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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION Perfectionnements relatifs au réglage automatique de caracté- ristiques physiques variables.
Cette invention est relative au réglage automatique de caractéristiques physiques variables, par exemple de la température ou de la pression., et d'une manière générale, de toute caractéristique physique dont les changements peuvent être traduits par un déplacement de matière au moyen d'un instrument indicateur ou enregistreur approprié.
Actuellement on connaît divers systèmes pour régler automatiquement les caractéristiques physiques variables, entre autres des systèmes où tout changement de la caractéris- tique est suivi d'une action compensatrice dont l'allure est
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fonction de celle de la variation de la caractéristique ainsi que de l'amplitude de déviation absolue de celle-ci par rap- port à la grandeur qu'on veut obtenir, et où la caractéristi- que atteint la grandeur voulue sans retardation. Ces systèrnes connus sont de construction compliquée et ils sont par cons,;- quent coQteux et difficilement réparables en cas d'un défaut de fonctionnement.
Les systèmes dont l'action compensatrice dépend d'une série d'impulsions produites à des intervalles de temps réguliers présentent l'inconvénient que les organes actifs subissent une usure et une destruction considérables.
Le principal but de la présente invention est de procurer un système pour régler automatiquement une caract4- ristique physique variable, qui satisfasse à tous les dési- dérata relatifs à l'efficacité pratique, même s'il y a un intervalle de temps entre une action compensatrice et son effet sur la caractéristique qu'on règle, et qui néanmoins soit de construction simple et économique en fonctionnement.
Un autre but de l'invention est de procurer un système de réglage automatique qui soit auto-régulateur en ce sens qu'il n'exige aucun réglage extérieur pour maintenir la grandeur voulue de la caractéristique malgré des changements permanents ou durables de l'une ou de l'autre des conditions susceptibles d'influencer cette caractéristique.
La particularité essentielle du système perfectionné consiste à tirer parti, par l'intermédiaire d'un système de relais, des déplacements relatifs 1) d'un organe indicateur qui suit les variations de la caractéristique à régler et 2) du niveau d'une surface liquide, pour actionner un dispo- sitif compensateur tendant à rétablir la rand voulue la caractéristique, l'action résultante du dispositif compen- étant telle que (par l'intermédiaire d'un dispositif d'accouplement au moyen duquel tout changement de position ou
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de place du dispositif compensateur est amené à influencer le niveau de la surface liquide du fait qu'il modifie d'une quantité dépendant du changement correspondant de l'effet compensateur, de préférence sensiblement proportionnelle à ce changement, un volume de liquide,
mesuré jusqu'à un niveau déterminé, qui est immédiatement disponible à partir d'une réserve du même liquide communiquant avec le liquide constituant la surface précitée), elle oblige ce niveau à suivre étroitement, par degrés, dans des limites déterminées, les déplacements de l'organe indicateur, la disposition étant par ailleurs telle que ladite surface de liquide tende à revenir à un niveau déterminé correspondant à la grandeur voulue de la caractéristique à régler, par suite d'une circulation de liquide dans un trajet résistant, produite de préférence entre le liquide dont la surface suit les déplacements de l'organe indicateur et une réserve de liquide extérieure dont l'importance est telle que son niveau reste sensiblement inaffecté par cette circulation et dont le niveau est établi pour la grandeur voulue de la caractéristique.
Il est possible d'agencer le niveau de liquide déterminé de manière à le déplacer en conformité avec toute allure voulue de la caractéristique. Par exemple, le système
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peut être employé pour ré 1 uement une température destinée à changer en fonction du temps.
Uans'une variante du système, le volume précité, mesuré jusqu'au niveau déterminé, change en outre d'une quan- tité dépendant de la grandeur d'une autre caractéristique, appelée ci-après caractéristique causale, dont les variations peuvent éventuellement donner lieu à des variations de la caractéristique à régler.
D'autres particularités de l'invention visent un
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dispositif pour compenser le jeu ou mouvement perdu qui peut exister entre le dispositif compensateur lui-même et toute partie extérieure ou commande du dispositif compensateur destinée à être accouplée au dispositif de réglage automatique, et à un dispositif pour produire un effet compensateur approprié dans les cas où l'effet compensateur dû à un déplacement donné du dispositif compensateur n'est pas proportionnel à ce déplacement.
Dans une forme d'exécution préférée de l'invention, l'organe indicateur porte deux paires de fils métalliques verticaux dont les extrémités inférieures se terminent parades ¯
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'ësti ées à produuixreun 4ontaçt électrique¯angc une surface --- -- A.....-..,J.MJ,."'""'''---'' . .,..n.,.s....=-..r.. de mercure.Chaque paire de pointes est connectée à un sys- @ tème de relais, de telle manière que lorsque la pointe supé- rieur touche le mercure, il se ferme un circuit qui reste fer- mé jusqu'à ce que la pointe inférieure quitte le mercure, et quélorsque la pointe inférieuie quitte le mercure, le circuit s'ouvre et reste ouvert jusqu'à ce que la pointe supérieure touche le mercure.
Les deux paires de pointes sont disposées à des niveaux légèrement différents ; quand le circuit comman- dé par la paire de pointes supérieure est fermé, le disposi- tif compensateur fonctionne, sous l'action d'un mécanisme de commande électrique ou autre, par exemple sous une pression d'huile, dans un sens pour lequel les pointes finissent par être soulevées, et quand le circuit commandé par la paire de pointes inférieure est ouvert, le dispositif compensateur fonctionne dans le sens pour lequel les pointes finissent par être abaissées ; quand le circuit commandé par la paire de pointes supérieure est ouvert et qu'en même temps le circuit commandé par la paire de pointes inférieure est fermé, le dis- positif compensateur reste immobile.
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Ce système présente l'avantage d'éliminer le branle des relais dû aux ouvertures et fermetures de contact fortuites à la surface de mercure, produites par des vibrations ou par d'autres causes.
On comprendra mieux l'invention en se référant aux dessins annexés, dans lesquels:
Fig. 1 montre schématiquement la disposition d'un régulateur de température automatique pour un système auquel la chaleur est fournie au moyen d'un fluide de chauffage, par exemple au moyen de vapeur, dont la circulation est réglée à l'aide d'une vanne;
Fig. 2 est un schéma montrant en principe un circuit à relais électrique propre à être employé avec le dispositif de la Fig. 1 ou celui de la Fig. 3;
Fig. 3 montre schématiquement la disposition du système de la Fig. 1 modifié de manière à produire un changement supplémentaire du volume disponible précité en fonction des fluctuations de la pression du fluide de chauffage.
On comprendra que les systèmes représentés sur les dessins pourraient être employés pour régler n'importe quelle caractéristique physique variable, bien que pour la simplicité on ne se réfère qu'à la température. Il s'agit simplement d'exemples illustrant le principe de l'invention et celle-ci n'y est pas limitée.
Sur la Fig. 1, le fluide de chauffage, par exemple de la vapeur, arrive au système dont on veut régler la température, par un tuyau 1 comportant une vanne de réglage 2, cette vanne étant actionnée par un moteur et un engrenage réducteur qui ne sont pas représentés sur le dessin. L'indicateur de la vanne porte une poulie 3 à laquelle est attachée une chaine 4 passant sur une poulie 5 et portant à son extrémité libre un
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contrepoids 6.
Une deuxième poulie 7, qui est coaxiale à la poulie
5, est reliée à celle-ci au moyen d'un dispositif réglable à boutonnière, de manière que les deux poulies puissent exécuter un mouvement relatif libre, d'amplitude déterminée indiquée par l'angle A. Ce mouvement libre correspond au jeu (s'il y en a) entre le point d'attache de l'indicateur de la vanne et la vanne elle-même. La deuxième poulie 7 porte une chaîne 8 dont une extrémité est libre et porte un contrepoids 9, tandis que l'autre extrémité est attachée à une roue à came 10 à la- quelle est fixé un tambour 11 portant une chaîne 12. L'extrémité libre de celle-ci est raccordée à un prolongement 13 d'un récipient tubulaire 14 contenant du mercure 15.
La roue à came 10 est conformée de manière que le déplacement du récipient 14 soit sensiblement proportionnel à la variation de la vitesse de circulation (quantité par unité de temps) du fluide de chauffage en aval de la vanne 2, résultant des changements de position de la vanne.
La disposition est telle que lorsque la poulie 3 tourne au moment où la vanne s'ouvre, le récipient 14 s'abaisse, et lorsque la poulie tourne au moment où la vanne se ferme, le récipient 14 monte. L'effort actionnant la vanne est commandé par des relais actionnés en conformité avec les positions relatives de l'organe indicateur 17 et de la surface 30 du mercure contenu dans le récipient 14 ; montage des re- lais est expliqué ci-après avec référence à la Fig. 2. Un frein léger 16 agissant sur l'arbre du tambour 11 assure que normalement le jeu entre les poulies 5 et 7 soit complètement absorbé dans un sens ou dans l'autre.
Comme on le verra plus loin, le système de relais fait mouvoir la vanne 2 de telle manière que la surface de
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mercure 30 du récipient 14 suive étroitement, par degrés, le mouvement de l'organe indicateur 17. Une certaine quantité de mercure contenue dans un réservoir 18 est reliée par un tube capillaire 19 au mercure contenu dans le récipient 14. Le mercure s'écoule par le tube capillaire 13 chaque fois que le niveau de la surface de mercure en 14 est différent de celui existant dans le réservoir 18 et il circule à une vitesse proportionnelle à la différence de niveau existant à chaque moment.
Le réservoir 18 a une superficie telle que le niveau du mercure y contenu reste sensiblement constant, et de ce fait la surface 30 tend toujours à atteindre le même niveau malgré qu'il se produise des changements de position permanents ou durables du récipient 14 dus à des changements permanents ou durables d'une ou de plusieurs conditions tendant à modifier la grandeur de la caractéristique qu'on veut régler. De cette façon la vanne peut prendre librement toute position voulue comprise dans ses limites de fonctionnement, sans qu'on ait besoin de régler le système extérieurement pour le rendre apte à maintenir la grandeur voulue de la caractéristique en dépit de changements permanents ou durables de l'une ou de l'autre des conditions susceptibles de modifier cette caractéristique.
Eventuellement, on peut déplacer le réservoir 18 de manière à déplacer en concordance avec toute allure voulue de la caractéristique le niveau de mercure servant d'étalon.
Par exemple, lorsqu'on veut que la température croisse progressivement en fonction du temps, ou soulèvera le réservoir 18 de manière appropriée.
Sur la Fig. 2, l'organe indicateur (désigné par 17 sur la Fig. 1), qui se soulève quand la température monte por-
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- .fsr". rs.a.w.^x.w--'s..w.'-'w por- te quatre fils métalliques dont les extrémités inférieures se
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terminent par des pointes 17a, 17b, 17c et 17d à des niveaux légèrement différents. Les pointes 17a et 17b sont raccordées à un système de relais comportant un solénoïde S1 et un commutateur 21 actionné par celui-ci, et les pointes 17c et 17d sont raccordées à un système de relais analogue comportant un solénolde S2 et un commutateur 22 actionné par celui-ci. Les solénoldes S1 et S2 sont connectés à la borne principale M1 et l'autre borne principale M2 est connectée au mercure 15 par le contact 20.
On comprend qu'au besoin, par exemple pour limiter les crachements aux contacts, on pourrait amplifier le courant circulant par suite d'un contact établi entre les pointes extrêmes de l'organe indicateur et le mercure, mais pour la simplicité la Fig. 2 ne montre pas les détails des dispositifs amplificateurs.
Quand la pointe 17a touche la surface de mercure, le circuit du solénolde S1 se ferme et le commutateur 21 se soulève de manière à fermer les trois paires de contacts e, f - g, h - 1, j. Un courant circule alors par l'induit C du moteur actionnant la vanne 2 de la Fig. 1, ce courant parcourant la borne principale M3, la résistance R, les contacts g, h et l'induit du moteur et retournant par les contacts i, j à la borne principale M4. Ceci provoque l'ouverture de la vanne et le récipient 14 descend d'une quantité correspondante. La résistance R peut être considérée comme une résistance de démarrage permanente pour le moteur et elle est intercalée avantageusement à cet endroit pour empêcher la production de court-circuits entre les bornes principales M3, M4, dûs à des mouvements accidentels possibles des commutateurs 21 et 22.
Le solénoïde S1 reste excité tant que la pointe 17b est immergée,malgré qu'il se produise une rupture de contact entre 17a et le mercure, mais aussitôt que le point 17b quitte
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le mercure, le solénolde S1 se désexcite et le commutateur 21 tombe en coupant le circuit du moteur.
Si la pointe 17d, située un peu plus bas que 17b, quitte la surface du mercure, le solénolde S2 se désexcite et le commutateur 22 tombe de manière à ouvrir les contacts k, l et à fermer les contacts m, n et o, . Le commutateur 22 reste dans cette.position jusqu'à ce que la pointe 17c rencontre la surface de mercure, après quoi le solénolde s2 est de nouveau excité. On voit que lorsque le commutateur 22 ferme les con- tacts m, n et o, p, le courant peut s'écouler vers l'induit C par les contacts m, n et retourner par les contacts o, p et que le circuit est tel que le courant fourni au moteur soit de sens inverse à celui produit à la suite de la fermeture du commutateur 21. De cette façon la vanne est amenée à se fermer et le récipient 14 monte d'une quantité correspondante.
Le mouvement graduel de la surface de mercure 30 est descendant entre les pointes 17a et 17b, ou ascendant entre les pointes 17c et 17d, suivant que toutes les pointes ensemble tendent entrer dans le mercure ou à en sortir.
Les bornes M5 et M6 sont les bornes de l'enroulement d'excitation du moteur. Il n'est pas nécessaire que la tension aux bornes M1, M2 soit la même qu'aux bornes M3, M4 ou M5, M6.
La Fig. 3 montre comment on peut tenir compte de l'ef- fet des variations d'une caractéristique causale sans que le système traduise ces variations par des variations de la caractéristique qu'on veut régler. A la poulie 3 supportée par l'indicateur de la vanne est attachée une chaîne 4 passant sur une poulie 5 et raccordée à une roue à came 10 comme sur la Fig. 1. (Pour la simplicité on a omis de représenter sur la Fig. 3 le dispositif de compensation de jeu de la Fig. 1). Une chaine 12 attachée au tambour 11 de la roue à came passe sur
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ane poulie 25 et est attachée au prolongement 13 du récipient à mercure 14.
La poulie 25 est supportée par une chaîne 24 passant sur des poulies 26 et 27 et attachée à un piston 28 qui se déplace en conformité avec la pression de fluide de chauffage régnant dans le tuyau 1. Quand la pression monte, ce qui conduirait finalement, après un intervalle de temps propre au système à régler, à un accroissement de température, le récipient 14 tend à descendre d'une quantité correspondante et fait fonctionner le système régulateur comme si la température s'était déjà élevée bien qu'elle ne soit pas encore affectée par l'accroissement de pression du fluide de chauffage.
Le système régulateur anticipe ainsi l'effet des variations de la caractéristique causale et on assure un réglage plus souple que ce ne serait le cas si l'on employait le système fondamental de la Fig. 1.
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