Brevet FR2718859A1 — publié le 19951020

REGULATEUR DE PRESSION PNEUMATIQUE OPTIMISE A CORRECTION ELECTRONIQUE La présente invention concerne la régulation de fluide de façon particulièrement précise et fiable. La plupart des dispositifs de régulation de pression sont soit pneumatiques, soit électroniques et sont bien connus. Les dispositifs de régulation de pression pneumatiques sont connus depuis longtemps. De nombreux brevets existent, certains comme les régulateurs détendeurs de tonneaux de bière datent même du siècle dernier. Ces dispositifs de régulation de pression pneumatiques sont fiables car ils utilisent des technologies éprouvées et n'ont pas besoin pour fonctionner d'une source d'alimentation d'énergie électrique. Leur précision est limitée et leur réglage difficile et coûteux. Les dispositifs de régulation de pression électroniques sont également bien connus; ils comportent au moins un capteur de pression et un obturateur qui s'ouvre et se ferme en fonction des ordres donnés par le capteur de pression. Ces systèmes de régulations électroniques ne sont pas fiables car ils ont besoin pour fonctionner d'une source électrique qui peut tomber en panne. D'autre part, les systèmes électroniques précis sont très chers. Ces systèmes sont sensibles aux conditions extérieures comme la température et doivent être compensés, ce qui augmente leur complexité. La présente invention vise notamment à fournir un système de régulation répondant beaucoup mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il permet de réguler la pression d'un fluide de façon à la fois précise, fiable et à faible coût. Dans ce but, l'invention propose notamment un régulateur pneumatique compensé électroniquement par un système programmable corrigeant d'une part, après essais, toutes les imprécisions liées aux tolérances de fabrication des régulateur pneumatiques, et d'autre part, de modifier la pression régulée de sortie afin d'obtenir de facçon très précise la loi de régulation de sortie qui peut être précise, complexe et non linéaire, alors que les systèmes électroniques de compensation peuvent être non précis et donc peu coûteux dans la mesure o l'effort F de correction est faible. Par exemple, si l'effort F ne représente que 10 pour-cent des efforts mis enjeu dans l'équilibre de robturateur, alors une erreur de 5 pour-cent par exemple sur l'effort F n'entraînera qu'une erreur de E = 0,10 x 0,05 = 0,005 soit 0,5 pour-cent seulement sur la pression de sortie. Les autres erreurs liées au régulateur pneumatique étant corrigées naturellement par le moyen programmable. Les termes suivants sont employés dans un sens large et ont principalement la signification suivante: régulateur de pression pneumatique: système régulant la pression d'un fluide quelconque qu'il soit liquide ou gazeux. - SE: section efficace sensible à la pression et formant une frontière entre le volume VS o la pression est régulée et le volume VR o la pression est la pression de référence. - PE: pression du fluide à l'entrée du régulateur. - PS: pression de sortie du régulateur. - PR: pression de référence. Un but de l'invention est de proposer un régulateur de pression pneumatique comprenant au moins un obturateur actionné par au moins une membrane élastique ayant une surface efficace SE et formant une frontière entre le volume VS o la pression est régulée et le volume VR o la pression est la pression de référence, ce régulateur comprenant au moins un orifice d'entrée permettant l'entrée du fluide sous pression et comprenant au moins un orifice de sortie permettant la sortie du fluide à pression régulée. Ces buts sont atteints par un procédé selon l'invention qui est essentiellement caractérisé par un moyen programmable créant un effort F sur l'obturateur, cet effort F étant défini à la suite d'un essai et variant en fonction d'au moins un paramètre P de fonctionnement du régulateur de telle sorte que la pression de sortie PS = f(P) du régulateur soit exactement égale à la valeur de pression prédéfinie PD = f(P) pour chaque valeur du paramètre P de fonctionnement du régulateur. Selon un mode de réalisation avantageux, le dit paramètre P est la pression PE du fluide à l'entrée du régulateur, cette pression étant mesurée par un capteur de pression, les informations fournies par ce dit capteur de pression étant envoyées à un calculateur programmable commandant le moyen créant un effort sur l'obturateur, et programmé au cours d'un essai préliminaire du régulateur afin que la valeur de l'effort F appliqué à l'obturateur soit telle que la pression de sortie PS = ftPE) soit égale à la valeur de la pression désirée PD = f(PE) quelle que soit la valeur de la pression PE. Selon un autre mode de réalisation avantageux, le dit paramètre P est le débit D de fluide traversant le régulateur, ce débit D étant mesuré par un capteur de débit, les informations fournies par ce dit capteur de débit étant envoyées à un calculateur programmable commandant le moyen créant un effort sur robturateur, et programmé au cours d'un essai préliminaire de régulateur afin que la valeur de l'effort F appliqué à robturateur soit telle que la pression de sortie PS = f(D) soit égale à la valeur de la pression de sortie désirée PD = f(D) quelle que soit la valeur du débit D. Selon un autre mode de réalisation avantageux, le dit paramètre P est la valeur de la pression de référence PR, cette valeur PR étant mesurée par un capteur de pression, les informations de ce dit capteur étant envoyées à un calculateur programmable commandant le moyen créant un effort sur l'obturateur et programmé au cours d'un essai préliminaire du régulateur afin que la valeur de l'effort F appliqué à robturateur soit telle que la pression de sortie PS=f"PR) soit égale à la valeur de la pression de sortie désirée PD=fPR) quelle que soit la valeur de la pression de référence PR. Selon un autre mode de réalisation avantageux, le dit moyen créant un effort sur l'obturateur est une chambre pneumatique contenant un fluide à pression variable PV et ayant une surface effective Se de telle sorte que F=PVxSe. Selon un autre mode de réalisation avantageux, le dit moyen crée une force F relativement faible de façon que les performances du régulateur soient encore acceptables lors d'une panne des systèmes électroniques programmables. L'invention sera mieux comprise par la description détaillée d'un mode de réalisation illustrée sur les dessins annexés qui représentent respectivement: - figure 1: un régulateur pneumatique 1 comprend un obturateur 2 et une membrane élastique 3. Cette membrane sépare le fluide à pression régulée occupant le volume VS du fluide à pression de référence occupant le volume VR. Un ressort 1 tend à ouvrir ou à fermer l'obturateur 2 et permet le réglage d'une valeur d'équilibre. L'obturateur 2 sépare les volumes VS et VE, VE étant le volume o le fluide sous pression est introduit. Le fluide sous pression entre par l'entrée E et sort à pression régulée par la sortie S. Un capteur de pression 7 est placé à l'entrée E. Un capteur de pression 10 est placé dans le volume de référence VR. Un capteur de débit 9 est placé à la sortie S par exemple, et mesure le débit traversant le régulateur 1. Les mesures fournies par les capteurs 7, 9 et 10 sont envoyées à un calculateur 8 qui fait partie du régulateur. Un moyen 6 créant un effort F appliqué sur robturateur 2 permet de corriger le fonctionnement du régulateur pour obtenir avec grande précision la pression régulée désirée en fonction des paramètres mesurés par les capteurs 7, 9 et 10. Un banc de test et de contrôle 12, ne faisant pas partie intégrante du régulateur, mesure les performances du régulateur dans toute la plage de fonctionnement du régulateur, balaie les paramètres et compare les performances désirées avec les performances obtenues et en déduit les corrections à apporter et donc l'effort F à appliquer sur l'obturateur 2. - figure 2: un graphique présente en abscisse la valeur du paramètre P et en ordonnée la valeur de la pression régulée à la sortie du régulateur PS. La courbe 13 présente l'évolution de la valeur de la pression de sortie sans correction électronique PSR alors que le paramètre P varie. La courbe 14 présente l'révolution désirée de la valeur de la pression de sortie PSD. La différence algébrique des courbes 14 et 13 est égale à la correction C à apporter: C = PSD-PSR (flèches 15). - figure 3: un graphique présente en abscisse la valeur du paramètre P et en ordonnée la valeur de la force F. La courbe 16 présente l'évolution algébrique de la force F à appliquer sur l'obturateur pour corriger le fonctionnement du régulateur de telle sorte que la valeur de la correction de pression soit égale à C. La description détaillée qui suit d'un mode préférentiel de réalisation, se réfèere à la figure 1. Afin de ne pas surcharger l'exposé nous avons choisi de décrire un mode préférentiel comportant une correction électronique basée sur un paramètre P qui a été choisi ici égal à la valeur de la pression de référence PR. Le lecteur comprendra que l'invention s'applique également si l'on identifie le paramètre P à la valeur du débit D ou de la valeur de la pression d'entrée PE par exemple. L'invention s'applique également si l'on identifie le paramètre à la combinaison des valeurs de plusieurs paramètres de fonctionnement du régulateur. Dans ce cas, le calculateur intégrera les différents facteurs pour définir la force F à appliquer sur robturateur, et F sera alors fonction de différents paramètres. Un régulateur pneumatique régule la pression de sortie d'un fluide le traversant. Cette pression régulée varie en fonction de nombreux paramètres comme la température, le débit, la pression d'entrée, la pression de référence, etc... La figure 1 présente un exemple d'un tel régulateur. Le régulateur comportent des ressorts et des ajustements qui, ici n'ont pas été fabriqués avec des tolérances précises et donc avec un coût de fabrication réduit. De même, les réglages sont réduits à leur plus simple expression. Dans ce cas, le régulateur comporte un capteur de pression 10 mesurant la pression de référence. Les informations fournies par ce capteur de pression sont envoyées au calculateur 8. Un essai est effectué de ce régulateur à raide d'un banc de contrôle 12. La pression régulée PR par le régulateur est mesurée avec précision par le banc de contrôle alors que la pression de référence pilotée par le banc de contrôle varie. Par exemple, une dizaine de mesures sont effectuées pour dix valeurs de la pression de référence stabilisées. La valeur correspondante de la pression régulée est enregistrée. Prenant en compte les caractéristiques du régulateur, le calculateur 8 en déduit alors les valeurs correspondantes de l'effort F à appliquer pour chaque valeur du paramètre de pression de référence. Cet ensemble de points peut être lissé par le calculateur pour obtenir une courbe continue représentant une fonction continue définissant la valeur de F pour chaque valeur de la pression de référence PR mesurée par le capteur de pression 10. Cette opération peut être recommencée plusieurs fois pour augmenter la précision du système. La force F est obtenue par un actuateur de faible puissance réagissant aux ordres donnés par le calculateur en accord avec la relation suivante F = f (PSD-PSR) o PSD est la pression régulée désirée et PSR est la pression régulée mesurée lors des essais préliminaires. La force F est faible de telle sorte que dans le cas de panne des systèmes électroniques, les valeurs de régulation soient proches de celles désirées. Ici l'actuateur est constitué par un piston mû par la pression du fluide. Un système de régulation électronique simple peu coûteux et peu précis est utilisé pour réguler la pression fournie à l'actuateur. Afin de pouvoir utiliser des composants standards et peu coûteux, la force F ne dépasse pas le cinquième de la force exercée par le ressort 11. F Les applications de cette invention sont nombreuses. Cette invention trouve des applications tout à fait intéressantes dans la régulation de fluides, liquides ou gazeux, o la précision requise de régulation est très grande o les critères de sécurité sont très importants et o il est nécessaire de concevoir un produit à coût réduit. REVENDICATIONS 1. Régulateur de pression pneumatique (1) comprenant au moins un obturateur (2) actionné par au moins une membrane élastique (3) ayant une surface efficace SE et formant une frontière entre le volume VS o la pression est régulée et le volume VR o la pression est la pression de référence, comprenant au moins un orifice d'entrée (4) permettant l'entrée du fluide sous pression et comprenant au moins un orifice de sortie (5) permettant la sortie du fluide à pression régulée, caractérisé par un moyen programmable (6) créant un effort F sur l'obturateur (2), cet effort F étant défini à la suite d'un essai et variant en fonction d'au moins un paramètre P de fonctionnement du régulateur de telle sorte que la pression de sortie PS = ftP) du régulateur soit exactement égale à la valeur de pression prédéfinie PD = f(P) pour chaque valeur du paramètre P de fonctionnement du régulateur. 2. Régulateur suivant la revendication I caractérisé en ce que le dit paramètre P est la pression PE du fluide à l'entrée (4) du régulateur, cette pression étant mesurée par un capteur de pression (7), les informations fournies par ce dit capteur de pression étant envoyées à un calculateur programmable (8) commandant le moyen (6) créant un effort sur l'obturateur (2), et programmé au cours d'un essai préliminaire du régulateur afin que la valeur de l'effort F appliqué à l'obturateur soit telle que la pression de sortie PS = f(PE) soit égale à la valeur de la pression désirée PD = f(PE) quelle que soit la valeur de la pression PE. 3. Régulateur suivant la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le dit paramètre P est le débit D de fluide traversant le régulateur, ce débit D étant mesuré par un capteur de débit (9), les informations fournies par ce dit capteur de débit étant envoyées à un calculateur programmable (8) commandant le moyen (6) créant un effort sur l'obturateur (2), et programmé au cours d'un essai préliminaire de régulateur afin que la valeur de l'effort F appliqué à l'obturateur (2) soit telle que la pression de sortie PS = f(D) soit égale à la valeur de la pression de sortie désirée PD = f(D) quelle que soit la valeur du débit D. 4. Régulateur suivant la revendication 1, 2 ou 3 caractérisé en ce que le dit paramètre P est la valeur de la pression de référence PR, cette valeur PR étant mesurée par un capteur de pression (10), les informations de ce dit capteur (10) étant envoyées à un calculateur programmable (8) commandant le moyen (6) créant un effort sur l'obturateur (2) et programmé au cours d'un essais préliminaire du régulateur afin que la valeur de reffort F appliquée à l'obturateur (2) soit telle que la pression de sortie PS--(PR) soit égale à la valeur de la pression de sortie désirée PD=fPR) quelle que soit la valeur de la pression de référence PR. 5. Régulateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le dit moyen (6) créant un effort sur l'obturateur (2) est une chambre pneumatique contenant un fluide à pression variable PV et ayant une surface effective Se de telle sorte que F=PVxSe. 6. Régulateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le dit moyen (6) crée une force F relativement faible de façon que les performances du régulateur soient encore acceptables lors d'une panne des systèmes électroniques programmables.