Brevet FR2276564A1 — publié le 19760123

L'invention concerne le domaine de l'équipement automati que et notamment les dispositifs pneumatiques destinés à transformer le déplacement mécanique du système mobile d'un transmetteur en signal pneumatique. On connalat un dispositif pneumatique utilisé dans les transmetteurs de paramètres thermiques et techniques (pression, température, niveau, etc.) pour transformer le déplacement mécanique d'un système mobile en signal pneumatique. Ce dispositif pneumatique comporte habituellement un relais pneumatique avec des canaux amenant la pression d'alimentation, un canal de signal pneumatique de sortie, et un canal amenant la pression de commande, ainsi qu'une résistance pneumatique permanente réalisée sous forme d'un canal d'étranglement ou d'un orifice d'étranglement (gicleur), et une résistance pneumatique variable (buse-volet). Le déplacement du système mobile du transmetteur est transmis au volet. Sa position par rapport à l'arête frontale de a buse est déterminée par la pression dans la canalisation reliant la buse au canal d'étranglement auquel est amenée la pression d'alimentation, la même pression que la pression d'alimentation du relais pneumatique. La pression dans la canalisation reliant la buse au canal d'étranglement est la pression de commande du relais pneumatique. Du fait de la non-linéarité portante inhérente à la relation entre la pression de commande dans la canalisation et la position du volet de la buse, il y a aussi une relation non-linéaire entre le signal pneumatique de sortie du relais et la position du volet. En vue de réduire la non-linéarité et d'augmenter la raideur de la caractéristique de tout le dispositif, on fait appel ordinairement à un relais pneumatique avec un coefficient d'augmentation de la pression de commande Il,1. Dans ce cas, la conception du dispositif devient plus compliquée et l'influence indésirable des oscillations de la-pression d'alimentation sur le signal pneumatique de sortie augmente. On s'est donc proposé de mettre au point un dispositif pneumatique qui serait caractérisé par une précision élevée et une haute sensibilité de la transformation du déplacement mécanique en signal pneumatique. Ce problème est résolu du fait que le dispositif pneumatique pour transformer le déplacement mécanique d'un élément sensible en signal pneumatique, comportant un relais pneumatique dans lequel sont ménagés an canal amenant la pression d'alimentation, un canal de signal pneumatique de sortie et un canal amenant la pression de commande, une résistance pneumatique permanente reliée au canal amenant la pression d'alimentation du relais pneumatique et à une résistance pneumatique variable "buse-volet", est caractérisé, suivant l'invention, en ce que la résistance pneumatique permanente est réalisée sous forme d'un éjecteur, dans le corps duquel sont ménagés un canal d'étranglement et un canal d'admission disposés coaxialement,reliés entre eux par une chambre commune communiquant avec le canal amenant la pression de commande du relais pneumatique, le canal d'étranglement de l'éjecteur étant mis en communication avec le canal amenant la pression d'alimentation, tandis que le canal de éjecteur est relié à l'élément "buse-volet". Il est avantageux de réaliser la chambre reliant le canal d'étranglement et le canal d'admission sous forme d'un canal cylindrique disposé sous un certain angle par rapport à l'axe commun des canaux d'étranglement et d'admission. Il est désirable de réaliser le canal d'étranglement et le canal d'admission de l'éjecteur de manière que le rapport de leurs diamètres soit de 0,5 à 0,8. Il est également avantageux que le diamètre du canal cylindrique de l'éjecteur reliant le canal d'étranglement et le canal d'admission entre eux dépasse quelque peu le diamètre du oassl d'sdndsdn. D'autres objectifs et avantages de la présente invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple non limitatif de réalisation du dispositif pneumatique conforme à l'invention, avec références aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente le dispositif pneumatique proposé pour transformer le déplacement mécanique en signal pneumatique; - la figure 2 représente une variante de réalisation de l'ensemble de ltéjecteur; - la figure 3 illustre une variante de réalisation du dispositif pneumatique pour transformer le déplacement mécanique en signal pneumatique. Le dispositif pneumatique pour transformer un déplacement mécanique en signal pneumatique est constitué par un relais pneumatique 1 dans lequel sont prévus un canal 2 amenant la pression d'alimentation, un canal de signal pneumatique de sortie 3 et un canal 4 amenant la pression de commande, par une résistance pneumatique permanente sous forme d'un éjecteur 5 et par une résistance pneumatique variable réalisée sous forme d'un élément 6 du type "buse-volet". Les déplacements mécaniques de l'élément sensible (non représenté sur la figure 1) sont transmis au volet 7 disposé au voisinage de la buse 8. L'éjecteur 5 est réalisé sous forme d'une sphère dans laquelle sont pratiqués un canal d'étranglement 9 et un canal d'admission 10 disposés coaxialement et reliés par une chambre commune (11) réalisée sous forme d'un canal cylindrique dont l'axe est perpendiculaire à l'axe commun du canal d'étranglement 9 et du canal d'admission 10. L'éjecteur 5 est logé dans le corps 12. Dans ce cas, le canal d'étranglement 9 est relié d'une manière étanche au canal 2 d'amenée de la pression d'alimentation. L'étanchéité de l'éjecteur est assurée suivant l'arête vive. La chambre 11 est reliée au canal 4 d'amenée de la pression de commande du relais pneumatique 1 par l'intermédiaire d'une enceinte étanche 13 prévue dans le corps 120 L'étanchéité de l'éjecteur 5 dans le corps 12 est assurée par une tubulure 14. Â son tour, l'étanchéité de ladite tubulure dans le corps 12 est assurée par une bague en caoutchouc 15. Le canal d'admission 10 de l'éjecteur 5 est mis en communication avec l'élément "buse-volet" par l'intermédiaire d'un canal 16 et d'un orifice axial 17 ménagé dans la tubulure 14. La pression pneumatique d'alimentation est amenée à l'éjecteur 5 du côté du canal d'étranglement 9 par le canal 2. A travers le canal d'étranglement 9, le canal d'admission 10, le canal 16, la buse 8 et l'espacement entre le volet 7 et l'arête frontale de la buse 8, le courant d'air s'échappe à l'atmosphère. Si la valeur de cet espacement est assez grande, par exemple supérieure au diamètre de la buse 8, le débit d'air sera assez intense . Dans ce cas, la pression dans l'enceinte étanche 13 reliée au canal 11 de l'éjecteur sera quelque peu inférieure à la pression atmosphérique (il se produit une dépression), tandis que la pression dans le canal 16 sera quelque peu supérieure à la pression atmosphérique.A mesure que le volet 7 se rapproche de l'arête frontale de la buse 8, le débit d'air décroit et la pression dans le canal 16 augmente. A ce moment, la pression dans l'enceinte 13 augmente elle-aussi à la suite de la diminution de l'effet. d'éjection pendant l'écoulement du courant d'air à travers le canal d'étranglement 9 et le canal d'admission 10 de ltéjec- teur 5. il convient de noter qu'à mesure que le volet 7 se rapproche de l'arete de la buse 8, la pression dans l'enceinte 13 croit sensiblement plus vite que la pression dans le canal 16. La pression dans l'enceinte 13 est la pression de commande du relais pneumatique 1. Elle est amenée à lui par le canal 4 Le relais pneumatique 1 transforme la pression de commande en signal pneumatique de sortie, qui est compris habituellement dans les limites de 0,2 à 1 kgf/cm2. Pour des rapports déterminés des diamètres des canaux 9, 10 et 11, la relation entre la pression dans l'enceinte 13 et la position du volet 7 par rapport à l'arête frontale de la buse 8 se rapproche d'une relation linéaire. D'ordinaire le diamètre du canal d'étranglement 9 varie de 0,15 à 0,5 mm, le diamètre du canal d'admission 10 est compris dans les limites de 0,2 à 1 mm, le diamètre du canal 11 est entre 0,5 et 1,5 mm, tandis que le diamètre de la buse 8 est compris dans les limites de 0,5 à 1,5 mm. La figure 1 représente un dispositif dans lequel le rapport des diamètres du canal d'étranglement 9 et du canal d'admission 10 est entre 0,5 et 0,8, les diamètres du canal il et de la buse 8 étant quelque peu supérieurs au diamètre du canal d'admission La relation entre le signal de sortie et la position du volet 7 par rapport à l'arete frontale de la buse 8 de ce dispositif ne s'écarte de la loi linéaire que dans une proportion de 2-3% au maximum pour la plage standard de modification du signal de sortie de 0,2 à 1 kgf/cm2, la pression d'alimentation étant égale à 1,4 kgf/cm2, valeur admise pour nt équipements pneumatiques industriels. Il ressort de la figure 2 que l'éjecteur 5 peut être réalisé sous forme d'un corps cylindrique de révolution, dans lequel le canal d'étranglement 9 et le canal d'admission 10 sont forés suivant son axe, tandis que la chambre 11 reliant ces canaux 9, 10 est tout simplement forée dans le corps de l'éjecteur perpendiculaire ent a = àsonae. L'éjecteur 5 est disposé dans le corps 18 et rendu étanche à l'aide de bagues d'étanchéité 19 et 20. Le corps 18 est pourvu d'un canal 21 amenant la pression d'alimentation et d'un canal 22 évacuant la pression depuis l'enceinte 23. Par la tubulure 24, qui est rendue étanche dans le corps de l'éjecteur 5 à l'aide d'une bague d'étanchéité en caoutchouc 25, le canal d'admission 10 de 11 éjecteur 5 est relié à l'élément 6 "buse-volet". Dans le dispositif pour transformer un déplacement en signal pneumatique, représenté sur la figure 3, l'éjecteur 5 est disposé directement dans le corps 26 du relais pneumatique et rendu étanche par des joints d'étanchéité 27, 28 et la tubulure 14. Le corps 26 du relais pneumatique 1 comporte également deux membranes métalliques 29 et 30, chacune d'elles étant montée d'une manière étanche suivant le contour extérieur. La membrane 29 coopère avec la soupape 31, tandis que la membrane 30 coopère avec la soupape 32. La soupape 31 est appliquée sur le siège 33 par un ressort spiral 34, tandis que la soupape 32 est repoussée du siège 35 par deux lames à ressort 36. L'effort nécessaire pour joindre les lames à ressort 36 à la soupape 32 est réglé par une vis 37. Les enceintes 38 et 39 du relais pneumatique 1 sont reliéspar un canal 40 qui est mis en communication avec le canal 3 évacuant la pression duXsignal de sortie. Les membranes métalli ques 29, 30 et le joint d'étanchéité 41 forment une enceinte 42 dans laquelle est amenée la pression de commande depuis l'éjecteur 5 par l'intermédiaire du canal 4. Le dispositif pour transformer un déplacement mécanique en signal pneumatique fonctionne de la manière suivante. Lorsque la pression d'alimentation égale à 1,4 kgf/cm2 est amenée au canal 2 et lorsque l'orifice de la buse 8 est ouvert, le courant d'air passe par le canal d'étranglement 9 et le canal d'admission 10 de l'éjecteur 5 et s'échappe à l'atmosphère à travers le canal 16 et l'orifice de la buse 8. Grfice à l'effet de l'éjection dans les enceintes 13 et 42, il se crée une dépression et la membrane 30 s'écarte de la soupape 31, qui s'applique sur le siège 33 sous l'action du ressort 34 et sépare l'enceinte 38 du canal 2. A ce moment, la membrane 30 s'écarte de la soupape 32, qui est repoussée du siège 35 par les lames à ressort 36. Dans ce cas, la pression atmosphérique s'établit dans les enceintes 38 et 39 du relais pneumatique, qui communiquent entre elles par le canal 40, et par conséquent Izt/pression excédentaire du signal de sortie dans le canal 3 est nulle. Lorsque le volet 7 se trouve au voisinage de lause 8, la dépression dans la chambre 13 décroît et à mesure que le volet 7 se rapproche de l'arête frontale de la buse 8 il se crée une pression excédentaire dans les enceintes 13 et 42. La membrane 30 coopère alors avec la soupape 32 et l'applique sur le siège 35, tandis que la membrane 29 repousse la soupape 31 du siège et la pression arrive du canal 2 aux enceintes 38 et 39. Lorsque les pressions dans les enceintes 42, 38 et 39 sont égales, les membranes sont en état d'équilibre 3t de ce fait la valeur de la pression dans, le canal 3 détermine d'une manière univoque la position du volet 7 par rapport à la buse 8.Lorsque l'orifice de la buse 8 est complètement fermé, une pression égale approximativement à la pression d'alimentation s'établit dans les enceintes 13, 42, 38 et 390 Ainsi, la valeur de la pression excédentaire du signal de sortie dans le canal 3 peut se modifier progressivement de O à 1,4 kgf/cm2 en fonction de la position du volet 7 au voisinage de la buse 8 de la résistance pneumatique variable. Dans la plage normale de modification de la pression du signal de sortie de 0,2 à 1 kgf/cm2 , et à la pression d'alimentation constante de 1,4 kgf/cm2, la caractéristique statique du dispositif représenté sur la figure 3 présente une plus petite non-linéarité et une plus grande raideur moyenne en comparaison de la caractéristique du dispositif connu comportant, au lieu de l'éjecteur, un gicleur. il est avantageux de réaliser le dispositif représenté sur la figure 3 avec un relais pneumatique dont le coefficient d'augmentation de la pression de commande est égale à 1, un éjecteur 5 dans lequel le diamètre du canal d'étranglement 9 est égal à 0,) mm, le diamètre du canal d'admission 10 est égal à 0,5 mm et le diamètre de la chambre Il est de 1mm, et une résistance pneumatique variable dont la buse 8 aundiamètre de 1 mm. Un tel dispositif possède une raideur moyenne de la caractéristique égale à 50 kgf/cm2 mm Dans ce cas, dans la plage de 0,2 à 1 kgf/cin? , la caractéristique ne s'écarte de la loi linéaire que dans une proportion de 2-3%. Ainsi, le dispositif pneumatique pour transformer un déplacement mécanique en signal pneumatique, comportant un éjecteur conforme à l'invention, dont le canal d'admission est relié à l'élément buse-volet tandis que la chambre reliant le canal d'étranglement et le canal d'admission de l'éjecteur est mise en communication avec le canal amenant la pression de commande du relais pneumatique, permet d'utiliser l'effet d'éjection du courant d'air pendant la formation de la pression' de commande à l'aide de l'élément buse-volet. En même temps, grace au schéma décrit de raccordement de l'éjecteur au relais pneumatique et à l'élément pneumatique buse-volet, ainsi que grâce aux rapports choisis des diamètres du canal d'étranglement et du canal d'admission et du diamètre de la chambre de l'éjecteur, le dispositif pneumatique possède une caractéristique statique présentant la meilleure linéarité et une haute raideur. Ce dispositif pneumatique permet d'élever la solidité, la sensibilité et la rapidité d'action de transmetteurs de différents paramètres thermotechniques tels que : pression, température, débit et niveau de liquide. Tous les avantages du dispositif pneumatique conforme à l'invention sont obtenus par des moyens techniques très simples, et la réalisation des canaux de l'éjecteur dans un corps unique est une opération simple au point de vue de la technologie. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. RVENDlCAT TONS 1. Dispositif pneumatique pour la transformation d'un déplacement mécanique en signal pneumatique, du type comportant un relais pneumatique dans lequel sont ménagés un canal d'amenée de pression d'alimentation, un canal de signal pneumatique de sortie et un canal d'amenée de pression de commande, ainsi qu'une résistance pneumatique commùniquant avec le canal d'amenée de pression d'alimentation du relais pneumatique et avec une résistance pneumatique variable du type "buse-volet", caractérisé en ce que la résistance pneumatique constante est réalisée sous forme d'un éjecteur , dans le corps duquel sont ménagés un canal d'étranglement, et un canal d'admission disposésoeaxialement , et communiquant entre eux par l'intermédiairedine chambre commune communiquant avec le canal d'amenée de pression de commande du relais penumatique , ledit canal d'étranglement de l'éjecteur communiquant avec ledit canal d'amenée de pression d'alimentation, et ledit canal d'admission de l'éjecteur communiant avec l'élément buse-volet, 2. Dispositif pneumatique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre reliant entre eux le canal d'étranglement et le canal d'admissionde l'éjecteur est réalisée sous forme d'un canal cylindrique disposé sous un angle par rapport à l'axe commundesdits canal d'étranglement et canal d'admission. 3. Dispositif pneumatique conforme à l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le rapport des diamètres du canal d'étranglement et du canal d'admission de l'éjecteur est de 0,5 à 0,8 , tandis que le diamètre de la chambre précitée est quelque peu supérieur au diamètre dudit canal d'admission.