Brevet FR2835050A1 — publié le 20030725

poussant lui même l'étui cylindrique (29). Valve proportionnelle et procédé de mesure de la position du corps d'étranglement dans une valve La présente invention concerne d'une manière générale les valves proportionnelles et un procédé de mesure pour valves servant à déterrniner la position actuelle du corps d'étranglement (induit, clapet, bascule, cône ou similaire [1]) qui corurnande le débit en question. La présente invention s'efforce en particulier de déterminer la position de l'induit dans des valves continues ou proportionnelles à comrnande par solénoïde. DESCRIPTION DE L'ETAT DE LA TECHNIQUE Les valves proportionnelles sont caractérisées par le fait qu'elles peuvent fonctionner non seulement dans deux états discrets (ouvert ou ferrné), mais que l'ouverture de la valve peut être réglée en continu. Ceci est réalisé par exemple par le fait qu'en influençant de manière favorable les lignes de force du charnp magnétique et les propriétés de frottement dans la valve, l'induit occupe, dans le cas d'une valve à induit mobile, une position qui est approximativement proportionnell e au courant qui pas se à travers l a bobine d' électro - aimant. L' état de la technique concernant la réalisation de valves proportionnelles est décrit par exemple dans les docurnents [2], [3] et [4]. Le principe le plus répandu pour ces valves proportionnelles réside dans le fait qu'une force à corumande continue (engendrée par exemple par un aimant) agit sur le corps d'étranglement mobile et le déplace contre un ressort. Une position déterminée du corps d'étranglement en résulte pour un équilibre de forces entre le ressort et la force magnétique. La force magnétique est d'habitude modifiée en modulant en durée d'impulsions la tension d'alimentation de l'aimant par variation du rapport impulsion/pause. Sur le corps d'étranglement agissent non seulement la force magnétique et la force de ressort, mais encore des forces de frottement, des forces d'écoulement et - 2 d'autres forces. Ces forces additionnelles sont de nature stochastique et elles ne sont pas prévisibles dans des applications pratiques. Pour cette raison, il est particulièrement intéressant de mesurer la position actuelle du corps d'étranglement pour pouvoir asservir cette grandeur. Pour détecter cette position, on conna^it différents procédés: Dans le document [3], on propose à titre de capteur de déplacement un Linear Variable Differential Transformer (LVDT) selon le principe du transformateur différentiel. Dans le document [5], il est question, d'une manière générale, d'un système de mesure inductif pour mesurer la position et d'un asservissement en position, l'illustration 2.4 de ce document laissant conclure à un principe analogue à celui du LVDT précité. Pour des valves de commutation qui ne commutent qu'entre deux positions discrètes, on connâît des procédés de détermination de position qui analysent l'écoulement du courant des bobines A titre d'exemple, on fait ici rétérence aux documents DE 198 34 405 A1 et DE 198 50 687 A1. Dans le document DE 199 60 796 A1 est décrite une cornmande pour valves à gaz à deux voies dans un moteur à combustion, qui se base sur un pilotage à modulation d'impulsions en largeur de la valve et sur une mesure de la position du tore. Il n'est toutefois rien dit au sujet de la réalisation de la mesure de position. Sur ce point, cette invention concerne seulement la commande d'ordre supérieur pour une pose lente du tore, mais pas la mesure de position proprement dite. Le document DE 199 13 050 A1 décrit un procédé dans lequel un corps plongeant en liaison avec le corps d'étranglement mobile est guidé par au moins une bobine mobile. La tension induite en raison du mouvement est utilisée pour déterminer la position et/ou la vitesse du corps d'étranglement dans la valve. Dans le document DE 199 09 109 A1 est décrit un procédé servant à déterminer la position, dans lequel est mesuré le champ de dispersion magnétique qui est modifié par le mouvement de l'induit. RESUME DE L'INVENTION La présente invention a pour objectif de décrire un procédé nouveau pour mesurer la position du corps d'étranglement dans une valve proportionnelle continue. Ce nouveau principe de mesure consiste à mesurer la force du ressort de rappel dans la valve, contre laquelle l'aimant travaille. La force d'un ressort hélicoïdal cylindrique rectiligne, tel qu'il est utilisé de prétérence dans des valves à solénoïde, est linéaire en fonction de la déformation du ressort et est déterminé par la formule S F=-c x (1) dans laquelle c est le taux dit d'élasticité et x la différence de longueur du ressort. Dans une valve proportionnelle à commande électromagnétique, l'ouverture de la valve est réglée par la force magnétique variable. Sur le corps d'étranglement agissent entre autres la force du ressort qui, dans la plupart des principes de construction, ferrne la valve, et la force magnétique qui ouvre la valve à l'encontre du ressort. D'autres forces telles que des forces de frottement ou des forces d'écoulement agissent aussi sur le corps d'étranglement et en influencent aussi la position. Ces forces additionnelles perturbatrices sont indésirables, mais l'on ne peut les éviter totalement. Elles sont responsables du fait 1S que le rapport entre le courant électrique et par conséquent la force magnétique, d'une part, et la position du corps d'étranglement en résultant, d'autre part, ne soit pas monotone, mais qu'il puisse présenter des points de discontinuité. De méme, ces forces perturbatrices peuvent déplacer et influencer la montée et l'offset de la courbe caractéristique de position/courant (ou de sa linéarisation locale). I1 est donc souhaitable de saisir la position réelle du corps d'étranglement et éventuellement de l'asservir. Le nouveau procédé de mesure pour la position du corps d'étranglement se rétère au fait que la position est détermince indirectement par une mesure de la force de ressort. Le ressort est agencé dans une valve entre le corps d'étranglement mobile et un point d'appui fixe qui est relié au boîtier de valve. Pour déterminer la force de ressort, on propose corume position pour le capteur de forces le point d'appui fixe du ressort ou un lieu approprié lié à celui-ci. Dans le cas de valves proportionnelles, le point d'appui fixe du ressort est généralement réalisé sous forme de vis avec laquelle on peut modifier la - 4 précontrainte du ressort. Cette vis dite d'ajustage sert à compenser des tolérances du ressort qui se produisent par des dispersions dans la longueur du ressort, dans son diarnètre de fil et dans les propriétés de matériau du ressort. En raison de cette structure constructive d'une valve proportionnelle, le capteur de forces peut 8tre S intégré dans la vis d'ajustage. La réalisation de la vis avec capteur intégré peut avoir lieu de différentes façons: Le capteur de forces peut être réalisé sous forme de bote de mesure qui est montée sur l'extrémité de la vis qui est tournce vers le ressort. Le ressort presse ici contre le corps de déformation du capteur de forces La position du capteur de forces est déterminée par la position de la vis d'ajustage. Dans une variante de réalisation, la vis d'ajustage peut être pourvue d'un alésage transversal qui s'étend perpendiculairement à l'axe longitudinal de la vis. On peut aussi insérer dans cet alésage un capteur de forces réalisé de façon appropriée. Grâce à la proportionnalité entre la force exercée par le ressort et la déformation du ressort, on obtient aussi avec la mesure de la force un signal de 1S course pour le corps d'étranglement parce que le ressort est déformé par le corps d'étranglement. Toutes les grandeurs perturbatrices qui influencent la position du corps d'étranglement (par exemple des forces de frottement ou des variations de pression du fluide) sont ainsi saisies et elles peuvent être compensées dans un circuit de d'asservissement fermé. Si à titre de grandeur réglée, on n'utilise que le courant électrique passant à travers la bobine, l'influence de ces grandeurs perturbatrices reste sans compensation. Puisque la pression en retour du fluide dans la valve a aussi une répercussion sur le signal de sortie du capteur de forces, il faut effectuer un calibrage de la valve par capteur pour ne pas laisser cette grandeur s'intégrer dans l'asservissement. Les procédés décrits dans l'état de la technique ont l'inconvénient qu'ils augmentent considérablement l'encombrement de la valve. Ceci n'est pas souhaitable parce que les champs d'application de la valve en sont considérablement restreints. Le procédé décrit dans le document DE 199 09 109 A1 est destiné à la régulation de la vitesse de l'induit dans des valves de s commutation. Dans ce procèdé, la résolution du signal de course dépend de la position de l'induit: Lorsque la distance par rapport à la surface polaire est faible, la résolution est au plus haut. Avec cette technique, le signal de course ne peut pas non plus être mesuré sur toute la course de l'induit. Pour ces deux raisons, ce principe n'est pas approprié pour la régulation de la position d'une valve proportionnelle. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La fig. 1 montre la structure d'une valve proportionnelle avec un capteur de forces qui est intogré sur la vis d'ajustage, la bobine magnétique n'étant pas 1 0 représentée; la fig. 2 montre la vis d'ajustage avec capteur de forces monté de manière concentrique sur l'extrémité de la vis qui est tournce vers le ressort; et la fig. 3 montre la vis d'ajustage avec un capteur de forces dans un alésage transversal. La valve proportionnelle montrce à la fig. 1 a un boitier 1 de valve avec raccords fluidiques et siège de valve; elle est traversée par le fluide. Le siège de valve peut être ouvert ou fermé de façon continue par le joint relié à un corps d'étranglement 2. Un ressort de rappel 4 presse le corps d'étranglement 2 avec le joint contre le siège de valve et exerce ainsi une force de fermeture. Contre le ressort de rappel 4, le corps d'étranglement 2 est soulevé du siège de valve par la force magnétique d'une bobine magnétique (non représentée) qui l'entoure. Etant donné que le ressort de rappel est soumis à certaines tolérances de matériau et de fabrication, sa tension - et par conséquent le point de travail de la valve proportionnelle - peuvent être réglés au moyen d'une vis d'ajustage. Entre la vis d'ajustage 5 et le ressort de rappel 4 est agencé un capteur de forces. 6. A la fig. 2, la vis d'ajustage est montrce avec un capteur de forces 6 monté de façon concentrique. Le capteur de forces a la forne d'un cylindre ou d'un chapeau. La liaison entre la vis d'ajustage et le capteur de forces est produite au moyen d'un - 6 procédé approprié tel que par collage, soudure, pressage ou par une autre technique connue. A la fig. 3 est montrée l'intogration du capteur de forces 6 dans un alésage transversal de la vis d'ajustage. La vis d'ajustage est dans ce cas un corps de défornation par l'intermédiaire duquel la force de ressort appliquée agit sur la surface active du capteur de forces (par exemple sur la membrane avec pont de résistances). Documents cités Les documents cités ci-dessus sont les suivants: [1] Gevatter, Hans-Jurgen: Automatisierangstechnik 3; Berlin: Editions Springer; 2000 [2] Gevatter, Hans-Jurgen: Automatisierungstechnik 2; Berlin: Editions Springer; 2000 [3] Skinner, S.C.: Grundlagen der Proportionalventil-Technik; Publication interne Vickers Systeme GmbH, Bad Homburg v.d.H.; 1987 [4] Kabisch, G.; Berg, H.; Beck, K.: StetigventileinderPneumatikundim GeneralPurpose Bereich; Industriearmaturen; 4e année; Vol. 3; 1996; S. 232 - 239 [5] Scholz, D.: Proportionalhydraulik; Berling: Editions Springer; 1997 Revendications 1. Procédé de mesure de la position actuelle du corps d'étranglement (2) chargé par un ressort de rappel (4) dans une valve, caractérisé en ce que la force du ressort de rappel (4) est mesurée et une grandeur représentative pour la position du corps d'étranglement (2) est dérivée de la valeur mesurce. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la force du ressort de rappel (4) est mesurée au moyen d'un capteur de forces (6) qui est intégré à une vis d'ajustage (5) destinée au réglage de la tension du ressort. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le capteur de forces (6) est monté à l'extrémité de la vis d'ajustage (S) qui est tournée vers le ressort. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le capteur de forces (6) est intégré dans un alésage transversal s'étendant perpendiculairement à l'axe longitudinal de la vis d'ajustage (S). S. Procédé selon l'une ou plusieurs des revendications 1 à 4, caractérisé en ce 1 S que la force du ressort de rappel (4) est mesurée au moyen d'un capteur de forces (6) qui exploite l'effet piézoélectrique ou piézorésistif pour mesurer la force introduite. 6. Procédé selon l'une ou plusieurs des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la force du ressort de rappel (4) est mesurée au moyen d'un capteur de forces (6) qui est réalisé selon le principe d'un pont à résistances influençable par la force introduite. 7. Valve proportionnelle comportant un corps d'étranglement qui est chargé par un ressort de rappel (4) jusque dans une position de fermeture, caractérisée en ce qu'au ressort de rappel (4) est associé un capteur (6) mesurant sa force de ressort, dont le signal de mesure est représentatif de la position actuelle du corps d'étranglement(2). 8. Valve proportionnelle selon la revendication 7, caractérisée en ce que le capteur de forces (6) est agencé entre le corps d'étranglement (2) et une vis d'ajustage (5). 9. Valve proportionnelle scion la revendication 8, caractérisée en ce qu'une S ligne de raccordement est menée vers le capteur de forces à travers la vis