Brevet FR2644581A1 — publié le 19900921

- - COMPTEUR VOLUMETRIQUE A PISTON ROTATIF La présente invention concerne un compteur volumétrique à piston rotatif, comportant un rotor portant au moins un excitateur, un stator équipé d'au moins un capteur et un module électronique de comptage d'impulsions, agencé pour compter les impulsions engendrées par ledit excitateur et détectées par ledit capteur. Les compteurs volumétriques les plus couramment utilisés pour mesurer un volume de liquide ou de gaz comportent un totaliseur mécanique et/ou un rotor équipé d'au moins un excitateur et un stator pourvu d'au moins un capteur. Le rotor a tendance à osciller lorsque le débit du fluide subit des variations, comme c'est par exemple le cas pour la mesure de la consommation de carburant sur des moteurs à combustion interne ou pour des brûleurs à combustibles liquides ou gazeux dont l'enclenchement et le déclenchement sont commandés par un thermostat ou par un circuit programmé. Cette oscillation du rotor n'est nullement gênante si la transmission se fait sur un totalisateur mécanique qui suit le mouvement de ce rotor. Il en est de même lorsque le mouvement du rotor est transmis à un émetteur d'impulsions comportant une hystérèse importante entre l'enclenchement et le déclenchement du signal restitué par le. capteur, ce qui est par exemple le cas pour les contacteurs du type "Reed". En revanche, cette oscillation est particulièrement gênante si le système comporte plusieurs excitateurs et/ou plusieurs capteurs unipolaires, ce qui est le cas des compteurs volumétriques de haute résolution pour lesquels le nombre d'impulsions émises par les capteurs est supérieur à une par tour de rotor. Ces systèmes à haute résolution sont par exemple utilisés sur des systèmes de contrôle de haut de gamme pour mesurer la consommation instantanée en carburant qui est ensuite affichée soit en litres par 100 km, en gallon par miles ou en litres par heure ou toute autre unité de mesure courante. D'une manière générale, ce type de 2- compteur volumétrique est utilisable pour toutes les applications qui nécessitent la mesure avec une précision importante, de quantités de fluides divisées en petites fractions de l'unité de mesure. Les oscillations du rotor des compteurs volumétriques de ce type sont particulièrement gênantes, étant donné qu'elles aboutissent à l'enregis- trement de plusieurs passages du ou des excitateurs devant un même capteur, ce qui a pour effet d'enregistrer un nombre d'impulsions correspondant au nombre de ces passages supérieur au nombre normal permettant de déterminer le nombre de tours du rotor. Ceci a pour conséquence de fausser les mesures. - La présente invention se propose de pallier cet inconvénient en réalisant un compteur volumétrique de haute précision comportant au moins un excitateur et au moins un capteur, pour lequel les éventuelles oscillations n'engendrent pas des impulsions supplémentaires mémorisées par le module électronique et interprétées comme des déplacements positifs du rotor. Dans ce but, le compteur selon l'invention est caractérisé en ce que ledit capteur est logé dans un élément dudit boîtier au voisinage de la périphérie dudit rotor. Selon un mode de réalisation préféré, ledit élément du bottier dans lequel est logé le capteur est constitué par une plaque de fermeture, et ce capteur est disposé dans une cavité ménagée dans l'épaisseur de cette plaque. Dans ce cas, ladite cavité est avantageusement borgne et ne communique pas avec l'intérieur du boîtier. Dans le cas o le compteur comporte plusieurs capteurs logés respectivement dans plusieurs cavités, ces dernières sont de préférence ménagées sur un cercle concentrique au rotor. Selon une forme de réalisation particulière, les cavités sont réguliè- - 3 - rement espacées les unes par rapport aux autres. Selon une autre forme de réalisation particulière, les cavités sont espacées de façon irrégulière les unes par rapport aux autres. Dans une construction particulièrement avantageuse, ledit module électronique est monté dans un évidement ménagé dans ladite plaque de fermeture. Cet évidement est de préférence ménagé dans la face supérieure de ladite plaque. Pour assurer une bonne protection contre l'humidité et d'autres contraintes extérieures, lesdits capteurs et ledit module électronique sont avantageusement surmoulés dans une matière synthétique polymé- risable. Selon un mode de réalisation préféré, le module électronique comporte des moyens pour définir le sens de défilement dudit excitateur par rapport audit capteur. Selon une forme de réalisation avantageuse, le rotor comporte deux excitateurs magnétiques de polarité opposée et le stator est équipé d'au moins un capteur du type bipolaire. Selon une autre forme de réalisation avantageuse, Je rotor comporte au moins un excitateur magnétique, le stator est équipé d'au moins deux capteurs du type unipolaire et le module électronique comporte un dispositif de verrouillage conçu pour bloquer chaque capteur de manière à empêcher le comptage des impulsions émises en réponse à une excitation de l'excitateur si les impulsions ne correspondent pas à une séquence prédéterminée. Selon une forme de réalisation particulière, le module électronique est indépendant, monté à l'extérieur du boîtier et relié par des conducteurs électriques aux capteurs logés dans des cavités de la plaque de fermeture. -4- La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'exemples de réalisation et du dessin annexé dans lequel: la figure 1 représente une vue en coupe axiale du compteur volumétrique selon l'invention, la figure 2 représente une vue de dessus illustrant la plaque supérieure de ce compteur, les figures 3A, 3B, 3C, 3D, 3E et 3F illustrent schématiquement diverses variantes de réalisation du compteur volumétrique selon I'invention, équipé de capteurs unipolaires, les figures 4A, 4B, 4C, 4D, 4E, et 4F illustrent schématiquement diverses variantes de réalisation du compteur volumétrique selon l'invention, équipé de capteurs bipolaires, la figure 5 représente un schéma de principe illustrant le fonctionnement du module électronique, et la figure 6 représente une vue de détail du module électronique associé aux variantes à capteurs unipolaires de la figure 3. En référence aux figures I et 2, le compteur volumétrique représenté comprend un boîtier 10 définissant une chambre de mesure Il et contenant un piston rotatif 12 auquel est associé un rotor 13 qui porte un ou plusieurs excitateurs 14 constitués de préférence par des aimants permanents. Le boîtier 10 comprend une plaque de fermeture supérieure , représentée vue de dessus par la figure 2, et comportant, dans l'exemple représenté, quatre cavités 16 qui contiennent chacune un capteur 17. Ces capteurs 17 sont connectés à un module électronique 18 qui est dans ce cas directement monté sur la face supérieure de la plaque , de préférence dans un évidement approprié. Après montage, l'ensemble capteurs-module électronique est surmoulé dans une substance synthétique polymérisable, par exemple une résine époxyde. Les cavités 16 sont disposées de telle manière que la distance qui sépare le ou les excitateurs 14 des capteurs lorsque le rotor tourne autour de son axe, soit aussi faible que possible. Elles sont avantageusement disposées sur un cercle concentrique au rotor. Cette construction est particulièrement avantageuse, étant donné qu'elle permet une réalisation compacte dans laquelle les capteurs sont directement logés dans l'épaisseur de la plaque supérieure du boîtier du compteur. L'excitateur est avantageusement un aimant permanent et les capteurs sont avantageusement des capteurs de champ magnétique unipolaires ou bipolaires. Cette construction permet d'obtenir, à partir de deux pièces en mouvement, un nombre d'impulsions précis par tour de rotor. Ce nombre d'impulsions dépend du nombre de capteurs implantés dans la plaque supérieure du boîtier et du nombre d'aimants montés sur le rotor entraîné par le piston rotatif du compteur. Dans le cas particulier o les capteurs sont du type unipolaire, un dispositif de verrouillage qui sera décrit ci-dessous, évite le comptage d'impulsions qui ne correspondent pas à des déplacements positifs du rotor mais qui sont dus à des oscillations de ce dernier, produites par des arrêts, des démarrages ou d'autres variations du débit du fluide à mesurer. Ce dispositif de verrouillage n'est obligatoire que dans le cas o les capteurs sont du type unipolaire, et inutile dans le cas o ils sont bipolaires. Une des originalités de la construction de ce compteur réside dans le fait que l'implantation des capteurs est effectuée de telle manière qu'ils ne rentrent pas en contact avec le fluide à mesurer ce qui résoud intégralement les problèmes d'étanchéité du compteur. Compte tenu de la puissance des aimants actuellement disponibles sur le marché et grâce à un positionnement précis des capteurs implantés dans la plaque supérieure, le passage des- aimants peut être enregistré de façon régulière et précise par les capteurs sensibles aux champs magnétiques. La disposition des excitateurs est en principe régulière, c'est-à-dire que l'angle au centre séparant ces éléments entre eux est le même pour tous. Toutefois, cette disposition n'est pas obligatoire. On peut décaler certains excitateurs par rapport à cette position pour tenir compte du -6 - défaut de proportionnalité entre l'angle de rotation du piston et le volume correspondant déplacé, pour certains types de compteurs à piston rotatif. Le champ magnétique des aimants correspond à un axe radial- du rotor, ce qui a pour effet de permettre un déclenchement franc des capteurs par le changement de l'angle de l'axe magnétique par rapport à la surface sensible de ces capteurs lors de la rotation du rotor portant les aimants. D'une manière. générale, dans le cas des capteurs unipolaires, l'angle admissible pour des oscillations du rotor ne provoquant pas le déclanchement d'impulsions non imputables à une rotation positive de ce rotor se calcule d'après la formule ci-dessous: 360 x (nombre de capteurs - 1) Angle de non- - Hystérèse déclenchement Nbre de capteurs x nbre excitateurs A titre d'exemple, lorsque le compteur volumétrique comporte quatre capteurs et trois excitateurs, le nombre d'impulsions par tour de rotor, qui est égal au produit du nombre de capteurs par le nombre d'excita- teurs est dans ce cas égal à douze impulsions. En référence à la formule ci-dessus, l'angle de non-déclenchement ou l'angle des oscillations admissibles est égal à 360 x (4 - 1) = 90 - Hystérèse 4 x 3 La figure 3A représente schématiquement un dispositif dans lequel le rotor comporte un excitateur 20 et deux capteurs 21 et 22 disposés à l'un de l'autre. Le nombre des impulsions par tour est égal au produit du nombre de capteurs par le nombre d'excitateurs soit deux impulsions par tour. - 7- La figure 3B illustre une variante dans laquelle le nombre d'excitateurs est égal à deux et le nombre de capteurs 31, 32 et 33 est égal à trois. Les excitateurs sont disposés à 180 et les capteurs sont disposés à 120 . Le nombre des impulsions est égal à six impulsions par tour. La figure 3C illustre une variante dans laquelle le nombre d'excitateurs est égal à quatre et o le nombre de capteurs 41, 42, 43 est égal à trois. Les excitateurs sont disposés à 90 les uns des autres et les capteurs sont disposés à 120 les uns des autres. Le nombre des impulsions est égal à douze impulsions par tour du rotor. La figure 3D illustre une autre variante dans laquelle le nombre des excitateurs 50 est égal à trois et le nombre des capteurs respectivement 51, 52, 53 et 54 est égal à quatre. Les excitateurs sont disposés à 120 les uns des autres et les capteurs sont disposés à 90 les uns des autres. Le nombre des impulsions par tour de rotor est égal à douze. En référence à la figure 3E, le dispositif comporte trois excitateurs 60 disposés à 120 et cinq capteurs respectivement 61, 62, 63, 64 et 65 disposés à 72 . Le nombre des impulsions par tour de rotor est égal à quinze. La dernière variante représentée par la figure 3F comporte quatre excitateurs 70 disposés à 90 les uns des autres et cinq capteurs respectivement 71, 72, 73, 74 et 75, disposés à 72 . Le nombre des impulsions par tour de rotor est égal à vingt. Ces différentes variantes ont été définies à titre d'illustration. Le nombre des capteurs et le nombre des excitateurs ne sont pas limités. Le nombre des impulsions est, comme mentionné précédemment, égal au produit du nombre de capteurs par le nombre d'excitateurs. Les figures illustrent diverses formes de réalisation utilisant des excitateurs magnétiques et des capteurs bipolaires. Dans ce cas, les excitateurs magnétiques sont obligatoirement en nombre pair et disposés de telle manière qu'au cours d'un cycle du rotor, chaque pôle nord soit - 8suivi d'un pôle sud. En effet, les capteurs bipolaires ont la particularité de commuter dans un sens lorsqu'ils sont excités par un pôle nord et de rester dans cet état jusqu'au moment o ils sont excités par la polarité inverse. Ce n'est donc qu'au passage d'un pôle sud qu'ils commutent dans l'autre état. L'utilisation de ces capteurs permet d'éviter le recours à un système de verrouillage. Seule la séquence de défilement normal des excitations devant les capteurs provoque l'émision d'impulsions. Des oscillations faisant passer plusieurs fois un même excitateur devant un capteur n'ont aucun effet sur ce dernier. La figure 4A représente une forme de réalisation dans laquelle le compteur comporte un capteur bipolaire 80, un excitateur 81 de polarité nord et un excitateur 82 de polarité sud. Le nombre d'impulsions par tour est de une impulsion. L'angle maximal d'oscillation est de 180 moins l'hystérèse. L'exemple de la figure 4B illustre un compteur ayant un capteur bipolaire 90 et quatre excitateurs 91 à 94, ayant des polarités deux à deux opposées. Le nombre des impulsions par tour est de deux et l'angle maximal d'oscillation est de 90 moins l'hystérèse. Dans le cas de la figure 4C, le compteur comporte un capteur bipolaire 100 et trois paires d'excitateurs. Le nombre des impulsions par tour de rotor est de trois et l'angle maximal d'oscillations est de 60 moins l'hytérèse. On constate que, d'une manière plus générale, lorsque le compteur comporte un seul capteur, le nombre des impulsions par tour est égal au nombre de paires d'excitateurs. D'une manière générale, le nombre des impulsions par tour est égal au produit du nombre de capteurs bipolaires par le nombre de paires d'excitateurs magnétiques. Dans l'exemple de la figure 4E, le compteur comporte quatre capteurs , 140, 150, 160 et le rotor porte deux excitateurs repectivement nord -9131 et sud 132. Le nombre des impulsions est égal à quatre et l'angle des oscillations permises est égal à 180 moins I'hystérèse. Dans l'exemple de la figure 4F, le compteur comporte quatre capteurs 170, 180, 190, 200 et le rotor porte quatre excitateurs 171, 172, 173 et 174 deux à deux de polarité opposée. Le nombre des impulsions par tour est de huit et l'angle des oscillations permises est de 90 moins l'hystérèse. Le circuit de la figure 5 représente un exemple de réalisation du module électronique comportant quatre capteurs A, B, C et D qui sont respectivement connectés à des transistors T1, T2, T3 et T4, par l'intermédiaire de résistances R11, R12; R21, R22; R31 R32; R41, R42 Les transistors sont respectivement connectés à une entrée d'une porte ET, P1. P2, P3 et P4. L'autre entrée de ces portes est connectée à un compteur C. Le compteur émet un signal à la sortie S si un des capteurs a été excité et si les autres capteurs ont été excités préalablement selon une séquence prédéterminée. La figure 6 représente schématiquement le principe de fonctionnement du dispositif. Les capteurs A, B, C, D, lorsqu'ils sont excités par le champ magnétique transmis par les aimants fixés sur le rotor, émettent une impulsion 1P, 12, 13 14 qui est envoyée à l'entrée d'un dispositif de verrouillage V dont le rôle consiste à enregistrer ces impulsions dans l'ordre chronologique dans lequel elles doivent être normalement envoyées et à émettre un signal S sur un étage de sortie qui est constitué par un compteur d'impulsions. Le dispositif de verrouillage est conçu de telle manière qu'une impulsion déterminée n'est pas acceptée si l'impulsion immédiatement précédente n'a pas été enregistrée. De telle manière, les impulsions parasites dues à des oscillations ne peuvent pas être décomptées et, par conséquent, ne peuvent pas fausser les mesures. La présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites, mais peut subir différentes modifications et se présenter sous divers variantes évidentes pour l'homme de l'art. - 10- Revendications 1. Compteur volumétrique à piston rotatif, comportant un boîtier (10) dans lequel sont logés un rotor (13) portant au moins un excitateur (14), un stator équipé d'au moins un capteur (17) et un module électronique (18) de comptage d'impulsions, agencé pour compter les impulsions engendrées par ledit excitateur (14) et détectées par ledit capteur, caractérisé en ce que ledit capteur (17) est logé dans un élément dudit boîtier (10) au voisinage de la périphérie dudit rotor (13). 2. Compteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément du boîtier dans lequel est logé le capteur est constitué par une plaque de fermeture (15), et en ce que ledit capteur est disposé dans une cavité (16) ménagée dans l'épaisseur de cette plaque. 3d Compteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite cavité (16) est borgne et ne communique pas avec l'intérieur du boîtier. 4. Compteur selon la revendication 1., caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs capteurs (17) disposés respectivement dans plusieurs cavités et en ce que les cavités sont disposées sur un cercle concentrique au rotor (13). 5. Compteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les cavités (16) sont régulièrement espacées les unes par rapport aux autres. 6. Compteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les cavités sont espacées de façon irrégulières les unes par rapport aux autres. 7. Compteur selon la revendication 1 et 2, caractérisé en ce que ledit module électronique (18) est monté dans un évidement ménagé dans ladite plaque de fermeture (15). 8. Compteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit évidement est ménagé dans la face supérieure de ladite plaque. - 1l - 9. Compteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits capteurs (17) et ledit module électronique (18) sont surmoulés dans une matière synthétique polymérisable. 10. Compteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module électronique (18) comporte des moyens pour définir le sens de défilement dudit excitateur (14) par rapport audit capteur (17). 11. Compteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le rotor comporte deux excitateurs magnétiques (81, 82) de polarité opposée et en ce que le stator est équipé d'au moins un capteur du type bipolaire (80). 12. Compteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le rotor comporte au moins un excitateur magnétique, en ce que le stator est équipé d'au moins deux capteurs du type unipolaire et en ce que le module électronique comporte un dispositif de verrouillage conçu pour bloquer chaque capteur de manière à empêcher le comptage des impulsions émises en réponse à une excitation de l'excitateur si les impulsions ne correspondent pas à une séquence prédéterminée. 13. Compteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le module électronique du boîtier est relié par des conducteurs électriques aux capteurs logés dans des cavités de la plaque de fermeture.