Brevet FR2380585A1 — publié le 19780908

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de régulation de débit de fluide. Pour la régulation du débit des fluides il est connu d'utiliser soit des régulateurs de pression, soit des vannes de régulation. Toutefois, ces dispositifs ne permettent d'obtenir que difficilement une très Grande précision qui est nécessaire pour la plupart des utilisations. Conformément à l'invention, on utilise un procédé de régulation de débit de fluide dans lequel on contrôle volumétriquement le débit de fluide s'écoulant dans un conduit. Suivant une autre caractéristique, on utilise un débimètre volumétrique dont l'organe mobile est entraîné par le fluide et contrôlé par un organe moteur frein dont la vitesse est régulée par un moyen d'asservissement. Ce débimètre volumétrique peut être du type rotatif ou alternatif. Ces débitmètres comportent pour la plupart, une prise de mouvement animée d'un mouvement rotatif ou de va-et-vient et destinée à actionner une aiguille, un capteur, un compteur mecanique etc. En général la vitesse de cette prise de mouvement est proportionnelle, au moins sur un cycle entier, au débit du fluide. La régulation du débit d'un fluide peut donc être obtenue par celle de la vitesse de la prise de mouvement, sous réserve des débits de fuite des compteurs utilisés. A la base du dispositif de régulation, on utilise un moteur à vitesse variable, qu'il soit électrique, pneumatique ou hydraulique. Sur un compteur alternatif, on peut également utiliser un vérin ou un électro-aimant fonctionnant à une cadence déterminée ; dans le cas d'un moteur, il est susceptible d'être réversible et de changer de sens de rotation, par un détecteur approprié,à chaque fin de course du mouvement de va-et-vient. Par des moyens convenables, ce moteur est relié à la prise de mouvement du débimètre et permet ainsi de régler le débit le traversant à une valeur déterminée. La précision obtenue est égale à celle du compteur, mais elle peut être améliorée au moyen d'un dispositif qui sera décrit plus loin. I1 est à remarquer que c'est le fluide traversant le compteur, qui fournit la force motrice destinée à l'entraînement de l'ensemble, le moteur à vitesse variable jouant simplement le role d'un frein. Suivant unc autre caractéristique da l' .nv2r.tion, le dispositif de transmission entre le moteur et le débitmètre peut appartenir à deux groupes différents. On peut utiliser des systèmes réversibles, par exemple des transmissions rotatives à pignons ou une crémaillère entraî- née par un organe à mouvement alternatif. Ces systèmes présentent néanmoins l'inconvénient de nécessiter une puissance importante du moteur frein. Les systèmes non réversibles sont plus intéressants ils peuvent tre constitués r.otEaer.t par une roue et vis sans fin entraînée a partir de mouvements rotatif ou alternatif, ou bien par un systeme vis écrou, ou bien par des cames à profil spécial. Avec ces derniers. systèmes, le moteur à vitesse variable peut avoir une puissance beaucoup plus faible, l'effort à fournir se limitant à vaincre les frottements. Cet effort peut être minime si le système de transmission est à la limite de la réversibilité, notamment une vis à grand nas. Des débits considérables peuvent ainsi être régulés avec un moteur de faible puissance, ce qui constitue un avantage économique évident: D'autres caractéristiques et avantages de l'invention, seront mieux compris à la descriotion qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation, et en se référant aux dessins annexés dans lesquels - La figure l est une vue schématique d'un dispositif de régulation de débit de fluide suivant l'invention avec un débimètre rotatif - La figure 2 est une vue d'un même dispositif avec un débimètre à mouvement alternatif - La figure 3 est une vue en coupe montrant le détail de réalisation d'un débimètre à mouvement alternatif - La figure 4 est une vue schématique d'un dispositif de régulation de débit d'un fluide mélangé à un autre fluide - La figure 5 est une vue schématique d'un dispositif de régulation de débit d'un fluide avec des moyens de correction d'erreur. A la figure 1 on a représenté un dispositif de régulation de débit comprenant un débimètrerotatif 1 qui est branché sur un conduit 2 dans lequel s'écoule un fluide dans le sens indiqué par la fleche, et qui entraîne l'organe rotatif du débimètre. Le débimètre 1 est contrôlé par un moteur frein 3 qui est un moteur électrique pas à pas, relié-par un axe 4 et une vis sans fin 5, à une roue tangente 6 calée sur une prise de mouvement du débimètre 1. La variation de vitesse du moteur est obtenue au moyen d'un synthétiseur de fréquence 7 dont la commande est réalisée à partir d'une information numérique pouvant être déterminée soit par commutation manuelle soit, par tout autre procédé informatique de contrôle centralisé, tel qu'un ordinateur ou un micro-processeur. Dans le cas de la figure 1 où le synthétiseur de fréquence commande le moteur pas à pas 3, il est relié à celuici par l'intermédiaire d'un amplificateur 8. Si le synthétiseur de frequence doit commander un moteur à courant continu, les signaux émis sont amplifiés et appliqués à un convertisseur numérique analogique qui délivre un courant de tension variable. Le procédé suivant l'invention implique que le débit nominal du fluide circulant dans le conduit 2 en l'absence de régulation, soit supérieur au débit maximum à obtenir. On en déduit d'ailleurs un système de contrôle. En effet si, accidentellement le débit dans le conduit devient inférieur au débit fixé, le dispositif va avoir tendance à jouer le rôle d'une pompe et la puissance absorbée par le moteur va donc augmenter très sensiblement, ce qui permet d'adapter un dispositif d'alarme coupant en outre, le courant électrique d'alimentation. Aux figures 2 et 3 on a représenté un débimètre à mouvement alternatif qui comporte deux ensembles 9, 9a constitués de deux cylindres 10, 10a situés parallèlement et dans lesquels sont montés coulissants deux pistons 11, lla munis de membranes deformables 12, 12a fixées à leur périphérie dans la paroi du cylindre, lesdits pistons étant prolongés d'un côté par une tige 13, 13a présentant une crémaillière 14, 14a qui engrène avec une roue dentée 15 calée sur le même arbre ou'une roue tangente 16 engrenant avec une vis sans fin 17 calée sur un arbre 18 reliée à un moteur 19. Pour l'inversion du sens de rotation du moteur 19 et des pistons 11, 11a, il est prévu deux interrupteurs 20, 20a qui coopèrent avec l'extrémité des tiges 13, 13a d-es pistons et qui font partie du circuit d'alimentation électrique du moteur 19. Les cylindres 10, 10a sont reliés par des conduits 21, 21a et un robinet à quatre voies 22 au conduit 2 d'écoulement du fluide. Comme dans le mode de réalisation précédent, le moteur pas à pas 19 est alimenté à partir d'un synthétiseur de fréquence 7 et d'un amplificateur 8. Pour la réalisation de mélanges en lignes, on peut utiliser le mode de réalisation représenté à la figure 4, dans lequel un conduit secondaire 23 véhicule un fluide dont on veut réguler le débit et qui est injecté dans un conduit principal 24 véhiculant un autre fluide auquel on désire mélanger une quantité déterminéede fluide circulant dans le conduit secondaire 23. Sur le conduit principal 24, est disposé un organe de mesure de débit 25 dont l'émetteur d'impulsions fournit une fréquence pilote variable Fo assurant la commande d'un synthétiseur de fréquence 26 qui alimente un moteur frein 27 par l'inter médiaire d'un amplificateur 8. Comme dans le mode de réalisation de la figure 1, le moteur frein 27 est relié par une transmission à roue 28 et vis sans fin 29 à une prise de mouvement d'un débimètre 30 branché sur le conduit secondaire 23 du fluide à mélanger au fluide circulant dans le conduit principal 24. La proportion du fluide à mélanger avec le fuide principal étant programmée sur le synthétiseur 26, ce dernier émet des signaux de fréquence proportionnelle à la fréquence pilote Fo. La proportion est donc toujours respectée quel que soit le débit du fluide dans le conduit principal. Bien entendu, il est possible de grouper n ensembles identiques pour obtenir un mélange en ligne de n fluides différents. Par ailleurs, il est possible d'utiliser toute autre grandeur que le débit pour commander le synthétiseur de fréquence notamment la température du fluide, le PH, la couleur etc. I1 a été fait mention ci-dessus de la possibilité d'erreurs dûes au débit de fuite de certains types de débimètres rotatifs, ces erreurs étant d'autant plus grandes que la perte de charge à l'intérieur de ces débimètres peut être relativement importante en raison du treinage du rotor. Ces erreurs se manifestent par un débit réel plus élevé que le débit théorique correspondant à la fréquence programme sur le synthétiseur. Pour remédier à cet inconvénient, on utilise le mode de réalisation représenté à la figure 5 dans lequel le débimètre 1 est monté sur le conduit 2 et contrôlé par le moteur frein 3 de la même manière qu'à la figure 1. Toutefois, un second débimètre 31 est monté sur le conduit 2 en aval du débimètre 1 servant à la régulation. Le débimètre 31 enregistre le débit réel du fluide et son émetteur d'impulsions dirige par le conducteur 33 une fréquence proportionnelle à ce débit vers un comparateur de fréquence 32 qui reçoit la fréquence émise par le synthétiseur, réglée en fonction du débit fixé. Les signaux émis à la sortie du comparateur sont amplifiés et appliqués à un compteur réversible et à un convertisseur numérique analogique 35 qui délivre un courant électrique de tension variable pour l'alimentation du moteur 3 régulant le r.ouvament au pIewier débimètre 1. La vitesse de ce moteur 3 devient constante lors de l'égalité de la fréquence de référence et de la fréquence du second débimètre 31 et le débit réel est alors égal au débit fixé. Enfin on peut remarquer que tous les Compteur s rotatifs présentent une erreur relative systématique constante, plus ou moins importante. Pour augmenter la précision, cette erreur peut être supprimée à 1 p. mille pres en recevant les impulsions en provenance du débimètre sur une multiplicatrice électronique qui applique au nombre d'impulsions reçu un coefficient annulant l'erreur de base de l'appareil. Seule subsiste alors l'erreur de reproductibilité, en général très faible. I1 a été indiqué précédemment que la vitesse de prise de mouvement du débimètre 1 est proportionnelle au débit qui le traverse. Un déplacement de cette prise de mouvement correspond donc à un volume déterminé. Cette disposition permet donc d'obtenir un dispositif de délivrance de doses prédéterminées de fluides. I1 suffit pour cela de programmer un déplacement déterminé de la prise de mouvement c'est-àdire du moteur. Plusieurs dispositif peuvent être utilisés notamment par une action sur le temps de fonctionnement du moteur 3, sur le nombre de courses dlun électro-aimant sur le déplacement angulaire d'une came etc. Mais le plus rationnel est certainement l'utilisation d'un moteur pas à pas ou d'un moteur à courant continu programmé par un nombre d'impulsions déterminées, ce qui permet d'obtenir une excellente précision et-une grande finesse de réglage en même temps que la totalisation des doses délivrées par celles des impulsions du moteur. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'etre décrits, uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation de débit de fluide, caractérisé en ce qu'on contrôle volumétriquement le débit de fluide stécou- lant dans un conduit. 2. Procédé de régulation de débit de fluide suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise un débimètre dont l'organe mobile est entraîné par le fluide et contrôlé par un organe moteur frein dont la vitesse est régulée par un moyen d'asservissement. 3. Dispositif de régulation suivant le procédé des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le débimètre du type rotatif est relié à un organe moteur à vitesse variable par un organe de transmission. 4. Dispositif de régulation suivant le procédé des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le débimètre du type alternatif est relié à un organe moteur à vitesse variable par un organe de transmission. 5. Dispositif suivant les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'organe de transmission est du type rEversible. 6. Dispositif suivant les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'organe de transmission est du type irréversible. 7. Dispositif suivant les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'organe moteur est du type pas à pas. 8. Dispositif suivant les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le moyen de régulation de la vitesse est constitué par un synthétiseur de fréquence commandé à partir d'une information numérique. 9. Dispositif suivant les revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le synthétiseur de fréquence est relié au moteur pas à pas par un amplificateur. 10. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le synthétiseur de fréquence est relié à un moteur électrique à courant continu par un amplificateur et un convertisseur numérique analogique délivrant un courant de tension variable. 11. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que dans le cas d'un fluide circulant dans un conduit secondaire et injecté dans un fluide circulant dans un conduit principal, est disposée en amont du point de jonction des conduits, un organe de mesure de débit dont l'Emet- teur d'impulsions fournit une fréquence pilote variable Fo assurant le commande du synthétiseur de fréquence, contrôlant le moteur relié au débimètre monté sur le conduit secondaire. 12. Dispositif suivant la revendication 11, caractérisé en ce que le synthétiseur de fréquence est commandé par une fréquence pilote variable Fo qui est fonction d'une grandeur telle que la température de fluide, du PH de la couleur. 13. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que en aval du débimètre contrôlé par un moteur frein, est disposé un second débimètre enregistrant le débit réel du fluide et dont l'émetteur d'impulsions fournit une fréquence proportionnelle à ce débit, qui est appliquée à un comparateur de fréquence qui reçoit la fréquence émise par le synthétiseur de fréquence réglée en fonction du débit fixé, et en axe que les signaux émis à la sortie du comparateur sont amplifiés et appliqués à un compteur réversible et au convertisseur numérique analogique qui délivre le courant de tension variable pour l'alimentation du moteur régulant le mouvement du premier débimètre. 14. Dispositif pour-la délivrance de doses prédéterminées de fluide suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, carac.érisd an ce que le dép'anement de la prise de mouvement du débimètre, notamment de l'organe moteur, est programmée d'une façon déterminée. 15. Dispositif pour la délivrance de doses prédéterminées de fluide suivant la revendication 14, caractérisé en ce que le moteur pas à pas ou le moteur à courant continu contrôlant le débimètre est programmé par un nombre d'impulsions déterminé.