Brevet FR2578970A1 — publié le 19860919

La présente invention concerne un appareil de mesure du débit d'un fluide dans une conduite, et plus particulièrement un appareil de ce genre qui produit un signal électronique compatible avec les circuits actuels de commande électronique. Dans de nombreuses applications, il y a lieu de commander le débit d'un fluide dans une conduite afin de remplir un récipient avec une quantité voulue du fluide. Par exemple, dans un appareil comme une machine à laver le linge, l'utilisateur peut sélectionner un niveau d'eau voulu, en fonction de l'importance de la charge à laver. Il est courant d'assurer cette commande selon une technologie électroméca- nique, qui assure la commande du niveau de remplissage par des commutateurs de pression, un remplissage temporisé ou un commutateur de limite commandé par un flotteur. Avec l'avènement de la commande des appareils par un micro-calculateur, de nombreuses fonctions de commande précédemment remplies par des dispositifs électromécaniques sont maintenant prises en charge par le micro-calculateur. Il serait souhaitable que le micro-calculateur contrôle également le niveau d'eau dans un tel appareil. C'est donc un objet de l'invention que de proposer un appareil grâce auquel un dispositif basé sur un micro-calculateur peut commander un niveau de fluide. Le niveau d'un fluide peut être mesuré directement de diverses manières, par exemple en disposant plusieurs capteurs de niveau à des niveaux différents dans le récipient de fluide. Mais il serait souhaitable de réduire le nombre des capteurs néces- saires et de tirer profit de la puissance de calcul du micro-calculateur. Etant donné que le niveau d'un fluide peut aussi être mesuré en connaissant le débit auquel le fluide pénètre dans le récipient et en intégrant ensuite ce débit par rapport au temps, un seul capteur de débit branché entre une conduite qui alimente le récipient et le microcalculateur suffit. C'est donc un autre objet de l'invention que de proposer un capteur de débit de fluide. Ces objets, ainsi que d'autres, sont atteints selon l'invention graeànermeibled tmas masdemit produisant un signal lié au débit d'un fluide dans une conduite, comportant un dispositif qui présente un étranglement dans la conduite, un carter dans lequel est formée une chambre, un diaphragme qui ferme la chambre et un dispositif qui établit une communication entre la chambre et la conduite dans le voisinage de l'étranglement. Une tige d'actionnement est également prévue à l'extérieur de la chambre, cette tige d'actionnement comportant des extrémités opposées dont la première est accouplée avec le diaphragme pour se déplacer avec lui. Un transducteur à effet de Hall est monté à l'extérieur de la chambre et un aimant est fixé sur la seconde extrémité de la tige d'actionnement pour se déplacer avec elle, l'aimant étant positionné de manière que ladistance entreluiet le transducteur à-effet de Hall change quand le diaphragme se déplace. Un ensemble declapet dans le dispositif de communication interdit le passage du fluide dans la chambre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple nullement limitatif: La figure 1 est une coupe longitudinale d'un ensemble réalisé selon l'invention, représentant l'état dans lequel le fluide ne circule pas dans la conduite, La figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1 mais montrant l'état de débit pratiquement maximal, et La figure 3 est un schéma d'un exemple d'un circuit destiné à l'ensemble selon l'invention. Les figures 1 et 2 sont donc des coupes de l'ensemble selon l'invention, désigné globalement par la référence 10. L'ensemble 10 comporte un carter moulé 12 comprenant une partie de conduite 14 avec des collerettes 16 coniques vers l'extérieur à ses deux extrémités. Les collerettes 16 sont agencées pour maintenir en place des tuyaux 18 de l'appareil commandé, et les extrémités de la partie de conduite 14 sont introduites dans ces tuyaux. L'intérieur de la partie de conduite 14 est formé de manière à présenter un étranglement 20 au fluide qui circule dans la partie de conduite 14, l'ensemble étant réalisé pour que le fluide circule de la droite vers la gauche vue sur les figures 1 et 2étant bien entendu que si les cones d'entrée et de sortie sont semblables et lisses, l'ensemble est réversible. Le carter 2 est formé avec une chambre 22 à son extrémité supérieure, cette chambre étant fermée par un diaphragme 24 comme cela sera décrit plus en détail par la suite. Un bouchon 26 remplit la partie inférieure de la chambre 22. Des passages ouverts sont prévus dans le carter 12 et le bouchon 26 de manière à faire communiquer la chambre 22 et l'étranglement 20. L'ensemble 10 comporte également un boitier supérieur 28 fixé sur le carter 12 par une bague de serrage 30 qui est sertie sur des épaulements 29 et 31, respectivement du carter 12 et du boitier 28, pour maintenir le diaphragme 24 entre eux. Ce diagramme 24 est un élément d' un sousensemble de diaphragme et de tige d'actionnement, comprenant le diaphragme 24, la tige d'actionnement 32, des plaques de diaphragme 34 et 36, un porte-aimant 257897C 38 et un aimant 40. Les plaques de diaphragme 34 et 36 ainsi que le diaphragme 24 sont fixés sur la tige d'actionnement 32 par appui sur une région de plus grand diamètre 42 de la tige d'actionnement 32, et sont rivetés en 44 sur le côté opposé à la région de plus grand diamètre 42. Le porte-aimant 38 est emmanché à force sur l'extrémité moletée 46 de la tige d'actionnement 32 et l'aimant 40 est introduit latéralement dans le porte-aimant 38 et maintenu par une lèvre inversée 47. Un ressort 48, maintenu entre le porte-aimant 38 et le fond 50 du boitier 28 pousse vers le haut le sous-ensemble de diaphragme et de tige d'actionnement. L'ensemble 10 comporte également une carte de circuits imprimés 52 sur laquelle est monté un transducteur 54 à effet de Hall, de préférence le long de la trajectoire de l'élément 40. Un circuit, tel que celui représenté sur la figure 3, est monté sur la carte 52 et il est connecté aux bornes 56. Un capuchon d'extrémité 58 ferme le boitier supérieur 28 et il est maintenu en place par une collerette d'épau- lement 60 dirigée vers l'extérieur qui s'enclenche dans une rainure 62 du boitier supérieur 28. Le capuchon d'extrémité 58 comporte un trou taraudé 64 pour recevoir une vis de réglage 66. La vis 66 pousse vers le bas la carte 52 contre la force du ressort 68. La vis de réglage 66 est utilisée pour étalonner le circuit en changeant 1' espace entre l'aimant 40 et le capteur 54. L'ensemble 10 comporte également un clapet disposé dans le canal de communication entre la chambre 22 et l'étranglement 20. Ce clapet comporte un obturateur 70 et un siège 72 formé sur le bouchon 26. L'obturateur 70 est de préférence une bille de densité inférieure à celle du fluide qui circule 257897C - 5 dans la partie de conduite 14. Le but de ce clapet est d'interdire que le fluide ne remonte dans la région vide de la chambre 22 sous le diaphragme 24 quand le débit de fluide est interrompu. L'ensemble 10 fonctionne sur le principe bien connu du Venturi selon lequel, lorsqu'un fluide circule dans une région étranglée, une pression différentielle apparaît. Par conséquent, lorsqu'un fluide circule dans l'étranglement 20, une dépression relative est créée dans le passage 74. Cela entraine une descente du diaphragme 24 comme le montre la figure 2, écartant ainsi l'aimant 40 du capteur 54. La distance entre l'aimant 40 et le capteur 54 est contrôlée par la pression différentielle qui est. elle même contrôlée par le débit et -le ressort 48 s'opposant à l'écartement. La figure 2 montre la limite de la course du sous-ensemble de diaphragme et de tige d'actionnement. Lorsqu'il n'y a pas de débit de fluide dans la partie de conduite 14, comme le montre la figure 1, le fluide remonte dans la chambre 76. Etant donné que la densité de la bille 70 est inférieure à celle du fluide, la bille 70 flotte sur le fluide vers le haut de la chambre 76. Quand le niveau du fluide est suffisamment élevé, la bille 70 s'appuie contre le siège 72, interdisant que le fluide ne remonte dans la chambre 22. La figure 3 est un schéma d'un exemple de circuit électronique monté sur la carte 52 de circuits imprimés et connecté aux bornes 56. Ce circuit amplifie la sortie du transducteur (ou capteur) 54. De préférence, l'aimant 40 est aimanté dans la direction dans laquelle il se déplace pour s'approcher et s'écarter du capteur 54 de sorte que ce dernier fonctionne dans le mode unipolaire connu. L'équation de base qui décrit l'action mutuelle entre le champ magnétique et le courant produisant une tension de Hall (VH) dans un élément de Hall en pratique est: VH =K x Ic B sin o: la constante K est une fonction de la géométrie de l'élément de Hall; I est le courant d'entrée; et c B sin 8 est la densité de flux magnétique. Si le courant d'entrée est maintenu constant, la tension de Hall est directement proportionnelle à la composante perpendiculaire du champ magnétique. Cette tension de Hall est généralement faible et nécessite des circuits électroniques supplémentaires pour atteindre un niveau de tension ulisbIe. La Figure 3 montre un exemple de ces circuits électroniques. Comme le montre la figure 3, la variation de la tension du transducteur 54 est appliquée à une entrée d'un amplificateur opérationnel 78 dont l'autre entrée reçoit une tension de référence réglée par des résistances 80, 82, 104 et 106. L'amplificateur opérationnel 78 se comporte comme un amplificateur différentiel qui amplifie la différence entre les deux signaux d'entrée avec un facteur de gain réglé par les résistances 84, 86 et 108. Par conséquent, grace à un choix approprié des résistances 80, 82, 84, 86, 88, 90, 104, 106 et 108, une sortie opérationnelle voulue pour un débit donné peut être obtenue. De cette manière, une plage de sorties pour une plage donnée de débits peut être obtenue. Sur la base de ces données, une courbe de la tension de sortie en fonction du débit peut être tracée. Etant donné que la sortie du capteur de Hall à des densités différentes du flux magnétique est répétitive, les données de la courbe peuvent être introduites dans le calculateur pour être traitées. En observant la tension de sortie de l'amplificateur 78, le calculateur 257897C peut ainsi indiquer quel est le débit. Ce débit mesuré peut ensuite être utilisé pour commander une opération de remplissage volumétrique en fermant une vanne ou en affichant le volume de fluide obtenu. Dans le circuit de la figure 3, la diode 92 est utilisée pour compenser en température la dérive de sortie du capteur 54 qui a un coefficient de température positif lorsqu'il est exposé au pôle nord de l'aimant 40. La diode Zener 94 est utilisée pour réguler l'alimentation du capteur 54 ainsi que de la source de tension de référence. Le courant de la diode Zener est limité par la diode 96 et la diode 98 est utilisée pour compenser la dérive en température de la tension de la diode Zener. Les condensateurs en dérivation 100 et 102 sont utilisés pour le filtrage et pour, éviter l'oscillation dans des environnements présentant des parasites électriques. La résistance 104 et le potentio- mètre de réglage 106 sont utilisés pour régler la tension de référence fournie à l'amplificateur opération- nel 78. Le potentiomètre de réglage 108 est utilisé pour régler le gain de l'amplificateur 78. Un ensemble perfectionné de mesure électronique de débit a donc été décrit. Il est bien entendu que la description faite ci-dessus n'est qu'un exemple de l'application du principe de l'invention. De nombreux autres modes de réalisation peuvent être conçus par l'homme de l'art sans sortir du cadre ni de l'esprit de l'invention, défini par les revendications annexées. 257897C REVENDICATIONS 1. Transducteur de débit destiné à produire un signal lié au débit d'un fluide dans une conduite (14), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (20) formant un étranglement dans ladite conduite, un carter (12) dans lequel est formée une chambre (22), un diaphragme (24) qui ferme ladite chambre, un dispositif (74, 76) qui établit une communication entre ladite chambre et ladite conduite dans le voisinage dudit étranglement, une tige d'actionnement (32) extérieure à ladite chambre comprenant deux extrémités opposées dont une première est accouplée avec ledit diaphragme pour se déplacer avec lui, un transducteur à effet de Hall (54) monté à l'extérieur de ladite chambre, un aimant (40) monté sur la seconde extrémité de la tige d'actionnement pour se déplacer avec elle, l'aimant étant positionné de manière que la distance entre ledit aimant et ledit transducteur à effet de Hall change quand ledit diaphragme se déplace, et un clapet à une voie (70,72) à l'intérieur dudit dispositif de communication pour interdire le débit de fluide vers ladite chambre. 2. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit clapet comporte un obturateur (70) dont la densité est inférieure à celle dudit fluide. 3. Transducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit obturateur (70) est une bille. 4. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la trajectoire du mouvement dudit aimant (40) passe par ledit transducteur à effet de Hall (54). 5. Transducteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit aimant (40) est magnétisé dans la direction de sa trajectoire.