Brevet FR2312674A1 — publié le 19761224

La présente invention concerne un convertisseur électrique-pneumatique, destiné plus précisément à transformer un signal électrique sous forme numérique en un signal pneumatique sous forme analogique Il est souvent nécessaire de convertir un signal électrique en un signal pneumatique, notamment dans le domaine de la régulation automatique.On préfère en effet dans de nombreux cas utiliser un régulateur électrique, à faible temps de réponse et de transmission, pour commander un servo-moteur pneumatique, le plus souvent mieux adapté qutun servo-moteur électrique. Jusqu'à une date récente, les régulateurs électriques émettaient exclusivement des signaux analogiques et l'on savait, de façon relativement simple, construire des convertisseurs électriques-pneumatiques opérant sous la forme analogique-analogique Or, la régulation de grandes unités s'effectue de plus en plus sous la commande d'un ordinateur qui, comme on sait, ne reçoit et n'émet d'informations que sous forme numérique. On pourrait envisager d'opérer la conversion en deux étapes en convertissant d'abord le signal électrique numérique en un signal électrique analogique, puis en convertissant ce dernier en un signal analogique pneumatique. Nais, outre la lourdeur et le coat d'un tel système, on sait que les signaux électriques analogiques sont sensibles à divers parasites et doivent être évités dans la mé sur e du possible. Le besoin se fait donc sentir d'un convertisseur qui puisee convertir directement un signal électrique donné sous forme numérique en un signal pneumatique sous forme analogique, utilisable de préférence directement par le servo-moteur. On connatt certains appareils apparentés à ce genre de convertisseurs. Ces appareils comprennent essentiellement une canalisation munie d'une résistance électrique de chauffage. 'a canalisation est parcourue par un débit de fluide dont la pression à l'entrée est maintenue fixe. Ia résistance est mise sous tension en fonction du signal électrique à convertir et le changement des propriétés physiques du fluide résultant du chauffage modifie la perte de charge dans la canalisation. la pression du fluide en sortie de cette canalisation représente le signal converti.Un tel appareil peut servir de convertisseur logique-logique, recevant un signal électrique "ouit' ou "non" et délivrant un signal pneumatique "oui" ou "non". On peut aussi concevoir de l'utiliser en convertisseur analogique-analogique, la pression de sortie variant de façon continue en fonction de la tension appliquée à la résistance, à condition de bien connattre la relation physique reliant ces deux grandeurs. En aucun cas, il ne peut servir de convertisseur numérique-analogique pour un signal d'entrée pouvant prendre un certain nombre de valeurs discrètes. la présente invention a pour but de réaliser un convertisseur électrique-pneumatique permettant de convertir un signal électrique donné sous forme numérique en un signal pneumatique délivré sous forme analogique. Suivant l'invention, le convertisseur électriquepneumatique, pour convertir un signal électrique numérique émis en parallèle à partir d'un registre d'un transmetteur sur au moins deux positions numériques dans un code prédéterminé en un signal pneumatique analogique, comprend une canalisation dans laquelle circule un fluide entrant sous une pression prédéterminée, des moyens de chauffage électrique de cette canalisation, sensibles au signal électrique précité, et des moyens pour mesurer la pression du fluide à la sortie de la canalisation, et il est caractérisé en ce qu'il comprend autant de résistances qu'il y a de positions numériques dans le code précité, chaque résistance correspondant à une position du registre, en ce qu'il comprend des moyens pour mettre sélectivement ces résistances sous tension en correspondance avec l'état des positions respectives du registre, et en ce que les valeurs de ces résistances correspondent aux poids respectifs des positions du registre. Les moyens de l'invention permettent donc de moduler la pression de sortie du fluide suivant un certain nombre de valeurs discrètes, égal au nombre de valeurs distinctes pouvant être chargées dans le registre. Cette correspondance définit une conversion numérique-analogique. Suivant une réalisation particulière de l'invention, pour convertir un signal défini sur au moins deux positions décimales codées respectivement en binaire, les résistances sont groupées en autant de jeux qu'il y a de positions décimales, chacun de ces jeux comprenant quatre résistances correspondant poids binaires un, deux, quatre, huit et les rapports des valeurs des résistances d'un Jeu à l'autre correspondant au rapport des poids décimaux correspondant. Eu particulier, l'utilisation de deux positions décimales permet une définition du signal à 1%, en codant les nombres de 00 à 99, et une telle définition correspond sensiblement à la précision obtenue sur les appareils pneumatiques.Il existe alors deux jeux de résistances, les résistances de l'un des jeux étant collées transversalement par rapport à celles de l'autre Jeu sur une plaque dans laquelle est ménagée la canalisation. D'autres particularités de l'invention ressortiront encore de la description détaillée qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif. Ia figure 1 est une vue en plan d'un convertisseur conforme à l'invention, suivant I-I de la figure 2. la figure 2 est une coupe suivant II-II de la figure 1. ha figure 3 est un schéma montrant la disposition des résistances, en correspondance avec la figure suivant TII-IIIdelaffg.2. Eu référence aux figures 1 et 2, le convertisseur comprend une plaque 1 en céramique, ou en tout autre matériau présen- tant une faible conductivité thermique, dans laquelle est pratiqué un sillon 2 formant canalisation en coopération avec une plaque 3 appliquée de façon étanche. la plaque 3 est en métal, ou en tout autre matériau de forte conductivité thermique. la plaque 3 est elle-même 'recouverte d'une plaque 4 en matériau thermiquement isolant qui peut être le mSme que celui de la plaque 1. la canalisation 2 suit un trajet sinueux de manière à ventiler la quasi-totalité des plaques 1 et 3. Sa section peut être quelconque nais, de préférence, sa longueur développée est de l'ordre de mille fois sa dimension transversale Deux canaux 5, 6 sont forés transversalement dans les plaques 3 et 4 pour venir déboucher aux extrémités respectives de la canalisation 2. Le canal 5 est agencé pour être relié à une alimentation en air comprimé, ou en tout autre fluide compressible, sous une pression prédéterminée, par exemple 1,4 bar. Le canal 6 est relié à l'atmosphère par l'intermédiaire d'une restriction 7 représentée schématiquement sur la figure 1, et en amont de laquelle est prévue une prise de pression 8. En référence à la figure 3, des résistances électriques sont disposées sur la face de la plaque 3 en contact avec la plaque 4 par voie de collage ou en utilisant un circuit imprimé. Un premier jeu 9 de quatre résistances 12 à 15 est disposé de façon sensiblement parallèle à la ligne joignant les canaux 5 et 6, et un second jeu 11 de quatre résistances 16 à 19 est disposé transversalement au jeu 9. Ces résistances sont reliées à des bornes elles-mêmes connectées à une alimentation électrique non représentée. Le convertisseur est destiné à coopérer avec un transmetteur numérique non représenté qui comprend un registre d'émission en parallèle à huit positions binaires pouvant recevoir un nombre décimal à deux positions codé en binaire. Chacune de ces huit positions binaires est associée à l'une des résistances 12 à 19. Un dispositif de commutation d'un type connu permet de faire en sorte que le chargement de la valeur 1 dans une de ces huit positions provoque la mise sous tension de la résistance correspondante. Plus précisément, les résistances du jeu 9 correspondent aux quatre positions binaires définissant la position décimale de plus faible poids, et celles du jeu 11 correspondent aux positions binaires relatives à la position binaire de plus fort poids. Â l'intérieur du jeu 9, les résistances 12 à 15 correspondent respectivement et dans l'ordre aux poids un, deux, quatre et huit des quatre positions binaires correspondantes. Il en est de même, à l'intérieur du jeu 11, pour les résistances 16 à 19. On donnera plus loin des précisions sur les valeurs des résistances 12 à 19. En fonctionnement, le fluide admis par le canal 5 parcourt la canalisation 2 en y subissant une chute de pression que l'on constate sur la prise 8. Par un réglage convenable de la restriction 7, on peut faire en sorte que la pression mesurée en 8 prenne une valeur prédéterminée, par exemple 1 bar, quand aucune des résistances 12 à 19 n'est sous tension. Quand une ou plusieurs des résistances 12 à 19 est mise sous tension, il s' ensuit un échauffement du fluide circulant dans la canalisation 2, et, notamment, une diminution de sa masse volumique, ce qui provoque un accroissement de la chute de pression entre le canal 5 et la prise 8. ainsi, par exemple, si le registre du transmetteur contient la valeur décimale "65", le jeu 9 de résistances correspondant au chiffre "5" des unités verra la mise sous tension des résistances 12 et 14 ("101" en binaire), et le jeu 11 des dizaines verra la mise sous tension des résistances 17 et 18 ("110" en binaire). A chaque valeur du nombre décimal chargé dans le registre correspond donc une combinaison distincte de résistances mises sous tension, provoquant une chute de pression distincte mesurable sur la prise 8. Les valeurs respectives des résistances sont déterminées, par exemple expérimentalement, pour que d'une part l'émission du nombre "99" provoque sur la prise 8 l'apparition d'une pression de valeur prédéterminée, par exemple 0,2 bar, et que d'autre part la décroissance de cette pression soit sensiblement linéaire en fonction de la valeur du nombre chargé dans le registre. On obtient ainsi un convertisseur qui transforme directement un signal électrique numérique émis par exemple par un calculateur en un signal analogique pneumatique immédiatement utilisable par un servo-moteur, au prix d'une réalisation peu coateuse évitant tout étage électrique analogique indésirable. Bien entendu, l'invention ne se limite pas au dispositif décrit, et l'on pourrait concevoir de nombreuses variantes sans sortir de son cadre. On pourrait ainsi modifier la structure de la canalisation 2, modifier la gamme de sortie suivant toute échelle normalisée, ou adjoindre un amplificateur pneumatique pour le signal de sortie. De même, le convertisseur pourrait être facilement adapté pour convertir un nombre exprimé dans n'importe quelle base, par exemple octale ou hexadécimale, pourvu qu'il soit codé en binaire suivant une convention quelconque et qu'à chaque position binaire corresponde une résistance. fiSVEEDICAtIONS 1. Convertisseur électrique-pneumatique, pour convertir un signal électrique numérique émis en parallèle à partir d'un registre d'un transmetteur sur au moins deux positions numériques dans un code prédéterminé en un signal pneumatique analogique, comprenant une canalisation dans laquelle circule un fluide entrant sous une pression prédéterminée, des moyens de chauffage électrique de cette canalisation, sensibles au signal électrique précité, et des moyens pour mesurer la pression du fluide à la sortie de la canalisation, caractérisé en ce qu'il comprend autant de résistances qu'il y a de positions numériques dans le code précité, chaque résistance correspondant à une position du registre, en ce qu'il comprend des moyens pour mettre sélectivement ces résistances sous tension en correspondance avec l'état des positions respectives du registre, et en ce que les valeurs de ces résistances correspondent aux poids respectifs des positions du registre. 2. Convertisseur conforme à la revendication 1,pour convertir un signal défini sur au moins deux positions décimales codées respectivement en binaire, caractérisé en ce que les résistances sont groupées en autant de jeux qu'il y a de positions décimales, chacun de ces jeux comprénant quatre résistances correspondant aux poids binaires, un, deux, quatre, huit, et le rapport des valeurs des résistances d'un jeu à l'autre correspondant au rapport des poids décimaux correspondants. 3. Convertisseur conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le rapport de la longueur de la canalisation à sa dimension transversale est de tordre de mille. 4. Convertisseur conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la canalisation est ménagée dans un support sensiblement plan, suivant un trajet sinueux, et en ce que Xes résistances sont collées sur ce support. 5. Convertisseur conforme à l'une des revendications 2 à 4, pour convertir un signal défini sur deux positions décimales, caractérisé en ce que les résistances des deux jeux respectifs sont disposées parallèlement entre elles, et en ce que les résistances de l'un des jeux sont disposées transversalement par rapport à celles de 11 autre. 6. Convertisseur conforme à liune des revendications 1 à 5,caractérisé en ce que la canalisation est ménagée dans une plaque en matériau thermiquement isolant, en coopération avec une plaque de matériau thermiquement conducteur sur laquelle sont collées les résistances, cette dernière plaque étant elle-même recouverte d'une plaque en matériau thermiquement isolant. 7. Convertisseur conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens pour mesurer la pression de sortie comprennent une restriction ouverte à l'atmosphère, en amont de laquelle est située une prise de pression. 8. Convertisseur conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les résistances sont en outre calculées pour que la pression de sortie puisse varier, en fonction de la valeur du signal d'entrée, d'un minimum de 0,2 bar à un maximum de 1 bar pour une pression d'entrée déterminée.