Brevet FR2608798A1 — publié le 19880624

] DCRIPTION La présente invention concerne un procédé pour contrôler le débit de gaz dans une vanne comportant un clapet mobile et un siège, dans lequel on déplace le clapet par rapport au siège afin de faire varier le débit de gaz traversant ladite vanne. Il est connu du brevet européen 86 259 un générateur de débit de gaz caomportant un orifice traversé par le gaz s'écoulant d'une chambre amont o règne une pression amont, dans une chambre aval o règne une pression aval, cet orifice étant obturé par un clapet mobile comnandé électriquement. Ce clapet laisse un passage dont la surface est déterminée par sa position. On roesure la position du clapet mobile pour obtenir un premier signal électrique représentant celle-ci et on mesure également la différence entre la pression amont et la pression aval pour fournir un second signal électrique représentant cette différence de pression. Ces deux signaux sont appliqués à deux entrées respectives d'un circuit électrique de calcul qui fournit à sa sortie un signal correspondant au débit effectif du gaz. Ce dernier signal peut alors être ccmparé à un signal de consigne et le signal d'erreur résultant peut être utilisé pour commander un déplacement du clapet mobile tel que l'on obtienne un débit prédéterminé correspondant à la valeur de consigne. Un générateur de débit caTportant deux capteurs de pression ou un capteur de pression différentielle auquel on applique le fluide amont et le fluide aval est également décrit dans les articles SIEENS-ZEITSCHRIFT, volume 41, N 8, Août 1967, pages 692 - 695, Erlangen, (DE); KURT EWE: "Betriebserprobung eines Segmentblendenschiebers als Messgeber und Stellglied fUr DurchflUsse in extrem grossen Bereichen", REGUJNSTk HNISCHE PRAXIS, vol. 19, no. 4, avril 1977, pages M17-M20, R. Oldenbourg Verlag, Munich (DE); G. STROHMANN: "Lôsungen von MSR-Aufgab en" et CC ^L ENGINEERING, vol. , no. 9, septembre 1963, pages 101-105, New York (USA); G. HARTER "Gas flow control a fresh viewpoint". Tous les générateurs de débit de fluide décrits ci-dessus présentent l'inconvénient d'exiger deux capteurs de pression pour mesurer respectivement la pression amont et la pression aval, si bien que ces générateurs sont relativement caomplexe et onéreux. La présente invention permet d'éviter d'avoir recours à deux capteurs de pression et selon une variante, ne nécessite aucun capteur de pression. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on actionne le déplacement du clapet nmobile à l'aide d'un moteur pas à pas, en ce que l'on calcule le nombre de pas dont doit être déplacé le moteur en fonction de la variation de débit engendré par chaque pas, selon la géométrie de la vanne, le type d 'écoulement utilisé et la pression du gaz en amont et/ou en aval de la vanne, puis en ce que l'on engendre un signal de commande correspondant au -moteur, pour déplacer celui-ci dans le sens souhaité, du nombre de pas correspondant au débit calculé, le déplacement du moteur entraînant le déplacement corrélatif du clapet mobile. Selon un mode préférentiel de réalisation, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que, avant d'ouvrir la vanne, or. replace le clapet au contact du siège, de sorte que la vanne est fermée, on remet à zero un compteur, on calcule le nombre de pas dont on doit déplacer le moteur en fonction du débit des gaz souhaité, on affiche ce nombre de pas dans ledit compteur, puis on déplace le moteur pas à pas, chaque déplacement d'un pas engendrant une diminution de une unité du ncmebre de pas affiché dans le compteur, jusqu'à ce que ce nombre soit égal à zéro, les déplacements du moteur et du clapet mobil étant alors stoppés. L'invention concerne également un générateur de débit des gaz comportant un corps muni de moyens d'arrivée de gaz et de moyens de sortie de gaz, un clapet mobile dans le corps, dont le déplacement est catmnandé par des moyens de déplacement du clapet, ledit clapet mobile étant disposé dans une canalisation d'arrivée de gaz reliée au moyens d'arrivée de gaz et coopérant avec un siège de clapet placé entre la canalisation d'arrivée de gaz et une canalisation de sortie de gaz relié aux moyens de sortie de gaz, le déplacement du clapet sous l'action des moyens de commande permettant de faire varier le débit des gaz s'écoulant de la canalisation d'arrivée des gaz dans la canalisation de sortie des gaz, ledit générateur étant caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur de zéro du clapet mobile par rapport à son siège et en ce que les moyens se déplacement du clapet sont constitués par un moteur pas à pas destiné à être connecté à un micro-processeur, et des moyens d'entrainement du clapet coopérant avec l'axe du moteur, ledit détecteur de zéro étant destiné à être connecté audit micro-processeur capable de calculer, d'une part à partir de l'information de position zéro délivrée par ledit capteur et d'autre part à partir des informations présentes dans l'une de ses nm}ires relatives à la géamétrie desdites canalisations, aux pressions du gaz en amnont et en aval du clapet et/ou du type de débit selon lequel le générateur est susceptible de fonctionner, le nombre de pas dont doit être déplacé le moteur ainsi que le sens de déplacement de celui-ci afin d'engendrer un déplacement corrélatif du clapet. Selon un mode préférentiel de réalisation, ledit générateur est caractérisé en ce qu'il capporte un régulateur de pression placé en amont lo de la vanne formé par le clapet et son siège de manière à maintenir un débit sonique de gaz à travers ladite vanne. Selon une variante préférentielle de réalisation, le générateur est caractérisé en ce que la vanne est constituée par un pointeau cylindrique partiellement fendu coopérant avec un joint circulaire séparant la canalisation d'arrivée de gaz de celle de sortie de gaz et jouant le rôle d'un siège de clapet, et en ce que les noyens pour repérer la position du pointeau sont constitués par un ensemble émetteur-récepteur optique placé de part et d'autre du joint circulaire et orienté de manière telle que lorsque le fond de la fente du pointeau est en anont du joint circulaire par rapport au sens d'écoulement prévu du gaz ménageant ainsi un passage pour le gaz, le faisceau lumineux que peut émettre l'émetteur peut être capté par le récepteur, tandis que lorsque le fond de la fente du pointeau est en aval du joint circulaire par rapport au sens d'écoulement prévu pour le gaz, le faisceau lumineux que peut émettre 1 'émetteur ne peut être capté par le récepteur. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation suivants, donnés à titre non limitatif, conjointement avec les figures qui représentent: - la figure 1, une représentation schématique d'un exemple de réalisation du procédé selon l'invention, - la figure 2, une vue en coupe d'un générateur selon l'invention, - la figure 3, une vue en coupe schématique partielle d'un dispositif selon l'invention, - la figure 4, une variante de réalisation d'un détail représenté sur la figure 3, - la figure 5, un organigramme explicitant un mode de fonctionnement du micro-processeur comarndant le générateur de débit selon un exemple de réalisation de 1 'invention. Sur la figure 1, le récipient d'alimentation en gaz 50, sous forme liquide ou gazeuse de manière connu en soi, est relié par la canalisation 51 au détendeur piloté 52 relié par la canalisation 57 à la vanne 54 comiandée par le micro-processeur 9, ladite vanne 54 étant reliée à la canalisation 55 de sortie de gaz. Un capteur de pression 53 représenté en pointillé sur la figure peut lorsque cela s'avère nécessaire ou lorsque l'on désire connaître avec beaucoup d'exactitude la pression du gaz dans la canalisation sur 57 avant son arrivée dans la vanne 54 être connecté à ladite canalisation 57. En principe, ceci n'est pas nécessaire car le détendeur piloté 52 délivre un gaz dans la canalisation 57 dont la pression est constante quelque soit la pression en amont du détendeur 52 dans la canalisation 51. Sur la figure 2 est représenté schématiquement une vue en coupe de la vanne 54. Celle-ci comporte un corps 20 percé en son centre d'un alésage 18 dans lequel peut se déplacer par translation un clapet 11 réalisé sous la forme d'un pointeau mobile muni d'une fente 14. L'alésage 18, de forme cylindrique, et de section supérieure à la section circulaire pointeau 11, comporte un premier joint d'étanchéité 17 (sur la droite de la figure) placé en amont du sens normal d'écoulement du gaz arrivant par la canalisation d'arrivée 15 en contact avec l'alésage 18, et un second joint d'étanchéité 13 placé en aval de la canalisation d'arrivée 15, ce joint d'étanchéité 13 remplissant la fonction de clapet en coopération avec le pointeau mobile 11, ainsi que cela sera explicité ci-après. Le pointeau 11 est solidaire par son extrémité opposée à celle comportant la/ou les fentes 14 d'une pièce 1 en formoe de U, sur la branche horizontale de ce U, cette pièce en U étant mobile en translation (horizontale sur la figure) de manière à engendrer un déplacement correspondant horizontal du pointeau 11. Le déplacement de cette pièce et du pointeau est réalisé à l'aide d'une courroie crantée 2, du moteur 7 entrainant en rotation la roue dentée 6 qui entraine par la courroie 8 la roue dentée 5 dont la rotation entraine via 3, la courroie 2. Dans la canalisation 16 de sortie du gaz de la vanne, constitué par un alésage coaxial à l'alésage 18 dans le corps 20 de ladite vanne, est disposée une source lumineuse telle qu'une photodiode. Cette photodiode est donc placée en aval du clapet 13 par rapport au sens d'écoulement normal du gaz à travers la vanne. En amont du clapet 13, est disposé un photo-récepteur 10, solidaire du corps 20 de la vanne, mais dont la partie photo sensible débouche dans 1 'alésage 18, de telle sorte que lorsque le fond de la fente 14 est situé en amont du plan délimité par le joint circulaire 13 formant clapet, les rayons lumineux émis par la photo d'iode 12 sont détectés par ledit photodétecteur, tandis que lorsque le fond A de la fente 14 se trouve dans le plan du joint 13 ou en aval de celui-ci par o10 rapport au sens d'écouliement du gaz, les rayons lumineux issus de la photo d'iode 12 ne peuvent parvenir audit photo-détecteur 10. La disposition de ces éléments photos-émetteurs et photos-détecteurs doit être telle que lorsque le photo-détecteur reçoit un signal lumineux, le gaz peut s'écouler de la canalisation d'arrivée 15 vers la canalisation de sortie 16, tandis que lorsque le photo-détecteur 10 ne reçoit aucun signal lumineux, aucun courant gazeux ne peut s'écouler de la canalisation 15 vers la canalisation 16. Le photo-détecteur 10 est relié électriquement par les lignes de connexion 17 au micro-processeur 9 qui commande par les connexions électriques 18 l'avance du moteur pas à pas dans le sens voulu et selon le norbre de pas voulu, tel que cela sera explicité dans l'exemple de réalisation de la figure 5. La figure 3 représente une vue partielle en coupe de l'extrémité inférieure de la vanne 54, dans un plan perpendiculaire au plan de représentation de la figure 2, passant par l'axe du pointeau 11. Sur cette figure, sur laquelle les nmres éléments que sur les figures précédentes portent les nmmes références, on distingue clairement la fente 14 du pointeau 11, fente dont la section est rectarngulaire, la distance d entre le fond A de cette fente 14 et le plan du joint formant clapet 13 déterminant en fonction de la largeur a de la fente 14 le débit de gaz de la canalisation 15 vers la canalisation 16. La figure 4 représente une variante sch&ratique de réalisation de la figure 3, dans laquelle on a substitué au pointeau fendu de la figure 3 un pointeau biseauté comportant une face plane incliné d'un angle alpha par rapport à l'axe du pointeau 11. La distance d entre le point A représentant l'intersection de la phase biseautée et de l'enveloppe cylindrique du pointeau 11 et le plan du joint 13, ainsi que la valeur de l'angle alpha, permettent de déterminer le débit de gaz de la canalisation 15 dans la canalisation 16. Le fonctionnement et le dispositif décrits ci-dessus est le suivant. A partir d'une consigne de débit CD qui lui est délivré, le micro-processeur calcule le nombre de pas dont le moteur doit tourner, en fonction de la géométrie de l'alésage 18 de la fente 14 du pointeau ainsi que du type d'écoulement gazeux utilisé. Généralement, cet écoulement gazeux sera un écoulement sonique et l'on sait que dans ce type d' écoulement, le débit est Q de gaz à travers une vanne est égal à: Q = K x PamS, K étant un coefficient fonction de la tempférature et de la masse volumique du gaz considéré comme constant dans un but de simplification, pam étant la pression en anmont de la vanne, S représentant la section de passage du gaz dans la vanne. Le détendeur piloté étant réglé sur une valeur de pression de détente déterminée, cette information est communiquée au micro-processeur soit directement à chaque instants, soit inscrite à l'intérieur d'une méroire de stockage. A partir de ces différentes informations, le micro- processeur calcule le nombre de pas dont le moteur doit tourner. Il assure la commande du moteur et compte le nombre de pas pour connaître la position du pointeau mobile. Lorsque le nombre de pas a été réalisé, il arrête le moteur. La fermeture de la vanne est détectée par l'ensemble photo-émetteur 12, photo-détecteur 10. Quand la vanne est ouverte, c'est-à-dire lorsque le fond A de la fente 14 se trouve en anont du plan du joint 13, l'énergie lumineuse émise par le photo-émetteur 12 est reçu par le photo-détecteur 10 qui délivre un signal correspondant au micro-processeur. (Par exemple "1" logique). Quand la vanne se fenrme, la lumière ne passe plus, l'élément photodétecteur 10 n'est plus activé et un signal correspondant est envoyé via à la ligne 17 au micro-processeur 9 (par exemple "0" logique). Ainsi qu'on le verra ci-après, le signal délivré par l'élément photo sensible est exploité par le micro-processeur qui peut ainsi vérifier si le zéro réel de débit concorde bien avec le zéro qu'il obtient par comptage de ses pas. Si les deux zéros ne concordent pas, le microprocesseur remet à zéro son compteur au moment o le dispositif optique détecte un passage à zéro. Ce fconctionoent va être explicité plus en détail à 1 'aide de la figure 5 qui représente un exemple de réalisation du procédé selon l'invention. La figure 5 représente l'organigrarxe de la ccmmande du générateur de débit. - Le principe de fonctionnent est le suivant lorsque le microprocesseur lit une consigne de position du moteur (C.P), il la caompare à la position actuelle (PA) du moteur. - si CP = PA, cela veut dire que le moteur doit s'arrêter, ou rester arrêté. - si CP > PA, cela veut dire qu'il faut faire tourner le moteur dans le sens de l'ouverture du générateur de débit. - si CP sens de la fermeture du générateur de débit. A chaque fois qu'une demande d'arrêt ou d'inversion du sens de rotor (nécessitant d'abord un arrêt) est constatée, le microprocesseur capare la vitesse du moteur (VM) à la vitesse d'arrêt (VA), vitesse à laquelle le moteur peut s'arrêter brusquement sans perdre de pas. - si VM - si VM > VA, le moteur est déceléré. L'accélération et la vitesse du moteur sont fonction de l'écart CP de façon à assurer le temps le plus court possible pour atteindre la consigne de position tout en minimisant le temps d'arrêt du moteur. Lorsque la consigne de position est nulle (générateur de débit fermé) ou lorsque le moteur est en train de fermer le générateur de débit, le microprocesseur interroge le détecteur de zéro pour savoir si le générateur de débit est effectivement ferré ou non. Si le détecteur de zéro indique que le générateur de débit est fermé alors que PA n'est pas nul cela veut dire qu'il y a eu perte de pas. Dans ce cas, le microprocesseur remet PA à 0. REVENDICATIONS 1. Procédé pour contrôler le débit de gaz dans une vanne caportant un clapet mobile et un siège, dans lequel on déplace le clapet par rapport au siège afin de faire varier le débit de gaz traversant ladite vanne, caractérisé en ce qu'on actionne le déplacement du clapet mobile à l'aide d'un mateur pas à pas, on calcule le nombre de pas dont doit être déplacé le moteur en fonction de la variation de débit engendrée par chaque pas selon la géométrie de la vanne, le type d'écoulement utilisé et la pression du gaz en amont et/ou en aval de la vanne, puis en ce que 1 'on engendre un signal de commande correspondant pour déplacer dans le sens souhaité le moteur du nombre de pas correspondants au débit calculé, le déplacement du moteur entraînant le déplacement corélatif du clapet mobile. 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, avant d'ouvrir la vanne, on replace le clapet au contact du siège, de sorte que la vanne est fermée, on remet C zéro un ccmpteur, on calcule le nombre de pas dont on doit déplacer le moteur en fonction du débit de gaz souhaité, on affiche ce nombre de pas dans ledit compteur, puis on déplace le moteur pas à pas, chaque déplacement d'un pas engendrant une diminution de une unité du nombre de pas affiché dans le compteur, jusqu'à ce que ce nrmbre soit égal à zéro, le déplacement du moteur et du clapet mobile étant alors stoppé. 3. Générateur de débit de gaz comportant un corps muni de moyens de sortie de gaz, un clapet mobile dans le corps dont le déplacement est commandé par des moyens de déplacement du clapet, ledit clapet mobile étant disposé dans une canalisation d'arrivée de gaz reliée aux moyens d'arrivée de gaz et coopérant avec un siège de clapet placé entre la canalisation d'arrivée de gaz et une canalisation de gaz reliée aux moyens de sortie de gaz, le déplacement du clapet sous 1 'action des moyens de ccrnande permettant de faire varier le débit de gaz s'écoulant de la canalisation d'arrivée de gaz dans la canalisation de sortie de gaz, caractérisé en ce qu'il coemporte un capteur de position du clapet mobile par rapport à son siège, et en ce que les moyens de déplacement du clapet sont constitués par un moteur pas à pas destiné à être connecté à un micro-processeur et des moyens d'entralnement du clapet coopérant avec l'axe du moteur, ledit capteur étant destiné à être connecté audit micro- processeur capable de calculer le nombre de pas de déplacement d'une part, à partir de l'information de position délivrée par ledit capteur et d'autre part, à partir des informations présentes dans l'une de ses mémoires relatives à la géanétrie desdites canalisations, aux pressions du gaz en amont et en aval du clapet ainsi que du type de débit selon lequel le générateur est susceptible de fonctionner. 4. CGénérateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit générateur canporte un régulateur de pression placé en amont de la vanne formée par le clapet et son siège, de manière à maintenir un débit sonique de gaz à travers ladite vanne. l0 5. CGénérateur selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la vanne est constituée par un pointeau partiellement fendu coopérant avec un joint circulaire séparant la canalisation d'arrivée de gaz de celle de sortie de gaz et en ce que les moyens pour repérer la position du pointeau sont constitués par un ensemble émetteur-récepteur optique placés de part et d'autre du joint circulaire et orientés de manière telle que lorsque le fond de la fente du pointeau est en amont du joint circulaire par rapport au sens d'écoulement prévu du gaz, ménageant ainsi un passage pour le gaz, le faisceau luminneux que peut émettre l'émetteur peut être capté par le récepteur, tandis que lorsque le fond de la fente du pointeau est en aval du joint circulaire par rapport au sens d'écoulement prévu par le gaz, le faisceau lumineux que peut émettre l'émetteur ne peut être capté par le récepteur.