Brevet FR2842909A1 — publié le 20040130

La présente invention concerne un appareil de contrôle de pression d'air ou de gaz qui à partir d'une source comprimée permet de gérer l'établissement de pressions variables en paliers fixes appelés points de consigne. Ces éléments de grandeur physique sont nécessaires pour procéder à des mesures comparées ou étalonnages. Ce dispositif concerne donc la vérification et la qualification des appareils de mesures et de régulations industriels ou laboratoire utilisant la pression en moyen lOphysique. Généralement une chaîne d'étalonnage par comparaison est composée d'un générateur associé à un mesureur de référence, l'ensemble étant couplé à l'appareil à contrôler et fonctionnant dans la même unité physique, lS Certains générateurs comportent leur propre référence assurant en même temps les deux fonctions: l'une de générer les points de consigne différents l'autre d'assurer la mesure de ces points en référence l'ensemble prend alors la désignation de calibrateur. Le présent appareil sera conçu pour assurer soit la seule fonction de générateur soit la double fonction de générateur et mesureur de référence. Le dispositif comporte un volume intermédiaire relié à la source de pression et à l'atmosphère par l'intermédiaire de t2deux électrovannes. ( Fig. I) Celles-ci sont gérées en fonctionnement par une carte électronique assurant à partir d'un clavier et d'un microprocesseur la gestion fine de la pression à l'intérieur de la chambre générant ainsi des paliers de pression variables appelés points de consigne. Cette chambre es- reliée à l'appareil à contrôler et au mesureur de référence. Ce dispositif existe pour des applications d'étalonnage ou de vérification. Toutefois ce matériel étant souvent d'utilisation itinérante, sur site, l'utilisateur rencontre fréquemment la difficulté de raccordement sur réseau électrique. Jusqu'alors la construction de ces systèmes n'autorisait %O pas l'alimention électrique autonome compte tenu de la consommation importante du dispositif qui devait alors se raccorder sur réseau. L'invention a pour but d'assurer la construction d'un matériel embarquable compact ne nécessitant pas le raccordement à un réseau électrique pour son fonctionnement. L'appareillage est contenu dans un boîtier ABS ou similaire garantissant une bonne résistance aux chocs et légèreté. Ses dimensions sont adaptées à une grande mobilité et sont réduites de moitié par rapport à un matériel fixe. Sur la face supérieure le tableau de l'appareil est constitué d'un clavier version membrane comportant les touches des différentes fonctionnalités notamment le choix des gammes de pression et l'établissement des points de consigne fixes ou mobiles. L'ensemble des données entrées par l'opérateur et la lecture des points sont assurés par un afficheur haute définition. -3 Les prises de pression sont logées en face avant et assurent l'arrivée du gaz comprimé (source) issu d'une bouteille et la sortie des points de pression consignés à destination de la mesure de référence et des appareils à S contrôler. Si le contrôleur dans sa réalisation comporte une mesure de référence (calibrateur) la valeur sera indiquée par l'afficheur, et les points de pression seront appliqués au système à contrôler seul. t Le boîtier de l'appareil contient la chambre de génération de pression constituée d'un bloc métallique évidé d'un volume de quelques cm3. Celuici assure une fonction d'égalisation et de stabilisation des points de pression générés (Fig. I). Ce volume est relié à la "source" de gaz IS comprimé et à l'air (P.A.) par deux électrovannes. Cette chambre comporte une prise de pression qui va communiquer avec les appareils à vérifier et leur appliquer les points consignés. Les électrovannes sont contrôlées par une carte télectronique contenue également dans le boîtier. Cette carte est elle-même constituée de divers éléments assurant les fonctionnalités qui seront examinées ultérieurement. FONCTIONNEMENT DU SYSTEME (FIG I) La chambre 1 constituant un volume fermé est équipée lb d'une électrovanne A reliée à la source d'air comprimé et d'une électrovanne E de remise à l'air libre. L'ouverture de A -4 augmente la pression dans la chambre et l'ouverture de E la diminue, La gestion de ces deux électrovannes par une séquence adaptée va permettre d'obtenir des niveaux de pression fixes S dans la chambre compris entre la pression atmosphérique et le maximum de la source. Cette différence définit la plage de fonctionnement du contrôleur. La chambre 1 équipée d'un capteur de pression C destiné à en mesurer la valeur comporte une source S qui sera raccordée aux appareils à contrôler. Les variations opérées par le réglage de consigne du comparateur 3 vont permettre d'établir les paliers de pression souhaités dans la chambre 1 et de les appliquer aux appareils. Le capteur C mesure la valeur de pression dans la chambre et donne l'information au comparateur 3 qui prend en compte la différence existant entre la consigne et cette valeur et la communique au régulateur 4. Le rôle du régulateur est d'intervenir par l'intermédiaire des électroniques 5 et 5' sur les électrovannes A et E pour en to obtenir l'ouverture ou la fermeture à amplitude variable jusqu'à équilibre de l'information du capteur C et de la consigne. On obtient ainsi des paliers de pression variables disponibles à la sortie S qui seront appliqués dans une t5certaine plage de l'appareil à contrôler. -5 Une carte microprocesseur en liaison avec le clavier de l'appareil coordonne les fonctions de régulation 4 et 3, le pilotage 5 et 5', le conditionneur 2 et le convertisseur 2'. L'ensemble est alimenté par la source basse tension incorporée à l'appareil et ramenée aux niveaux de tension nécessaires aux différentes fonctions électroniques. FONCTIONNEMENT DES ELECTROVANNES PIEZO-DYNAMIQUES (FIG II) Un nouveau concept de gestion électrique et l'utilisation de composants à courant faible permet dorénavant d'abaisser LQ considérablement la consommation et l'utilisation d'alimentation basse tension autonome. On notera particulièrement l'emploi d'éléments piezo-dynamiques. Il a été vu précédemment que les électrovannes assurant la montée et descente en pression dans la chambre 1 (Fig. I) par fermeture et ouverture étaient traditionnellement constituées d'un système électromagnétique à bobine et noyau métallique mobile comportant en son extrémité un joint destiné à obturer ou libérer un passage. Ces organes étant grands consommateurs d'énergie, il a t0 été préféré l'utilisation d'électrovannes piezo-dynamiques. Ces éléments récemment disponibles sont habituellement utilisés en fonctionnement "tout ou rien" ou en proportionnel analogique. Dans cette application, avec une adaptation spécifique, il a été choisi le pilotage en fréquence améliorant ú5considérablement la finesse ou résolution de faibles variations de pression. -6 Les éléments piezo-dynamiques nécessitent une faible énergie de fonctionnement comparés au système électromagnétique. Le principe de fonctionnement est basé sur la micro-mobilité d'une lamelle piezocéramique constituée de plusieurs couches et encastrée sur un côté. (Fig. II) Quand une tension est appliquée à cet élément, la lamelle se courbe et vient obturer ou libérer un passage d'air'. On retrouve une fonction identique aux électrovannes électromagnétiques mais avec une mobilité beaucoup moins nécessiteuse en consommation. NOMENCLATURE 1 chambre 2 carte capteur, conditionneur 2' carte afficheur, convertisseur 3 comparateur 4 régulateur 5 modulateur vanne E 5' modulateur vanne A A électrovanne admission E électrovanne échappement C capteur de pression S sortie consigne de pression -7 REVENDICATIONS 1) Appareil caractérisé en ce qu'il répond à différentes applications métrologiques et assure les fonctions suivantes - Contrôleur de pression d'air ou de gaz - Générateur de pression - Générateur mesureur étalon Etalon de pression - Calibrateur de pression et en ce qu'il comprend - Une chambre 1 comportant une sortie S un capteur de pression C et la liaison à deux électrovannes d'admission A et d'échappement E. La gestion des électrovannes est assurée par les modulateurs 5 et 5' reliés au régulateur 4 associé au comparateur 3 le capteur C comporte sa carte de conditionnement 2 relié au convertisseur afficheur 2'. Le réglage des points de i5 consigne est obtenu à partir d'une action de l'opérateur sur le régulateur 4. L'ensemble de ces éléments est alimenté par une source électrique autonome. 2) Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est autonome en alimentation électrique et comporte une source électrique basse tension intégrée ou associée, 3) Appareil selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation électrique est autonome et rechargable ou équipé d'éléments électriques jetables (piles). 4) Appareil selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'utilisation d'une source électrique basse tension est favorisée par l'emploi d'éléments spécifiques basse énergie notamment piezo-dynamiques. - 8 ) Appareil selon la revendication 4 caractérisé en ce que les électrovannes piezo-dynamiques jusqu'alors utilisées en commande électrique analogique sont pilotées en fréquence dans cette application.