Brevet FR2576062A1 — publié le 19860718

"Convertisseur force/pression" L'invention concerne un convertisseur force/ pression comportant un organe de commande sur lequel agit la force qui doit être convertie, une arrivée d'air sous pression, un orifice d'échappement et un orifice pour la pression de sortie. Les convertisseurs force/pression de ce genre servent à convertir une force en un signal de réglage pneumatique. Une difficulté des convertisseurs connus réside en ce qu'il n'existe pas un rapport linéaire exact entre la force d'entrée et la pression de sortie. Pour cette raison, il doit être prévu des réactions d'asservissement. Un convertisseur force/pression ou courant électrique/ pression de ce genre est décrit par exemple par le PCT/US 80 01 524. I1 y est prévu un piston plongeur pourvu d'un bobinage, qui coopère à la manière d'un organe étrangleur, soit avec un orifice d'entrée, soit avec un orifice d'échappement, s'il est dévié dans un sens ou dans l'autre par le champ magnétique établi par le courant qui passe dans la-bobine. La pression produite alors n'est aucunement en rapport linéaire précis avec le courant qui passe dans la bobine, de sorte qu'il est nécessaire de prévoir une réaction d'asservissement.Cette réaction d'asservissement est très onéreuse et comprend un détecteur de pression capacitif, avec interposition d'un autre organe de renfor cement pneumatique, le signal du détecteur étant d'abord transformé en un courant d'intensité proportionnelle à la capacité, et étant ensuite envoyé à un montage de régulation électronique, qui agit à son tour sur le courant qui passe dans la bobine du piston plongeur. Une réalisation de ce genre n'est pas seulement onéreuse en raison du prix élevé du détecteur de pression et de l'électronique nécessiare, mais est aussi sujette à des défaillances, et à des erreurs dues aux tolérances des composants utilisés. Enfin, cette solution coûte très cher. L'invention a pour objet de réaliser un convertisseur force/pression, du type mentionné en commen çant, de façon telle qûe la rétro-action de la pression de sortie sur l'entrée puisse être établie par des moyens simples. Cette rétro-action doit être précise, ne doit pas augmenter l'importance de la construction du convertisseur et doit maintenir faible la dépense en composants, de façon qu'un avantage de prix soit aussi obtenu. A cet effet, l'invention propose de prévoir une réaction d'asservissement sur la pression de sortie, et que celle-ci agisse sur l'organe de commande en sens inverse de la force. Comme agent de rétro-action, la pression de sortie est elle--même ainsi utilisée, de sorte qu'on peut s'abstenir de toute transformation coûteuse en autres signaux physiques. La rétro-action peut, en même temps, être assurée dans le carter meme du convertisseur, de sorte que les dimensions de ce convertisseur peuvent essentiellement être maintenues. Des composants coûteux ne sont pas nécessaires, de sorte qu'avec cette solution, il est possible aussi d'obtenir un avantage de prix. Dans le cas le plus simple, la rétro-action est constituée simplement d'un alésage sans effet d'étranglement, qui renvoie la pression de sortie à l'organe de commande. I1 y a toutefois avantage à ce qu'il soit prévu, dans la rétro-action, un étranglement dont, en particulier, l'effet d'étranglement soit réglable, et à ce qu'il soit prévu que la rétro-action soit en communication, par l'intermédiaire d'un autre étranglement, également réglable, avec l'air atmosphérique. Suivant le réglage du diviseur de pression ainsi formé, il est alors obtenu des rétro-actions d'importance différentes. Dans un mode de réalisation recommandée, on utilise en consequence des étranglements dont les effets sont réglables, de sorte que le facteur de rétro-action peut être ajusté d'une façon progressive.La rétro-action peut, en outre, être reliée, par un autre étranglement, de préférence également réglable, avec l'air ambiant, de sorte que la rétro-action peut être réglée avec encore plus de précision. Dans un mode de réalisation avantageux, l'organe de commande est constitué de deux pistons fixés sur une tige de guidage, et mobiles dans la direction axiale de cette tige. L'air soumis à une pression peut ici être amené entre les pistons, de la façon la plus simple. par un alésage du carter du convertisseur. L'air qui est à la presso de sortie peut également être évacué par un alésage du carter du convertisseur, celui-ci étant disposé entre les pistons. I1 sera avantageux, -ici, que l'un des pistons recouvre partiellement l'alpage destiné à l'air sous pression, et/ou l'alésage pour l'air sortant. L'orifice d'échappement par où peut sortir l'air fourni peut également être disposé entre les pistons. Dans le cas le plus simple, il s'agit d'une fente qui est formée par l'un des pistons et le carter du convertisseur. I1 est toutefois aussi possible de réaliser l'orifice d'échappement sous la forme d'un alésage du carter du convertisseur. Dans ce cas, la retro-action peut être effectuée d'une façon particulièrement simple, sous la forme d'un alésage partant de l'orifice d'échappement. Les deux pistons fixés sur la tige de guidage peuvent naturellement aussi être pourvus de surfaces inclinées sur leurs faces tournées l'une vers l'autre, d'une façon connue. I1 est aussi avantageux de conduire la rétro-action dans une chambre formée par le carter du convertisseur, cette chambre communiquant avec l'organe de commande. Un autre mode avantageux de réalisation de l'invention prévoit que l'organe de commande est constitué par un piston mobile dans le sens axial, et que l'ait qui est à la pression de sortie arrive, par un alésage prévu dans ce piston, dans une chambre entourée par le carter du convertisseur, et de là, réagit sur le piston. L'exécution de l'organe de commande offre ici une configuration particulièrement simple dans ce cas, car il n'y a qu'un seul piston à prévoir ; l'alésage du piston agit ici comme étranglement de retour dont toutefois l'effet d'étranglement n'est pas réglable. I1 est toutefois possible dans ce cas, de prévoir, pour ajuster la rétro-action, un étranglement variable, qui est en communication avec l'air atmosphérique. Dans ce mode de réalisation aussi, il y a avantage à fournir l'air sous pression à l'organe de commande par un alésage du carter du convertisseur. L'alésage du piston prévu pour la pression de sortie peut être en contact avec l'alésage prévu pour l'air sous pression ainsi qu'avec l'air atmosphérique, la communication avec l'air atmosphérique formant l'orifice d'échappement. L'alésage prévu dans le piston peut ici former en commun avec le boitier du convertisseur, une fente qui sert d'orifice d'échappement. Un perfectionnement avantageux de l'invention prévoit que, pour le guidage rectiligne de l'organe de commande, on peut utiliser des fils ou des lames de ressort, qui sont fixés sur l'organe de commande et sur le carter du convertisseur, et qui s'étendent dans le sens radial à partir de l'organe de commande. La mise en service de ces fils ne dépend pas ici de la configuration spéciale de l'organe de commande. Ces fils sont d'un prix avantageux et permettent en même temps de fixer et de guider en ligne droite l'organe de commande. I1 est naturellement aussi possible de mettre en oeuvre un convertisseur force/pression suivant l'invention comme convertisseur énergie électrique/pression. A cet effet, dans une forme avantageuse de réalisation, l'organe de commande peut être relié avec un électro-aimant, un courant électrique passant dans cet électro-aimant exerçant une force proportionnelle à ce courant, au moyen du champ magnétique qui s'établit sur l'organe de commande. Un mode recommandé de réalisation prévoit que l'electro- aimant est réalisé sous la formez'une bobine mobile et coopére avec des évidements correspondants d'un aimant permanent. L'élëctro-aimant peut ici être directement en communication avec l'axe de l'organe de commande. I1 est toutefois aussi possible de relier l'organe de commande et l'electro-aimant par un bras de levier. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description ci-après faite avec référence aux dessins annexés, dans lesquels : les figures 1 a 4 montrent différentes formes recommandées de réalisation. Dans ces figures, pour plus de clarté, il est présente, chaque fois, un convertisseur courant électrique/ pression ; il est toutefois, naturellement, possible aussi de produire la force qui agit sur l'organe de commande non au moyen d'un électro-aimant, mais plutôt d'une autre façon. Le convertisseur courant électrique/pression suivant l'invention est désigné dans son ensemble, par 1 en figure 1, il est constitué de différentes parties du carter 2 à 6, sur la fonction desquelles il n'est pas toutefois repris dans la suite, car une autre disposition est aussi concevable, en principe et n'a aucune influence sur cequi constitue l'invention. Par le passage 7 prévu dans le carter du convertisseur, arrive de l'air sous une pression Pz oonstante. Le passage 8 sert d'orifice de sortie par où l'air amené à la pression P0 est évacué. La pression de sortie P A est disponible à l'orifice de passage 9. La partie 2 du carter comprend, en outre, une chambre 10. L'organe de réglage de ce convertisseur est désigné par 13 et est constitué de deux pistons 14 et 15, ainsi que d'une tige de guidage 16. Les pistons 14 et 15 recouvrent partiellement, suivant la position de l'organe de réglage, les passages 7 à 9. Pour fixer et guider en ligne droite l'organe de réglage, des fils ou des lames de ressort 17 et 18 sont prévus qui sont fixés sur le carter du convertisseur, ainsi que sur la tige de guidage 16. Sur cette tige de guidage sont disposés, à cet effet, des éléments de fixation 19 et-20. Sur une extrémité de la tige de guidage 16 se trouve un électro-aimant 21 réalisé sous la forme d'une bobine mobile. Cet électroaimant 21 se déplace dans des évidements appropriés d'un aimant permanent 22. Deux conducteurs 23 et 24 sont dirigés vers l'extérieur. L'électro-aimant est alimenté en courant i par ces conducteurs. La rétro-action du signal de sortie sur l'organe de commande est particulièrement simple dans ce mode de réalisation. Elle est constituée par un alésage 25 prévu dans le carter du convertisseur qui se trouve entre le passage de sortie 9- et la chambre 10. Si, alors, un courant passe dans les conducteurs 23 et 24 ou dans l'électro-aimant 21, il est établi, de ce fait, un champ magnétique, qui, suivant la polarité du courant qui passe, exerce sur la tige de guidage, une force vers le haut ou vers le bas. Dans ce qui suit, il sera décrit le cas dans lequel la force agit vers le bas sur la tige de guidage. Le déplacement de l'organe de commande 13 vers le bas provoque un agrandissement de l'ouverture efficace du passage 7 qui est soumis à une pression d'air Pz constante, et une diminution de l'ouverture efficace du passage d'échappement 8. De ce fait, la pression de sortie A dans le passage 9 s'élève. Cette pression de sortie doit être le plus exactement possible proportionnelle au courant i- qui passe. Pour la rétroaction de la pression de sortie PA, il este par suite, prévu l'alésage 25.Cette pression de sortie PA agit alors sur l'organe de commande 13, par l'intermédiaire de l'alé- sage 25 et de la chambre 10 formée par le carter du convertisseur dans la direction opposée à celle de la force à convertir, comme il est indiqué par les flèches 26a et 26b. La rétro-action agit ainsi sous la forme d'une contreréaction. Les fils ou lames de ressorts 17 et 18 guident l'organe de commande 13 et peuvent, en même temps, être utilisés pour la production d'une force de pré-tension Un autre exemple de réalisation de l'invention est représenté en figure 2. Le convertisseur courant électrique/pression qui y est illustré est désigné par la référence 27 et est constitué des parties de carter 28 à 32. L'organe de commande 33 est constitué comme en figure 1 de deux pistons 34 et 35, ainsi que d'une tige de guidage 36. Cet organe de commande est maintenu et guidé par les fils 37 et 38, ainsi que par les pièces de fixation 39 et 40. Dans le carter du convertisseur sont disposées des alésages 41a et 41b destinées à amener de l'air soumis à une pression constante pz, ainsi que des alésages 42a et 42b pour 11 évacuation de la pression de sortie. Sur l'alésage 42b se raccorde une conduite 43, qui est reliée, par l'intermédiaire d'un étranglement variable 44, avec une chambre 45 prévue dans le carter du convertisseur, ainsi que, par l'intermédiaire d'un autre étranglement variable 46, avec l'air atmosphèrique. La force à convertir est également provoquée, dans cet exemple de réalisation, par un courant électrique. L'électro-aimant nécessaire à cet effet n'est pas toutefois, dans ce cas, relié directement avec la tige de guidage 36, mais, au contraire, repose sur un bras de levier 47, qui est monté sur un point 47a et qui est en contact avec la tige de guidage 36. L'électro-aimant, désigné ici par 43, est également réalisé sous la forme d'une bobine mobile. Il s'engage dans des évidements d'un aimant permanent 49. Les raccords de l'electro-aimant 48 ne sont pas illustrés plus en détail pour plus de simplification. Il est naturellement évident que les dispositifs pour la production d'une force à partir d'un courant électrique, tels qu'ils sont représentés aux figures I et 2, peuvent être différents. I1 n'est pas prévu ici de passage spécial pour la pression PO de sortie. Bien putbt, le piston 34 et la partie 31 du carter forment une fente ~dont l'ouverture se modifie suivant la position de l'organe de commande 33, et par où l'air amené peut s'échapper. On considérera maintenant le cas dans lequel l'electro-aimant 48 est parcouru par un courant électrique et où le champ magnétique qui s'établit entraîne une répulsion entre l'électro-aimant 48 et l'aimant permanent 49. L'organe de réglage 33 se déplace alors vers le bas. De ce fait, la section efficace s'agrandit entre les alésages 41a et 42a, pendant que la section de sortie, par oXi l'air amené peut s'échapper se restreint. La pression de sortie P A s'élève alors. Une partie de cette pression de sortie agit, en passant par la conduite 43, l'étranglement 44-et la chambre 45, en sens contraire de la force produite par l'électro-aimant, dans la direction des flèches 50a, 50b, sur l'organe de commande 33, de sorte qu'il se produit une contre réaction. On peut régler le facteur de rétro-action au moyen des étranglements variables 44 et 46, en principe, un seulement de ces deux étranglements devant être réglable. L'exemple de réalisation de la figure 2 est représenté encore une fois en figure 3 avec utilisation des mêmes références. La seule différence réside en ce que les pistons 34 et 35 sont pourvus de surfaces biaises 51, 52 sur leurs faces tournées l'une vers l'autre. En conséquence, les alésages du carter du convertisseur sont aussi un peu décalés en hauteur. La fente de sortie, par où peut s'échapper l'air fourni, peut être également disposée un peu autrement et agrandie. Enfin, la figure 4 montre une quatrième forme de réalisation de l'invention. Le convertisseur courant électrique/pression désigné par 53 y est constitué de parties du carter 54 à 56, qui sont pourvues de passages 57 pour l'air soumis à la pression Pz, ainsi que d'un passage de sortie 58. les parties 54 et 55 du carter enferment en plus la chambre 59. L'organe de commande est ici constitué seulement d'un piston 60 qui est pourvu d'un alésage 61. L'orifice de sortie de l'air fourni est formé, comme il est exposé plus haut, entre cet alésage et la partie55 du carter. Le piston 60 est en communication, par l'intermédiaire d'une tige 62, avec un dispositif connu par les figures 2 et 3, destiné à la transmission de la force produite par un courant électrique à l'élément de commande. Ce dispositif qui est constitué du bras de lervier 47, de l'électro- aimant 48 et de l'aimant permanent 49 n'a pas besoin d'être exposé plus en détail. La force agissant, par exemple, vers le bas, sur le piston 60 provoque maintenant un agrandissement de la section active entre les alésages 57 et 61 et, en même temps, un rétrécissement de la fente de sortie. De ce fait, la pression de sortie P A qui agit en réaction, dans la direction des flèches 63a et 63b, dans le sens d'une contre-action sur le piston 60, s'élève. Comme la section de l'alésage 61 reste fixe, le facteur de rétro-action ne peut varier dans ce mode de réalisation qu'au moyen d'un autre étranglement variable qui n'est pas représente ici, qui relie l'alésage 58 avec l'air atmosphêrique. REVE NDICATIONS 10) Convertisseur force/pression comportant un organe de commande sur lequel agit la force à convertir, une arrivée d'air soumis à une pression, un orifice d'échappement et un orifice pour la pression de sortie, caractérisé en ce qu'il est prévu une rétro-action (25, 10 43, 45 ; 61, 59) pour la pression de sortie (PA) qui agit, en sens inverse de la force, sur l'organe de commande (13 33 ; 60). 20) Convertisseur force/presssion suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu, dans la rétro-action (43, 45)-, un organe d'étranglement (44) dont l'effet est spécialement réglable, et que la rétroaction (43, 45) est en communication, par l'intermédiaire d'un autre organe d'étranglement (46) dont l'effet est spécialement réglable, avec l'air atmosphèrique. 3a) Convertisseur force/pression suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'organe de commande (13 ; 33) est constitué par deux pistons (14, 15 ; 34, 35) fixes sur une tige de guidage (16 ; 36) et mobiles dans la direction de l'axe de cette tige. 40) Convertisseur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'air soumis à une pression (Pz) est amené entre les pistons (14, 15 ; 34, 35). 50) Convertisseur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'air soumis à une pression (Pz) est fourni par un alésage (7, 41a, 41b) du carter du convertisseur. 60) Convertisseur suivant l'une des revendications 4 ou 5, caractériséen ce que l'air soumis à la pression de sortie (PA) est évacué par un alésage ( i 42a, 42b) du carter du convertisseur et que cet alesage (9 42a, 42b) est disposée entre les pistons (14, 15 ; 34, 35). 70) Convertisseur suivant les revendications 12 4 à 6, caractérisé en ce que l'un des pistons (15 ; 35) recouvre partiellement l'alésage (7 ; 41a, 41b) destiné à l'air soumis à une pression, et/ou l'alésage (9, 42a, 42b) destiné à la pression de sortie, 80) Convertisseur suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que l'orifice d'échappement est disposé entre les pistons (14, 15). 90) Convertisseur suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'orifice d'échappement est constitué par une fente qui est formée par un des pistons (34) et le carter du convertisseur. 100) Convertisseur suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'orifice d'échappement est réalisé sous la forme d'un alésage (8) du carter du convertisseur. 11 ) Convertisseur suivant l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérise en ce que la rétroaction est réalisée sous la forme d'un alésage (25) conduisant à l'écart du passage d'échappement (9). 120) Convertisseur suivant l'une quelconque des revendications 3 à 11, caractérisé en ce que les pistons (34, 35) sont pourvus, sur leurs faces tournées l'une vers l'autre, de surfaces inclinées (51, 52). 130) Convertisseur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la rétroaction se termine dans une chambre (10, 45) formée par le carter du convertisseur, et que cette chambre communique avec l'organe de commande (13, 33) 140) Convertisseur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'organe de commande est constitué par un piston (60) mobile dans le sens axial, et que l'air soumis à la pression de sortie (PA) parvient, par un alésage (61) prévu dans ce piston (60), dans une chambre (59) enclose dans le carter du convertisseur, et exerce une contre-action, à partir de là, sur le piston (60). 15 ) Convertisseur suivant la revendication 14, caractérisé en ce que l'air soumis à une pression (Pz) est amené par un alésage (57) du carter du convertisseur. 160) Convertisseur suivant l'une des revendications 14 et 15, caractérisé en ce que l'alésage (61) du piston (60) prévu pour la pression de sortie (PA) est en contact avec l'alésage (57) prévu pour l'air soumis à pression (Pz) ainsi qu'avec l'air atmosphèrique, la communication avec l'air atmosphèrique formant l'orifice d'échappement. 17 ) Convertisseur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'il est prévu, pour guider en droite ligne l'organe de commande (13, 33), des fils ou des lames de ressort (17, 18 ; 37, 38), qui sont fixés sur l'organe de commande (13 ; 33) et sur le carter du convertisseur, et qui s'étendent dans le sens radial à partir de l'organe de commande (13 ; 33). 180) Convertisseur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que l'organe de commande (13 ; 33 ; 60) est relié à un électro-aimant (21, 48), et qu'un courant passant dans cet électro-aimant exerce sur l'organe de commande (13 ; 33 ; 60) une force proportionnelle à ce courant. 190) Convertisseur suivant la revendication 18, caractérisé en ce que l'électro-aimant (21, 48) est réalisé sous la forme d'une bobine mobile, et coopère avec des évidements appropriés d'un aimant permanent (22; 49). 200) Convertisseur suivant l'une des revendications 18 ou 19, caractérisé en ce que l'electro- aimant (48) est en liaison avec l'organe de commande (33 60) par l'intermédiaire d'un bras de levier (47).