Brevet FR2498739A1 — publié le 19820730

Dispositif de commande de brûleur La présente invention concerne un dispositif de commande programmée d'un écoulement gazeux spécia- lement applicable aux circuits d'admission de gaz combustibles vers des brûleurs. Plus particulierement l'invention a pour objet un dispositif electronique de commande programmée d'une électrovanne a gaz combustible X une telle électrovanne comprend un clapet destiné a commander l'écou- lement du gaz vers un brûleur et un organe mobile noyau ou palette - permettant de régler la position du clapet en fonction d'un signal de commande g le dispositif comporte un détecteur muni d'un capteur et susceptible de fournir un signal de mesure représentatif d'un paramètre caractéristique de l'écoulement du gaz, un générateur de consigne apte a délivrer un signal de consigne représentatif de la position désirée de l'organe mobile, et un circuit de commande a'amplifi- cateur délivrant a l'électrovanne, en réponse a un signal composite fonction du signal de mesure et du signal de consigne, un signal de commande pour maintenir le signal composite à une valeur constante. De tels dispositifs non encore appliqués commercialement a la commande de brûleurs sont connus pour asservir des écoulements fluides. Ils ne permettent cependant pas de répondre d'une maniera simple a la multiplicité des problemes qu'il est souhaitable de résoudre pour commander un brûleur : ouverture progressive de l'obturateur de l'électrovanne, fermeture brusque de ce meme obturateur, asservissement de la pression du gaz, changement d'allure ou modulation de la puissance du brûleur De plus, les dispositifs connus engendrent généralement un signal d'erreur par différence entre le signal de consigne et le signal de mesure et cela au moyen de composants relativement coûteux tels que des amplificateurs opérationnels. Ils s'avèrent par conséquent trop onéreux notamment pour la commande de bruleurs de chauffage domestiqué ou de chauffage d'eau sanitaire. Le but visé par l'invention est de réaliser un dispositif électronique de commande programmée du type défini plus haut permettant notamment l'allumage progressif d'un brûleur au moyen d'un circuit électronique analogique simple et offrant en depit de son faible prix de revient la possibilité de résoudre d'autres problèmes tels que l'asservissement ou le changement d'allure du brûleur. Selon l'invention, le générateur de consigne comprend un condensateur pour l'ouverture progressive de l'électrovanne et un circuit de charge du condensateur muni de moyens permettant d'ajuster le niveau de charge du condensateur, ainsi que des moyens de décharge progressive et des moyens de décharge brutale du con denateur. Il en résulte que le brûleur peut être allumé progressivement avec la montée en puissance souhaitée et peut subir un arrêt temporaire sans risque de décollement ni de perturbation de la flamme lors d'un real- lumage immédiatement subséquent. Les moyens d'ajustement du niveau de charge du condensateur peuvent comprendre un interrupteur a un étage ou plusieurs étages pour la commande d'un brûleur a deux allures ou respectivement a plus de deux allures. Ils peuvent comprendre un thermistance afin d'autoriser l'asservissement d'un brûleur modulant a une température - par exemple la température d'un gaz ou de l'eau chaude. Les moyens de décharge brutale du condensateur sont par exemple constitues par une faible resistance du circuit de commande, cette résistance etant raccordée au générateur de consigne par l'intermédiaire d'une diode. Lorsque le capteur est un capteur a deplacement, 1 détecteur peut comprendre un oscillateur susceptible de délivrer des impulsions dentratnement a un circuit résonant dont un élément a une impédance variable suivant la position du capteur a déplacement et le circuit résonant est polarise sous une tension continue dont l'amplitude varie suivant la position assignée a l'organe mobile de l'électrovanne dans un sens oppose A celui des variations de l'amplitude des oscillations du circuit resonant en fonction de la position réelle du capteur. On obtient ainsi directement en sortie du detecteur un signal composite a composante non continue constituée par le signal de mesure et & composante continue constituée par le signal de consigne. I1 n'est pas necessaire comme dans les asservissements habituels d'engendrer un signal d'errreur par différence au moyen de composants relativement coûteux tels que des amplificateurs opérationnels. De préférence, l'amplificateur du circuit de commande et/ou l'oscillateur du detecteur sont réalisés au moyen de portes CMOS, ce qui permet de diminuer la puissance consommée par le dispositif et d'abaisser encore son prix de revient. Lorsque l'application du dispositif requiert une grande precision, le capteur peut étre un capteur a déplacement associe a la conduite de gaz en aval de l'électrovanne et peut alors comprendre un élement a impédance variable, par exemple une self-inductance, couple un equipage déplaçable b l'encontre d'un organe élastique en fonction de la pression régnant dans la conduite. Dans une variante avantageuse par son très faible coût, le capteur a deplacement est couplé mécaniquement au noyau de l'électrovanne ; on peut ainsi regrouper en un même sous-ensemble - avec des moyens adéquats de découplage et de limitation de course - le clapet, le noyau de l'électrovanne et le noyau capteur. Le dispositif peut dans ce dernier cas assurer une commande très précise notamment lorsque le clapet est de façon en soi connue un obturateur a deux clapets concentriques permettant de maintenir une très faible section de passage du gaz en début d'ouverture. D'autres particularités et avantages du dispositif conforme a l'invention ressortiront de la description faite ci-après a titre indicatif mais non limitatif en référence aux dessins joints sur lesquels - la figure 1 est un schéma d'un mode particulier de réalisation du dispositif électronique selon l'invention ; - la figure 2 est un graphe puissance brûleur temps pour un brûleur a gaz "deux allures" commandé par le dispositif - les figures 3 et 4 représentent schémati- quement deux formes d'exécution du dispositif de commande associe a une électrovanne gaz. Le dispositif représenté sur la figure 1 est essentiellement consitué par un circuit électronique 10 comnandant une électrovanne EV. Celle-ci comporte une bobine 11 entourant un noyau 12 mobile suivant l'axe de la bobine. A une extrémité, le noyau 12 mobile porte un clapet 13 destine à regler un débit de gaz combustible vers un brûleur. Le circuit électronique de commande 10 comporte un circuit d'alimentation 20, un detecteur 30, un générateur de consigne 40 et un circuit de commande 50. L'alimentation du circuit de commande est effectuée a partir de la tension alternative du secteur S redresse par un pont P et filtrée par un condensateur Ci. L'alimentation basse tension pour les circuits logiques du dispositif est disponible aux bornes du condensateur C2 qui est branche en serie avec les résistances R1 et R2, entre la borne de référence (masse) du circuit et la borne positive du condensateur C1. La tension de charge du condensateur C2 est limite par une diode Zener Z1 A une valeur egale A par exemple 18V. Le détecteur 30 comporte un oscillateur formé de deux portes CMOS Pi, P2 (métal-ox'yde-semi-conducteur complementaires) branchées en série. Deux résistances R3, R4 et un condensateur C3 ont une borne en commun et leurs autres bornes sont reliées respectivement A l'entrée de la porte P1, au point commun entre la sortie de la porte P1 et l'entrée de la porte P2 et å la sortie de la porte P2. Cet oscillateur, de structure connue en soi, délivre des impulsions rectangulaires.Ces impulsions d'entrainement sont transmises par le condensateur CB au circuit résonant constitué par une bobine de détection L1 et un condensateur C4. Sollicitée par le deplacement d'un noyau 15 en fonction de la pression du gaz en aval de l'électrovanne ou en fonction de la position du noyau 12, la bobine L1 est branchée entre le condensateur C8 et une borne du condensateur C4, l'autre borne de ce condensateur etant reliée a la masse du circuit. Le point commun entre la bobine L1 et le condensateur C4 constitue la sortie du circuit résonant. Le générateur de consigne 40 est essentiellement formé par un condensateur C6 dont une première borne est reliée à la masse et l'autre borne (positive) est reliée b la sortie du circuit résonant par une résistance R9. Le condensateur C6 est chargé a travers la résistance R1, une résistance R5 et un poten tiometre Pot I qui relient la borne positive du condensateur Cl a celle du condensateur C6.Pour un réglage déterminé de la vitesse de deplacement du clapet au moyen du potentiomètre Pot i, le niveau de charge du condensateur C6 peut être ajusté manuellement ou automatiquement eu moyen d'un potentiometre Pot 2 dont les bornes extrêmes sont branchées en parallèle sur la diode Z1 et dont le curseur est relié A la borne positive du condensateur C6 par une diode D2. Un bouton de reglage (non représenté) est par exemple couplé mécaniquement au curseur du potentiometre Pot 2 pour commander la position de consigne du noyau de l'électrovanne.Le potentiomètre Pot 2 peut également etre constitué par un thermistance afin de permettre la commande d'un brûleur modulant par variation de la position du clapet 13 en fonction d'une température. La tension aux bornes du circuit de charge du condensateur C6 a une amplitude bien supérieure a la tension aux bornes du potentiomètre Pot 2. Le reglage du niveau de charge du condensateur C6 au moyen de ce potentiometre peut donc se faire dans une plage de variation pratiquement linéaire. Les deux potentiomètres sont reliés par l'inter mediaire d'une diode D4. Un interrupteur thermostatique I est par exemple disposé entre le potentiomètre Pot I et la diode D2 afin de permettre de commander selon sa position la pleine puissance ou la puissance réduite d'un brûleur a deux allures. D'autre part, le condensateur C6 et ses moyens de charge peuvent être choisis de manière que le générateur de consigne produise une course du clapet au trace sensiblement linéaire ou exponentiel Le circuit résonant est polarisé au niveau du condensateur C6 par la résistance R9.En sortie du circuit résonant, on trouve donc un signal composite comportant une composante non continue constituée par les oscillations du circuit résonant L1-C4 et une composante continue représentant la tension de charge du condensateur C6, c'est-a-dire la valeur de consigne. Le signal de sortie du détecteur est redressé par une diode D2 et filtré par un condensateur C5. La composante non continue est donc transform8een une composante continue dont l'amplitude est fonction de l'amplitude des oscillations du circuit résonant, c'est-A-dire de la position réelle du noyau 15 de l'électrovanne En l'espace, la bobine de détection LI et le condensateur C4 sont déterminés de maniere que la fréquence propre du circuit resonant varie, lorsque le noyau 15 se déplace, dans une plage voisine de la frequence des impulsions d'entrainement, sur une portion montante ou descendante sensiblement rectiligne de la courbe de resonance.L'amplitude des oscillations du circuit résonant est alors une fonction approximativement lineaire de la position du noyau de l'électrovanne. La charge du condensateur C6 et l'amplitude des oscillations du circuit résonant sont des fonctions de la position du noyau de l'électrovanne qui varient en sens inverse l'une de l'autre. Ainsi, par exemple, si l'amplitude desdites oscillations est maximale lorsque le noyau est A l'extérieur de la bobine de détection - par exemple pression de gaz nulle en aval de l'électrovanne ou électrovanne complètement fermée -, la position du bouton de reglage associé au curseur du potentiomètre Pot 2 pour commander la fermeture totale de l'électrovanne sera telle que le niveau de charge du condensateur C6 sera le niveau minimum.Par conséquent, l'augmentation de la pression du gaz ou le déplacement de l'électrovanne vers sa position ouverte correspondra à une augmentation de la charge du condensateur C6 et a une diminution de l'amplitude des oscillations du circuit résonant. Bien entendu, on pourra adopter 1' agencement inverse de celui qui vient d'être décrit. Dans un cas comme dans l'autre, l'asservissement de position de l'électrovanne est réalisé en maintenant a un niveau constant le signal filtré par le condensateur C5. Ce signal est amené a un niveau opérationnel par le pont diviseur formé par les résistances R6, R7 branchées en série aux bornes du condensateur C5. Le point milieu de ce diviseur est relié à l'entrée de l'amplificateur 50. Cet amplificateur comporte deux étages à portes CMOS P3, P4. L'entrée de l'amplificateur est reliée à l'entrée de la porte P3 par une resistance R10. Deux résistances R11, R12 relient la sortie de la porte P3 respectivement a l'entrée de cette porte P3 et a l'entrée de la porte P4. Un condensateur C7 est branché entre l'entrée et la sortie de la porte P4. Cette sortie est reliée par une resistance R13 a la base d'un transistor haute tension T dont l'émetteur est relié a la masse par une résistance R14 et dont le collecteur est relié par la bobine 11 a la borne positive du condensateur C1. Une diode de protection D3 est branchée en parallèle sur cette bobine. Les portes P3, P4 sont des portes CMOS inverseurs qui basculent lorsque le niveau appliqué a leur entrée atteint une valeur sensiblement égale a la moitié de la tension logique qui leur est appliquée. L'utili sation de telles portes pour réaliser desanplificateurs a gain contrôlé est bien connaeen soi. Le circuit entant en équilibre, Si l'on agit sur le potentiomètre Pot 2. pour déplacer l'électrovanne dans un sens correspondant une augmentation de la charge du condensateur C6, l'amplitude du signal appliqué A l'entrée de l'amplificateur augmente ce qui déséquilibre la channe d'amplification. La tension sur la base du transistor T augmente et son circuit de sortie commande l'électrovanne dans un sens correspondant a la progression du noyau dans la bobine de détection Il s'ensuit une diminution de l'amplitude des oscillations du circuit résonant jusqu'au retour A l'équilibre. La fonction du condensateur C7 est d'amortir des vibrations qui peuvent outre engendres sur le noyau de l'électrovanne. De plus, une diode D5 est disposée sur un conducteur reliant la sortie du générateur de consigne 40 A la résistance R14. La faible valeur de R14 permet de décharger rapidement le condensateur C6 et donc d'interrompre brusquement l'admission du gaz au brûleur, ce qui évite le décollement ou une perturbation de la flamme après une breve coupure de l'alimentation électrique. Les composants électroniques des éléments 20, 30, 40. 50 du dispositif 10 peuvent bien entendu être réalisés en technique microélectronique par intégration sur un même support de faibles dimensions qu'il sera facile d'adjoindre au bloc électrovanne. La figue 2 montre la variation dans le temps de la puissance W d'un brûleur A deux allures - c' est-A- dire A deux puissances W1,W2 - commandé par un dispositif électronique 10 dont le générateur de consigne présente un interrupteur I dans le circuit de charge de condensateur C6. Pour amener le brûleur à l'allure W1, l'ouverture de l'électrovanne commandée A l'instant t0 s'effectue progressivement jusqu'à l'instant t Le choix des composants du générateur de consigne permet d'obtenir une progressivité exponentielle (figure), avec éventuellement un palier initial sensiblement horizontal, ou une progressivité sensiblement linéaire. L'allure W1 est conservée jusqu'a l'intant t2 auquel l'interrupteur I commande le passage A l'allure W2. Le clapet est alors ouvert progressivement jusqu'a t3 Le retour rapide à l'allure W1 commandé à t4 est effectif à t5 et le retour rapide au repos commandé a t6 est effectif a t7. La figure 3 représente un mode de réalisation très précis du dispositif électronique 10 selon l'invention associé à une électrovanne EV. Le détecteur du dispositif comprend un capteur de pression 60 dispose sur la conduite 61 de sortie de l'électrovanne entre celle-ci et le brûleur 62. Le capteur de pression peut en principe être piézoélectrique ou de tout autre type. Il est constitue dans cet exemple par un capteur à déplacement muni d'une membrane 63, sollicitée d'un cte par la pression et de l'autre côté par un ressort antigoniste 64, et muni d'un noyau mobile 15 déplaçable par la membrane et coopérant avec la bobine Li. Lorsque la pression du gaz varie dans la conduite 61, la membrane 63 se deplace et entraine le noyau 15 de sorte que l'inductance de la bobine L1 varie ; le dispositif 10 déplace en conséquence l'organe mobile 12 et le clapet 13 est déplacé de manière à rapprocher la pression de a valeur de consigne. Plus simple que le précédent, le mode de réa lisation de la figure 4 comprend un capteur de deplacement à noyau 15 mécaniquement couple au noyau principal 12 de l'électrovanne. La précision de l'asservissement est particulièrement satisfaisante dans la forme d'exécution représentée comportant un obturateur A deux debits. Le clapet 13 de l'électro- vanne est en effet constitue de manière en soi connue par deux clapets concentriques, l'un 13a à faible débit et l'autre 13b à debit plus élevé ; le clapet 13a conserve une tres faible section de passage au debut du mouvement du noyau 12, tandis que le clapet 13b ouvre une section de passage plus importante & partir d'une course determinee du noyau 12. REVENDICATIONS 1. Dispositif électronique de commande d'une électrovanne à gaz combustible comprenant un clapet destiné à commander l'écoulement du gaz vers un brûleur et un organe mobile permettant de regler la position du clapet en fonction d'un signal de commande, le dis positif comportant un detecteur muni d'un capteur et susceptible de fournir un signal de mesure représenta tif de l'écoulement du gaz, un générateur de consigne apte à délivrer un signal de consigne representatif de la position désirée de l'organe mobile et un circuit de commande muni d'un amplificateur recevant un signal composite dont l'amplitude est fonction des valeurs res pectives du signal de mesure et du signal de consigne et delivrant à l'électrovanne un signal de commande pour maintenir le signal composite à une valeur constante, c a r a c t é r i s é en ce que le générateur de con signe (40) comprend un condensateur (C6) pour produire l'ouverture progressive de l'électrovanne, un circuit de charge du condensateur muni de moyens permettant d'ajuster le niveau de charge du condensateur, ainsi que des moyens de décharge progressive et des moyens de charge rapide du condensateur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'ajustement du niveau de charge du condensateur (C6) comprennent un interrup teur (I) pour la commande d'un brûleur a plusieurs allures. 3. Dispositif selon l'une quelconque des reven dications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens d'ajustement du niveau de charge du condensateur (C6) comprennent une thermis tance (Pot 2) pour la commande d'un brûleur modulant. 4. Dispositif selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une diode (D5) est disposée entre le générateur de consigne (40) et le circuit de commande (50) de façon à permettre la charge rapide du condensateur (C6) dans une faible résistance (R14) du circuit de commande en cas d'interruption de l'alimentation du dispositif. 5. Dispositif selon l'une qusîçonque desevendioations 1 A 4, caracterise en ce que le capteur est un capteur à depla- cement et le detecteur (30) comprend un oscillateur susceptible de délivrer des impulsions d'entrainement à un circuit resonant dont un élément a une impédance variable suivant la position du capteur A deplacement et le circuit résonant est polarise sous une tension continue dont l'amplitude varie suivant la position assignee a l'organe mobile (12) de l'électrovanne dans un sens opposé à celui des variations de l'ampll- tude des oscillations du circuit résonant en fonction de la position réelle du capteur. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément à impédance variable du circuit resonant est une self-inductance (Ll) à noyau capteur mobile (15) couplé mécaniquement à l'équipage mobile (63) d'un capteur de pression (60) dispose sur la conduite de gaz (61) entre l'électrovanne (10) et le brûleur (62). 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que I'elémentà impédance variable du circuit resonant est une self-inductance (L1) A noyau capteur mobile (15) couplé mécaniquement à l'organe mobile (12) de l'électrovanne. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'organe mobile (12) de l'electrovanne commande de façon en soi connue un obturateur à deux débits par exemple à clapets concentriques. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le circuit de commande (50) présente un amplificateur à portes CMOS (P3, P4 > . 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérise en ce que les impulsions d'entraînement sont des impulsions rectangulaires fournies par un oscillateur à portes CMOS (P1, P2). il. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'un bloc électrovanne comprend le dispositif électronique.