Brevet FR2498370A1 — publié le 19820723

t 24985t70 Dispositif de commutation réagissant à une pression, en particulier manostat ou thermostat. La présente invention concerne un dispositif de com- mutation réagissant à une pression, en particulier un mano- stat ou thermostat, comprenant un organe d'actionnement qui est sollicité dans un sens par un organe de travail trans- mettant la pression et dans l'autre sens par un ressort principal, et commute un contact lorsqu'une position de dé- clenchement est atteinte. Des manostats qui effectuent une commutation en fonc- tion de la pression dans une installation, par exemple la pression du fluide frigorigène dans une installation frigo- rifique, ou des thermostats qui effectuent une commutation en fonction d'une tension de vapeur variable suivant la tem- pérature sont connus sous diverses formes. Outre le ressort principal et l'organe de travail, d'autres systèmes, comme par exemple un système à ressort différentiel, peuvent en- core agir sur l'organe d'actionnement. Ces dispositifs ont en commun de commuter un contact lorsque la pression concer- née devient supérieure ou inférieure à une pression déter- minée. Les pressions de déclenchement sont le plus souvent réglables. Le déplacement de l'organe d'actionnement est fréquemment limité au parcours de commutation du système de contact par des butées afin que le dispositif de commuta- tion et l'organe de travail ne risquent pas d 'etre surchar- gés respectivement par une pression excessive de l'organe de travail et par une trop forte pression du ressort prin- cipal. Il est en outre connu de mesurer des pressions de manière analogique afin de les afficher ou de les traiter en vue d'un réglage ou d'une commande. Cela nécessite une botte dynamométrique appropriée., c'est-à-dire un second organe de travail, et un dispositif de mesure correspondant. Or la présente invention a pourobjet de créer un dispositif de commutation du genre décrit plus haut mais permettant en même temps de mesurer également la pression de manière analogique de sorte qu'il suffit de raccorder un seul appareil avec un organe de travail au système sou- mis à la pression. Ce but est atteint suivant l'invention par le fait que sur la voie des forces exercées entre l'organe de tra- vail et le ressort principal est interposé un dispositif de transmission de force qui présente une grandeur physique variable avec la force transmise par l'organe de travail, et qu'au dispositif de transmission de force est associé un capteur de mesure qui délivre un signal électrique ana- logique en fonction de cette grandeur physique. Dans ce mode de construction le signal analogique est obtenu à l'aide du dispositif de transmission de force par l'intermédiaire duquel la force de l'organe de travail est dirigée-. Ce dispositif de transmission de force est certes prévu en supplément mais ne porte pas préjudice au fonctionnement du dispositif de commutation. En particulier, l'organe d'actionnement ne doit effectuer qu'une petite course correspondant au parcours du contact et fixée par butées. En tout état de cause la force de l'organe de tra- vail est convertie à l'intérieur du dispositif de transmis- sion de force en une autre grandeur physique à partir de laquelle peut être facilement établi un signal électrique analogique. Au total on obtient un appareil homogène pré- sentant une double fonction et qu'-il suffit de raccorder avec un organe de travail en un seul endroit du système soumis à la pression. Dans une forme de réalisation le dispositif de trans- mission de force est un accumulateur d'énergie dont l'état mécanique varie sous l'action de la force transmise par l'organe de travail, et le capteur de mesure est un trans- ducteur électromécanique. Ainsi la force de l'organe de travail est directement convertie en la grandeur physique à partir de laquelle est recueillie la valeur de mesure. On obtient ainsi une construction particulièrement simple. Par exemple, le dispositif de transmission de force peut être un ressortlame et le transducteur électromécanique une Jauge de contrainte. Il est même possible de réaliser l'organe d'actionnement lui-même sous forme de ressort-lame. Dans une autre forme de réalisation préférée il est prévu, en tant que dispositif de transmission de force, un générateur de force compensatrice comportant un circuit régulateur qui adapte la force compensatrice à la force de l'organe de travail, tandis que le capteur de mesure con- vertit une grandeur physique de ce circuit régulateur en un signal électrique analogique. En cas d'utilisation de bu- tées limitant la course de l'organe d'actionnement cette forme de réalisation offre par rapport à un accumulateur d'énergie l'avantage que la surface d'appui de l'organe de travail conserve sa position en cas de pressions variables, exception faite de la pression de déclenchement, de sorte que des erreurs de mesure pouvant se produire par suite d'une force élastique variable d'un soufflet de travail ou par suite d'une variation de la surface d'appui se trouvent éliminées. Le générateur de force compensatrice peut par exem- ple être un électro-aimant, tandis que le capteur de mesure établit le signal électrique analogique à partir du courant d'excitation ou d'une grandeur électrique commandant celui- ci. Un générateur de force compensatrice prévu à des fins de mesure est connu en soi par le brevet américain no 3 908 460 selon lequel le noyau magnétique ou la bobine excitatrice sont cependant montés fixes. D'une manière particulièrement avantageuse il est prévu que le générateur de force compensatrice se compose d'un élément à matière expansible, muni d'un dispositif chauffant électrique et comportant une capsule qui, équipée -d'un soufflet ou d'une membrane, est remplie de vapeur, de préférence à la fois de liquide et de vapeur, et que le capteur de mesure se charge de mesurer la température de la vapeur remplissant la capsule. Ainsi la pression à mesurer peut être convertie très facilement en un signal de tempé- rature électrique qui est fonction de la pression. Le dispositif chauffant -peut présenter par exemple un enroulement chauffant entourant la capsule. La capsule sert donc de carcasse de bobine de façon à permettre à l'en- roulement chauffant d'être efficacement supporté. En outre, le dispositif chauffant peut être mis en circuit et hors circuit par un commutateur dont les deux contacts sont reliés chacun à une des faces terminales, mo- biles l'une par rapport à l'autre, de la capsule, c'est-à- dire respectivement à la face terminale située du ceté du ressort principal et à celle située du côté de l'organe de travail. Dans ce cas le dispositif chauffant est actionné par un simple réglage à deux niveaux par lequel une distan- ce bien déterminée entre les deux faces terminales de la capsule est maintenue. Si le déplacement de l'organe d'actionnement est li- mité au moins d'un c8té de la position de déclenchement et à proximité de celle-ci par une butée, la butée ou éventuel- lement les butées peuvent coopérer avec la partie de l'élé- ment à matière expansible, qui est reliée au ressort prin- cipal et l'organe d'actionnement peut être monté entre l'or- gane de travail et l'élément à matière expansible. Dans ce cas l'élément à matière expansible est en même temps uti- lisé comme élément coopérant avec la butée. En tant que capteur de mesure il est recommandable de prévoir une résistance variable en fonction de la tempé- rature ou un thermocouple. Dans une forme de réalisation préférée le dispositif chauffant électrique comporte une résistance chauffante va- riable en fonction de la température et qui sert en outre de capteur de mesure et il est prévu un montage électroni- que qui après la coupure du courant de chauffe effectue une mesure de résistance. Il suffit donc de prévoir deux fils d'amenée à l'élément à matière expansible par l'intermé- diaire desquels est à la fois amenée la puissance de chauf- fe et recueilli le signal de mesure. L'invention est expliquée plus en détail ci-dessous à l'aide d'exemples de réalisation préférés illustrés au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une coupe schématique d'une première forme de réalisation du dispositif de commutation suivant l'invention la figure 2 représente, sous forme de graphique, le signal de mesure analogique S et le signal de commutation À en fonction de la pression P du système; la figure 3 représente schématiquement une forme de réalisation, modifiée par rapport à la figure 1, d'un dis- positif de transmission de force; la figure 4 représente une troisième forme de réali- sation d'un dispositif de transmission de force; et la figure 5 représente encore une autre forme de ré- alisation avec les éléments constitutifs essentiels du dis- positif de commutation suivant l'invention. Sur la figure 1 est représenté un organe de travail 1 affectant la forme d'un soufflet et relié par l'intermé- diaire d'un conduit 2 au système sous pression o règne la pression P. Le dessous de l'organe de travail est maintenu sur une surface d'appui 3. Le dessus forme une paroi mobile 4 dont l'aire est soumise à la pression P. La paroi mobile agit sur un organe d'actionnement 5,qui est réalisé sous la forme d'un levier coudé et peut être amené à basculer au- tour d'une articulation fixe, le bras libre 7 pouvant ac- tionner un système de contact 8 pour délivrer un signal de commutation A. De l'autre c8té agit sur l'organe d'action- nement 5 un ressort principal 9 avec interposition d'un dispositif de transmission de force 10 et d'un poussoir 11. Le ressort principal 9 prend appui sur une butée 12 qui est axialement déplaçabla, au moyen d'une vis de réglage 14 maintenue contre une paroi 13 du bâti, afin de régler la pression de déclenchement. Le dispositif de transmission de force 10 présente un générateur de force compensatrice 15 qui comporte une capsule 17 munie d'un soufflet en tube ondulé 16 et un cir- cuit régulateur 18 associé à cette dernière. La capsule en- ferme un espace 19 qui est partiellement rempli d'un liquide évaporable 20 de sorte que dans l'espace situé au-dessus du liquide règne une tension de vapeur compensatrice Pk. La capsule est munie d'un dispositif chauffant sous la forme d'un enroulement chauffant 21 placé autour de la périphérie de la capsule et auquel est appliquée par l'intermédiaire d'un commutateur 22 une tension U. Une sonde de température électrique 23 présentée sous la forme d'un thermocouple se trouve en contact avec la capsule et délivre un signal élec- trique analogique S. Pour la capsule 17 sont en outre pré- vues une butée supérieure 24 et une butée inférieure 25 so- lidaires du bâti. Le dispositif décrit fonctionne comme suit. En pré- sence de faibles pressionsP dans l'installation la capsule 17 est poussée par le ressort principal 9 contre la butée inférieure 25. Tant que la pression compensatrice Pk pro- duit une force inférieure à celle exercée par l'organe de travail 1 sous l'influence de la pression P de l'installa- tion, le commutateur 22 est fermé. Le dispositif chauffant 21 chauffe le liquide 20 de sorte que la tension de vapeur Pk croit. Aussit6t qu'une force compensatrice est atteinte qui est supérieure à la force de l'organe de travail 1, le commutateur 22 s'ouvre. Le dispositif chauffant est mis hors d'action. La vapeur se refroidit et le cycle recommen- ce. Ainsi la vapeur est maintenue à une température qui règle la force compensatrice exactement en fonction de la force de l'organe de travail 1. Cette température est me- surée par le capteur de mesure 23-conçu comme sonde de tem- pérature, de sorte que le signal analogique S, qui corres- pond à la pression P de l'installation, peut être recueilli. Dès que la force de l'organe de travail 1 et par conséquent également la force du dispositif de transmission de force excèdent la valeur nominale de la force élastique, l'en- semble de la capsule 17 se déplace vers le haut jusqu'à ce qu'elle vienne en contact avec la butée 24. Au cours de ce processus l'organe d'actionnement 5 bascule et le système de contact 8 se trouve actionné. En cas d'accroissement ul- térieur de la pression P de l'installation le dispositif de transmission de force 10 continue à fonctionner de la même façon que précédemment. La figure 2 illustre que le signal analogique S aug- mente de façon continue avec l'accroissement de la pression P de l'installation. Le signal de commutation A, par contre, est déclenché pour une pression déterminée P. de l'instal- lation. Le retour à l'état antérieur se produit, en raison de l'hystérésis, à une valeur légèrement plus faible. La- vatèur Po peut être modifiée à volonté à l'aide de la vis de réglage 14. De manière analogue un manostat usuel pour hau- tes pressions ou basses pressions, tel qu'il est utilisé pour des installations frigorifiques, peut assumer, en tant que seconde fonction, l'indication de la pression. Dans la forme de réalisation illustrée sur la figure 3 est prévu un dispositif de transmission de force 110 qui comporte lui aussi une capsule 117 remplie de liquide et de vapeur et un soufflet en tube ondulé 116. Extérieurement il est prévu sur la capsule un enroulement chauffant 121 qui est constitué par une matière formant thermocouple. Un dé- tecteur de proximité 122 comporte à l'intérieur de- la cap- sule un aimant permanent 126 et du c8té extérieur un dispo- sitif de commutation 127 agissant en fonction du flux ma- gnétique. Sous la dépendance de ce dispositif de commutation 127 la tension U est appliquée à l'enroulement chauffant 121 ou coupée. Il est en outre prévu un montage électronique 128 qui peu de temps après la coupure de la tension mesure la résistance de l'enroulement chauffant 121 et délivre cette valeur de mesure directement ou indirectement en tant que signal électrique analogique S. Afin que l'enroulement chauffant se trouve porté à la température de la vapeur dans la capsule 117 et puisse par conséquent délivrer un si- gnal de température électrique correspondant à la pression, il suffit de respecter un temps d'attente de l'ordre de 1 seconde, par exemple de 0,5 à 5 secondes. Dans la forme de réalisation de la figure 4 est pré- vu un dispositif de transmission de force 210 qui comporte un noyau magnétique 217 et une bobine magnétique 216. Cette dernière est reliée à l'organe d'actionnement 205. Un com- mutateur 222 vérifie que la force compensatrice magnétique égale la force de l'organe de travail 1 et règle en consé- quence l'intensité du courant d'excitation. l'un des con- tacts du commutateur 222 est relié de manière fixe au noyau magnétique 217 et son autre contact est relié de manière fixe à l'organe d'actionnement 205. Un montage électronique 228 règle d'une part le courant d'excitation en fonction de la force compensatrice désirée et délivre d'autre part en fonction de ce courant d'excitation un signal analogique S. Dans la forme de réalisation de la figure 5 il est prévu comme dispositif de transmission de force 310 un ac- cumulateur d'énergie sous la forme d'un ressort-lame 315. Celui-ci est réalisé en une pièce avec l'organe d'actionne- ment 305 et obtenu par découpage d'une languette et replie- ment de cette dernière vers l'extérieur. Une jauge extenso- métrique 323 sert de transducteur électromécanique sur le- quel peut être prélevé un signal électrique analogique S qui dépend du fléchissement-et donc de la force de l'organe de travail 1. Dans cette forme de réalisation deux butées 324 et 325 solidaires du bâti coopèrent avec l'organe d'ac- tionnement 305. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de commutation réagissant à une pres- sion, en particulier manostat ou thermostat, comprenant un organe d'actionnement qui est sollicité dans un sens par un organe de travail transmettant la pression et dans l'autre sens par un ressort principal, et commute un contact lors- qu'une position de déclenchement est atteinte, caractérisé en ce que sur la voie des forces exercées entre l'organe de travail (1) et le ressort principal (9) est interposé un dispositif de transmission de force (10; 110; 210; 310) qui présente une grandeur physique variable avec la force transmise par l'organe de travail et en ce qu'au dispositif de transmission de force est associé un capteur de mesure (23; 121; 228; 323) qui délivre un signal électrique ana- logique (S) en fonction de cette grandeur physique. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de transmission de force (310) est un accumulateur d'énergie (315) dont l'état mécanique varie sous l'action de la force transmise par l'organe de travail (1) et en ce que le capteur de mesure (323). est un trans- ducteur électromécanique. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de transmission de force (310) est un ressort-lame (315) et le transducteur électromécanique est une jauge extensométrique (323). 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe d'actionnement (305) est réalisé lui-même sous la forme d'un ressort-lame (315). - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de transmission de force (10; 110; 210) comporte un générateur de force compensatrice équipé d'un circuit régulateur (18; 118; 218) qui règle la force compensatrice en fonction de la force de l'organe de travail (1) et en ce que le capteur de mesure (23; 121; 228) con- vertit une grandeur physique de ce circuit régulateur en un signal électrique analogique (S). 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le générateur de force compensatrice (210) est un électro-aimant et en ce que le capteur de mesure (228) éta- blit le signal électrique analogique (S) à partir du courant d'excitation ou d'une grandeur électrique commandant ce der- nier. 7 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le générateur de force compensatrice (10; 110) est un élément à matière expansible muni d'un dispositif chauffant électrique (21; 121) et comportant une capsule (17; 117) qui munie d'un soufelet (16; 116) ou d'une mem- brane, est remplie de vapeur, de-préférence de liquide et de vapeur, et en ce que le capteur de mesure (23; 121) mesure la température de la vapeur remplissant la capsule. 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif chauffant (21; 121) présente un enroulement chauffant entourant la capsule (17; 117). - 9 - Dispositif selon la revendication 7 ou 8, carac- térisé en ce que le dispositif chauffant (21) est mis en circuit et hors circuit par un commutateur (22) dont les deux contacts sont chacun reliés à une des faces terminales, mobiles l'une par rapport à l'autre, de la capsule (17), c'est-à-dire respectivement à la surface terminale située du côté du ressort principal (9) et à celle située du côté de l'organe de travail (1). - Dispositif dans lequel le déplacement de l'organe d'actionnement est limité au moins d'un côté de la position de déclenchement et au voisinage de celle-ci par une butée, selon l'une quelconque-des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la butée ou les butées (24, 25) coopèrent avec la partie (17) de l'élément à matière expansible qui est re- liée au ressort principal (9) et en ce que l'organe d'ac- tionnement (5) est monté entre l'organe de travail (1) et l'élément à matière expansible. 11 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendi- cations 7 à 10, caractérisé en ce que le capteur de mesure (121) est une résistance variable en fonction de la tempé- rature. 12 - Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 7 à 10, caractérisé en ce que le capteur de mesure (23) est un thermocouple. 13 - Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 7 à 10, caractérisé en ce que le dispositif chauffant électrique (121) présente une résistance chauffante varia- ble en fonction de la température et qui sert en outre de capteur de mesure et en ce qu'il est prévu un montage élec- tronique (128) qui après la coupure du courant de chauffe effectue une mesure de résistance.