Brevet FR2214057A1 — publié le 19740809

L'invention concerne un isolateur fluidique servant isoler les fluides contaminés formant les signaux de commande, des fluides agissant dans un circuit fluidique sensible de comonde, un tel isolateur ne comportent pas de pièces mobiles. Cn net au point actuellement des composants fluidiques en insistant sur la miniaturisation pour tirer- parti des grandes densités d'entassement et de la consommation d'énergie extrêmement faible qui en résultent. Par exemple, on forme avec succès des dispositions comportant vingt-deux amplificateurs de mode.d'écoulenent dans une plaque mesurant 216 x 70 mm.Bu fait que l'on réduit les dimensions des composants fluidiques, les conduits de fluide et orifices ont une section extrêmement petite, certains ayant des dimensions effectives en largeur et/ou en hauteur de l'ordre de 0,18 mm ou moins' Etant donné les sections extrêmement petites de conduit à fluide et d'orifice que l'on trouve dans les composants fluidiques actuels, il est extrêmement important que le fluide, -par exemple l'air, soit extrêmement pur et non contaminé. On comprend que même des particules étrangères relativement minuscules entraînées dans le fluide peuvent boucher ou obstruer partiellement des conduits et orifices à fluide et le font effectivement, de sorte que tout un circuit fluidique formé de nombreux composants fluidiques est mis hors d'action. Dans beaucoup d'applications, des capteurs fluidiques sont installés dans la position voulue pour détecter le mouvement d'un élément de machine ou le passage d'une pièce. Ces capteurs transmettent des signaux de pression de fluide ou de débit à l'entrée d'un circuit fluidique de commande qui, en fait, agit d'après ces signaux d'entrée ou de commande de manières à donneur un résultat final désiré.Malheureusement, l'atmosphère qui entoure les capteurs fluidiques est habituellement contaminée par des articulets de poussière et de saleté etc. 1-ar conséquent, si l'on perret aux fluides contaminés formant les signaux de commande provenant des capteurs de se mélanger aux fluides de la logique de commande du circuit fluidique de commande proprement dit, cela ne peut que-constituer une source d'ennuis. Etant don- né 1a multitude de passages et orifices à fluide d'un circuit fluidique type, il peut être extrdmement difficile et long de vérifier le circuit et de déterminer lequel ou lesquels sont obstrués. Compte tenu de ce problème, on a conçu des isolateurs servant à préserver la pureté du fluide de la logique de commande en maintenant séparés de celui-ci les fluides formant les signaux d'entrée de commande éventuellement contaminés. Antérieurement, la séparation complète entre les deux fluides était assurée par un diaphragme mobile ou organe similaire interposé. le diaphragme agit à la façon d'un relais pour transmettre les variations du fluide d'entrée épentuellement contaminé formant le signal (sortie du capteur), qui se produisent d'un cSté du diaphragme, à un fluide non contaminé situé de l'autre c8té, ce fluide non contaminé jouant alors le role de signal fluidique d'entrée du circuit fluidique de commande. Ces isolateurs antérieurs sont relativement cofteux tuais, chose plus importante, ils ont des vitesses de fonctionnement relativement faibles en comparaison de composants fluidiques types sans pièces mobiles. Cela est un net inconvénient dans beaucoup d'applications de systèmes fluidiques de commande où une réponse rapide est exigée. En outre, quand le fonctionnement de ces isolateurs antérieurs est altéré par suite de l'accumulation d'impuretés, on les remplace généralement pour diminuer le temps d'arrêt. Etant donné le coût élevé de ces isolateurs, cette pratique est conteuse. En conséquence, l'un des buts de l'invention est de fournir un isolateur fluidique ayant de grandes vitesses de fonctionnement, comparables à d'autres composants fluidiques. Un autre but est de fournir un isolateur fluidique du genre ci-dessus qui ne comporte pas de pièces mécaniques. Un autre buts est de fournir un isolateur fluidique du genre ci-dessus qui soit de conception simple, de fonctionnement efficace et qui soit peu coûteux à fabriquer en série. D'autres buts de l'invention sont évidents et d'autres apparaitront ci-après. Selon l'invention, on fournit un composant fluidique qui est remarquablement propre à isoler efficacement et sûrement des fluides éventuellement contaminés de signal d'entrée de commande, provenant par exemple de capteurs fluidiques, et les fluides de signal logique d'un circuit fluidique de commande qui doit utiliser le signal d'entrée de commande. Le dispositif fluidique de l'invention réunit de façon originale les principes de fonctionnement de divers types de composants fluidiques pour assurer sa fonction d'isolement.Plus précisénent, les principes de fonctionnement des amplificateurs de mode d'écoulement et des modulateurs d'impact sont combinés d'une façon nouvelle Jour forme mer un isolateur fluidique qui, en vertu d sa similitude structurale avec une structure existante d'amplificateur de mode d'é coulement, est peu coûteux à fabriquer. Ainsi, s2il est obstrué, on peut le remplacer et le jeter pour, une dépense minime. En- outre, l'isolateur fluidique selon l'invention ne nécessite pas de pièces mobiles et il a donc des vitesses de fonctionnement compara- bles à celles des composants fluidiques actuels. L t isolateur fluidique de l'invention est similaire structuralement à l'amplificateur de mode d'écoulement représenté par les -figures 12 à 15 du brevet des E.U.A. n 3 469 593, auquel on pourra se référer. Généralement, l'isolateur fluidique selon la présente invention comprend un premier conduit émetteur allongé duquel sort'un- premier jet laminaire de fluide. Ce premier jet de fluide est dirigé à travers une chambre d'interaction vers un orifice à travers lequel un deuxième jet de fluide sort d'un deuxième conduit émetteur. Les caractéristiques relatives d'écoulement des deux jets sont réglée-s de telle sorte qu'ils se heurtent dans un plan d'impact situé dans la chambre d'intéraction à proximité immédiate de l'orifice du deuxième conduit émetteur.Du fait que le plan d'impact est proche de cet orifice, une impédance relativement élevée est ou osée à l'écoulement du fluide dans @e deuxième conduit émetteur. La haute pression de fluide oui en résulte dans le deuxième conduit émetteur se manifeste un un orifice de sortie de signal qui lui est relié. Un fluide de signal d'entrée de commande que l'on considère comme contaminé est-introduit dans la chambre d'interac- tion pour heurter latéralement le premier jet de fluide en le convertissant d'un état laminaire à un état turbulent d'écoulement. La force d'impact 'du premIer jet maintenant turbulent est not,ablement réduite ce qui fait que le plan d'impact avec le deuxième jet de fluide est déplacé du voisinage de l'orifi- ce vers l'extrémité de la chambre d'interaction de laquelle sort le premier jet. L'emplacement maintenant relativement éloigné du plan d'impact relativement a l'orifice cause une réduction notable de l'impédance à l'écoulement du fluide dans le deuxième conduit émetteur et donc une diminution de la pression de fluide à l'ori- fice Je sortie. Au moins un évent est relié à la chambre d'intéraction en un point adjacent à l'orifice destiné au deuxième jet de fluide et a pour effet de vider complètement la chambre d'interaction de tout fluide y compris le fluide. contaminé de signal de com mande d'entrée. Par suite, il n'entre jamais de fluide-contaminé dans le deuxième conduit émetteur à travers l'orifice, ce qui assure un isolement complet entre l'orifice de sortie relié au deuxième conduit-émetteur et le fluide éventuellement contaminé de signal d'entrée de commande introduit dans la chambre d'interaction. L'orifice de sortie sert de source de fluide non contaminé de signal d'entrée pour un circuit logique fluidique de. commande qui lui est relié. Toujours selon l'invention, on accentue la différence entre haute et basse pression de fluide à l'orifice de sortie en donnant au deuxième conduit émetteur la forme d'une section de venturi, l'orifice de sortie étant relié à la gorge de celleci. En conséquence, l'invention comprend les caractéristiques de construction, de combinaison d'éléments et d'arrange- ment de parties que l'on décrira ci-après. Pour mieux comprendre la nature et les buts de l'invention, il faut se référer à la description détaillée ci-après, considérée-parallèlement au dessin annexé dont la figure unique est un schéma d'un mode d'ex8cution de l'invention. Comme le montre le dessin, isolateur fluidique du mode d'exécution représenté comprend un conduit émetteur allongé 2 communiquant par une extrémité avec une source sous pression 4 d'un fluide non contaminé tel que l'air. l'autre 'extrémité du conduit émetteur 2 coilmunique avec une chambre d'interaction 6 par l'intermédiaire d'un orifice 8 de la paroi terminale 10 de la chambre. Un deuxième conduit émetteur 12 communique avec la chambre d'interaction 6 par l'intermédiaire d'un orifice 14 prévu dans la paroi terminale 16 de la chambre, opposée à la paroi terminale 10.Les conduits émetteurs 2 et 12 et leurs orifices 8 et 14 sont alignés physiquement de sorte .qu'un courant ou jet de fluide sortant du conduit émetteur 2 par l'orifice 8 est dirigé vers l'orifice 14, en travers de la chambre d'interaction 6. La source de fluide 4 est aussi reliée par un conduit à fluide 18 à l'extréwité du deuxième conduit émetteur 12 qui est opposée à l'orifice 14. On comprend que les deux conduits émetteurs peuvent être alimentés par des sources séparées. D'après la description ci-dessus, on voit que du fluide s'écoule en sens opposé à travers les conduits émetteurs en direction de la chambre d'interaction 6 et que par suite de. l'a- lignement des orifices 8 et 14, les courants ou jets respectifs de fluide se heurtent. Un étrangleur 20 est incorporé au conduit à fluide 18 de manière i ajuster le débit de fluide qui afflue au deuxième conduit émetteur de façon telle que le plan d'impact des deux jets de fluide soit normalement situé à proximité immédiate du c8té aval de l'orifice 14, ctest-à-dire à l'intérieur de la chambre d'interaction 6, tout près de la paroi terminale le. On peut donner des dimensions appropriées de section au conduit 18 pour assurer l'afflux de fluide nécessaire au conduit émetteur 12 ce qui élimine la nécessité de l'étrangleur 20. Si l'on utilise des sources séparées, on les règlera conjointement de manière à placer normalement dans la position voulue Se plan d'impact relativement à l'orifice -14. Pour compléter la description de l'isolateur fluidique selon l'invention, les coins de la chambre d'interaction 6 qui sont voisins de sa paroi terminale 16 sont évidés comme indiqué en 22 de manière à loger deux évents 24 Qui sont par exemple ouverts vers l'atmosphère. Un orifice d'entrée 26 est relié à la chambre d'interaction par l'intermédiaire d'un conduit à fluide 28 et d'un orifice 30 de la paroi-latérale 32 de la chambre. Enfin, un orifice de sortie 34 est relié au deuxième conduit émetteur 12 par l'intermédiaire d'un conduit à fluide 36 et d'un orifice 38. le conduit émetteur 12 présente de préférence la configuration géométrique d'une section de venturé pour des raisons indiquées ci-après.L'orifice 38 situé à la jonction du conduit émetteur 12 et du conduit à fluide 36 est placé à la gorge de la section de venturi. La fabrication effective du mode d'exécution d'isolateur fluidique que l'on a décrit peut être et est de préférence conforme à l'enseignement du brevet des E.U.A. nO 3 469 593 déjà cité. Autrement dit, les divers conduits et la chambre d'in- teraction présentent la forme de gorges prévues dans la surface d'une plaque principale par dessus laquelle un couvercle superposé est fixé de façon étanche. Les divers orifices sont constitués par des ouvertures de la plaque principale. Comme indiqué dans le brevet cité plus haut, les diensilons de la section et de la longueur du conduit émetteur 2 sont telles que l'état d'écoulement du jet de fluide qui en sort par l'orifice 8 et arrive dans la chambre d'interaction 6 est essentiellement laminaire. Ce jet laminaire de fluide croise -la longueur de la chambre d'interaction et heurte le jet de fluide dirigé en sens opposé qui sort du deuxième conduit émetteur 12 -par l'orifice 14, le plan d'impact étant situéauprèsdu ctté aval de l'orifice 14. Pendant cet état normal de repos, l'impédance opposée à l'écoulement de fluide dans le deuxième conduit émetteur 12 est relativement élevée. Cela crée un état de pression élevée de fluide l'orifice 38 en amont de l'orifice 14 et donc un écoulement de fluide a travers le conduit 38 vers-l'orifiçe de sortie 34; cet écoulement de fluide sert de signal d'entrée à un circuit relié à l'orifice de sortie. Dans l'a plication de l'invention comme isolateur fluidique, l'orifice d'entrée ti ae co mande 26 est couplé de manière à recevoir un écoulement de fluide de signal d'entrée de commande, éventuellement contaminé, provenant d'un capteur fluidi@ue par exemple. Pendant la présence d'une entrée de commande, un signal de fluide est introduit dans la chambre d'inte- raction par l'orifice 30 de manière à heurter le côté du jet laminaire de fluide sortant du conduit émetteur 2. lar suite, le jet de fluide se convertit d'un état d'écoulement laminaire un état d'écoulement turbulent.La dispersion Que subit ainsi le jet de fluide sortant du conduit émetteur 2 dégrade notablement Sa force d'impact et le jet de fluide maintenant plus défini sort par l'orifice 14. Le plan d'impact s'éloigne par conséquent de l'orifice 14 et de la paroi terminale 16 de la chambre, vers le paroi terminale 10 de la chambre. Le plan d'impact étant éloigné du voisinage de l'orifice 14, l'impédance opposée à l'écoulement de fluide dans le deuxième conduit émetteur 12 est brusquement diminuée et le débit de fluide à travers ce conduit augmente brusquement. La pression de fluide à l'orifice 38 diminue åusqu'à une valeur relativement faible.Du fait que le deuxième conduit émetteur 12 est prévu sous la fore d'une section de venturi, la pression de fluide à l'orifice 38 de la gorge de cette section tombe au voisinage de zéro ou en @essous. Cet effet de venturi agit de manière à aux enter la différence éntre les conditions de haute et basse pression à l'orifice 38 et ainsi, le signal à l'orifice de sortie 34 présente un rapport signal: bruit élevé. lorsQue le signal d'entrée à l'orifice d'entrée 26 disparaît, le Jet de fluide qui sort du conduit émetteur 2 retourne à son état laminaire normal d'écoulement.Le plan d'impact se place à nouveau au voisinage de l'orifice 14 et la pre@sion de fluide @ l'orifice 38 du conduit émetteur 12 augmente brus@ue- ment. Pendant la présence d'un s@gnal d'entrée de commande à l'orifice d'entrée 34 ainsi que pendant l'état de repos de l'isolateur, @@ fluide s'échappe de la chambre d'interaction par les évents 24. Tar suite, toutes impuretés introduites dans la chambre de réaction avec le fluide de signal d'entrée sont aussi éli- mines par les évents relative On voit que le jet de fluide sortant du deuxième conduit émetteur 12 empêche l'entrée dans celui-ci, par l'orifice 14, de toute partie du fluide provenant du signal d'entrée de commande ou, dans le cas présent, du jet oui sort du conduit émetteur 2. Ainsi, les signaux de fluide à l'orifice de sortie 34 sont effectivement isolés des signaux de fluide à l'orifice d'entrée 26 et en fait, isolés du fluide qui se trouve dans la chambre d'interaction 6. il est assuré que les signaux de l'orifice de sortie 34 soient purs car ils sont entièrement constitués par du fluide venant de la source 4. On observera que les signaux de fluide à l'orifice de sortie 34 sont inversés relativement aux signaux de fluide de l'orifice d'entrée 26. Autrement dit, quand un signal de fluide arrive à l'orifice 26, il ne sort aucun signal de fluide de l'orifice 34. Si nécessaire, on peut utiliser un inverseur fluidique de l'un des nombreux types connus pour inverser les signaux de fluide venant de l'orifice de sortie 34. En fait l'isolateur selon l'invention joue le rôle d'un inverseur fluidique de signaux. En outre, le dispositif de l'invention accomplit de façon inhérente une fonction NON-OU en ce sens -qu'il donne normalement un signal de sortie en l'abscence d'un signal d'entrée. Dans cet ordre d'idées, le dispositif fluidique décrit peut être muni de plusieurs orifices d'entrée et jouer le r81e d'une porte NON-OU à plusieurs entrées, la présence d'un signal d'entrée à un orifice quelconque ayant pour effet de faire disparaître le signal de sortie. On envisage que, pendant l'état de repos de l'isola- teur, le plan d'impact peut être situé le long du conduit émetteur 12 en un point situé entre les orifices 14 et 38. le point le plus Important est -que, pendant l'introduction de fluide de signal d'entrée dans la chambre d'interaction 6, l'écoulement de fluide à travers le conduit émetteur 12 ait pour effet de déplacer le plan d'impact vers l'intérieur de la chambre d'interaction et d'empêcher ainsi l'entrée de fluide venant de la chambre dans le conduit émetteur 12. On voit donc que les buts exposés plus haut sont atteints efficacement et étant donné que l'on peut apporter certaines modifications à la construction ci-dessus sans sortir du cadre de l'invention, il est entendu que tout ce qui; est indiqué dans la description ou sur le d-essin sert seulement-d'exemple non limitatif. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif fluidique caractérisé par le fait qu'il comporte en combinaison (a) un premier émetteur conçu pour émettre un jet laminaire de fluide, (b) un deuxième émétteur opposé au premier, aligne sur celui-ci et conçu pour émettre un deuxième jet de fluide destiné à heurter le jet laminaire, (c) il présente une chambre dtinteractiQn qui enferme pratiquement la région située entre les premier et deuxième émetteurs, (d) la jonction entre le deuxième émetteur et la chambre définit un orifice, les caractéristiques d'écoulement du jet laminaire et du deuxième jet étant établies de façon telle qu'ils se heurtent en donnant un plan d'impact normalement peu espacé de l'orifice, (e) un orifice de sortie relié au deuxième émetteur en amont de ltorifice de jonction de manière à capter la pression de fluide dans le deuxième émetteur, (f) un ou des évents servant à laisser échapper du fluide de la chambre et (g) des moyens de commande de jet de fluide qui communiquent avec la chambre et qui, lorsqu'ils sont en action, sont capables de convertir l'écoulement du jet laminaire à travers la chambre de l'état laminaire à un état turbulent de sorte que le plan d'impact des jets s'éloigne de l'orifice de manière à causer une variation de pression de fluide dans le deuxième émetteur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les caractéristiques d'écoulement du jet laminaire et du deuxième jet sont établies de manière à placer normalement le plan d'impact tout près du côté aval de l'orifice, des moyens générateurs de signaux ayant pour effet de déplacer le plan d'impact en direction de la première extrémité d'émetteur de la chambre en ltéloignant de l'orifice de manière à causer une chute de pression dans le deuxième émetteur. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le deuxième émetteur comprend un conduit ayant la configuration géométrique d'une section de venturi, l'orifi- ce de sortie étant relié à la gorge de la sectIon de venturi. 4. DIspositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de commande comprennent un orifice d'entrée relié à la chambre de manière à introduire un fluide @e @@@nal afin qu'il heurte latéralement le jet laminaire et à convertir le jet laminaire d'un état d'écou@ement la@@naire @ un état d'écoulement turbulent. @. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé ar le fait que les évents sont au nombre de deux, situés près du côté aval de l'orifice et ent pour rôle @e vider la chambre. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le premier et le deuxième émetteurs sont alimentés par une source commune. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un conduit reliant l'un des premier z deuxième émetteurs C la source et un étrangleur pré- vu dans le conduit de manière à régler l'écoulement de fluide au travers. 8. Dispositif selon la r@vendication 5, caractérisé par le fait que le deuxième émetteur compr@nd un conduit présentant la configuration géom(tritue d'une section de venturi, l'orifi- ce ne sortie étant relié @ la gorge de la section de venturi.