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MEMOIRE D E S C R I P T I F 'déposé à l'appui d'une demande de BREVET D'INTENTION Société dite: LANDIS & GYR, S.A. "Transmission mécanique multiplioatrioe".
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Priorité d'une demande'de 'brevet'déposeè en Suisse 1e'5 mâi i95 n. '2371,..., ..
L'invention a pour objet une transmission mécanique multiplicatrice pour intégration'de la grandeur d'un produit défini physiquement et varia-
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blé dans le temps et en particulier pour instruments dé mesure dès quantités'dé chaleur. -, . , ' - , . "'" , , , .. , ,
On trouve dans la littérature des brevets de nombreuses propositions
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relatives a des transmissions mécaniques multiplicatrices diverses, plus ou moins compliquées, dont un petit nombre seulement a été adopté dans la pratique et s'y est maintenu.
Ainsi qu'on le sàiti o'es*transmie'sion-s sont également utilisées dans les compteurs de chaleur, dans lesquels le débit
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par exemple de l'eau (Q en dm3) est une des grandeurs physiques, et 1à'dïfférence de,température ( GS t en OC) dans les'tuyaux de départ et de re= tour de l'installation de chauffage est l'autre grandeur physique.'On's-àit que la quantité de chaleur à quelques restrictions près au sujet de'la constance de la chaleur spécifique et du poids spécifique, est proportionnelle
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au produit dé s deux grandeurs , c'est-à-dire que f = ' a 5 a Q 4. t = " " '(c" j$ lÀ t) kcal. ' JO Sot 0 keai.
On relève d'une manière continue la grandeur Q au moyen d'un mano-
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mètre statique ou au moyen de la pression efficace correspondante en'ôombi- naison avec un manomètre à flotteur, ou encore -au moyen d'un moulinet, ou ,par des instruments analogues, et on l'enregistre sous forme de'changement
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de position ou de mouvement dans une portion de.la transmission multi:pli- catrice.
On relève lé changement de position qui'résulte de .la différence
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'dè température dans les tuyaux de départ ou derètpus.par un thermomètre avec organe de dilatation, et on l'enregistre par l'intermédiaire d'un mécanisme différentiel ou analogue dans la seconde portion de la transmission multiplioatrioe. Le mouvement qui résulte de la coopération des mouvements des deux portions est un troisième mouvement résultant, dont l'amplitude angulaire est proportionnelle à la quantité'de ohaleur qui peut ainsi être transmise directement à un compteur et relevée sur ce compteur.
L'emploi d'une'transmission multiplicatrice à la correction d'état des résul-' tats du compteur d'un débitmètre, en particulier pour la vapeur d'eau, n'est pas connu. On sait qu'un compteur'de vapeur ne donne des résultats exacts que lorsque l'état de régime au point de vue de la pression et de la température correspond à des données d'étalonnage sur lesquelles cet état est' basé.
Si tel n'est pas le cas, la quantité de vapeur'relevée G doit être 'corrigée, c'est-à-dire que G doit être multiplie par'le facteur
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Gn, Pn, tn 'sont les données d'étalonnage de la quantité, de la n n n pression et de la température ; p, t les données de régime qui en dif- fèrent et k est un facteur; p et t doivent être relevés sur une bande de papier d'enregistrement sous forme de valeurs moyennes. Entre les limites de la. pratique, et avec une approximation très largement suffisante, la quantité de chaleur réelle est 'directement proportionnelle à la moitié de l'excès de la pression et inversement proportionnelle à la moitié de l'excès de la température.
Par exemple, pour p = 1,05 Pn, Gn = 1,025 G et pour t= 1,05 tn, Gn = G/1,025; pour p = 1,05 Pn et t = 1,05 tn, Gn = 0.
L'invention concerne une transmission mécanique multiplicatrice pour intégration d'une grandeur physiquement définie, variable dans le temps, en particulier pour instruments de mesure des quantités de chaleur, caractérisée en ce que deux ou plusieurs variables indépendantes déterminent la grandeur du produit séparément ou par rapport à deux d'entre elles, chacune par l'intermédiaire d'un mécanisme d'intégration simple et absolument identique, ces mécanismes montés en cascade recevant un mouvement uniforme de la part d'une source d'énergie indépendante et les impulsions qui déterminent la grandeur du produit et agissent sur le compteur se succèdent dans le temps, même dans le cas où les états de régime sont pratiquement les plus défavorables,
à des intervalles suffisamment rapprochés pour que le dernier arbre du mécanisme multiplicateur reçoive un mouvement d'avance, qui est proportionnel à la grandeur du produit avec la plus grande précision et entre les limites de mesure les plus étendues, et qui, par suite, peut être transmis au compteur, sur lequel la grandeur du produit peut être relevée.
Le dispositif ressemble à une règle à calcul logarithmique, qui, au moyen d'équations logarithmiques, permet de former un produit mathématique en partant de la somme de deux ou plusieurs vecteurs: log ab = log a + log b ou log abe = log a + log b + log c
La figure 1 du dessin ci-joint représente sous forme schématique et en perspective un dispositif suivant l'invention, à titre d'exemple, pour compteur de chaleur, comportant les restrictions précitées et pouvant également convenir à un compteur de vapeur avec correction d'état. 1 désigne la source d'énergie spéciale, animée d'un mouvement de rotation uniforme et pouvant être un mouvement d'horlogerie ou un électro-moteur. Cette source d'énergie fait tourner d'un mouvement uniforme la roue dentée 4 par l'intermédiaire de l'arbre 2 et de la roue dentée 3.
La roue dentée 4 est montée folle sur la portée 5 par l'intermédiaire de l'arbre creux 6. Elle porte un bras 8 monté de façon à pouvoir tourner séparément et sur lequel sont calés un cliquet 10, ainsi qu'une manivelle avec galet de roulement 13.
Un ressort 7 tend à faire tourner le bras 8 par l'intermédiaire de la manivelle 9 dans le sens des aiguilles d'une montre, et à amener le cliquet en prise. Le bras 8 tourne d'une manière continue avec la roue dentée 4 autour de la, roue à rochet 12, ainsi qu'autour de deux cames 14 et 15 de mêmes dimensions et décalées. Le cliquet 10 peut alors venir en prise avec la roue à rochet 12 montée folle dans la portée 17, et la faire avancer lorsque le galet 13 peut tomber dans la portion en retrait des deux cames 14 et 15 sous-tendant un angle g. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure, la périphérie des cames comporte une portion en retrait, par exemple de 180a sur chacune d'elles. Si les deux cames sont exactement dans la même position, le galet roule à chaque demi-tour sur le petit et le grand diamètres.
Le cliquet 10 se déclenche donc sur 1800 et s'enclenche sur les 180 suivants en provoquant ainsi un avancement maximum de la roue à rochet. Si les deux cames sont décalées de 180 l'une par rapport à l'autre, le galet de roulement 13 ne peut rouler que sur le grand diamètre, c'est-à-dire que la roue à rochet ne reçoit aucun mouvement d'avancement. Si les deux cames sont décalées d'un angle compris entre 0 et 180 , il se forme un intervalle @ dans lequel le galet de roulement peut tomber et rouler jusqu'à ce,qu'il en sorte. En même temps que le galet de roulement tombe dans l'intervalle
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formé, le cliquet 10 vient en prise/avec la roue à rochet et la fait avancer en conséquence.
Le bras unique 8 avec cliquet et galet de roulement peut être remplacé par deux bras semblables, diamétralement opposés sur la roue dentée 4. Il est possible dans ces conditions, que, le décalage des deux cames étant maximum, c'est-à-dire la quantité étant égale à 100 %, le cliquet 10 reste toujours en prise, c'est-à-dire que la roue à rochet tourne d'un mouvement continu sans arrêt.
La came fixe 14 est calée par l'intermédiaire d'un tourillon 20 en un point 21. La came de commande mobile 15 est montée sur un arbre creux 19 qui, dé son coté, est monté sur une portée 11 et porte une roue dentée 18, avec laquelle engrène la crémaillère 24 d'un flotteur 25. Ce flotteur monte et descend dans la branche positive ou négative, par exemple d'un manomètre différentiel à flotteur, non représenté. La valeur de G peut évidemment êtr également relevée au moyen d'une balance hydrostatique annulaire. On suppose, pour ne pas compliquer le dessin, que le trajet du flotteur est déjà proportionnel à la quantité, de même, pour simplifier, le dispositif servant à prendre la racine n'est pas représenté.
La came de commande 15 tourne donc en fonction de la quantité instantanée (dm3, /h), et en conséquance l'avance de la roue à rochet pendant un temps déterminé est proportionnelle à la quantité (Q ou kg). L'arbre 16 pourrait aussi commander un compteur de cette quantité non corrigée. Le mouvement de l'arbre 16 est transmis par l'intermédiaire das roues dentées 22, 23 et 26 à une roue dentée 27 et, de cette roue, de la manière décrite ci-dessus, par l'intermédiaire d'une roue à rochet 28 au compteur 39, qui indique la quantité de chaleur WE = c@@T Q ¯ t.
La position de la came de commande 30 est réglée par un différentiel 32, 22, 35, par l'intermédiaire d'une roue dentée 31 et d'un arbre creux 34 en fonction de deux thermomètres, non représentés, disposés dans les tuyaux de départ et de retour de l'installation de chauffage par l'intermédiaire d'organes de dilatation 38 et de crémaillères 37. Les mouvements des crémaillères 37 sont directement proportionnels aux températures tl, t2 dans les tuyaux de départ et de retour, tandis que le mouvement de rotation de la roué dentée 31 est directement proportionnel à la différence de ces deux températures ¯ t. En conséquence, le mouvement de rotation de la came de commande 30 est également directement proportionnel à .'.t en degrés centigrades. L'enclenchement et le déclenchement du cliquet avec la roue à rochet 28 s'effectuent de la manière décrite ci-dessus.
La came fixe 29 et la came mobile 30 forment d'une manière générale l'intervalle t. Si Q = 100 % et ¯ t = 100 %, d'une part la roue dentée 27 tourne de l'angle maximum pendant un tour de la roue dentée 4, d'autre'part la roue à rochet 28 tourne en même temps de l'angle maximum pendant un tour de la roue dentée 27, o'est-à-dire que WE/h = = c Q100 ¯t100, ou WE par heure est un, maximum = 100.
S'il existait deux bras 8 diamétralement opposés, les deux arbres 16 et 42 tourneraient en synchronisme et sans interruption. Si Q = 0, ou ¯t = O, ou si ¯t et Q = 0, les arbres 16 et 42 restent immobiles et WE/h est égal à o, c'est-à-dire qu'ainsi qu'il est normal, le compteur ne fonctionne pas. Si Q = 100 et ¯t = 50, WE/h est normalement égal à 50.
De même si Q = 50 et ¯t = 100, WE/h est encore égal à 50. Dans le premier cas, l'arbre 16 tourne à pleine vitesse et l'arbre 42 à vitesse moitié moindre, dans le second cas, l'arbre 16 tourne à mi-vitesse, ainsi que l'arbre 42. Si Q = 50 et ¯t = 50, WE/h = 25, l'arbre 16 tourne à mivitesse et l'arbre 42 à quart de vitesse.
Lorsqu'il s'agit de construire la transmission multiplicatrice, il faut avoir soin que les intervalles de temps qui séparent les impulsions de commande satisfassent aussi aux conditions de'régime les plus défavorables; c'est-à-dire que dans tous les cas, les variations des variables doivent être enregistrées par le mécanisme. Ce résultat peut être obtenu de, deux manières:
Ou bien on donne au nombre de tours n de l'arbre de commande non commandé et non réglé une valeur suffisante pour que, en considérant la
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première variable pratiquement la plus petite, on obtienne encore des impulsions de commande suffisamment rapides-pour les variables suivantes.
Si on suppose, dans l'exemple de la fig. 2, que le nombre de tours de l'arbre de commande soit par exemple n o = 60 T/min., une impulsion de commande de la première variable s'effectue toutes les secondes, si la valeur de la première variable n'est que de 10 %, on obtiendra une impulsion de commande pour la seconde variable au moins toutes les dix secondes, ce qui paraît être suffisant. Ou bien le nombre d'impulsions de la première variable étant suffisant, on multiplie le nombre d'impulsions de la seconde variable par la transmission (roues dentées 22, 23, 26, 27) en lui faisant prendre la valeur voulue.
Si on suppose, dans l'exemple représenté (fig. 1). què le rapport de multiplication soit égal à 10 pour 1 pour une vitesse de rotation de n = 4 de l'arbre de commande, le nombre d'impulsions de commande de la premiers variable est de 15 par seconde et la valeur de la première variable étant de 10 %, le nombre des impulsions de commande pour la pre- mire variable serait également d'au moins 15 par seconde. Bien entendu, ¯t peut aussi être considéré comme étant la première variable agissant sur la transmission et Q la seconde variable, solution qui est avantageuse lorsque les variations de Q sont plus faibles que celles de ¯t.
Nais, ainsi qu'il a déjà été dit, la transmission multiplicatrice suivant l'invention peut être utilisée non seulement dans les compteurs de chaleur, mais encore dans les débitmètres, en particulier dans les compteurs de vapeur avec dispositif de correction d'état. Le thermomètre du compteur de chaleur est simplement remplacé par un manomètre de correction de la pression. Il suffit de disposer les deux crémaillères 37 de façon que lorsque p et t augmentent ou diminuent en même temps, les mouvements de réglage se compensent plus ou moins dans le différentiel, tandis que lorsque p et t varient en sens inverse, ces mouvements s'additionnent. Les deux crémaillères doivent donc être disposées du même côté du différentiel et non de chaque côté comme dans les compteurs de chaleur. Le compteur 39 indique la quantité de vapeur corrigée.
La transmission multiplicatrice décrite a l'avantage par rapport aux dispositifs connus, de pouvoir être construite avec les éléments les plus simples et les plus sûrs et disposés dans l'espace le plus réduit. De plus, la précision de la mesure, en particulier lorsqu'il s'agit de faibles quantités, est beaucoup plus grande que dans les dispositifs qui comportent des cônes de frottement, des cylindres dentés, des leviers de détermination des quantités par exploration, etc.. On sait que le cliquet et la roue à rochèt, construits d'une manière appropriée en combinaison avec un cliquet commandé, permettent de réaliser un mouvement d'avance exactement déterminé et par suite la plus grande précision de la mesure, même lorsque les quantités sont extrêmement faibles.
Le dispositif est également relativement peu coûteux, car il ne comporte en principe que des roues dentées. Sur la fig. 2, la transmission multiplicatrice suivant l'invention est disposée à titre d'exemple en élévation schématique suivant le même axe. Cette disposition permet de se contenter de deux roues dentées et de deux roues à rochet, et sa forme de construction est très ramassée. Les diverses pièces sont désignées par les mêmes références que sur la fig. 1, et une nouvelle description de son fonctionnement est inutile.