Brevet FR3017918A1 — publié le 20150828

PROCEDE DE SURVEILLANCE D'UNE VANNE PILOTEE. On connait des « disjoncteurs d'eau », appareils capables d'ouvrir ou de fermer une alimentation d'eau en fonction des consommations ( détection de fuites). L'énergie nécessaire au fonctionnement est fournie par des piles. Une des caractéristiques essentielles de ces appareils est leur consommation électrique extrêmement faible, qui permet des durées de vie d'une dizaine d'années. Pour cela, l'énergie mise en oeuvre pour manoeuvrer la vanne est minimisée, au risque que, dans certaines circonstances (frottements augmentés, traces de corrosion..) elle ne soit pas suffisante. Une solution évidente à ce défaut de manoeuvre consiste à augmenter l'énergie de manoeuvre mais cette solution est pénalisante sur le plan de la durée de vie. Une autre solution consiste à détecter, après un ordre d'ouverture ou de fermeture, la position réelle de la vanne. Si celle-ci n'est pas conforme à l'ordre donné, il est alors possible d'augmenter l'énergie de commande à un niveau 15 suffisant, en dégradant le moins possible la durée de vie. Il est également possible de transmettre une alarme si le fonctionnement se dégrade progressivement, avant que le dispositif ne tombe en panne ( diminution de la tension des piles). Il est enfin possible de calculer, précisément, la durée de vie restante, à partir de calculs de bilan énergétique prenant en compte les 20 données réelles. Cette solution suppose donc une détection fiable de la position de la vanne. Ces vannes sont des vannes à membrane qui sont soumises à deux forces opposées. Elles sont dotées d'un sous-ensemble, le « pilote », qui vient, par le mouvement d'une pièce appelée « noyau », ouvrir ou fermer une petite 25 ouverture, et ainsi modifier la pression de l'eau d'un côté de la membrane, ladite membrane venant alors se déplacer par changement de l'équilibre des forces opposés et selon le cas, se plaquer contre le passage principal de l'eau et le fermer, ou au contraire s'en éloigner. D'autres réalisations mécaniques utilisent une « balancelle » à la place du noyau, sans que cette différence constructive ait de conséquence en ce qui 5 concerne les solutions de détection de la position. Détecter la position de la membrane serait insuffisant, car elle peut, en l'absence de débit, apparaître fermée alors que l'eau pourrait passer. La mesure de la pression appelle la même remarque. On pourrait aussi se contenter de mesurer le débit, et de constater que la vanne 10 ne s'est pas fermée si le débit est non nul. Mais ceci ne permet pas de détecter les blocages en position ouverte si l'aval de l'installation ne consomme pas d'eau. Or ce mode de défaillance est particulièrement préjudiciable à un produit dont l'une des fonctions principales est de fermer l'eau en cas de circonstances exceptionnelles (le concept de disjoncteur). 15 Le pilote de la vanne comporte un noyau qui peut avoir deux positions dite haute pour la vanne ouverte ou basse pour la vanne fermée. Les deux positions sont distantes d'environ 1 mm, pour une pièce faisant 5 cm de long environ. Cette pièce est logée dans une cheminée métallique ou plastique assurant l'étanchéité, elle-même entourée d'une bobine de commande. Cette bobine peut 20 intégrer directement un aimant, ou alors celui est monté sur le dessus de la cheminée. Cet ensemble doit nécessairement être très compact, pour des raisons de consommation d'énergie et de stabilité mécanique. Il est rempli d'eau. C'est la position du noyau qui contraint la vanne à se fermer sous l'effet de la pression de l'eau qui apporte l'énergie au déplacement de la membrane. 25 L'invention se propose d'apporter une solution pour surveiller la position de la vanne à membrane. A cet effet, l'invention se rapporte à un procédé de surveillance du déplacement d'une vanne à membrane soumise à deux forces opposées résultant de la pression s'exerçant dans deux chambres opposées dont le remplissage et la vidange de l'une des chambres dite chambre de pilotage sont pilotés par déplacement d'une pièce dite noyau actionnée par une bobine, le dit noyau se déplaçant entre deux positions singulières où ce noyau ferme ou ouvre un passage ce procédé étant caractérisé en ce qu'on surveille la position du noyau pour en déduire la position de la vanne à membrane. L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci après faites à titre 10 d'exemple non limitatif en regard du dessin qui représente : FIG 1 vue partielle d'une vanne à membrane pilotée en position fermée FIG 2 vue de la vanne de la figure 1 en position ouverte. FIG 3 : représentation du pilote de la vanne dans un circuit électrique de mesure FIG4 : une variante d'un circuit électrique de mesure de la position du pilote de 15 la vanne. En se reportant au dessin on voit une vanne 1 à membrane contrôlant la circulation d'un fluide entre une conduite amont et une conduite avale. Cette vanne à membrane comprend donc un obturateur 4 soutenu par une membrane 5 qui est soumises à deux forces opposées résultant de la pression 20 s'exerçant dans deux chambres opposées dont le remplissage et la vidange de l'une des chambres dite chambre de pilotage sont pilotés par déplacement d'une pièce 6 dite noyau actionnée par une bobine 7 , le dit noyau se déplaçant entre deux positions singulières où ce noyau ferme et ouvre un passage . Avantageusement au lieu de surveiller la position de l'obturateur porté par sa 25 membrane, on surveille la position du noyau 6 pour en déduire la position de la vanne à membrane. En effet on sait que si le noyau est en position fermant le passage par lequel s'évacue l'eau d'un des chambres, l'eau va s'accumuler dans la dite chambre et monter en pression ce qui va contraindre l'obturateur à fermer le passage. Par conséquent si le noyau est en position basse ( fermant le passage) l'obturateur est fermé. Le noyau 6 est logé dans une cheminée 8 une bobine 7 entoure cette cheminée et agit sur un aimant en vue de déplacer le noyau. Pour surveiller la position du noyau, on mesure une des caractéristiques électriques de l'ensemble formé par le noyau 6 et son environnement 10 électromagnétique. Si le noyau est en position haute ( ouverture du passage) , l'inductance globale de la bobine est maximale. Quand le noyau est en position basse ( fermeture du passage), cette quantité physique est diminuée. Selon un mode de réalisation, on applique une impulsion de tension sur la 15 bobine et on mesure la tension et le courant. L'impulsion crée un courant oscillant. La mesure du rapport entre le courant obtenu et la tension permet de déduire l'impédance. Dans une deuxième mode de réalisation, on applique toujours une impulsion (un pic de tension ou un créneau), on laisse osciller le circuit et on mesure la 20 fréquence des oscillations. Dans une troisième variante, on constitue un circuit RLC série dont L est la bobine de commande et on injecte un signal sinusoïdal de fréquence égal à la fréquence théorique du circuit et on mesure le déphasage entre le courant et la tension. 25 Un circuit RLC en série est dit en résonance lorsque les effets des réactances s'annulent, c'est-à-dire lorsque : XL = Xc fo La fréquence de résonnance est définie par la relation 2i L'impédance du circuit est alors à son minimum et est simplement égale à la résistance du circuit (Z = R). Dans : + L - Xc)2 Si : XL = Xc alors : Z = R Étant donné que le courant est partout le même dans un circuit en série et comme les réactances sont égales (XL = Xc), les tensions aux bornes des composants L et C sont égales et s'annulent. Par conséquent, la tension appliquée au circuit est égale à la tension aux bornes 10 de la résistance Lorsque XL = Xc, le courant du circuit est en phase avec la tension appliquée au circuit. La tension aux bornes de la capacité se retrouve alors en quadrature arrière par rapport à la tension appliquée au circuit. 15 En choisissant rigoureusement la capacité C (précise et stable), la moindre variation de la valeur de L permettra d'annuler la relation précédente XL = Xc et par conséquent une variation de toutes les caractéristiques temporelles. La précision des mesures étant très importante, la mesure temporelle présente l'avantage d'être beaucoup plus stable et insensible aux variations extérieures 20 (température, tolérance des composants). De plus, avec les microprocesseurs actuels il est relativement simple d'avoir une résolution de quelques nano seconde sur un signal temporel. La bobine de détection de position sera, avantageusement, la bobine de 25 commande du noyau. La tension de mesure sera également avantageusement 1 assurée par des composants implantés sur la carte électronique de commande du noyau. On notera que ces modes de réalisation ont en commun l'absence de tout composant supplémentaire par rapport à un appareil non doté de la fonction de 5 détection de position, à l'exception éventuellement des composants électroniques qui pourraient devoir être ajoutés pour mesure l'intensité ou la fréquence du courant. D'où un très faible surcoût de réalisation, l'absence de conséquence sur le bon fonctionnement du pilote et une préservation de la fiabilité du produit. On notera également que ces modes de réalisation mesurent bien la position 10 physique du noyau. On notera enfin que ces modes de réalisation sont particulièrement économes en énergie. Ces modes de réalisation sont utilisés de plusieurs manières. En premier lieu, ils permettent de vérifier le bon fonctionnement de la vanne, tout en optimisant les consommations d'énergie. Pour ce faire, la tension 15 d'ouverture est modifiée en fonction des résultats de la mesure de position. Par exemple, elle est augmentée tant que la vanne ne s'est pas ouverte. On peut aussi, si la vanne s'est bien ouverte lors de la manoeuvre précédente d'ouverture, diminuer la tension d'alimentation lors de l'ouverture suivante, et ce tant que la vanne s'ouvre effectivement. Ce processus s'applique également à la tension de 20 fermeture. En deuxième lieu, ils permettent de faire parvenir une alerte préventive, si la tension nécessaire à l'ouverture ou à la fermeture atteint une certaine valeur. Alternativement, et en cas d'appareil non communicant, on peut décider que, dès que cette tension est suffisamment élevée, la vanne restera fermée, fournissant 25 ainsi une forme d'alerte aux usagers. Face à cette coupure d'eau, il leur sera facile de faire un diagnostic in situ de la vanne, celle-ci ayant gardé en mémoire la raison de son comportement. La carte électronique comprendra des moyens G pour injecter dans le circuit RL ou le circuit RLC soit une impulsion soit un signal sinusoïdal ayant une fréquence spécifique ainsi que des moyens de mesures, courant, tension, déphasage.5 REVENDICATIONS1. Procédé de surveillance du déplacement d'une vanne (1) à membrane soumise à deux forces opposées résultant de la pression s'exerçant dans deux chambres opposées dont le remplissage et la vidange de l'une des chambres dite chambre de pilotage sont pilotés par déplacement d'une pièce (6) dite noyau actionnée par une bobine (7) qui se déplace entre deux positions singulières où ce noyau ferme ou ouvre un passage ce procédé étant caractérisé en ce qu'on surveille la position du noyau pour en déduire la position de la vanne à membrane. 2. Procédé de surveillance du déplacement d'une vanne à membrane selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on mesure une des caractéristiques électriques de l'ensemble formé par le noyau (6) et son environnement électromagnétique. 3. Procédé de surveillance du déplacement d'une vanne à membrane selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'on applique une impulsion de tension sur la bobine (7) et on mesure la tension et le courant et du rapport obtenu entre le courant et la tension on en déduit l'impédance. 4. Procédé de surveillance du déplacement d'une vanne à membrane selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'on applique une impulsion, on laisse osciller le circuit et on mesure la fréquence des oscillations. 5. Procédé de surveillance du déplacement d'une vanne à membrane selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'on constitue un circuit RLC série dont L est la bobine de commande et C un condensateur et on injecte un signal sinusoïdal de fréquence égale à la fréquence théorique du circuit et on mesure le déphasage entre le courant et la tension. 6. Moyens pour la mise en oeuvre du procédé de surveillance du déplacement d'une vanne à membrane piloté par le déplacement d'une pièce (6) dite,.. 9 noyau actionnée par une bobine (7) qui se déplace entre deux positions singulières où ce noyau ferme ou ouvre un passage ces moyens étant caractérisés en ce qu'ils comprennent des moyens pour mesurer une des caractéristiques électriques de l'ensemble formé par le noyau (6) et son environnement électromagnétique, cet ensemble formant un circuit RL. 7. Moyens selon la revendication 6 caractérisés en ce qu'ils comprennent des moyens G pour injecter dans le circuit RL ou le circuit RLC soit une impulsion soit un signal sinusoïdal ayant une fréquence spécifique et des moyens de mesure de la tension et du courant qui circule dans la bobine en réponse a une impulsion. 8. Moyens selon la revendication 6 caractérisés en ce qu'ils comprennent des moyens G pour injecter dans le circuit RL ou le circuit RLC soit une impulsion soit un signal sinusoïdal ayant une fréquence spécifique et des moyens de mesure de la fréquence d'oscillation dans la bobine. 9. Moyens selon la revendication 6 caractérisés en ce qu'ils comprennent un condensateur C en vue de créer un circuit RLC avec la bobine et des moyens de mesure du déphasage courant/tension.