Brevet FR2687446A1 — publié le 19930820

CIRCUIT DE COMMANDE DE VANNE La présente invention concerne un circuit de commande de vanne et notamment d'une vanne dont le débit dépend de la position angulaire du rotor d'un moteur de commande. Une telle vanne est décrite dans la demande de brevet français 2 660 981 Cette vanne comprend une pièce basculante écrasant, sous l'action d'un ressort, un tube dans lequel passe un fluide Au repos, la pièce basculante écrase complètement le tube et le débit est nul Un moteur démultiplié agit sur la pièce basculante à l'encontre du ressort Lorsqu'on veut établir un débit, le moteur est commandé pour effectuer un certain nombre de rotations correspondant à une position prédéterminée de la pièce basculante et à un débit associé Il est décrit dans cette demande comment il faut choisir la tension de commande du moteur pour établir un débit choisi. La figure 1 illustre l'allure de la tension VM à appliquer au moteur pour obtenir deux débits différents A un instant to, la tension VM est nulle, ce qui correspond à la position de repos du moteur et à un débit nul A un instant tl, on veut établir un premier débit La tension VM passe à une valeur E suffisante pour entraîner le moteur en rotation à l'encontre du ressort susmentionné La valeur E est maintenue pendant un intervalle de temps Ti o le moteur effectue un certain nombre de tours correspondant à une position déterminée de la pièce basculante et donc à un débit associé A la fin de l'intervalle Tl, c'est-à-dire à un instant tl+Tl, la tension VM est abaissée jusqu'à une valeur Vî qui n'est pas suffisante pour entraîner en rotation le moteur mais qui suffit à maintenir le moteur dans sa position malgré l'effort du ressort Grâce aux importantes forces de frottement intervenant dans la transmis- sion de mouvement du moteur à la pièce basculante, il n'est pas nécessaire de connaître avec précision cette valeur Vl La valeur Vi peut être facilement déterminée par des essais et peut être choisie dans une plage de valeurs qui est d'autant plus grande que les efforts de frottement sont élevés. A un instant t 2, on désire, par exemple, augmenter le débit La tension VM est annulée pour que le moteur retrouve sa position de repos de débit nul A un instant ultérieur t 3, on réapplique au moteur une tension E pendant un intervalle de temps T 2 correspondant au nouveau débit A un instant t 3 +T 2, la tension VM est abaissée de nouveau jusqu'à la valeur Vî de maintien du nouveau débit Il faut passer par une étape de repos (entre t 2 et t 3) avant l'établissement d'un nouveau débit pour conserver l'origine de débit nul et non l'origine correspondant au débit précédent Ceci permet d'étalonner avec précision les durées de commande en fonction des débits. Un objet de la présente invention est de prévoir un circuit de commande permettant d'établir, en fonction d'une tension de consigne de débit, une tension de commande du moteur présentant l'allure de la figure 1. Cet objet est atteint grâce à un circuit de commande d'une vanne dont le débit dépend de la position d'un élément mobile d'un moteur, rappelé vers une position de repos en l'absence d'alimentation du moteur Le circuit comprend: un détecteur de variation de tension recevant en entrée une tension de consigne de débit et délivrant un signal de détection à l'état actif tant que la tension de consigne varie; un tempori- sateur prévu pour compter un intervalle de temps de durée variant dans le même sens que la tension de consigne et pour être initialisé par ledit état actif; et des moyens associés au temporisateur pour fournir au moteur une tension nulle tant que ledit signal de détection est actif, une tension suffisante pour entraîner le moteur lorsque le temporisateur compte l'intervalle de temps, et une tension suffisante pour maintenir le moteur dans sa position à la fin de l'intervalle de temps. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le temporisateur comprend un comparateur comparant la tension de consigne et la tension présente aux bornes d'une capacité char- gée par une source de courant, une diode étant disposée entre la capacité et la sortie du détecteur pour décharger la capacité lorsque le signal de détection est actif. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les moyens associés au temporisateur comprennent un pont divi- seur relié entre la sortie du comparateur et un potentiel haut, la tension présente en un point intermédiaire du pont diviseur étant amplifiée en courant pour être appliquée aux bornes du moteur, une diode étant disposée entre ledit point intermédiaire du pont et la sortie du détecteur pour annuler la tension en ce point intermédiaire lorsque le signal de détection est actif. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le détecteur comprend au moins un montage constitué d'un compa- rateur recevant sur une entrée la tension de consigne et sur l'autre entrée la tension de consigne à travers un filtre passe- bas, et d'une résistance reliée entre un potentiel adéquat et une des entrées du comparateur pour que ce comparateur fournisse au repos un signal de détection à l'état inactif. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1, précédemment décrite, représente l'allure d'une tension de commande à fournir à une vanne; la figure 2 illustre schématiquement un mode de réali- sation de circuit de commande selon la présente invention, capa- ble de générer la tension de la figure 1; les figures 3 A à 3 C représentent les allures de signaux en différents noeuds du circuit de la figure 2; la figure 4 représente un mode de réalisation d'un détecteur de variation utilisé dans le circuit de la figure 2; et la figure 5 représente des circuits optionnels que l'on peut combiner au circuit de la figure 2. A la figure 2, on retrouve un moteur de commande M d'une vanne telle que décrite précédemment Ce moteur est relié à un potentiel de référence G, tel que la masse, et piloté par un transistor Darlington Qi relié à une tension d'alimentation Vcc Le transistor Ql est monté en suiveur et sa base est com- mandée à travers un pont de résistance Ri, R 2 relié entre une tension constante E et la sortie d'un comparateur 10 De préfé- rence, ce comparateur 10 est choisi à sortie à collecteur ouvert, c'està-dire que, à l'état bas, la sortie est reliée à la masse et, à l'état haut, la sortie est à haute impédance. L'entrée non-inverseuse du comparateur 10 reçoit une tension de consigne de débit Vc qui peut être fournie par un potentiomètre manuel ou par une installation utilisant la vanne à commander Cette tension Vc est variable entre O et la tension E L'entrée inverseuse du comparateur 10 est reliée à un point de connexion au noeud A entre une capacité Cl reliée à la masse et une source de courant 12 reliée à la tension constante E. La tension de consigne Vc est également appliquée à l'entrée d'un détecteur de variation 14 dont la sortie B est reliée au noeud A et à la base du transistor Ql par des diodes, Dl et D 2 respectivement, montées dans le sens bloquant Une capacité C 2 est reliée entre l'entrée du détecteur 14 et la masse pour lisser des variations brusques de la tension de consigne Vc Le fonctionnement de ce circuit sera décrit en relation avec les courbes des figures 3 A à 3 C. La figure 3 A représente par un trait plein l'allure de la tension de consigne Vc lors d'une demande d'augmentation de débit et, par un trait en pointillés, l'allure de la tension VA résultant au noeud A La figure 3 B représente l'allure de la tension VB de sortie du détecteur 14 La figure 3 C illustre l'allure de la tension VM obtenue aux bornes du moteur. Jusqu'à un instant t 2, correspondant par exemple à l'instant t 2 de la figure 1, la tension de consigne Vc est cons- tante et égale à une valeur basse La tension de sortie VB du détecteur est à une valeur inactive correspondant à la tension constante E, ou à toute tension supérieure à la valeur maximale de la tension Vc, telle que la tension d'alimentation Voc. Ainsi, la diode Dl est bloquée et permet à la capacité Cl de se charger à sa valeur maximale E La tension sur l'entrée inver- seuse du comparateur 10 étant donc supérieure à la tension de consigne Vo sur l'entrée non-inverseuse, la sortie du compara- teur 10 est à sa valeur basse 0 On retrouve donc aux bornes du moteur une tension Vî pratiquement égale à la tension E divisée par le rapport du pont Rl, R 2 Comme on l'a mentionné précédem- ment, la tension Vl est insuffisante pour entraîner en rotation le moteur, mais suffisante pour maintenir le moteur dans sa position à l'encontre du ressort susmentionné La tension de sortie du pont Rl, R 2 n'est pas affectée par la diode D 2 qui est également bloquée. A l'instant t 2, on désire augmenter le débit de la vanne A partir de l'instant t 2, la tension de consigne Vo augmente progressivement, freinée par la capacité C 2, jusqu'à un instant t 3 o elle atteint sa nouvelle valeur de consigne plus élevée Pendant toute la durée de variation de la tension Vo, la tension de sortie VB du détecteur 14 s'annule, ce qui correspond à un niveau actif La diode Dl devient passante entraînant la décharge de la capacité Cl, ce qui est représenté par l'annula- tion rapide de la tension VA La diode D 2 devient également passante et provoque l'annulation de la tension de sortie du pont Rl, R 2, et donc de la tension VM aux bornes du moteur. A l'instant t 3, la tension de consigne Vc cesse de varier et la tension de sortie du détecteur 14 rejoint son état inactif E Les diodes Dl et D 2 se bloquent, la capacité Cl peut donc se recharger et le pont Ri, R 2 n'est plus inhibé La ten- sion VA aux bornes de la capacité Cl croît progressivement jusqu'à sa valeur maximale E On a représenté la tension VA en train de croître linéairement, ceci dépend de la nature de la source de courant 12; si la source 12 est une résistance, la tension VA croît selon une exponentielle. A un instant t 3 +T 2, la tension VA atteint la tension de consigne Vc Entre les instants t 3 et t 3 +T 2, la sortie du comparateur 10 est à son état haut et on retrouve aux bornes du moteur une tension VM qui est pratiquement égale à la tension E alors présente à la sortie du pont Rt, R 2 A l'instant t 3 +T 2, la sortie du comparateur 10 bascule à son état bas et on se retrouve dans les conditions précédant l'instant t 2, le moteur étant arrêté dans une nouvelle position déterminée par la durée T 2 de charge de la capacité Cl jusqu'à la nouvelle valeur de consigne Vc. La figure 4 représente un mode de réalisation du détecteur de variation 14 Ce détecteur comprend deux compara- teurs dont les sorties, qui sont à collecteur ouvert, sont reliées ensemble et constituent la sortie B du circuit détecteur 14 Un premier comparateur 20 est monté dans une configuration permettant de détecter une décroissance de la tension Vc et le deuxième comparateur 22 est monté dans une configuration permet- tant de détecter une croissance de la tension Vc. L'entrée non-inverseuse du comparateur 20 reçoit directement la tension Vc et l'entrée inverseuse reçoit cette tension Vc à travers un filtre passe-bas Le filtre passe-bas est ici constitué d'une cellule RC formée d'une résistance R 3 reliée à la tension Vc et disposée en série avec une capacité C 3 reliée à la masse Une résistance de forte valeur R 4 est dispo- sée entre l'entrée inverseuse du comparateur 20 et la masse pour rendre, au repos, la tension Vo sur 1 ' entrée inverseuse légère- ment inférieure à la tension Vc sur l'entrée non-inverseuse. Ainsi, on est sûr que la sortie du comparateur 20 est, au repos, à l'état inactif (état haut). Le caoparateur 22 est monté selon une configuration symétrique La tension Vc est directement appliquée sur l'entrée inverseuse du comparateur 22 et par l'intermédiaire d'une cel- lule RC sur l'entrée non-inverseuse du comparateur 22 La cel- lule RC est formée d'une résistance R 5 reliée à la tension Vc et disposée en série avec une capacité C 5 que l'on a représentée reliée à la tension E La capacité C 5 peut être reliée à tout autre potentiel fixe, tel que la masse La tension Vc+ sur l'entrée non-inverseuse du comparateur 22 est établie à une valeur légèrement supérieure à la tension Vc de 1 'entrée inver- seuse par une résistance R 6 de forte valeur reliée à un poten- tiel supérieur à Vc, tel que la tension E Ainsi, comme pour le comparateur 20, la sortie du comparateur 22 est, au repos, à l'état inactif (haut). Lorsque la tension Vc augmente, la tension Vc+ sur l'entrée noninverseuse du comparateur 22 croit plus lentement que la tension Vc sur l'entrée inverseuse du comparateur 22 grâce à la cellule R 5, C 5 Ainsi, la tension Vc dépasse rapide- ment la tension Vc+ et la tension de sortie du comparateur 22 bascule à 1 'état bas, et ceci tant que la tension Vc continue à croître Le comparateur 20 ne réagit pas car la tension Vc reste toujours supérieure à la tension Vc sur l'entrée inverseuse du comparateur 20. Lorsque la tension Vo décroît, le fonctionnement est symétrique Grâce à la cellule R 3, C 3, la tension Vc sur l'en- trée inverseuse du comparateur 20 décroît moins vite que la tension Vc et la sortie des comparateurs 20 bascule à l'état bas Ici, le comparateur 22 ne réagit pas. On obtient donc bien à la sortie d'un tel détecteur, comme cela a été décrit en relation avec les courbes 3 A à 3 C, un état bas lorsque la tension Vc varie dans un sens ou dans 1 'autre, et un état bloquant les diodes Dl et D 2 lorsque la tension Vo est constante. La figure 5 représente des circuits optionnels que l'on peut ajouter au circuit de la figure 2 Ces circuits sont destinés à prévoir une annulation franche du débit lorsque la tension de consigne Vc est proche d'une valeur correspondant à un débit presque nul. La tension Vc fournie au circuit de la figure 2 est obtenue au point de connexion entre un potentiomètre Pl relié à la tension E et un pont diviseur R 10, R Ul relié à la masse Le pont diviseur R 10, Rîl commande la base d'un transistor Q 2 à émetteur relié à la masse Un autre pont diviseur R 12, R 13 est relié entre le collecteur du transistor Q 2 et la tension E A la sortie de ce pont diviseur R 12, R 13 est prise une tension de référence Vref. La sortie du pont Rl, R 2 de la figure 2 est reliée à la sortie à collecteur ouvert d'un comparateur 30 L'entrée non-inverseuse de ce comparateur 30 reçoit la tension de con- signe Vo et l'entrée inverseuse la tension de référence Vref. Lorsque la tension Vo est réglée à une valeur suffisamment grande, la tension de sortie du pont R 10, Rll est suffisamment grande pour commander le transistor Q 2 qui est alors passant Le pont R 12, R 13 fournissant la tension de référence Vref est choisi de manière que la tension Vref soit inférieure à la valeur minimale d'utilisation normale de la tension Vc Ainsi, le comparateur 30 n'intervient pas sur la commande du moteur M lors de réglages de débit habituels. Lorsque la tension Vc atteint une valeur minimale correspondant à une tension de sortie du pont R 10, Rll égale à la tension base-émetteur du transistor Q 2, le transistor Q 2 se bloque et la tension Vref atteint la valeur E Alors, la sortie du comparateur 30 bascule à l'état bas qui inhibe la commande du moteur M. De nombreuses variantes et modifications apparaîtront à l'homme du métier, il pourra notamment réaliser de nombreuses manières les fonctions des circuits décrits Notamment, le comparateur 10, la source de courant 12, la capacité Cl et la diode Dl peuvent être remplacés par un temporisateur fournissant une impulsion de durée déterminée par la tension de consigne Vo et remis à zéro par l'impulsion de sortie du détecteur 14 Le détecteur 14 peut être réalisé à partir d'un dérivateur dont le signal de sortie est redressé et inversé. REVENDICATIONS 1 Circuit de commande d' une vanne dont le débit dépend de la position d'un élément mobile d'un moteur (M), rappelé vers une position de repos en l'absence d'alimentation du moteur, caractérisé en ce qu'il comprend: un détecteur ( 14) de variation de tension recevant en entrée une tension de consigne de débit (Vc) et délivrant un signal de détection (VB) à l'état actif ( 0) tant que la tension de consigne varie; un temporisateur ( 10, 12, Cl, Dl) prévu pour compter un intervalle de temps de durée variant dans le même sens que la tension de consigne et pour être initialisé par ledit état actif; et des moyens (D 2, Rl, R 2, Qi) associés au temporisa- teur pour fournir au moteur une tension nulle tant que ledit signal de détection est actif, une tension suffisante pour entraîner le moteur lorsque le temporisateur compte l'intervalle de temps, et une tension suffisante pour maintenir le moteur dans sa position à la fin de l'intervalle de temps. 2 Circuit de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le temporisateur comprend un comparateur ( 10) comparant la tension de consigne (Vc) et la tension (VA) présente aux bornes d'une capacité (Cl) chargée par une source de courant ( 12), une diode (Dl) étant disposée entre la capacité et la sortie du détecteur ( 14) pour décharger la capacité lors- que le signal de détection (VB) est actif. 3 Circuit de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens associés au temporisateur comprennent un pont diviseur (Ri, R 2) relié entre la sortie du comparateur ( 10) et un potentiel haut (E), la tension présente en un point intermédiaire du pont diviseur étant amplifiée en courant pour être appliquée aux bornes du moteur (M), une diode (D 2) étant disposée entre ledit point intermédiaire du pont et la sortie du détecteur ( 14) pour annuler la tension en ce point intermédiaire lorsque le signal de détection (VB) est actif. ll 4 Circuit de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur ( 14) comprend au moins un montage constitué d'un comparateur ( 20, 22) recevant sur une entrée la tension de consigne (Vc) et sur l'autre entrée la5 tension de consigne à travers un filtre passe-bas (R 3-C 3, R 5-C 5), et d'une résistance (R 4, R 6) reliée entre un potentiel adéquat (E, 0) et une des entrées du comparateur pour que ce ccmparateur fournisse au repos un signal de détection à l'état inactif.