Brevet FR2558675A1 — publié le 19850726

-1- Dispositif d'exploitation d'un convertisseur ultrasonore piézo- électrique. L 'invention est relative à un dispositif suivant l'introduction de la revendication 1. - Dans de tels appareils, on transforme en faisant appel à l'effet -piézo-électrique, de l'énergie électrique en oscil- lations mécaniques à haute fréquence, à l'aide desquelles des liquides peuvent être très finement pulvérisés. On connaît d'après US-P 4.275.363, un dispositif de ce genre dans lequel de l'énergie électrique motrice est appli- quée constamment par un oscillateur commandé par l'intermédiaire d'une boucle de réglage de phase grâce à des déphasages entre courant et tension, par l'intermédiaire d'un transformateur, au convertisseur. La fréquence d'oscillation produite par l'oscillateur est alors imposée au convertisseur ultrasonore. Il en résulte l'in- convénient qu'un fonctionnement parfait du pulvérisateur n'est plus assuré lors de la mise en oscillation principalement sous charge et dans des conditions d'exploitation variables, étant donné que l'impédance et donc les relations de phase entre courant et tension du convertisseur se modifient fortement lors de variations de charge et par conséquent un pilotage de la fréquence d'oscil- lation optimum, dérivé des relations de phase entre courant et tension, n'est pas possible. Une véritable compensation de la capacité du convertisseur au moyen d'une inductance, comme tenté aussi dans US-P 4. 275.363, ne peut être obtenue à cause de la variation de la capacité du convertisseur sous des variations de charge. -2- Des variations de charge peuvent être provoquées en particulier lors de mises en oscillation, par des variations de température, lors de variations de tension, avec des densités de liquide dif- férentes, lors d'un remplacement du convertisseur, etc. Le con- vertisseur peut par exemple être fortement amorti par une goutte de liquide résiduelle ou à cause de liquide s'écoulant sans être pulvérisé avant la mise en oscillation. Il en résulte des proprié- tés électromécaniques très différentes du convertisseur par rapport aux propriétés désirées dans les conditions de pulvérisation. Etant donné qu'une adaptation automatique de l'oscillateur a ces conditions d'exploitation changeantes n'est pas possible dans la réalisation connue, la fiabilité et la qualité de travail du pulvé- risateur peuvent en être très fortement perturbées, c'est-a-dire que cette réalisation ne convient pas pour de nombreux cas d'uti- lisation. L 'invention a par conséquent pour but d'éliminer les inconvénients précités et d'offrir un convertisseur ultrasonore du genre dépeint en introduction, dont les propriétés de conver- sion peuvent être adaptées de manière optimum aux conditions d'exploitations existantes et qui convient ainsi pour d'aussi nom- breux cas d'utilisation que possible. Ce problème est résolu avec un dispositif suivant la revendication 1. Le circuit oscillant parallèle constitue une impédance se modifiant avec la charge mécanique du convertisseur, impédance qui convient, avec un choix approprié de l'inductance, pour une régulation automatique de la puissance du convertisseur. La grandeur de mesure nécessaire au réglage est engendrée par conversion de l'oscillation mécanique par l'intermédiaire des pié- zo-disques en tant que générateur. Dans une forme de réalisation de l'invention, les impulsions d'énergie sont appliquées brièvement au circuit oscil- lant parallèle par l'intermédiaire d'un interrupteur a transistor connecté avant le transformateur. Un filtre est agencé entre le transformateur et -3- la boucle de réglage de phase pour la synchronisation de cette dernière. Une augmentation de la puissance lors d'un accrois- sement de la charge du convertisseur est obtenue en accordant l'enroulement secondaire du transformateur avec le type de con- vertisseur d'une façon telle que la fréquence de résonance élec- trique du circuit oscillant parallèle formé soit décalée lors d'une augmentation de la charge et provoque ainsi une augmentation de la tension dans le circuit de convertisseur. Les avantages obtenus avec 1 'invention résident en particulier en ce qu'une oscillation libre avec sa fréquence mécanique propre est rendue possible pour le convertisseur à cause des impulsions d'énergie très brèves seulement qui sont appliquées, et ainsi même dans des conditions d'exploitation dif- férentes, une pulvérisation optimum est toujours assurée. Avec une dépense relativement réduite, on obtient les propriétés avan- tageuses suivantes, non atteintes jusqu'à présent, du dispositif suivant 1 'invention: Le pulvérisateur commence a osciller immédiatement à partir de n'importe quelle position et a partir de n'importe quel état de charge raisonnable, grâce à un prélèvement d'énergie suffisant a partir du circuit oscillant parallèle, lorsqu'il est sollicité par l'intermédiaire d'un modulateur, avec les brèves impulsions d'énergie. Le système pulvérisateur absorbe une puissance qui est proportionnelle, dans une large plage d'exploitation, à la quantité de liquide pulvérisée par unité de temps. Même lors d'une modification des propriétés du liquide à pulvéri- ser, telles que densité ou viscosité, la puissance absorbée par le système s'adapte automatiquement aux exigences. Le convertisseur, grâce a cette propriété de l'oscillateur, ne peut pas s'échauffer exagérément en marche à vide, donc sans débit de liquide, car la puissance absorbée en marche a vide est automatiquement réduite. -4- L'énergie pulsée fournie au circuit oscillant est indépendante dans une large plage de tensions d'exploitation, de la tension d'exploitation. Ceci signifie que le système pulvérisateur tra- vaille sous une puissance constante même avec des alimentations en courant à forte variation. Le système pulvérisateur convient grâce à l'inven- tion, même pour des températures extrêmement basses jusqu'à -45 C. Le système pulvérisateur travaille avec un rende- ment élevé d'environ 85%. Les conducteurs menant de l'enroulement secondaire du transformateur au convertisseur véhiculent essentiellement des tensions sinusoïdales. Un déparasitage devenant éventuel- lement nécessaire sur la base des prescriptions d'un service de contr6le officiel, n'est par conséquent pas rendu plus dif- ficile par une formation d'harmoniques. Grâce à l'allure essentiellement purement sinusol- dale de l'oscillation du convertisseur, des modes d'oscilla- tion mécaniques présents dans le système avec des fréquences indésirablement élevées, qui ne produisent que des pertes et ne contribuent pas à la pulvérisation, sont atténués de façon optimum. Les piézo-disques du convertisseur ne sont soumis, à cause de l'oscillation élastique libre avec la fréquence élas- nique propre du convertisseur, qu'à des pressions alternati- ves sinusoïdales. De ce fait, la durée de vie des disques est prolongée par rapport à l'excitation avec des tensions rectangulaires par exemple, et une modification des propriétés électromécaniques provoquée par une surcharge est atténuée. D ' autres détails et particularités de l ' invention ressortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant au dessin schématique annexé, qui représente un exemple de réalisation. Un convertisseur ultrasonore 1 forme avec son im- -5- pédance en fonctionnement et 1' inductance de l'enroulement secon- daire 2 d'un transformateur 3, un circuit oscillant parallèle 4. Le transformateur 3 est réalisé dans l'exemple de réalisation, en tant que transformateur d'impulsions. Par l'intermédiaire de l'enroulement primaire 5 du transformateur 3, on fournit sous for- me d'impulsions, l'énergie nécessaire au maintien de l'oscillation. A l'enroulement primaire 5 est associé un interrupteur à transistor 6. Les impulsions de commande requises pour l'interrupteur à transistor 6 sont fournies par une boucle de réglage de phase 7, qui comporte un oscillateur commandé en tension (VCO) 10 et un comparateur de phases 11, et qui est réalisé à l'aide d'un montage commercial. Entre la boucle de réglage de phase 7 et l'interrupteur à transistor 6 est connecté un étage d'attaque 8. Pour la régulation et l'adaptation du système à des conditions d'exploitations modifiées, la fréquence d'oscilla- tion du convertisseur ultrasonore 1 est prélevée sur un enroule- ment du transformateur 3 en mesurant l'allure de la tension et elle est appliquée à un filtre 9, qui est connecté à la boucle de réglage de phase 7. Le filtre 9 provoque un déphasage et une coupure de fréquence de la fréquence d'oscillation mesurée. Ensuite, la grandeur de mesure est transmise à la boucle de ré- glage de phase 7 pour sa synchronisation. L'oscillateur 10 de la boucle de réglage de phase 7 est couplé à un modulateur ou vobulateur 12, qui sert unique- ment à découvrir la fréquence propre du convertisseur ultraso- nore 1. Alors que la synchronisation de la boucle de réglage de phase 7 n'est pas encore effectuée, par exemple lors de la mise en circuit ou lors d'une soudaine et brutale variation de charge sur le convertisseur ultrasonore 1, la boucle de réglage de phase 7 met en service le modulateur 12. Il en est de même dans le cas o le convertisseur ultrasonore 1 est fortement amorti, par exemple par une goutte résiduelle de liquide sur la surface de pulvérisation avant la mise en oscillation. A l'aide de la tension de sortie en dents de scie du modulateur 12, la fréquence de -6- l'oscillateur 10 est également modulée en dents de scie. Si la fréquence de l'oscillateur 10, par exemple après avoir effectué l'évacuation de la goutte de liquide ou après la mise en oscilla- tion avec un débit de liquide déjà existant, correspond à la fré- quence propre du convertisseur ultrasonore 1, la boucle de régla- ge de phase 7 se verrouille et bloque le modulateur 12. L'éner- gie nécessaire au maintien de l'oscillation est alors produite à partir de la boucle de réglage de phase 7 sous forme de brèves impulsions d'énergie en phase correcte, et elle est transmise par l'intermédiaire de l'interrupteur à transistor 6 et du trans- formateur 3 dans le circuit oscillant parallèle 4, dans lequel le convertisseur ultrasonore 1 oscille librement. Le convertisseur ultrasonore piézo-électrique 1 travaille alors de façon stable. S'il apparatt avec des variations de température ou de charge, une modification des propriétés du convertisseur, la grandeur de mesure correspondant à l'allure de tension modi- fiée est prélevée à l'enroulement primaire du transformateur 3 et envoyée par l'intermédiaire du filtre 9, à la boucle de régla- ge de phase 7. A l'aide de la grandeur de réglage mesurée, les impulsions d'énergie produites dans la boucle de réglage de phase 7 sont préparées en conséquences et dirigées par 1 'intermédiai- re de l'interrupteur à transistor 6, pour la régulation de la fré- quence et de la puissance de pulvérisation du convertisseur ultra- sonore 1 dans le circuit oscillant parallèle 4. La fréquence de la boucle de réglage de phase 7 sert uniquement dans l'état oscillant à fournir au convertisseur ultrasonore 1 oscillant librement sans perturbation dans le circuit oscillant parallèle 4, au moment voulu, donc en phase, une très brève impulsion d'énergie, afin de compenser l'énergie abandonnée dans la pulvérisation. L'oscillation du convertisseur ultrasonore 1 n'en est pas influencée et permet la pulvérisation avec des grandeurs électriques et mécaniques se modifiant sinusoidalement à cause de 1 'oscillation libre. Le convertisseur ultrasonore 1 oscille avec une oscillation sinusoïdale libre, qui est déterminée -7- mécaniquement par les ondes élastiques dans le convertisseur, et électriquement par l'impédance de grand signal du convertis- seur, dont les parties imaginaire et réelle dépendent de la charge, et par une inductance connectée. Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-avant et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet. -8- Revendications 1. Dispositif pour l'exploitation d'un convertis- seur ultrasonore piézo-électrique, en particulier pour la pulvé- risation de liquides, dans lequel est prévu un circuit d'excita- tion avec un oscillateur commandé par un circuit de réglage de phase pour la production et un transformateur pour la transmis- sion de l'énergie d'excitation pour le convertisseur, et dans le- quel une grandeur de mesure requise pour le pilotage de l'oscil- lateur est prélevée sur un enroulement du transformateur, caracté- risé en ce que l'énergie d'excitation est appliquée au convertis- seur (1) sous forme de brèves impulsions, en ce que le circuit d'excitation est coupé entre les brèves impulsions, de telle sorte que pendant cette période à partir de 1 'inductance de 1 'enroule- ment secondaire (2) du transformateur (3) et de l'impédance en fonctionnement du convertisseur, un circuit oscillant parallèle (4) est formé, dans lequel le convertisseur oscille librement avec sa fréquence mécanique propre, et en ce que l'allure de la tension sur un enroulement du transformateur sert de grandeur de mnesure pour l'application en phase correcte des impulsions d'énergie. 2. Convertisseur ultrasonore piézo-électrique sui- vant la revendication 1, caractérisé en ce que les impulsions d'énergie sont appliquées brièvement au circuit oscillant paral- lèle par l'intermédiaire d'un interrupteur à transistor (6) con- necté avant le transformateur (3). 3. Convertisseur ultrasonore piézo-électrique sui- vant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'entre le transformateur (3) et la boucle de réglage de phase (7) est disposé un filtre (9). 4. Convertisseur ultrasonore piézo-électrique sui- vant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'enroulement secondaire (2) du transformateur (3) est accordé avec le type de convertisseur, d'une façon telle que la fréquence de résonance électrique du circuit oscillant parallèle (4) formé est décalée lors d'un accroissement de la charge du -9 - convertisseur (1) et provoque ainsi une augmentation de la tension dans le circuit du convertisseur.