement sous pression de liquides à haut point de fusion, à une température d'environ 1800C. Des fibres optiques sont utilisées et permettent à l'appareil de fonctionner dans ces conditions extrêmes sans être controlé par un opérateur pendant des périodes d'au moins 12 heures. Une forme d'appareil selon l'invention est également utilisée pour la commande de débits élevés de gaz et de liquides dans une usine semi-industrielle utilisant une colon- ne de barbotage à deux phases et à recyclage. 'le signal provenant du circuit logique commande une soupape de pilotage alimentant le diaphragme principal d'un distributeur commandé par fluide et monté dans les conduites principales d'alimentation des colonnes de barbotage. Par conséquent, les débits sont maintenus à des valeurs prédéterminées aussi bien pour la phase gazeuse que pour la phase liquide. 'l'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels la figure 1 est une vue en perspective, avec arrachement partiel, d'un débitmètre, d'un indicateur et d'une commande selon l'inventIon ; et la fiacre 2 est un schéma du circuit de commande de l'appareil représenté sur la figure 1. Un débitmètre classique comporte un tube 1 de section permettant le débit devant titre lu, une entrée 2 et une sortie 7 de fluide. Ce dernier maintient dans le tube 1 un flotteur 4 dont la position indique le débit du fluide circulant dans le tube 1. L'appareil selon l'invention comporte un dispositif de contrôle comprenant une source lumineuse 5 et deux cellules photoélectriques 6 et 7. La source 5 et les cellules sons fixées les unes par rapport aux autres et montées dans une tête mobile 8 qui entoure partiellement le tube 1 de manière que la source 5 soit sur le côté du tube 1 opposé à celui des cellules 6 et 7. I1 est avantageux que les récepteurs soient disposés aussi près que possible de la surface du tube de manière que les risques d'erreur de lecture soient diminués. Par conséquent, dans le cas d'un tube cylindrique, il est souhaitable que le récepteur soit situé à une distance inférieure à environ 10 % du diamètre extérieur du tube. La tête mobile 8 est montée sur une vis 9 d'entraînement reliée à un moteur 10 et sur des tiges 11 et 12 de guidage. Un dispositif logique 13 de commande est connec té aux cellules 6 et 7 et à un sélecteur 14 de mode qui dirige le signal provenant du dispositif 15 vers le moteur 10 ou vers un moteur 15 de réglage d'un distributeur 16. Be moteur 10 déplace la source lumineuse et les cellules 6 et 7 de manière qutelles suivent le mouvement du flotteur 4, ou bien le moteur 15 règle le distributeur 16. Un potentiomètre 17 est monté à l'extrémité de la vis 9 et constitue l'indicateur relié à l'élément 18 d'wf- fichage qui enregistre les mouvements de la vis 9 et donc du flotteur 4. En cours de fonctionnement, le potentiomètre 17 est préréglé en fonction du débit souhaité, c'est-à-dire amené dans la position d'équilibre représentée sur la figure 2, dans laquelle le flotteur 4 interrompt le signal émis par la source ce lumineuse 5 vers la cellule 7 alors que le signal transmis à la cellule 6 n'est pas interrompu. Si le flotteur 4 quitte la position d'équilibre, il isole les deux cellules 6 et 7 de la source lumineuse 5 ou bien les deux cellules reçoivent la lu miere, suivant le sens de circulation du fluide. Dans tous les cas > le signal appliqué par les cellules 6 et 7 au dispositif logique 15 de commande varie.Suivant la variation de ce signal, le sélecteur 14 de mode applique immédiatement des signaux au moteur 10 ou au moteur 15. 'lorsqu'un signal est appliqué au moteur 10, la tête mobile 8 recherche le flotteur 4 et > lorsque ce dernier est localisé, ce qui se produit très rapidement, sa position est de nouveau contrôlée par la source lumineuse et les cellules photoélectriques. Lorsqu'un signal est appliqué au moteur 15, ce dernier ouvre ou ferme le distributeur 16 en fonction du déplacement du flotteur 4. Simultanément, le réglage du flotteur 16 s'ef- fectue en continu, suivant la position du flotteur 4, jusqu'à ce que la position d'équilibre soit retrouvée. Be potentiomètre 17 détecte cette position en fonction de la position de la tête mobile 8 et il émet alors un signal nul. Be montage de la commande et de l'indicateur sur le débitmètre permet à l'opérateur responsable du déroulement du processus de s'éloigner de ce débitmètre pendant de longues périodes. Si l'indicateur et la commande ne ramènent pas le flotteur 4 dans la position d'équilibre, par exemple par suite d'une rupture ou d'une diminution du débit du fluide passant dans le tube 1, l'indicateur peut être conçu pour déclencher un signal sonore d'alarme. Be temps mis par le flotteur pour revenir en position d'équilibre étant court dans le cas de déplacements ncr- maux, l'alarme peut être réglée de manière à être déclenchée lorsque ce flotteur n'est pas revenu en position d'équilibre pendant ces cottes durées. Dans une forme simplifiée de l'appareil selon l'invention, la tête, comprenant la source d'énergie et les récepteurs, peut être immobile. La commande du distributeur provoque alors le retour du flotteur vers sa position d'équilibre, à l'en- placement de la tête. Un programme logique convenable, destiné par exemple, à la détection de la séquence de masquage des récep- teurs peut indiquer , lorsque tous les récepteurs sont découverts, le sens dans lequel le flotteur doit être déplacé pour autre ramené dans sa position d'équilibre. L'appareil selon l'invention peut être utilisé pour réagir au départ d'une phase par rapport à une position normalisée ou position d'équilibre de manière qu'une suite séquentielle d'opérations ne provoque pas un retour de cette phase vers l'ancienne position d'équilibre, mais vers une nouvelle position. Ces programmes logiques sont utilisés classiquement dans l'art antérieur. L'appareil selon l'invention est donc d'un fonctionnement simple et souple. I1 peut être utilisé aussi bien à petite échelle, par exemple dans les laboratoires de recherches et d'applications, qu'à grande échelie, par exemple dans les usines. I1 permet la manipulation sur place et à distance de produits toxiques, corrosifs ou inflammables. I1 va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil de réglage, caractérisé en ce qutil comporte un dispositif de contrôle évaluant une phase d'un processus ou d'une opération et un dispositif sensible à un signal provenant de ce dispositif de contrôle et destiné à effectuer une variation voulue du processus ou de ltopération en fonction de ltestimation du dispositif de contrôle de la variation de la plia se. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérise en ce qutil comporte un dispositif de contrôle estimant une phase d'un processus ou d'une opération devant être maintenue dans les normes prédéterminées, et un dispositif de commande relié à ce dispositif de contrôle et agissant en fonction d'un signal reçu de ce dernier de manière à ramener la phase dans les normes prédéterminées. 3. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qutil comporte un élément déplacé en fonction d'une variation de la phase contrôlée et sur une distance proportionnelle à l'amplitude de cette variation, le dispositif de contrôle étant conçu pour évaluer le déplacement dudit élément. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une source d'énergie rayonnante et au moins deux récepteurs espacés l'un de l'autre mais fixes par rapport à la source d'énergie, ces récepteurs étant placés de manière à recevoir simultanément lténergie émise par la source, les positions relatives de cette dernière et des récepteurs étant telles que tout déplacement de l'élément puisse interrompre la circulation d'énergie entre la source et un ou plu sieurs des récepteurs. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que la trajectoire suivie par ltélément en déplacemen-t passe entre le source et les récepteurs. 6. Appareil selon l'une quelconque des reven dictions 3, 4 et 5, caractérisé en ce que énergie est un rayon nement pouvant être transmis par des fibres optiques. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'énergie est transmise à l'appareil ou provient de ce dernier par des fibres optiques. 8. Tete de détection, caractérisée en ce qutelle comporte une source d'énergie rayonnante et au moins deux récepteurs de cette énergie, des fibres optiques étant destinées à transmettre énergie à l'appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes et, le cas échéant ou en variante, provenant de cet appareil. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qutil comporte un élément destiné à indiquer toute variation d'une phase contrôlée.