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La présente invention concerne des servo-mécanismes per- fectionnés servant à actionner tout appareil voulu, comme un indicateur ou un enregistreur, en fonction des variations de quantités électriques comme des tensions, courants, résistances, capacités., ou d'autres quantités qui peuvent être représentées par des quantités électriques correspondantes, comme, par exemple, clos températures, pressions, vitesses et débits de fluide.
Un servo-mécanisme suivant la présente invention comprend un amplificateur électrique et un convertisseur ou transposeur du débit de l'amplificateur électrique en une pression de fluide, avec un dispositif pour appliquer de la contre-réaction au système- entier, de façon à obtenir un niveau de puissance pneumatique ou
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hydraulique de sortie élevé correspondant à un signal de,tension faible appliqué à l'amplificateur électrique.
L'appareil suivant l'invention peut comprendre un dis- positif à pont électrique dans une branche duquel on fait apparat- tre une variation de tension ou autre quantité à enregistrer, une source de tension alimentant le pont, un moyen excité par le cou rant de déséquilibre du pont et servant à produire une pression de fluide correspondante de sortie, et un moyen actionné par cette pression de fluide pour actionner un élément enregistreur et régler un élément de circuit dans le sens de l'équilibrage du pont.
L'appareil suivant l'invention peut comprendre, en outre, un amplificateur électrique auquel on applique une. tension inconnue et une tension d'équilibrage produite par une source réglable, un transposeur de quantités électriques en quantités manométriques auquel on applique la sortie de l'amplificateur, et un moyen actionné par pression pour régler la source de tension d'équili- brage à laquelle on applique de la pression provenant du transpo- seur à titre de contre-réaction et pour ramener le système à l'équilibre, des moyens'étant prévus aussi pour appliquer de la pression provenant du transposeur à un appareil d'enregistrement, de commande ou autre.
La tension appliquée à l'amplificateur peut être fournie par tout appareil de mesure ou autre, par exemple un thermooouple ou autre appareil de mesure de température, un indicateur de posi tion, une cellule photoélectrique, un débitmètre, un appareil de mesure de vitesse, ou toute autr source de tension à mesurer, à enregistrer ou à utiliser à des fins de commande, ou cette tension peut encore être tirée d'un courant produit par un de ces appareils,
Suivant une autre particularité de l'invention, le servo- mécanisme peut comprendre un pont haute fréquence dont font partie une capacité inconnue et un condensateur variable, un amplificateur à travers lequel la tension de déséquilibrage du pont est appli- après détection, à un transposeur de quantités électriques
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Le pont peut comprendre deux selfs couplées chacune à. une self parcourue par le débit d'un oscillateur, le primaire d'un transformateur- alimentant l'amplifieateur étant connecté entre les deux selfs, les extrémités extérieures.de ces dernières étant mises à la terre respectivement à travers la capacité inconnue et le condensateur Variable.
Le dispositif produisant une-pression de fluide de sortie correspondant au courant de déséquilibrage.du pont peut consister en un transposeur du type décrit dans le brevet de même date de la Demanderesse intitulé: "Perfectionnements aux appareils de transposition de quantités électriques en quantités manométriques".
Le moyen actionné par pression peut servir à déplacer le noyau d'un*transformateur différentiel, dont le primaire est alimenté en courant alternatif et dont le secondaire alimente le pont, les enroulements secondaires étant mis en parallèle avec deux branches du pont. Les points de jonction des branches et des enroulements secondaires sont réunis par une résistance, l'amplifi- cateur étant connecté entre le point de jonction de deux autres branches (dont une est la branche variable.et l'autre est réglable pour l'étalonnage) et un contact mobile sur la dite résistance, de façon à pouvoir régler le taux de contre-réactioh appliqué au système et à permettre d'étalonner l'échelle des valeurs.
La position initiale du noyau du transformateur diffé- rentiel est telle qu'avec le soufflet à une pression déterminée, les points de jonction réunis par la résistance soient au même potentiel
Le dispositif à transformateur différentiel peut être appliqué à un système dans lequel une résistance variable, par exemple une ampoule résistante au platine utilisée pour détecter des variations de température, soit un élément du pont. Il peut aussi être appliqué à des systèmes dans lesquels des mouvements à indique ou à enregistrer sont transmis au noyau d'un autre
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transforamteur différentiel, dont les enroulements secondaires constituent des branches du pont ou appliquent une tension corres- pondante à un pont dont deux branches sont constituées par des résistances.
Dans les dessins annexes:
La fig. 1 représente schématiquement une forme d'exécution de l'invention pour l'enregistrement de tensions.
La fig. 2 représente, plus en détail, une partie de -cette forme d'exécution.
La fig. 3 montre une variante de la forme d'exécution de la fig. 1.
La fige 4 représente une forme d'exécution pour l'enregis trement de capacités.
La fig. 5 montre une forme d'exécution pour l'enregis- tremetn des résistances.
La fig. 6 ,montre une forme d'exécution pour l'enregistre- ment de mouvements.
La fig. 7 représente une variante de la forme d'exécution de la fig. 6.
La fig. 8 représente une variante de la forme, d'exécution de la fig. 5, et
La fig. 9 représente encore une autre variante.
Comme la fig. 1 le montre, une tension variable E, qui peut être une tension représentant une autre variable à indiquer ou à enregistrer, est appliquée aux bornes d'entrée et une tension E2 est prélevée d'un potentiomètre 10 auquel on applique une tension EA. Les tensions E et EA doivent être de même nature, c'est-à-dire toutes deux continues ou toutes deux alternatives et de mêmes fréquence et forme d'onde, et elles sont en apposition de façon que leur somme algébrique ne dépasse jamais la plus grande des deux tendions.
La sonne des deux tensions est appliquée à un amplifica teur 2, vip un transposeur continu ou alternaitf 1 comme un
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vibreur si les tensions sont cqntinues. La sortie de l'amplfica teur 2 est appliquée à un redresseur sensible aux phases 3 décrit, plus loin. La sortie du redresseur commande un transposeur de
Quantités électriques en quantités manométriques 4, qui peut être du type décrit dans le brevet précité. La pression du fluide actionne un dispositif sensible à la pressin, comme une capsule à soufflet et ressort 5, dont le mouvement est utilisé,pour régler le curseur du potentiomètre 10 et l'axe 6 d'un indicateur ou d'une pointe enregistreuse 8.
La sensibilité de l'amplificateur 2 est tel le au'une variation, à l'entrée de l'amplificateur, de zéro à 'une très petite fraction de E soit suffisante pour faire passer la pression de fluide par toute sa gamme de valeurs, ce qui signifie que la tension E2 passe aussi par toute sa gamme de valeurs. Si la différence entre E .et E2 est plus grande que celle nécessaire à maintenir la pression de fluide voulue pour garder cette diffé- rence, ou si sa phase est erronée, la pression de fluide varie et modifie E2 de façon que la différence entre E et E2 soit exactement celle suffisante pour maintenir la pression du fluide à la Valeur donnant cette différence.
Comme cette différence est une très petite fraction de E, E2 est toujours égal à E avec une précision déterminée par la sensibilité de l'amplificateur 2 et du tansposeur de quantités électriques en'quantités manométriques 4, la pression de fluide utilisée à rendre $2 égal à E peut aussi être utilisée pour déplacer un style enregistreur, l'aiguille d'un indicateur 6 ou pour effectuer tout autre mouvement mécanique; ces mouvements seront des reproductions fidèles de E.
Le fonctionnement du redresseur 3 sensible aux phases ressortira clairement de la fig. 2. Ex représ.ente la tension appliquée au redresseur. Ex doit avoir la même fréquence que le réseau d'alimentation relié au primaire du transformateur Tl, Cela signifie que les potentiels E et E2 indiqués à la fig. 1 doivent provenir du même réseau d'alimentation bu être des tensions conti- nues, auquel cas leur somme algébrique doit être'convertie en
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tension alternative à la fréquence du réseau au moyen du vibreur habituel. La cathode d'un tube Vl étant utilisée comme potentiel de référence, Ex est appliqué à la grille de Vl par un condensateur Cl, et une résistance Rl est connectée entre grille et cathode de façon à constituer le circuit'normal de détection de grille.
L'anode est alimentée par le secondaire de Tl, via la bobine 11 du transposeur de quantités électriques en quantités manométriques 4. Quand Ex = 9 le tube n'est pas polarisé et le convertisseur 4 est parcouru par le courant anodique maximum durant les excursions positives de la tension plaque. En choisissant convenablement la valeur du condensateur C2 en shunt sur la bobine 11, les impulsions unidirectionnelles de courant traversant le convertisseur 4 peuvent être filtrées et le rapport entre le courant continu moyen et l'ondulation alternative peut être réglé de façon à obtenir le .rendement optimum, dans le transposeur dont la bobine 11 excite un noyau 17 et fait vibrer une armature 18 devant un ajutage 19 en communication, avec une conduite sous pression de fluide 20 alimentée de fluide à travers un étranglement 21.
Quand Ex est différent de zéro, il y a; durant les excursions positives, du courant grille qui donne un potentiel moyen de grille riégatif. Si la phase de Ex est telle que, durant la période de courant grille, la tension plaque soit négative et le 'tube Vi par* conséquent, non conducteur, le courant anodique moyen est réduit parce que le potentiel moyen de grille réduit le courant anodique, et est réduit encore par la valeur instantanée de Ex qui est négative quand l'anode est positive. Un accroissement d'une tension Ex d'une phase déterminée réduit le courant anodique et a pour¯résultat une variation de la pression du fluide à la sortie du convertisseur de quantités électriques en quantités manométriques.
En se référant à la fig. 1, on peut voir que le déplacement mécanique d'une extrémité du soufflet 5 dont l'autre extrémité est fixe,.peut être transmis par un fil ou une bande sous tension. Ce fil ou bande est enroulé autour d'un cylindre convenable muni d'une aiguille
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de façon à ne pas pouvoir glisser et continue de façon à s'enrouler plus loin autour d'un second cylindre. Ce dernier est armé par ressort de manière à tendre le fil ou la bande et porte le curseur du potentiomètre 10. L'aiguille indique la position du curseur du potentiomètre donnant E2, et si EA est fourni par une source à tension constante, cette position indique, avec précision, la valeur de E E étant égal à E2 qui est une fraction connue de EA qui est constant.
L'aiguille et l'échelle peuvent être remplacées par une pointe enregistreuse et une bande de papier. Ce mouvement rotatif peut d'autre part être utilisé comme une information desti née à un appareil de calcul ou de commande.
Il est à remarquer que le système complet se comporte comme un système asservi travaillant en circuit fermé, et sa stabilité dépend du gain total en circuit fermé et du déphasage le long de ce circuit, ces caractéristiques devant pouvoir être librement choisies dans les conditions de travail les plus avan- tageuses. On peut facilement régler le gain en agissant sur la sensibilité de l'amplificateur et la phase peut être changée en introduisant un retard réglable dans la transmission de la pression de fluide du convertisseur au soufflet. On peut, par exemple, utiliser à cet effet un réservoir alimenté par la conduite de transmission par l'intermédiaire d'un étranglement variable.
Une autre forme d'exécution de l'invention est représen- tée schématiquement 4 la fig. 3. Dans ce cas, le transposeur de quantités électriques en quantités manométriques est du type à deux pressions de fluide de sortie, une variation de la quantité électrique appliquée au transposeur entraînant l'augmentation d'une pression et la diminution de l'autre. Une armature, comme l'arma- ture 18 de la fig. 2, oscille entre deux ajutages, et, pour une position moyenne de l'armature 18, les deux pressions sont égales tandis que, pour toute autre position moyenne, une des pressions augmente et l'autre diminue.
Deux soufflets non élastiques ou très peu élastiques 12 et 13 sont montés bout à bout avec leurs extré- mités extérieures fixées de façon que chaque soufflet attine
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à l'autre extrémité, le point milieu de son mouvement libre,,
Les deux extrémités intérieures des soufflets sont rigi- dement réunies par une pièce mobile 14. Une pression est appliquée à un soufflet et l'autre pression au second soufflet. Quand les deux pressions sont inégales,la pièce mobile reliant les deux soufflets se déplace dans le sens de la force la plus grande.
La pièce mobile 14 est reliée mécaniquement au curseur du potentiomè- tre 10 de sorte que tout déplacement de la pièce 14 a pour résultat une variation de E2
Le fonctionnement est comne suit : soit E2 en substance égal à E sauf une petite différence qui constitue le signal incident nécessaire, appliqué à l'amplificateur 2, le redresseur 3 et le transposeur, et servant à maintenir la lame vibrante 18 dans la position moyenne donnant deux pressions de fluide de sortie égales. Le système est stable dans une certaine position comprise entre les limites de mouvement libre des soufflets. Quand E varie, la variation amplifiée provoque un changement de la position moyenne de la lame vibrante.
Les deux pressions de fluide de sortie ne sont plus égales, la pièce mobile se déplace et il en résulte une variation de E2. Le sens du mouvement est tel que E2 varie dans le même sens que E. Quand E2 est à nouveau en substance égal à E, les deux pressions s'égalisent et la pièce mobile s'arrête.
Le système s'arrête donc dans une'nouvelle position où E2 = E avec les caractéristiques de précision déjà données ci-avant le mouvement peut ainsi chaque fois être utilisé pour ramener le système en équilibre.
La fige 4 représente une forme d'exécution servant à l'enregistrement d'une capacité variable CX. Un oscillateur 22 modulé à la fréquence du réseau utilisé applique du courant au transformateur T ayant un secondaire à deux enroulements, dont l'un est mis à la terre à travers la capacité variable CX, et l'aut.re est mis à la terre à travers un condensateur réglable C2. Les autres extrémités de ces enroulements secondaires sont aussi reliees à la terre par des redresseurs à double alternance Xl et X2 La
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sortie à fréquence de réseau du redresseur X1 va à la résistance
Rl et de même la sortie de X2 va à R2.
Les extrémités semblables, au point de vue circuit,de Rl et R2 sont réunies et le primaire du transformateur TA alimentant l'amplificateur 2 est connecté aux extrémités non directement réunies de Rl et R2. Le rapport entre
C2 et CX peut être réglé de façon que les composantes de détection apparaissant aux bornes de Rl et R2 soient égales. Dans ce cas, rien n'arrive à l'amplificateur 2 par le transformateur TA. Si ce rapport change de façon que les sorties aux bornes de R1 et de R2 soient inégales, la différence entre ces deux sorties est appli- quée par le transformateur TA à l'amplificateur 2. La sortie de l'amplificateur arrive, via le redresseur 3, au convertisseur 4 qui envoie du fluide sous pression au soufflet 5.
Ce dernier règle le condensateur C2 de façon à rééquilibrer le système quand Cx a subi une variation, et déplace, en outre, une aiguille 8 qui indique le changement de capacité.
La fig. 5 représente une autre forme d'exécution de l'invention pour l'enregistrement de quantités correspondant à des valeurs de résistance variables. Ici, le dispositif d'addition des potentiels prend une autre forme. La tension variable provient d'une résistance variable Rx, par exemple une ampoule résistante au platine soumise lune variation de température qu'on désire enre- gistrer. Rx se trouve dans un pont consistant en des résistances R1 R2, R3 et deux enroulements secondaires d'un transformateur T2 ainsi qu'un potentiomètre Rv. Le réseau d'alimentation applique la tension voulue au primaire du transformateur T2, avec la même fréquence que celle de l'alimentation anodique du redresseur sensi- ble aux phases 3.
Les deux enroulements secondaires sont mis additivement' en série et la tension secondaire totale est appliquée à R2 et R3 en série et R1 et Rx aussi en série. Le transformateur a un noyau mobile 15 et le nombre de lignes de force coupant chaque secondaire dépend de la position du noyau. Entre des limites de déplacement relativement étroites, le nombre de lignes de force
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intéressées et, par conséquent, les tensions secondaires peuvent être rendus respectivement proportionnels et inversement propor- tionnels au déplacement du noyau 15. D'autres rapports de propor- tionnalité peuvent être obtenus en donnant la forme voulue au noyau 15. Les rapports Rl : Rx R2 : R3 et ES1 : ES2, où ES1 et ES2 sont lés tensions de sortie des deux enroulements secondaires du transformateur T2, sont les mêmes pour une limite de variation de Rx.
Les valeurs de R2 et R3 sont petites comparées à la valeur de Rv. Quand les trois rapports sont égaux rien n'arrive à l'ampli- ficateur 2 et la capsule à soufflet et ressort 5'est à pression de fluide maximum ou minimum. Quand Rx varie, le pont se déséquilibre et applique une tension à l'amplificateur 2 qui provoque une variation de pression à l'intérieur du soufflet 5 dont une extré- mité bouge, l'autre extrémité étant fixe. Ce mouvement est transmis au noyau 15 qui rait varier le rapport entre ES1 et ES2. Le sens du mouvement doit être tel que les rapports R1 Rx et ES1 ES2 varient.dans le même sent c'est-à-dire que tous deux augmentent ou que tous deux diminuent. Ceci peut se faire en orientant physi- que-aient le transformateur T2 de la façon voulue.
Le changement du rapport ES1 : ES2 fait apparaître une tension aux bornes de Rv, puisque le rapport R2 : est resté inchangé. Le noyau 15 du transformateur T2 continue à se mouvoir jusqu'à ce que la partie de la tension aux bornes de Rv comprise entre le curseur de Rv et l'extrémité reliée au point de jonction de R2 et de R3 soit égale à la variation de tension du point de jonction de R1 et de Rx provenant de la variation de Rx, sauf en ce qui concerne la très petite variation de tension à l'entrée de l'amplificateur nécessaire pour maintenir la pression de fluide au nouveau niveau. Le même déplacement du noyau 15 peut servir à neutraliser des variations Iras différentes de Rx, en réglant le curseur de Rv.
Le'mouvement du noyau 15 est transmis, par un fil ou un ruban 7, à l'axe 6 d'un indicateur 8 et/ou d'un enregistreur, et l'échelle peut être diffremment étalonnée, dans de larges limites, par réglage du curseur de Rv.
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L'appareil est entièrement indépendant des variations du réseau et de la pression atmosphérique, puisque le seul facteur intervenant de façon notable dans l'équilibrage du pont est la position du noyau du transformateur différentiel, et la précision mécanique du rééquilibrage dépend de la position du transformateur et non-de l'élasticité du soufflet.
On peut ajouter sans difficultés, à cet enregistreur, un contrôle électrique, afin que celui-ci agisse non seulement en enregistreur mais comme un système de surveillance montrant les écarts d'un processus par rapport au niveau requis, fournissant ainsi un moyen de contrôle supplémentaire entièrement indépendant d'un contrôle de procédé existant.
L'enregistreur décrit en dernier lieu consiste en un simple pont à résistances et peut être utilisé dans tous les cas où une variable peut être exprimée par une variation de résistance électrique; il peut donc convenir à la mesure de la conductibilité de solutions et à d'autres applications semblables. Pour la mesure d'autres variables, l'enregistreur peut être monté comme un pont de tension, 1& variable faisant déplacer alors le noyau d'un autre transformateur différentiel dont les enroulements secondaires remplacent la résistance variable et la résistance réglable préci- tées.
Dans la plupart des cas, la puissance nécessaire pour déplacer le noyau du transformateur différentiel peut être consi- dérée comme négligeable, et l'instrument peut donner une déviation à fond d'échelle pour des mouvements de quelques millièmes de pouce, les enregistrements pouvant rester linéaires, avec les réglages voulus, jusqu'à de grande déplacements du noyau. Tout mouvement mécanique peut donc être utilisé pour actionner l'enregistreur.
La fig. 6 représente ce cas. Rl et Rx sont remplacés p3r les secondaires, mis additivement en série, d'un transformateur T3 semblable au transformateur T2. Les tensions secondaires ET1 et ET2 se substituent à celles apparaissant aux bornes de Rl et de Rx
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à la fig. 5 et le fonctionnement est le même. Afin d'éviter des courants de circulation importants, ET1 et ET2 ne doivent pas différer fortement de ES1 et ES2-. Cette solution permet de repré- senter et/ou d'enregistrer des variables qui résultent ou peuvent être rendues résultantes des déplacements du noyau 16 du transforma- teur T3. Des exemples de telles variables sont les vitesses angu- laires, les épaisseurs, les pressions, les débits.
Si les primaires des deux transformateurs sont alimentés en série par la même source, le courant primaire est le même dans les deux transforma- teurs. Le système est, de ce fait, insensible aux variations de la tension réseau ou aux variations de résistance dues aux variations de température.
Une variante-de la, fige 6 est représentée à la fig. 7 où une résistance fixe R4 remplace Rx, et les enroulements.secondaires du transformateur T3 sont mis en série et en opposition, leur tension totale, étant mise en série avec là différence de potentiel aux bornes d'une partie de Rv et de l'entrée de l'amplificateur. Le circuit est'fermé par le fait',que le point de:jonction deR1 et de R4 est au même potentiel que le point dejonction de R2 et de R3.
On peut donc voir que l'entrée de l'amplificateur consiste en la différence entre (ETI-ET2) et la partie choisie du potentiel aux bornes de Rv.
Les dispositifs représentés aux figs. 4, 5, 6 et 7 peuven être modifiés comme représenté à, la fig. 8, en remplaçant le souf- flet simple 5 par le double soufflet 12, 13 comme représenté à la fig. 3.
La fig. 9 représente une forme d'exécution avec une source de tension variable 23 qui applique, à l'amplifient: sur 2, une tension en opposition avec la tension mesurée E L'amplificateur 2 alimente le transposeur 4 via le redresseur 3, et le transpo- seur 4 alimente, en fluide sous pression, le soufflet 5 qui, dans le cas considéré, n'agit que sur la source de tension variable 23.
Il y a une conduite de fluide de sortie sous pression 24 qui peut
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être utilisée pour alimenter, en pression de fluide, un indicateur, un enregistreur ou un autre appareil. La charge étant très faible sur le soufflet 5, la pression nécessaire pour régler la source de tension variable 23 est liée avec grande précision à la tension. d'entrée, et la pression de sortie en est une reproduction très fidèle.
REVENDICATIONS
1.- Servo-mécanisme comprenant un amplificateur électri- que et un tranrposeur du débit de l'amplificateur électrique en une pression de fluide, avec un dispositif pour appliquer de la contre-réaction au système entier, de façon à obtenir un niveau de puissance pneumatiaue ou hydraulique de sortie élevé correspon- dant à un signal de tension faible appliqué à l'amplificateur élec- trl.que.
2. - Servo-mécanisme pour actionner un enregistreur ou un autre appareil au moyen d'une quantité électrique, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif à pont électrique dans une branche duquel on fait apparaître une variation de tension ou autre quatité à enregistrer, une source de tension alimentant le pont, un moyen excité par le courant de déséquilibre du pont et servant à produire une pression de fluide correspondante de sortie,et un moyen actionné par cette pression de fluide pour actionner un élément enregistreur et régler un élément de circuit dans le sens de l'éauilibrage du pont.