Brevet FR2792425A1 — publié le 20001020

1i 2792425 DISPOSITIF DE COMMANDE DE POSITION POUR UN CLAPET DE VANNE L'invention concerne un dispositif de commande de position pour un clapet de vanne, avec un transmetteur de point réglé actionné par une tension continue, qui produit une valeur de point réglé proportionnelle à la position d'un levier de commande et à la tension continue de fonctionnement, avec un transmetteur de valeur réelle actionné avec la même tension continue que le transmetteur de point réglé, qui produit un signal de valeur réelle proportionnel à la position du clapet de vanne et à la tension continue de fonctionnement, les facteurs de proportionnalité étant égaux en fonction des signaux de point réglé et de valeur réelle à la position du clapet de vanne ou à la position du levier de commande, respectivement, et de la tension continue de fonctionnement, et avec un dispositif de régulation ayant un comparateur, lequel dispositif de régulation contraint la position du clapet de vanne à suivre la position du levier de commande en fonction d'une différence entre le signal de point réglé et le signal de valeur réelle, détecté par le comparateur. Dans un dispositif de commande de ce type connu, disponible dans le commerce, le transmetteur de valeur réelle et le transmetteur de point réglé sont tous deux constitués de potentiomètres. Les deux potentiomètres sont raccordés à la même tension continue de fonctionnement et ont la même relation de transmission 2 2792425 entre la dimension d'entrée et de sortie. Par conséquent, ils produisent tous deux ce que l'on appelle un signal de "mesure de rapport", de sorte que des variations de la tension continue de fonctionnement influent sur la déviation de commande ou la différence de commande, respectivement, détectée par le comparateur, et ainsi sur le signal de régulation à la sortie du dispositif de régulation, sans nécessiter une stabilisation de la tension continue de fonctionnement, indépendamment de la nécessité d'équilibrer des variations de la tension continue de fonctionnement, provoquées par des interférences ou par un choix différent de la tension de fonctionnement. Comme le clapet de vanne est raccordé à la sortie du potentiomètre convertissant sa position en signal de valeur réelle, les déplacements fréquents du clapet de vanne provoqués par les processus de commande soumettent le potentiomètre à une usure relativement rapide, le potentiomètre étant de plus influencé par le fluide de travail, par exemple de l'huile, du clapet de vanne, par exemple en liaison avec une étanchéité insuffisante du clapet de vanne dans le logement de vanne, par exemple du fait que le fluide de travail pénètre entre la sortie et la résistance du potentiomètre, changeant ainsi la résistance de contact entre celles-ci. L'invention a comme but de fournir un dispositif de commande tel que mentionné dans le préambule, dans lequel le transmetteur de valeur réelle a une durée de vie plus longue, bien qu'étant encore de réalisation relativement simple. 3 2792425 Selon l'invention, ce but est atteint en ce que le transmetteur de valeur réelle convertit la position du clapet de vanne sans contact en signal de valeur réelle. Dans ce mode de réalisation, le transmetteur de valeur réelle fonctionne substantiellement sans usure, de sorte qu'il a une durée de vie plus longue. Il n'y a pas de résistance de contact comme dans un potentiomètre. De préférence il est prévu que le transmetteur de valeur réelle a deux bobines enroulées dans des sens opposés et disposées coaxialement l'une après l'autre, les bobines étant alimentées par un générateur de tension de courant alternatif, et un noyau d'aimant étant déplaçable par le clapet de vanne par rapport aux deux bobines dans leur champ magnétique. Ceci donne un mode de réalisation simple du transmetteur de valeur réelle. Le générateur de tension alternative peut être un générateur d'onde sinusoïdale. De préférence, cependant, c'est un générateur d'onde triangulaire. Cependant, un générateur d'onde triangulaire, fournissant un signal de valeur réelle de "mesure de rapport" en liaison avec les bobines mentionnées ci- dessus, est conçu plus simplement ci-après. On obtient un mode de réalisation plus simple lorsque les deux bobines sont montées en série, que le générateur de tension alternative comprend un générateur d'impulsions triangulaires produisant des impulsions triangulaires à un côté, avec une liaison de transmission à facteur de transmission -1, et que 4 2792425 la sortie du générateur d'impulsions triangulaires est raccordée directement à l'une, et par la liaison de transmission, à l'autre connexion du montage en série des deux bobines. En particulier, il peut être prévu que le générateur d'impulsions triangulaires comprend un intégrateur et une bascule de Schmitt, ayant chacun un amplificateur opérationnel, que la sortie de l'intégrateur forme la sortie du générateur d'impulsions triangulaires et est raccordée à l'entrée de comparaison de la bascule de Schmitt, que la sortie de la bascule de Schmitt est raccordée à l'entrée de l'intégrateur, qu'une connexion de référence de l'intégrateur et de la bascule de Schmitt se trouve à un niveau de référence correspondant à la moitié de la tension continue de fonctionnement, et que la sortie de la bascule de Schmitt se trouve à la tension de courant continu de fonctionnement par une résistance. Ceci donne un mode de réalisation particulièrement simple du générateur d'impulsions triangulaires. Dans ce but, les connexions des deux bobines peuvent être raccordées au comparateur du dispositif de régulation par un détecteur de phase, un filtre passe- bas et un amplificateur, pour redresser le signal alternatif prélevé sur les bobines, représentant non seulement la quantité (dimension), mais aussi le sens du déplacement du clapet de vanne, en un signal de tension continue, qui affiche aussi la position du clapet de vanne en sens et en amplitude, et est encore une mesure de rapport, de sorte que dans le comparateur du dispositif de régulation, il peut être comparé avec 2792425 un signal de point réglé affichant aussi un signal de tension continue de mesure de rapport. À cet égard, l'amplificateur peut assurer que les facteurs de proportionnalité ou les coefficients de transmission, respectivement, des deux transmetteurs sont égaux. D'une manière simple et classique, le transmetteur de point réglé peut comporter un potentiomètre dont la sortie est raccordée au comparateur du dispositif de régulation. Dans ce qui suit, l'invention et ses modes de réalisation sont décrits en détail avec référence aux dessins d'un mode de réalisation préféré d'un dispositif de commande selon l'invention. Dans les dessins: - la figure 1 montre une disposition de clapet de vanne dont la position est ajustable optionnellement à la main, directement au moyen d'un levier de commande ou au moyen d'un dispositif de commande selon l'invention, - la figure 2 est un schéma de principe fonctionnel du mode de réalisation d'un dispositif de commande selon l'invention, et - la figure 3 est un schéma de principe plus détaillé d'un générateur d'impulsions triangulaires compris dans le transmetteur de valeur réelle du dispositif de commande selon la figure 2. La disposition du clapet de vanne selon la figure 1 a un logement 1 avec un trou 2 dans lequel un clapet de vanne 3 est disposé pour être axialement déplaçable dans un sens ou l'autre, de sorte qu'une machine fonctionnant hydrauliquement, raccordée aux connexions 6 2792425 A et B du logement 1 peut être actionnée dans un sens ou l'autre par un fluide sous pression, ici de l'huile. Le fluide sous pression d'une pompe 4, qui est seulement montrée schématiquement dans le logement 1, est cependant répandu à l'extérieur du logement, est fourni par un pont 5 de quatre électrovannes 6, 7, 8 et 9, alternant d'un côté ou de l'autre du clapet de vanne 3, en fonction de la position d'un levier de commande , comme décrit en détail ci- dessous au moyen des figures 2 et 3. T est la désignation des raccordements pour le réservoir de fluide sous pression (Réservoir). P est un raccordement de pompe. La position du levier de commande actionné manuellement 10 ( aussi appelé "manette") est convertie au moyen d'un transmetteur de point réglé 11 en un signal de point réglé de mesure de rapport Uw et comparée par un comparateur 12 du régulateur 13 d'un dispositif de régulation 14, à un signal de valeur réelle de mesure de rapport U,, montrant la position du clapet de vanne 3. Le signal de valeur réelle Ux est le signal de sortie d'un transmetteur de valeur réelle 15 mesurant la position du clapet de vanne 3. En fonction de l'amplitude et du sens d'une différence de commande ou d'une déviation de commande déterminée par le comparateur 12, le régulateur 13, par un ajusteur 13a du dispositif de régulation 14 qui comporte les électrovannes 6 à 9 et appartenant aux dispositifs de commande 16, 17, 18 et 19, déplace le clapet de vanne 3 dans un sens ou l'autre jusqu'à ce que le clapet de vanne ait au moins approximativement assuré la position déterminée par la position du levier de commande 10. 7 2792425 Le transmetteur de point réglé 11 comprend un potentiomètre 20 avec une sortie de curseur sur un anneau 21 dont la position w est déterminée par le levier de commande 10. Le potentiomètre 20 comprend une résistance ohmique de valeur R. Pour la tension prélevée sur la sortie de curseur sur l'anneau 21, créant le signal de point réglé Uw, on a alors: Uw = k0 R kl UsB w...(1) R ko* w étant égal à la valeur de résistance entre la sortie de curseur sur l'anneau 21 du potentiomètre et la masse. Ainsi, le signal de point réglé Uw, est proportionnel à la fois à la position w du levier de commande 10 et à la tension continue de fonctionnement UB.kl = ko/R représente le facteur de proportionnalité. Le transmetteur de valeur réelle 15 convertit la position x du clapet de vanne 3 sans contact en un signal de valeur réelle Ux. Dans ce but, le transmetteur de valeur réelle 15 comprend deux bobines enroulées de façon opposée 22, 23, disposées coaxialement l'une derrière l'autre, montées électriquement en série et alimentées par un générateur de tension alternative 24. De plus, le transmetteur de valeur réelle comprend un noyau magnétique 25 qui est rigidement raccordé au clapet de vanne 3, et qui grâce à ce raccordement est déplaçable par rapport aux deux bobines 22, 23 dans leur champ magnétique. Le générateur de tension alternative 24 peut être un générateur d'onde sinusoïdale. Préférablement, cependant, il peut être fabriqué comme un générateur 8 2792425 d'onde triangulaire. Dans ce but, le générateur de tension alternative 24 comprend un générateur d'impulsions triangulaires 26 produisant des impulsions triangulaires à un côté et une liaison de transmission 27 avec le facteur de transmission de -1. La sortie du générateur d'impulsions triangulaires 26 est raccordée directement à une connexion et par la liaison de transmission 27 à l'autre connexion du montage en série des deux bobines 22, 23. Selon la figure 3, le générateur d'impulsions triangulaires 26 comprend un intégrateur 28, ici un intégrateur de Miller, et une bascule de Schmitt 29, ayant chacun un amplificateur de fonctionnement 30 et 31. La sortie de l'intégrateur 28 forme la sortie du générateur d'impulsions triangulaires 26, et est raccordée par une résistance ohmique 32 à l'entrée de comparaison de la bascule de Schmitt 29, ici l'entrée non-inverseuse (+) de l'amplificateur opérationnel 31. Une connexion de référence de l'intégrateur 28, ici l'entrée noninverseuse (+) de l'amplificateur opérationnel 30, et une connexion de référence de la bascule de Schmitt 29, ici l'entrée inverseuse (-) de l'amplificateur opérationnel 31, se trouvent à un niveau de référence Ur qui correspond à la moitié de la tension continue de fonctionnement UB. Le niveau de référence Ur est prélevé à partir du point de raccordement de deux résistances ohmiques égales 33, formant un diviseur de tension et se trouvant en série sur la tension continue de fonctionnement UB. Sur la sortie de la bascule de Schmitt 29 se trouve une résistance ohmique 34 à la tension continue de 9 2792425 fonctionnement UB, et la sortie de l'amplificateur opérationnel 31 est raccordée par une résistance de sortie 35 et une résistance de contreréaction 36 à l'entrée non-inverseuse (+) de l'amplificateur opérationnel 31. La relation entre les résistances 32 et 36 est sélectionnée pour correspondre à l'amplitude voulue des impulsions triangulaires. Dans son étape finale, l'amplificateur opérationnel 31 comprend un transistor avec un collecteur ouvert qui, après être bloqué, effectue de nouveau une "excursion haute" par la résistance 34. Le signal de sortie de la bascule de Schmitt 29 est une tension d'onde carrée dont les impulsions d'onde carrée sont, en fonction de leur polarité dans une direction ou l'autre, intégrées par l'intégrateur 28, la polarité du signal de sortie de la bascule de Schmitt 29 changeant chaque fois que le signal de sortie de l'intégrateur 28 dépasse ou passe en dessous du niveau de référence Ur. Comme le niveau de référence Ur change en fonction de la tension continue de fonctionnement U8, l'amplitude des impulsions triangulaires sur la sortie du générateur d'impulsions triangulaires 26 dépend de la tension continue de fonctionnement UB, c'est à dire qu'une augmentation de la tension continue de fonctionnement UB provoquera une augmentation du niveau de référence Ur et ainsi de l'amplitude des impulsions triangulaires, proportionnellement à la tension continue de fonctionnement UB et vice versa. Au lieu du générateur d'impulsions triangulaires 26, on pourrait aussi utiliser un générateur sinusoïdal, mais le mode de réalisation décrit du 2792425 générateur d'impulsions triangulaires 26 serait plus simple que celui d'un générateur sinusoïdal. De plus, l'impulsion triangulaire du générateur d'impulsions triangulaires 26 représente une tension continue de pulsation, qui grâce à une inversion des pôles dans la liaison de transmission 27 est convertie en un signal triangulaire de pulsation de compteur avec un facteur de transmission de -1. En fonction de la position du clapet de vanne 3 et donc du noyau magnétique 25, les impédances des deux bobines 22, 23 varient: lorsque le noyau magnétique 25 est déplacé dans un sens ou l'autre par rapport aux deux bobines 22, 23 à partir de la position centrale montrée, l'impédance d'une bobine augmente, alors que l'impédance de l'autre bobine diminue. À ce raccordement, une tension alternative avec un parcours approximativement en forme de triangle se produit au point de raccordement des deux bobines 22, 23, dont l'amplitude de tension est proportionnelle à la position x du clapet de vanne 3, et dont la position de phase dépend du sens de déplacement du noyau magnétique par rapport aux bobines 22, 23. Les connexions des deux bobines 22, 23 sont raccordées au comparateur 12 du dispositif de commande 14 par un détecteur de phase 37, un filtre passe-bas 38 monté en série avec le détecteur et lissant la tension redressée, et un amplificateur 39. Le comparateur 12 reçoit par conséquent aussi un signal de valeur réelle de mesure de rapport Ux par le transmetteur de valeur réelle 15, lequel signal est proportionnel à la position x du clapet de vanne 3 et dont le signe de 11îî 2792425 polarité correspond au sens de déplacement du clapet de vanne 3. Ainsi, le signal de valeur réelle est donné par: Ux =k2 UB ' X...(2) Dans ce cas aussi, le signal de valeur réelle Ux est proportionnel à la tension continue de fonctionnement UB et à la position x du clapet de vanne 3, au facteur de proportionnalité k2 correspondant au produit des facteurs de transmission des liaisons montées en série 37, 38 et 39 dans un état stationnaire (transitoire). Grâce à une sélection correspondante de ces facteurs de transmission, particulièrement le facteur d'amplification de l'amplificateur 39, on peut choisir le facteur de proportionnalité k2 pour qu'il soit égal au facteur de proportionnalité kl. Chaque position du levier de commande 10 correspond ainsi à un signal de valeur réelle Ux, également grand en ce qui concerne l'amplitude et le signe de polarité, lorsque le clapet de vanne 3 est dans l'état nominal, et donc le signal de sortie du comparateur 12, c'est-à-dire l'écart de commande est approximativement zéro. Un changement de la tension continue de fonctionnement UB n'a par conséquent pratiquement pas d'influence sur le signal de sortie du comparateur 12. De plus, le dispositif de commande 13 comprend une liaison d'addition 40 et un générateur d'impulsions triangulaires 41 qui produit une impulsion triangulaire bidirectionnelle ou de changement de sens, c'est-à-dire un signal alternatif avec un parcours en forme de triangle, qui à travers la liaison d'addition 40 est superposé au signal de sortie du comparateur 12. Le 12 2792425 signal de sortie de la liaison d'addition 40 a par conséquent une valeur moyenne qui est proportionnelle au signal de sortie du comparateur en ce qui concerne l'amplitude et le signe de polarité. La sortie de la liaison d'addition 40 est raccordée à l'entrée de comparaison des bascules de Schmitt 42 et 43 contenues dans le dispositif de commande. Les entrées de référence des bascules de Schmitt 42 et 43 sont raccordées en commun à la prise centrale du diviseur de tension constitué des résistances 33 (figure 3), c'est- à-dire que les deux se trouvent au même potentiel de référence Ur que l'entrée de référence de la bascule de Schmitt 29. Lorsque le signal de sortie de la liaison d'addition 40 dépasse le potentiel de référence U., chacune des bascules de Schmitt 42, 43 produit un 1 binaire. Si, cependant, le signal de sortie de la liaison d'addition 40 passe sous le potentiel de référence Ur, elles produisent un signal de 0. Les signaux de sortie des bascules de Schmitt 42 et 43 sont premièrement conduits directement par les dispositifs de commande 16, 19 aux enroulements magnétiques des électrovannes 6 et 9 et deuxièmement par des étapes d'inversion (porte NON) 44 et 45 et les dispositifs de commande 17 et 18 en série, aux enroulements magnétiques des électrovannes 7 et 8. Les signaux de sortie des bascules de Schmitt 42 et 43 sont des impulsions modulées en largeur en fonction de la dimension du signal de sortie de la liaison d'addition , de sorte qu'aussi la relation entre les durées d'ouverture et de fermeture des électrovannes 7 à 9 est 13 2792425 modulée en largeur d'impulsion selon le cycle de charge des signaux de sortie des bascules de Schmitt 42 et 43. Lorsqu'un signal de 1 apparait sur les sorties des bascules de Schmitt 42 et 43, les électrovannes 6 et 9 sont commutées de la position montrée sur la figure 1, c'est-à-dire que l'électrovanne 6 s'ouvre et que l'électrovanne 9 se ferme. A l'opposé de ceci, les électrovannes 7 et 8 reçoivent un signal de 0, de sorte qu'elles maintiennent les positions montrées sur la figure 1, l'électrovanne 7 étant fermée et l'électrovanne 8 étant ouverte. La pompe 4 agirait alors, par l'électrovanne ouverte 6, sur le clapet de vanne 3 au moyen d'un fluide sous pression du côté montré vers la droite sur la figure 1, déplaçant ainsi le clapet de vanne vers la gauche, le fluide sous pression revenant au réservoir de l'autre côté du clapet de vanne 3 par l'électrovanne ouverte 8. Lorsque, d'autre part, le signal de sortie de la liaison d'addition 40 devient inférieur au potentiel de référence Ur, des signaux de 0 apparaissent sur les sorties des bascules de Schmitt 42 et 43, qui provoquent l'ouverture des électrovannes 7 et 9 et la fermeture des électrovannes 6 et 8, de sorte que le fluide sous pression de la pompe 4 passe par l'électrovanne 7 du côté gauche du clapet de vanne 3, le déplace vers la droite sur la figure 3, sort du côté droit du clapet de vanne 3 et de là revient au réservoir par l'électrovanne 9. En raison de la modulation de la largeur d'impulsion des temps d'ouverture et de fermeture des électrovannes 6 à 9, le clapet de vanne 3 assure aussi 14 2792425 une position au milieu qui correspond à la position du levier de commande 10 ou au réglage du signal de point réglé Uw. Différentes modifications du mode de réalisation montré, étant encore dans la portée de l'invention, pourraient être celles du dispositif de commande 13 qui était fabriqué comme un dispositif fonctionnant continuellement et o aussi le dispositif d'ajustement 13a fonctionnait de façon continue, les électrovannes fonctionnant aussi de façon continue et étant remplaçables par deux électrovannes. Si demandé, le levier de commande 10 peut, dans le cas d'une défaillance du dispositif de commande, être mis en prise avec le clapet de vanne 3 au moyen d'une came de commande, pour effectuer un ajustement manuel direct. 2792425 REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande de position (x) pour un clapet de vanne (3), avec un transmetteur de point réglé (11, actionné par une tension continue (UB), qui fournit une valeur de point réglé (Uw) proportionnelle à la position (w) d'un levier de commande (10) et à la tension continue de fonctionnement (UB), avec un transmetteur de valeur réelle (15) actionné avec la même tension continue (UB) que le transmetteur de point réglé (ll),ce qui produit un signal de valeur réelle (Ux) proportionnel à la position (x) du clapet de vanne (3) et à la tension continue de fonctionnement (UB), les facteurs de proportionnalité (kl, k2) étant égaux en fonction des signaux de valeur de point réglé et réel (Uw, Ux) de la position (x) du clapet de vanne (3) ou de la position (w) du levier de commande (10), respectivement, et de la tension continue de fonctionnement (UB), et avec un dispositif de régulation (14) ayant un comparateur (12), lequel dispositif de régulation (14) force la position (x) du clapet de'vanne (3) à suivre la position (w) du levier de commande (10) en fonction d'une différence entre le signal de point réglé et le signal de valeur réelle (Uw, Ux) détecté par le comparateur (12), caractérisé en ce que le transmetteur de valeur réelle (15) convertit la position (x) du clapet de vanne (3) sans contact en signal de valeur réelle (Ux). 2. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le transmetteur de valeur 16 2792425 réelle (11) a deux bobines (22, 23) enroulées dans des sens opposés et disposées coaxialement l'une à l'autre, les bobines étant alimentées par un générateur de tension alternative (24),et un noyau magnétique (25) étant déplaçable par le clapet de vanne (3) par rapport aux deux bobines (22, 23) dans leur champ magnétique. 3. Dispositif de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que le générateur de tension alternative (24) est un générateur d'onde triangulaire. 4. Dispositif de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux bobines sont montées en série, le générateur de tension alternative comprend un générateur d'impulsions triangulaires produisant des impulsions triangulaires d'un côté, et une liaison de transmission avec le facteur de transmission de -1, et la sortie du générateur d'impulsions triangulaires est raccordée directement à l'une, et par la ligne de transmission à l'autre connexion du montage en série des deux bobines. 5. Dispositif de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce que le générateur d'impulsions triangulaires (26) comprend un intégrateur (28) et une bascule de Schmitt (29), chacun ayant un amplificateur opérationnel (30, 31), en ce que la sortie de l'intégrateur (28) forme la sortie du générateur d'impulsions triangulaires (26) et est raccordée à l'entrée de comparaison (+) de la bascule de Schmitt (29), en ce que la sortie de la bascule de Schmitt (29) 17 2792425 est raccordée à l'entrée de l'intégrateur (28), en ce qu'une connexion de référence de l'intégrateur (28) et de la bascule de Schmitt (29) se trouvent à un niveau de référence (Ur) correspondant à la moitié de la tension continue de fonctionnement (UB), et en ce que la sortie de la bascule de Schmitt (29) se trouve à la tension continue de fonctionnement (Us) par une résistance (34). 6. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les connexions des deux bobines (22, 23) sont raccordées au comparateur (12) du dispositif de régulation (14) par un détecteur de phase (37), un filtre passe-bas (38) et un amplificateur (39). 7. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le transmetteur de point réglé (11) possède un potentiomètre (20) dont la prise (21) est raccordée au comparateur (12) du dispositif de régulation (14).