Brevet FR2528192A1 — publié le 19831209

l 2528192 L'invention concerne un appareil de régulation de pression pour fluides gazeux et liquides comportant un régulateur de pression, qui présente une entrée et une sortie de fluide, une cavité de pression disposée entre celle-ci et dont il s'agit de régler la pression, une valve principale déterminant l'écoulement du fluide à travers la cavité de pression et constituant l'organe de règlage fi- nal, un organe électromagnétique d'établissement de valeur de consigne, une chambre de mesure de valeur instantanée reliée à la cavité de pression à régler et un comparateur de valeur de consigne et de valeur instantanée qui, sous la dépendance de la comparaison entre la pression de consigne prescrite par l'organe d'établissement de valeur de consigne et la pression instantanée de la chambre de mesure de valeur instantanée, actionne la valve princi- pale. Un appareil de régulation de pression de ce genre est connu par le DE-A 28 49 265. Le problème que l'invention vise à résoudre est de donner à l'appareil de régulation de pression une struc- ture telle qu'en cas de variations de la valeur de consigne et en cas de variations de la valeur instantanée, la valeur instantanée soit réglée rapidement et exactement à la va- leur de consigne Il faut éviter dans une large mesure les influences perturbant la précision En même temps, il s'agit de réaliser une structure peu encombrante de l'ap- pareil de régulation de pression sans nuire à la rapidité de réponse ni à la précision. Ce problème est résolu selon l'invention grâce à un transformateur de valeur de consigne, qui présente un capteur de valeur instantanée exposé à la pression de la cavité de pression à régler et engendrant un signal élec- trique de valeur instantanée correspondant à la pression existante et un comparateur, qui compare le signal élec- trique de valeur instantanée à une valeur de consigne, qui lui est prescrite, et fournit à l'organe électromagnétique 2 2528192 d'établissement de valeur de consigne un signal de valeur de consigne corrigé correspondant à cette comparaison. Par suite, on a une combinaison de rétroaction de fluide et de rétroaction électrique La rétroaction de fluide avec la chambre de mesure de valeur instantanée répond rapidement à des variations de pression dans la chambre de pression à régler et aussi à des variations de pression de l'organe d'établissement de valeur de consigne et assure en un temps très court une adaptation de la valeur instantanée à la valeur de consigne Toutefois, par suite du frottement entre les parties mobiles de l'appareil et de contraintes de la matière, il se produit des écarts permanents Ces écarts permanents sont éliminés par la rétroaction électrique assurée par le transformateur de valeur de consigne Il est vrai que la rétroaction électrique ne répond pas aussi rapidement que la rétroaction de fluide mais il se produit tout de même un établissement précis des valeurs de pression désirées, puisqu'il est indépendant des frottements entre parties de l'appareil et indépendant des contraintes méca- niques de la matière de ces parties L'appareil de régu- lation de pression selon l'invention réagit donc rapidement et corrige les variations dans le temps le plus court et en même temps, il est exempt d'hystérésis. D'autres particularités de l'invention apparaîtront ci-après dans la description d'un exemple d'exécution repré- senté par les dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale schéma- tique d'un régulateur de pression de l'appareil de régulation de pression selon l'invention, et la figure 2 est une vue en plan, partiellement en coupe, de l'appareil de régulation de pression selon l'in- vention, la partie inférieure de la figure 2 montrant le régulateur de pression en plan et la partie supérieure montrant en coupe un transformateur de valeur de consigne, qui forme un bloc avec le régulateur de pression. L'appareil de régulation de pression convient en par- 3 2528192 ticulier à des fluides gazeux, mais on peut aussi l'utiliser pour des fluides liquides Il comporte selon la figure 1 un régulateur de pression 2 Celui-ci présente une entrée 4 et une sortie 6 destinées au fluide et une cavité de pression 8 disposée entre celles-ci Une valve principale déterminant l'écoulement du fluide à travers la cavité de pression 8 sert d'organe de règlage final et est dispo- sée entre l'entrée 6 et la cavité de pression à règler 8. La valve principale 10 comporte un siège 14, formé par un alésage cylindrique 12, et qui coopère avec un obturateur 18 poussé à la position de fermeture par un ressort de compression à boudin 16 L'obturateur 18 est monté sur un piston 20, qui présente un tronçon élargi 22 guidé dans l'alésage cylindrique 12, pouvant coulisser axiale- ment dans celui-ci et séparant la partie de l'entrée 4, qui mène au siège 14 d'une chambre de mesure de valeur instantanée 24 La chambre de mesure de valeur instantanée 24 est reliée à la cavité de pression à régler 8 par une perforation 27 indiquée en pointillé La valve principale 10 sert d'organe de règlage final du fluide. La chambre de mesure de valeur instantanée 24 est séparée par une membrane 26 d'une chambre de pression de consigne 28 disposée au-dessus La membrane 26 est reliée à l'obturateur 18 de la valve principale 10, qu'elle actionne, étant donné qu'au centre de la membrane 26 est fixé un poussoir 30 dont la tête 32 dirigée vers le bas s'applique sur le piston 20 auquel est fixé l'obturateur 18. Lorsque la membrane 26 dévie vers le bas, le piston 20 est déplacé vers le bas par le poussoir 30 contre la pression du ressort 16, de sorte que l'obturateur 18 de la valve prin- cipale 10 s'écarte aussi de son siège et se déplace vers le bas Lorsque la membrane 26 dévie vers le haut, la tête 32 du poussoir est soulevée par le piston 20 La tête 32 du poussoir forme un obturateur muni d'un joint annulaire 34 et qui, avec un siège 36 de l'extrémité su- périeure d'un tuyau de désaération 38 passant à travers 4 2528192 le piston 20, forme une valve de désaération 40 Par l'in- termédiaire de la valve de désaération 40 et du tuyau de désaération 38, la chambre de mesure de valeur instantanée est désaérée chaque fois que la membrane 26 déplace vers le haut la tête 32 du poussoir dans une mesure telle que l'obturateur 18 de la valve principale 10 s'applique sur le siège 14 et qu'ensuite la tête 32 du poussoir, avec le joint annulaire 34, s'écarte du siège 36 de la valve de désaération. La chambre de pression de consigne 28 est reliée, par l'intermédiaire d'un tuyau 42 comportant un étrangle- ment 44, à l'alésage cylindrique 12 et donc aussi à l'entrée 4 En outre, la chambre de pression de consigne 28 est reliée, par l'intermédiaire d'une valve de détente 46, à un tuyau d'évacuation de fluide 48 La valve de détente 46 présente un obturateur 50, qui est poussé, par un piston 52 d'un organe électromagnétique d'établissement de valeur de consigne 54, sur un siège 56, contre la pression qui règne dans la chambre de pression de consigne 28 La membrane 26 et les éléments qui lui sont reliés forment un comparateur qui, sous la dépendance de la comparaison entre la pression de consigne prescrite par l'organe d'établis- sement de valeur de consigne 54 et la pression instantanée de la chambre de mesure de valeur instantanée 24, actionne la valve principale 10. Le tuyau formé par la perforation 27 entre la cavité de pression à règler 8 et la chambre de mesure de valeur de consigne 24 peut présenter un étranglement. Le régulateur de pression réagit très rapidement à des variations de valeur, en ce sens qu'en cas de variation de la valeur instantanée ou de la valeur de consigne, il s'effectue très rapidement une adaptation de la valeur instantanée à la valeur de consigne Toutefois, par suite du frottement mécanique entre le tronçon 22 du piston et l'alésage cylindrique 12 et, en outre, par suite de contraintes de flexion de la membrane 26 et des plaques de membrane, qui la raidissent sur les deux faces, et par suite de l'hystérésis de l'organe électromagnétique d'établis- sement de valeur de consigne 54, il se produit des écarts permanents, qui peuvent être gênants dans certains cas d'ap- plication L'appareil de régulation de pression s'applique de préférence à la régulation des pressions pneumatiques de gaz lors du transport pneumatique et de la pulvérisation de matières de revêtement pulvérulentes, dans des appareils de revêtement par pulvérisation. Outre la rapidité de réponse, les écarts susdits, causés par le frottement, les contraintes de la matière et l'hystérésis sont évitées par le transformateur de valeur de consigne décrit ci-après, de sorte que l'on obtient une régulation, non seulement rapide, mais encore sans écarts. Le transformateur de valeur de consigne 62 représenté par la figure 2 comporte un capteur de valeur instantanée 64 disposé sur l'embouchure 66 d'un tuyau à fluide 68 conduisant à la cavité de pression à règler 8 et est donc directement exposé à la pression qui règne dans la cavité de pression 8. Le capteur de valeur instantanée fournit à un comparateur 72, en passant par un amplificateur 70, un signal électrique de valeur instantanée correspondant à la pression, qui règne dans la cavité de pression 8 Le comparateur 72 com- pare le signal électrique de valeur instantanée du capteur de valeur instantanée 64 à une valeur de consigne 74, qui lui est prescrite, et engendre sur sa ligne de sortie 76 un signal analogique corrigé de valeur de consigne correspon- dant à cette comparaison La ligne de sortie 76 mène à un organe électromagnétique d'établissement de valeur de con- signe 54 qui, ainsi, ne reçoit pas directement la valeur de consigne 74, mais une valeur de consigne corrigée par la rétroaction électrique passant par le capteur de valeur ins- tantanée 64. Le capteur de valeur instantanée 64 présente un élément piézorésistant exposé à la pression de la cavité de pression à régler, à l'embouchure 66 du tuyau et dont la 6 2528192 résistance électrique varie en fonction de la pression L'é- lément piézoélectrique du capteur de valeur instantanée 64 forme de manière en elle-même connue une partie d'un pont de mesure Etant donné que les éléments piézorésistants et les ponts de mesure que l'on peut former avec ceux-ci pour obtenir un signal électrique de sortie sont en eux-mêmes connus, les différents éléments ne sont pas représentés, mais seulement indiqués schématiquement sous la forme d'un bloc constituant le capteur de valeur instantanée 64 Les éléments piézorésistants donnent des signaux de mesure précis et ne prennent que peu de place. Un signal analogique appliqué à un consommateur élec- trique comme, par exemple, l'organe électromagnétique d'éta- blissement de valeur de consigne 54 consomme continuellement du courant et donc beaucoup d'énergie C'est pourquoi, afin d'économiser l'énergie, on propose de relier la ligne de sortie 76 du comparateur 72 non pas directement à l'organe d'établissement de valeur'de consigne 54, mais à un modula- teur de largeur d'impulsions 78, et d'amener les signaux d'impulsion de ceux ci, en passant par une ligne de sortie , à l'organe électromagnétique d'établissement de valeur de consigne 54 Le modulateur de largeur d'impulsions 78 engendre sur-sa ligne de sortie 80 des signaux d'impulsion 84 de fréquence constante mais dont la largeur varie sous la dépendance de variations du signal analogique de la ligne 76 du comparateur 72 Les signaux d'impulsion 84 re- présentés sur la figure 2 forment une cha ne de signaux. Les deux premiers signaux d'impulsion 86 et 88 ont une pe- tite largeur correspondant à un petit signal analogique du comparateur 72 Les deux signaux d'impulsion suivants 90 et 92 ont une plus grande largeur, correspondant à un plus grand signal analogique du comparateur 72 sur sa ligne de sortie 76 Un autre signal d'impulsion 94 de la chaîne de signaux 84 a une largeur encore plus grande, correspondant à un signal analogique encore plus grand du comparateur 72. Plus les signaux d'impulsion sont larges, plus grande est 7 2528192 la force électromagnétique avec laquelle le piston 52 de l'organe d'établissement de valeur de consigne 54 pousse l'obturateur 50 contre le siège 56 de la valve de détente 46 De façon correspondante, il peut se constituer, dans la chambre de pression de consigne 28, une pression de consigne plus élevée L'utilisation de signaux d'im- pulsion au lieu de signaux analogiques pour l'organe d'éta- blissement de valeur de consigne 54 assure une économie notable d'énergie. Comme le montrent les dessins, le régulateur de pression 2 et le transformateur de valeur de consigne 62 sont réunis en un bloc Le régulateur de pression 2 et le transformateur de valeur de consigne 62 peuvent être deux composants fixés entre eux et munis de boîtiers séparés, ou bien le régulateur de pression 2 et le transformateur de valeur de consigne 62 peuvent avoir un bottier commun. On obtient ainsi les avantages suivants: connexions courtes, qui ne sont pas sujettes aux perturbations par les champs électriques de dispersion Temps de réponse plus court et moindre dépassement des processus de réglage, donc dans l'ensemble un comportement de régulation plus avantageux En outre, le bloc peut être de structure ra- massée et on peut le munir de toutes les liaisons entre le régulateur de pression et le transformateur de valeur de consigne, de sorte que le bloc ne présente plus qu'un petit nombre de connexions pouvant être raccordées sur le chantier. L'organe électromagnétique d'établissement de valeur de consigne 54 comporte un aimant proportionnel électroma- gnétique et a donc une caractéristique de réponse pro- portionnelle. 8 2528192 R E V E N D I C A T I O N S 1 Appareil de régulation de pression pour fluides gazeux et liquides comportant un régulateur de pression ( 2) qui présente une entrée ( 4) et une sortie ( 6) de fluide, une cavité de pression ( 8) disposée entre celles-ci et dont il s'agit de régler la pression, une valve principale ( 10) déterminant l'écoulement du fluide à travers la cavité de pression ( 8) et constituant l'organe de réglage final, un organe électromagnétique d'établissement de valeur de con- signe ( 54), une chambre de mesure de valeur instantanée ( 24) reliée à la cavité de pression à régler et un compara- teur de valeur de consigne et de valeur instantanée ( 26, , 58), qui, sous la dépendance de la comparaison entre la pression de consigne prescrite par l'organe d'établis- sement de valeur de consigne ( 54) et la pression instan- tanée de la chambre de mesure de valeur instantanée ( 24), actionne la valve principale ( 10), appareil caractérisé en ce qu'il comporte un transformateur de valeur de con- signe ( 62), qui présente un capteur de valeur instantanée ( 64) exposé à la pression de la cavité de pression à régler ( 8) et engendrant un signal électrique de valeur instanta- née correspondant à la pression existante et un comparateur ( 72), qui compare le signal électrique de valeur instantanée à une valeur de consigne ( 74), qui lui est prescrite, et fournit à l'organe électromagnétique d'établissement de valeur de consigne ( 54) un signal de valeur de consigne corrigé correspondant à cette comparaison. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valve principale ( 10) est disposée entre l'entrée ( 4) du régulateur de pression ( 2) et sa cavité de pression à règler ( 8), en ce que la chambre de mesure de valeur instantanée ( 24) reliée à la cavité de pression est séparée, par une membrane ( 26) du comparateur, d'une chambre de pression de consigne ( 28), en ce que la membrane ( 26) est reliée à l'obturateur ( 18) de la valve principale ( 10), qu'elle actionne, en ce que la chambre de pression de con- signe ( 28) est reliée, par un tuyau ( 42) présentant un étranglement ( 44), à l'entrée ( 4) et qu'en outre elle peut être reliée, par une valve de décharge ( 46) actionnée par l'organe d'établissement de valeur de consigne ( 54), à un tuyau d'évacuation de fluide ( 48), l'obturateur ( 50) de la valve de détente ( 46) subissant, d'une part, la pression de consigne engendrée par l'organe d'établissement de valeur de consigne ( 54), et, d'autre part, la pression qui règne dans la chambre de pression de consigne ( 28). 3 Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le capteur de valeur instanta- née ( 64) présente un élément piézorésistant exposé à la pression de la cavité de pression à régler ( 8) et dont la résistance électrique varie en fonction de la pression. 4 Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que dans la liaison électrique ( 76, 80) entre le comparateur ( 72) et l'organe électromagné- tique d'établissement de valeur de consigne ( 54) se trouve un modulateur de largeur d'impulsions ( 78), qui transforme les signaux analogiques du comparateur ( 72) en signaux d'im- pulsion, qui ont une fréquence constante mais des largeurs d'impulsion, qui varient sous la dépendance de variations des signaux analogiques. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le régulateur de pression ( 2) et le transformateur de valeur de consigne ( 62) sont réunis en un bloc.