Procédé pour transformer des variations d'une grandeur en variations de pression d'un fluide
et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
On connaît des dispositifs comportant une tuyère par laquelle on fait échapper un jet de fluide gazeux, un écran interceptant ledit jet et dont la position mobile par rapport à la tuyère conditionne la pression du fluide dans ladite tuyère, les variations ae cette pression pouvant être amplifiées à diverses fins.
Dans ces dispositifs, les formes des tuyères sont généralement telles que la zone contractée de la veine fluide se trouve située à l'intérieur de la tuyère ou, tout au plus, dans le plan de sa tranche de sortie. Une telle disposition permet d'obtenir déjà des résultats intéressants en ce qui concerne la sensibilité et la fidélité dudit dispositif.
Mais il est apparu qu'il était possible, en procédant de la manière que nous revendiquons, d'augmenter encore cette sensibilité, sans en diminuer en rien la fidélité et même en l'augmentant, avec, comme conséquence, de pouvoir utiliser à diverses fins par l'intermédiaire de forces très faibles, les variations d'une grandeur de très petite amplitude et possédant une très faible énergie propre.
La présente invention a pour objet un procédé pour transformer des variations d'une grandeur en variations de pression d'un fluide par le moyen d'un jet de ce fluide produit par une tuyère et d'un écran qui intercepte ce jet et dont la position est liée aux variations de la grandeur variable. Ce procédé est caractérisé en ce que la contraction du jet de fluide est produite en aval de l'orifice de sortie de la tuyère et que l'écran est placé dans la zone de contraction.
Ce procédé supprime l'obligation qui existe dans les dispositifs connus d'un ajustage précis de l'écran par rapport à la tuyère, d'où suppression d'un couple mort nuisible à la sensibilité.
Il permet, d'autre part, l'attaque directe de la tuyère par un organe sensible même si les mouvements respectifs du support de la tuyère et de l'écran, entre certaines limites assez amples, ne sont pas parallèles.
L'invention a aussi pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précité, ce dispositif comprenant une tuyère présentant un orifice de sortie percé dans une paroi mince et dirigeant le jet de fluide sur un écran mobile dont la position est liée aux variations de la grandeur variable.
Les dispositifs permettant de mettre en pratique le procédé selon l'invention peuvent être combinés, par exemple, avec des relais amplificateurs, des servo-moteurs, des dispositifs indicateurs, enregistreurs, répétiteurs ou régulateurs.
Le dessin ci-joint représente, à titre d'exemple, sous forme schématique, des dispositifs connus et des dispositifs permettant de mettre en pratique le procédé selon l'invention. Ces derniers dispositifs constituant également des formes d'exécution du dispositif selon l'invention.
Dans ce dessin:
Fig. 1, 2 et 3 sont des coupes diamétrales, à grande échelle, de tuyères utilisées dans les dispositifs connus.
Fig. 4 est une vue analogie d'une tuyère d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
Fig. 5 est une autre vue, analogue à fig. 4, représentant la tuyère de la fig. 4 avec im écran orientable.
Fig. 6 à 12 sont des vues en perspective de différents dispositifs prévus pour la mise en pratique de l'invention.
Dans le dispositif représenté à la fig. 1, une tuyère 1 coopère avec un écran 2 porté par une lame élastique 3 qui est fixée siir le même support 4 que la tuyère; si un jet d'air provenant d'une capacité où règne une pression peu élevée se trouve soufflé par la tuyère 1 dans la direction de l'écran 2, il se produit, dans le plan A-A en amont de l'orifice 5 de ladite tuyère, une contraction 6 de ce jet d'air; celui-ci s'épanouit, par contre, en aval de l'orifice 5 et, dans cet état, rencontre l'écran 2 sur lequel il exerce une certaine poussée. Cette dernière est contrariée par le ressort 3 qui s'infléchit. écran prend une position d'équilibre et la pression dans la tuyère et en arrière d'elle-même prend une valeur déterminée.
Si, par un moyen quelconque approprié, on fait varier la position de l'écran 2 par rapport à l'orifice 5 de la tuyère, par exemple, en repoussant impérativement vers la gauche de la figure, au moyen d'une butée 8 une touche 7 portée par l'écran 2, l'écran sera rapproché de l'orifice 5, la pression de l'air dans la tuyère : 1 augmen- tera. De la position relative de la butée 8 ct de l'orifice 5 dépendent, donc, la pression dans l'intérieur de la tuyère et, par consé quent, celle régnant dans le réservoir en arrière de celle-ci.
Des effets analogues se produisent avec une tuyère convergente, comme celle 9 représentée en fig. 2 et dont l'angle de convergence a est plus grand que celui b du jet d'air dans la tuyère.
Si l'on utilise une tuyère bicylindrique telle que celle 11, 12 de la fig. 3, avec rac cord conique à grande ouverture d'angle 13, la zone de contraction maxima A-A se trouve dans la partie cylindrique 12. Dans ces trois cas, la veine gazeuse s'épanouit au-delà de l'orifice de sortie de la tuyère et les veines gazeuses qui viennent rencontrer un écran tel que celui 2 de la figure l'attaquent sous forme étalée.
Dans la tuyère représentée aux fig. 4 à 5, la zone de contraction maxima A-A du jet d'air est située en aval et à une certaine distance de l'orifice 14. On dispose l'écran 2 dans cette zone de contraction maxima du jet d'air.
Dans cette position, les veines gazeuses sont très concentrées à l'opposé de ce qui a lieu dans le cas des dispositifs des tuyères des fig. 1, 2 et 3. La zone d'impact est plus réduite et il en résulte en ce point une concentration d'énergie qui augmente de façon im- portante la sensibilité et la fidélité du dispo sitif. Le e maximum de ces qualités est obtenu lorsque la face de l'écran qui reçoit le jet d'air est placée dans la zone de contraction maxima de la veine d'air, ainsi que cela est représenté à la fig. 5.
Une telle tuyère, à orifice en mince paroi, s'accomode fort bien des variations angulaires de position que l'on peut être amené à donner à l'écran 2 (par exemple positions 2o, 2b) par pivotement autour d'un axe de rotation 18 perpendiculaire à l'axe de figure des jets d'air.
D'autre part, la combinaison de l'écran 2, de la touche 7 et de la butée 8, sehématisée à la fig. 1, peut être réduite à un simple écran dont la face qui jouxte la tuyère est confor mée comme une came et est déplacée de faucon à faire varier la distance comprise entre la tuyère et le point d'impact du jet d'air sur cette dernière, faisant ainsi varier la pression de l'air en arrière de la tuyère.
On peut constituer un tel dispositif avec une tuyère dont l'orifice de sortie 14, constituée en orifice de mince paroi, a un diamètre de 0,5 mm et dans lequel l'écran 2 situé à une distance de 0,2 mm de cet orifice 14 re coit une poussée de 0,2 g par cm2 et peut, par conséquent, être déplacé au moyen d'une force très faible; les variations de la pression de l'air en arrière de la tuyère (pression dénommée: pression modulée) peuvent être amplifiées à volonté et servir à réaliser toutes commandes désirées, asservies ou non, avec intervention ou non, de servo-moteurs.
En donnant par exemple à l'écran la forme d'une came en bout 19 (fig. 6) montée sur l'axe d'tm galvanomètre 20 et on face de la tranche supérieure 21 de laquelle se trouve placée une tuyère 22, alimentée en air sous pression et dont l'orifice conformé en orifice à mince paroi, dirige un jet d'air sur la came 21, et si cette came décroît de hauteur de 24 à 25 par 21 suivant une loi déterminée, la rotation de la came fait varier, suivant cette loi, la distance comprise entre L'orifice 23 de la tuyère et la came 21, faisant varier, suivant la même loi la pression de l'air en arrière de la tuyère. De très petites variations de la distance entre came et tuyère produisant des variations importantes de ladite pression, les variations maxima de hauteur de la came 21 de 24 à 25 peuvent être petites et ne pas sortir de la zone de concentration du jet d'air.
Avec un orifice de tuyère de 0,5 mm et une pression d'air de 0,2 g par cm2, à la sortie de cet orifice, une puissance de 0,25 milliwatt suffit à produire derrière la tuyère des modulations de pression susceptibles d'être amplifiées quasi-instantanément.
La tuyère peut être rendue mobile et associée avec un appareil indicateur, lorsqu'on désire connaître à chaque instant la valeur de la grandeur variable. La fig. 7 représente un tel dispositif dans lequel un organe 24, fixé par son extrémité 25 sur un support fixe 26, se déforme en fonction d'une pression intérieure variant suivant la température. Les variations de cette grandeur doivent moduler la pression de l'air dans la tuyère 31, soumis aux déplacements d'un bras 35.
L'organe 24 fait tourner autour d'un axe fixe 28, au moyen d'une bielle 29, un écran 30 situé en face de l'orifice d'une tuyère 31 alimentée en air par la conduite fixe 27 et la conduite souple 32. La distance de cet écran à I'orifice de la tuyère est telle que ledit écran reste dans la zone contractée du jet d'air sortant de la tuyère 31 pour toutes les positions prises par l'extrémité 33 de l'indicateur 24. La tuyère est fixée au bras 34 d'un renvoi d'équerre 34, 35 pivotant sur un axe 36, fixé sur un support 37. L'extrémité du bras 35 s'appuie sur le poussoir 38 d'un soufflet 39 branché sur le tuyau 40 connecté au tuyau souple 32. Une vanne d'étranglement 41 sert à régler la pression de l'air dans la tuyère 31 et dans le soufflet 39.
De l'air, amené par la conduite 27 sous une pression réglée par la vanne 41, étant admis dans le tuyau 40, un jet d'air sort par la tuyère 31 et une pression déterminée s'établit dans le système 31, 32, 40, 39 en fonction de la position de l'écran 30 correspondant à un état déterminé de l'organe 24. La pressien de l'air dans le soufflet 39 écarte la tuyère de l'écran n par le jeu du renvoi 35, 34 jusqu'à ce qu'une: position d'équilibre soit atteinte par la réaction de l'écran 30 sur le jet d'air sortant de la tuyère. En réglant la pression de l'air d'alimentation au moyen de la vanne 41, on amène la tuyère à prendre une position telle que la distance de son orifice à la face active de l'écran 30 soit celle pour laquelle cette face se trouve dans la zone de contraction maxima du jet d'air sortant de la tuyère.
Lorsque la température varie, la pression qui conditionne la forme de l'organe 24 aval rie également et l'extrémité 33 de ce dernier éloigne l'écran 30 de la tuyère, la diminution de la poussée de réaction du jet d'air sur l'écran qui résulte de cet éloignement, din;i- nue la-pression dans les conduites 32 et 40 et dans le soufflet 39 qui s'affaisse; le poussoir 38 descend, le bras 35 le suit et le bras 34 rapproche la tuyère 31 de l'écran 30 jusqu'à ce que la réaction du jet d'air sur l'écran remonte la poussée de réaction du jet d'air sur la tuyère et fasse prendre à celle-ci une nouvelle position d'équilibre.
On remarquera que les mouvements de la tuyère 31 et de l'écran 30 peuvent ne pas être parallèles sans que cela influe sur la sensibilité et sur la fidélité du dispositif, car les portions de ces deux organes intéressées par la zone contractée du jet d'air peuvent décrire des circonférences tangentes ou faiblement séquentes de grand rayon.
L'indication visuelle ou audible de la température est obtenue en commandant par le bras 35 tout appareil approprié susceptible par l'effet des déplacements du bras 35 de fournir de telles indications.
La fig. 8 représente un dispositif prévu pour transformer de très faibles variations d'intensité d'un courant électrique, lui-même très faible. Ici, la tuyère 42 à orifice en mince paroi est solidaire d'un bras 43 articulé sur un axe 44 solidaire d'un support fixe 45. En position normale, la tuyère 42 est à une distance telle de la tranche d'extrémité 46 d'une came 47 que cette tranche se trouve dans la zone contractée du jet d'air qui sort de la tuyère. Cette came 47 est solidaire du cadre d'un galvanomètre 48. Le bras 43 repose, pour assurer cette distance, sur le poussoir 49 de la membrane mobile 50 d'une capsule 51.
La tuyère 42 et la capsule 51 sont alimeIl- tées en air sous pression respectivement par les conduites 52 et 53, branchées sur une con duite- d'alimentation d'air 54 avec interposi- tion d'une vanne de réglage 55.
Le fonctionnement du dispositif de la fig. 8 est le même que celai de la fig. 7 mutatis mutandis . Les mouvements du levier 43 peuvent être utilisés, après ampllfîcation, pour transmettre toutes indications, tous enregistrements, toute régulation, corrélatives aux variations d'intensité du courant qui passe dans le galvanomètre 48.
La fig. 9 représente un dispositif destiné à transformer les variations de longueur d'un organe linéaire, par exemple, d'un cheveu ou d'un fil de ver à soie 56, sous l'effet des variations de l'humidité de l'air. Ici encore, le fonctionnement est semblable au fonctionne- ment du dispositif représenté à la fig. 7. Le cheveu est fixé à une de ses extrémités à un point fixe et est attaché, à son autre extrémité, à un fil inextensible 57 qui s'enroule sur une poulie de petit diamètre 58 calée sur un axe 59, tournant sur pointes dans un support fixe 62.
Sur l'axe 59 est monté un ressort spiral de rappel 63, qui tient le cheveu 56 légèrement tendu, et une came en bout 64 qui coopère par sa tranche avec une tuyère 65 possédant un orifice en mince paroi et projetant un jet d'air sur la tranche 64 de la came; la tuyère est montée sur un balancier 66, 67 qui peut osciller sur un axe 68 dans des paliers 69, 69. La tuyère 65 est reliée, par un tuyau flexible 70, à un soufflet 71 soli daire d'un support fixe 72. Un poussoir 73 porté par la face inférieure du soufflet appuie contre le bras 67 du balancier. De l'air sous pression est amené par la conduite 74, avec vanne de réglage 75, à la tuyère 65 et au soufflet 71.
On pourra prélever sur le balancier 66, 67 un mouvement d'actionnement, avec am- plification éventuelle, d'un indicateur ou d'un enregistreur qui reproduira à grande échelle les dilatations ou les contractions du cheveu.
Dans le cas du dispositif de la fig. 10, un galvanomètre 76 fait tourner une came en bout 77, en face de laquelle est une tuyère 78 dont l'orifice de sortie délivre un jet d'air sous pression et est située, normalement, à distance telle de la came que la face 6vlpérieure de celle-ci se trouve dans la zone contractée d'un jet d'air qui s'échappe par cette tuyère.
Cette dernière est montée sur un bras de levier 79 qui peut pivoter suivant un axe 80 porté par un support fixe 81. Ce support porte un soufflet 82 muni d'un poussoir 83 qui appuie contre le levier 79. Ce dernier porte, à son tour, au moyen d'un bras 84, une autre tuyère 78 en mince paroi, qui coopère avec un obturateur 85 monté sur une membrane 86 d'une capsule 87 supportée, elle aussi, par le bras 79. Un ressort 88 tend à écarter la membrane 86 de la tuyère 78a. Une conduite d'air sous pression 89 alimente, à travers la vanne de réglage 90, par le tuyau, en partie souple, 91 et à travers un étranglement 92, la tuyère 78 et la capsule 87, et par le tuyau 93 muni d'un étranglement 94 et à travers le tuyau 95, le soufflet 82. Il alimente, d'autre part, par le tuyau 96, en partie soupie, la tuyère 7Sa.
Le dispositif étant en équilibre, si l'on suppose que la rampe de la came 77, en tournant par la rotation du cadre du galvanomètre 76, se rapproche de la tuyère 78, la pression augmente très légèrement dans la capsule 87 (quelques mm d'eau par exemple).
La membrane 86 'est' repolsée et obture, contre l'action du ressort 88, flia tuyère 78a. La pression augmente dans le soufflet 82 qui s'allonge et éloigne la tuyère 78 de la rampe de la came 77 jusqu'au moment où, la fuite à la tuyère 78 devenant suffisante, l'obtura- teur 85 s'éloigne de la tuyère 78a et rétablit une fuite égale en quantité à l'apport d'air sous pression par l'étranglement 94, d'où nouvel état équilibre du dispositif.
Le e relais amplificateur peut être fixé sur le bras 79 ou, au contraire, être indépendant.
Seule la tuyère doit toujours accompagner le bras 79.
Dans le dispositif représenté à ia fig. 11, la tuyauterie qui relie la tuyère 78 à la capsuie 87 est souple. Les parties communes aux deux dispositifs (fig. 10 et 11) portent les mêmes chiffres de référence. Le fonctionne- ment est le même dans les deux cas.
La fig. 12 représente un dispositif pour amplifier des variations d'un faible courant électrique, ce dispositif étant équipé de moyens pour indiquer et enregistrer ces va- riations et d'un mécanisme de régulation.
La fig. 13 représente en plan, une portion du dispositif.
On retrouve dans ce dispositif, les organes constitutifs de ceux représentés aux fig. 10 et 11, à savoir: un galvanomètre 97, une came en bout 98, une tuyère 99 à orifice en mince paroi, une eapsule 100, avec membrane 101, portant un obturateur 102 agissant sur une tuyère 103 avec orifice éventuellement en mince paroi, et avec ressort antagoniste 104.
Un soufflet 105 commande un bras 106 pivotant sur un axe 106a. On voit, en plus dans ce dispositif une aiguille 107 solidaire du bras 106 et dont la pointe se déplace devant un cadran gradué 108, ainsi qu'un bras 109 portant un style inscripteur 110 qui trace sur un cylindre tournant 111 L'enregistrement amplifié des variations du courant dans le galvanomètre 97. La capsule 100, la tuyère 103 et le soufflet 105, sont alimentés en air sous pression par la conduite 112 et les branchements 113 et 114. Un ressort de traetionll5 tend à rapprocher constamment la tuyère 103 de l'obturateur 102.
Sur le bras 107 est articu lée en 116 une bielle 117 articulée à son autre extrémité en 118, sur un levier 119 qui est pivoté en 120 sur un support fixe non représenté et est articulé en 121 sur le porte-tuyère 122. Des trous 123, percés dans le levier 119, permettent, en enfilant l'axe 118 dans l'un ou l'autre de ces trous, de faire varier le rapport des deux bras du levier 119.
D'autre part, sur l'axe 106a est articulé un levier 124 qui est traversé par une tige filetée 125, articulée en 126 sur un bras 127 solidaire d'un bras 128 pivoté sur l'axe 106a.
Un ressort 128a prend appui sur le bras 127 et t sous le bras 124. Un bouton moleté 129, vissé sur la tige 125, permet de faire varier l'angle que font entre eux les bras 124 et 128. L'extrémité inférieure du bras 128 porte une tuyère 130, éventuellement à orifice en mince paroi, qui coopère avec un écran obturateur 131, monté sur un ressort 132 qui est fixé sur un petit bras 133 solidaire de l'aiguille 107. Une butée 134 limite le déplacement de l'écran 131 vers la tuyère 130.
Le levier 124 porte une palette inclinée 135 qui coopère avec une tuyère 136, éven tuellement à orifice en mince paroi, par l'intermédiaire d'une touche 137, montée sur un bras élastique 138 fixé sur la tuyère 136. Cette dernière est portée par le fond 139 d'un souf- flet 140 alimenté en air sous pression par un branchement 141 piqué sur la conduite 112 et comportant un étranglement 141a. Un res
sort 142 appuyé sur un support fixe 143 est opposé aux déplacements du fond 139 dudit soufflet 140.
D'autre part, un soufflet 144, fixé sur ie support 143, est alimenté en air sous pression par un branchement 146 piqué sur la eonduite 112. I1 agit, par un poussoir 145, sous le levier 124. Le branchement 146 alimente également, par une-eonduite partiellement souple 147, la tuyère 130.
On voit encore sur la figure une soupape 148 placée sur une conduite du fluide sous pression 149, soupape qui est commandée par une membrane élastique 150 à laquelle est opposé un ressort de poussée 151. Cette membrane 150 est mise en commimication, par le branchement 141, avec la conduite générale 112 d'alimentation en air sous pression.
Le fonctionnement du dispositif est le sui vaut:
Supposant que son équilibre soit établi pour une certaine valeur de l'intensité du courant qui passe dans le galvanomètre 97, et que, pour cette valeur dudit courant, la partie de la rampe 98, qui fait face à l'orifice de la tuyère 99 se trouve dans la zone contractée du jet d'air sortant de la tuyère 99 et aussi, que dans cette situation, l'écran obturateur 102 de la capsule 100 se trouve plaeé sous l'influence de la pression qui règne dans la capsule et de la poussée du ressort antago-- niste 104, dans la zone contraetée du jet d'air qui sort de la tuyère 103, dans le cas où l'ori fice de cette dernière est une mince paroi,
et l'aiguille 107 étant en face d'ive certaine graduation du cadran 108; Si, alors, le courant dans le galvanomètre augmente, la came 98 tourne sur son axe et sa tranche se rapproche de la tuyère 99. La réaetion exercée par le jet d'air sur la tuyère variera et repoussera cette dernière sur la gauche de la figure en même temps que la pression de l'air dans la capsule 105 augmentera et que l'écrou obturateur 103 se rapprochera, de ee fait, de la tuyère 103 et ira même jusqu'à l'obturer. Il en résulte un déplacement du bras 106 vers la gauche de la figure et, par conséquent, le bras 107 se déplace vers la droite en tendant le ressort 115.
L'aiguille 107 se déplacent vers la droite de la figure, la bielle 117 fait pivoter le levier 119 qui écarte la tuyère 99 de la came jusqu'à ce que, la réaction du jet d'air diminuant de ce fait sur la tuyère 99 et la pression baissant derrière eelle-ei, la pression baisse aussi dans la capsule 105 et qu'un nouvel état- d'équilibre s'établisse dans le système, par suite de la fuite créée à la tuyère 103.
Lorsque cet-équilibre est atteint, le dispositif s'immobilise et l'aiguille 107 donne, sur le eadran 108, une nouvelle indication correspon- dant à la nouvelle intensité du courant électrique dans le galvanomètre.
Le déplacement du point d'articulation 118 de la bielle 117 permet de faire varier le rapport des déplacements de l'aiguille 107 et de la tuyère 9.
Le bras 109 prolongeant l'aiguille 107 enregistre SOns forme d'im graphique 110a les variations du phénomène considéré.
Si on suppose que le régulateur 148, 150, 151 est dans sa position moyenne, que pour cette position moyenne le levier 106 soit lui aussi dans sa position moyenne et que la tuyère 130 et la came 98 et l'écran 131 et 137 soient, respeetivement, dans des positions relatives telles que ces écrans soient dans la zone moyenne de contraction des jets d'air qui sortent desdites tuyères et qu'aussi le soufflet 105, 140jet 144 soient dans leurs positions moyennes, et si l'on suppose, en outre, qu'une variation de la grandeur variable augmente l'intensité de courant dans le galvanomètre 97, le soufflet 101 dans lequel la pression augmente pousse le levier 106 vers la gauche de la figure et, déglacant sur la droite l'écran 131 dégage la tuyère 130,
et diminue la pression de l'air dans la capsule 144. Cette diminution de pression se transmet au soufflet 144 qui abaisse le levier 124 et rapproche la tuyère 130 de l'écran 131 jusqu'à ce que soit établi un nouvel état d'équilibre. La palette rendue inclinable dans ce cas vient appuyer sur l'écran 137 et provoque l'obturation de la rayère 135 donc une augmentation de pression dans la capsule 140, cette augmentation de pression se traduisant par un déplacement de la droite vers la gauche de la paroi 139 jusqu'au moment où, du fait de l'inclinaison de la rampe 135, la fuite correspondant à l'état d'équilibre est de nouveau rétabli, le dispositif 136, 137, 138, 139, 140 s'immobilise pour une pression interne plus élevée que précédemment du fait de la contraction da ressort 142.
Cette nouvelle pression est transmise par la conduite 141 à la vanne 148 provoquant la fermeture partielle ou totale de ll''orifiee.
En agissant sur le bouton moleté 129, on fait varier la position relative de la tuyère 130 par rapport aux bras 106, 107, par consé- quent, le point moyen du réglage.
L'écran au lieu de recevoir la forme d'une came en bout peut aussi recevoir la forme d'une came dont la tranche qui coopère avec la tuyère est, en chacune de ses parties actives parallèles à l'axe de rotation de ladite came.
Dans le cas d'une came en bout, la rampe hélicoïdale qu'elle comporte peut être conformée de telle façon que la génératrice de cette rampe passe toujours par le pivot de rotation de la came.
REVENDICATIONS:
I. Procédé pour transformer des variations d'une grandeur en variations de pression d'un fluide par le moyen d'un jet de ee fluide produit par une tuyère et d'un écran qui intercepte ce jet et dont la position est liée à la grandeur variable, caractérisé en ce que la contraction du jet de fluide est produite en aval de l'orifice de sortie de la tuyère et que l'écran est placé dans la zone de contraction.
Method for transforming variations of a quantity into variations in pressure of a fluid
and device for implementing this method.
Devices are known comprising a nozzle through which a jet of gaseous fluid is released, a screen intercepting said jet and whose movable position relative to the nozzle conditions the pressure of the fluid in said nozzle, the variations ae this pressure being able to be amplified. for various purposes.
In these devices, the shapes of the nozzles are generally such that the contracted zone of the fluid stream is located inside the nozzle or, at most, in the plane of its outlet edge. Such an arrangement already makes it possible to obtain interesting results as regards the sensitivity and the fidelity of said device.
But it appeared that it was possible, by proceeding in the manner we claim, to further increase this sensitivity, without in any way reducing its fidelity and even increasing it, with, as a consequence, being able to use it in various ways. purposes through very weak forces, variations of a magnitude of very small amplitude and possessing a very low self-energy.
The present invention relates to a method for transforming variations of a magnitude into variations in the pressure of a fluid by means of a jet of this fluid produced by a nozzle and a screen which intercepts this jet and whose position is related to the variations of the variable quantity. This method is characterized in that the contraction of the fluid jet is produced downstream of the outlet of the nozzle and that the screen is placed in the contraction zone.
This method eliminates the obligation which exists in known devices of a precise adjustment of the screen relative to the nozzle, hence elimination of a dead torque detrimental to the sensitivity.
It allows, on the other hand, the direct attack of the nozzle by a sensitive member even if the respective movements of the support of the nozzle and of the screen, between certain fairly wide limits, are not parallel.
The subject of the invention is also a device for implementing the aforementioned method, this device comprising a nozzle having an outlet orifice pierced in a thin wall and directing the jet of fluid onto a movable screen whose position is linked to the variations. of variable magnitude.
The devices making it possible to practice the method according to the invention can be combined, for example, with amplifier relays, servomotors, indicating devices, recorders, repeaters or regulators.
The accompanying drawing shows, by way of example, in schematic form, known devices and devices making it possible to practice the method according to the invention. These latter devices also constitute embodiments of the device according to the invention.
In this drawing:
Fig. 1, 2 and 3 are cross-sections, on a large scale, of nozzles used in known devices.
Fig. 4 is an analogous view of a nozzle of a device for implementing the method according to the invention.
Fig. 5 is another view, similar to FIG. 4, showing the nozzle of FIG. 4 with adjustable screen.
Fig. 6 to 12 are perspective views of various devices provided for the practice of the invention.
In the device shown in FIG. 1, a nozzle 1 cooperates with a screen 2 carried by an elastic blade 3 which is fixed to the same support 4 as the nozzle; if a jet of air coming from a capacity where there is a low pressure is blown by the nozzle 1 in the direction of the screen 2, it occurs, in the plane AA upstream of the orifice 5 of said nozzle, a contraction 6 of this air jet; the latter, on the other hand, opens out downstream of the orifice 5 and, in this state, meets the screen 2 on which it exerts a certain thrust. The latter is thwarted by the spring 3 which flexes. screen assumes a position of equilibrium and the pressure in the nozzle and behind itself takes a determined value.
If, by any suitable means, the position of the screen 2 is varied with respect to the orifice 5 of the nozzle, for example, by pushing imperatively to the left of the figure, by means of a stop 8 a button 7 on screen 2, the screen will be brought closer to orifice 5, the air pressure in the nozzle: 1 will increase. The relative position of the stop 8 next to the orifice 5 therefore depends on the pressure in the interior of the nozzle and, consequently, that prevailing in the reservoir behind the latter.
Similar effects occur with a converging nozzle, such as that 9 shown in fig. 2 and whose angle of convergence a is greater than that b of the air jet in the nozzle.
If a two-cylinder nozzle such as that 11, 12 of FIG. 3, with a conical connector with a large angle opening 13, the maximum contraction zone AA is located in the cylindrical part 12. In these three cases, the gas stream opens out beyond the outlet orifice of the nozzle and the gas streams which come to meet a screen such as that 2 in the figure attack it in spread form.
In the nozzle shown in fig. 4 to 5, the zone of maximum contraction A-A of the air jet is located downstream and at a certain distance from the orifice 14. The screen 2 is placed in this zone of maximum contraction of the air jet.
In this position, the gas streams are very concentrated, the opposite of what takes place in the case of the nozzle devices of FIGS. 1, 2 and 3. The zone of impact is smaller and the result at this point is a concentration of energy which significantly increases the sensitivity and fidelity of the device. The maximum of these qualities is obtained when the face of the screen which receives the air jet is placed in the zone of maximum contraction of the air stream, as is shown in fig. 5.
Such a nozzle, with a thin-walled orifice, accommodates very well the angular variations in position which may be required to give to the screen 2 (for example positions 2o, 2b) by pivoting about an axis of rotation 18 perpendicular to the figure axis of the air jets.
On the other hand, the combination of the screen 2, of the key 7 and of the stop 8, shown in FIG. 1, can be reduced to a simple screen, the face of which adjoins the nozzle is shaped like a cam and is moved by a hawk to vary the distance between the nozzle and the point of impact of the air jet on the latter , thus varying the air pressure behind the nozzle.
Such a device can be formed with a nozzle whose outlet 14, formed as a thin-walled orifice, has a diameter of 0.5 mm and in which the screen 2 located at a distance of 0.2 mm from this orifice 14 receives a thrust of 0.2 g per cm 2 and can therefore be moved by means of a very low force; the variations in the air pressure behind the nozzle (pressure referred to as: modulated pressure) can be amplified at will and be used to carry out any desired commands, controlled or not, with intervention or not, of the servomotors.
By giving the screen for example the form of a cam at the end 19 (fig. 6) mounted on the axis of a galvanometer 20 and facing the upper section 21 of which is placed a nozzle 22, fed. in pressurized air and whose orifice shaped as a thin-walled orifice, directs a jet of air on the cam 21, and if this cam decreases in height from 24 to 25 by 21 according to a determined law, the rotation of the cam varies, according to this law, the distance between the orifice 23 of the nozzle and the cam 21, varying, according to the same law, the air pressure behind the nozzle. Very small variations in the distance between cam and nozzle producing large variations in said pressure, the maximum variations in height of cam 21 from 24 to 25 may be small and not leave the zone of concentration of the air jet.
With a nozzle orifice of 0.5 mm and an air pressure of 0.2 g per cm2, at the outlet of this orifice, a power of 0.25 milliwatt is sufficient to produce pressure modulations behind the nozzle which may 'be amplified almost instantly.
The nozzle can be made mobile and associated with an indicating device, when it is desired to know at any time the value of the variable quantity. Fig. 7 shows such a device in which a member 24, fixed by its end 25 on a fixed support 26, deforms as a function of an internal pressure varying according to the temperature. The variations of this magnitude must modulate the pressure of the air in the nozzle 31, subjected to the movements of an arm 35.
The member 24 rotates around a fixed axis 28, by means of a connecting rod 29, a screen 30 located opposite the orifice of a nozzle 31 supplied with air by the fixed pipe 27 and the flexible pipe 32 The distance from this screen to the orifice of the nozzle is such that said screen remains in the contracted zone of the air jet leaving the nozzle 31 for all the positions taken by the end 33 of the indicator 24. The Nozzle is fixed to the arm 34 of a right-angle gear 34, 35 pivoting on an axis 36, fixed on a support 37. The end of the arm 35 rests on the pusher 38 of a bellows 39 connected to the pipe 40 connected to the flexible pipe 32. A throttle valve 41 serves to regulate the air pressure in the nozzle 31 and in the bellows 39.
Air, supplied through line 27 under a pressure regulated by valve 41, being admitted into pipe 40, a jet of air exits through nozzle 31 and a determined pressure is established in system 31, 32, 40, 39 depending on the position of the screen 30 corresponding to a determined state of the member 24. The pressien of the air in the bellows 39 separates the nozzle from the screen n by the play of the return 35, 34 until a position of equilibrium is reached by the reaction of the screen 30 on the jet of air leaving the nozzle. By adjusting the pressure of the supply air by means of the valve 41, the nozzle is brought to take a position such that the distance from its orifice to the active face of the screen 30 is that for which this face is located. in the zone of maximum contraction of the air jet exiting the nozzle.
When the temperature varies, the pressure which conditions the shape of the downstream member 24 also rises and the end 33 of the latter moves the screen 30 away from the nozzle, the decrease in the reaction thrust of the air jet on the nozzle. 'screen which results from this removal, din; i- naked the pressure in the conduits 32 and 40 and in the bellows 39 which collapses; the pusher 38 descends, the arm 35 follows it and the arm 34 brings the nozzle 31 closer to the screen 30 until the reaction of the air jet on the screen raises the reaction thrust of the air jet on the nozzle and causes it to assume a new equilibrium position.
It will be noted that the movements of the nozzle 31 and of the screen 30 may not be parallel without this influencing the sensitivity and the fidelity of the device, because the portions of these two organs concerned by the contracted zone of the jet of air can describe tangent or weakly sequential circumferences of large radius.
The visual or audible indication of the temperature is obtained by controlling by the arm 35 any suitable device capable, by the effect of the movements of the arm 35, of providing such indications.
Fig. 8 shows a device designed to transform very small variations in the intensity of an electric current, itself very weak. Here, the nozzle 42 with a thin-walled orifice is integral with an arm 43 articulated on an axis 44 integral with a fixed support 45. In the normal position, the nozzle 42 is at such a distance from the end section 46 d. 'a cam 47 that this slice is in the contracted zone of the air jet which comes out of the nozzle. This cam 47 is integral with the frame of a galvanometer 48. The arm 43 rests, to ensure this distance, on the pusher 49 of the movable membrane 50 of a capsule 51.
The nozzle 42 and the capsule 51 are supplied with pressurized air respectively by the conduits 52 and 53, connected to an air supply conduit 54 with the interposition of an adjustment valve 55.
The operation of the device of FIG. 8 is the same as that of FIG. 7 mutatis mutandis. The movements of the lever 43 can be used, after amplification, to transmit any indications, any recordings, any regulation, correlative to the variations in the intensity of the current which passes through the galvanometer 48.
Fig. 9 shows a device intended to transform the variations in length of a linear organ, for example, of a hair or of a silkworm thread 56, under the effect of variations in the humidity of the air. Here again, the operation is similar to the operation of the device shown in FIG. 7. The hair is fixed at one of its ends at a fixed point and is attached, at its other end, to an inextensible wire 57 which winds on a small diameter pulley 58 wedged on a pin 59, rotating on points in a fixed support 62.
On the axis 59 is mounted a spiral return spring 63, which holds the hair 56 slightly taut, and an end cam 64 which cooperates by its edge with a nozzle 65 having a thin-walled orifice and projecting a jet of air on the edge 64 of the cam; the nozzle is mounted on a rocker 66, 67 which can oscillate on an axis 68 in bearings 69, 69. The nozzle 65 is connected, by a flexible pipe 70, to a bellows 71 integral with a fixed support 72. A pusher 73 carried by the underside of the bellows rests against the arm 67 of the balance. Pressurized air is supplied through line 74, with control valve 75, to nozzle 65 and to bellows 71.
An actuating movement, with possible amplification, of an indicator or of a recorder which will reproduce on a large scale the dilations or contractions of the hair can be taken from the balance 66, 67.
In the case of the device of FIG. 10, a galvanometer 76 rotates an end cam 77, in front of which is a nozzle 78, the outlet of which delivers a jet of pressurized air and is situated, normally, at such a distance from the cam as the face 6vlpérieur thereof is in the contracted zone of a jet of air which escapes through this nozzle.
The latter is mounted on a lever arm 79 which can pivot along an axis 80 carried by a fixed support 81. This support carries a bellows 82 provided with a pusher 83 which presses against the lever 79. The latter in turn carries , by means of an arm 84, another thin-walled nozzle 78, which cooperates with a shutter 85 mounted on a membrane 86 of a capsule 87 also supported by the arm 79. A spring 88 tends to move the valve apart. membrane 86 of the nozzle 78a. A pressurized air line 89 supplies, through the control valve 90, through the pipe, partly flexible, 91 and through a throttle 92, the nozzle 78 and the capsule 87, and through the pipe 93 provided with a constriction 94 and through the pipe 95, the bellows 82. It supplies, on the other hand, through the pipe 96, partially siphoned off, the nozzle 7Sa.
The device being in equilibrium, if we suppose that the ramp of the cam 77, while rotating by the rotation of the frame of the galvanometer 76, approaches the nozzle 78, the pressure increases very slightly in the capsule 87 (a few mm d water for example).
The membrane 86 'is repoled and closes, against the action of the spring 88, the nozzle 78a. The pressure increases in the bellows 82 which elongates and moves the nozzle 78 away from the ramp of the cam 77 until the moment when, the leak at the nozzle 78 becoming sufficient, the shutter 85 moves away from the nozzle. 78a and reestablishes a leak equal in quantity to the supply of pressurized air through the throttle 94, hence the device's new equilibrium state.
The amplifier relay can be fixed on the arm 79 or, on the contrary, be independent.
Only the nozzle must always accompany the arm 79.
In the device shown in fig. 11, the pipe which connects the nozzle 78 to the capsuie 87 is flexible. The parts common to the two devices (fig. 10 and 11) bear the same reference numbers. The operation is the same in both cases.
Fig. 12 shows a device for amplifying variations of a weak electric current, this device being equipped with means for indicating and recording these variations and with a regulation mechanism.
Fig. 13 shows a plan of a portion of the device.
In this device, we find the constituent organs of those shown in FIGS. 10 and 11, namely: a galvanometer 97, an end cam 98, a nozzle 99 with a thin wall orifice, an eapsule 100, with membrane 101, carrying a shutter 102 acting on a nozzle 103 with an orifice optionally in thin wall, and with antagonist spring 104.
A bellows 105 controls an arm 106 pivoting on an axis 106a. We see, in addition in this device a needle 107 integral with the arm 106 and whose point moves in front of a graduated dial 108, as well as an arm 109 carrying a writing style 110 which traces on a rotating cylinder 111 The amplified recording of variations of the current in the galvanometer 97. The capsule 100, the nozzle 103 and the bellows 105, are supplied with pressurized air by the pipe 112 and the connections 113 and 114. A traetionll5 spring tends to constantly bring the nozzle 103 closer to the shutter 102.
On the arm 107 is articulated at 116 a connecting rod 117 articulated at its other end at 118, on a lever 119 which is pivoted at 120 on a fixed support not shown and is articulated at 121 on the nozzle holder 122. Holes 123 , drilled in the lever 119, allow, by threading the pin 118 in one or the other of these holes, to vary the ratio of the two arms of the lever 119.
On the other hand, on the axis 106a is articulated a lever 124 which is crossed by a threaded rod 125, articulated at 126 on an arm 127 integral with an arm 128 pivoted on the axis 106a.
A spring 128a is supported on the arm 127 and t under the arm 124. A knurled knob 129, screwed on the rod 125, makes it possible to vary the angle between the arms 124 and 128. The lower end of the arm 128 carries a nozzle 130, possibly with a thin-walled orifice, which cooperates with a shutter screen 131, mounted on a spring 132 which is fixed on a small arm 133 integral with the needle 107. A stop 134 limits the movement of the screen 131 towards the nozzle 130.
The lever 124 carries an inclined pallet 135 which cooperates with a nozzle 136, possibly with a thin-walled orifice, by means of a key 137, mounted on an elastic arm 138 fixed to the nozzle 136. The latter is carried by the bottom 139 of a bellows 140 supplied with pressurized air by a connection 141 inserted into the pipe 112 and comprising a constriction 141a. A res
spell 142 supported on a fixed support 143 is opposed to the movements of the bottom 139 of said bellows 140.
On the other hand, a bellows 144, fixed on the support 143, is supplied with pressurized air by a connection 146 stuck on the eonduite 112. It acts, by a pusher 145, under the lever 124. The connection 146 also supplies, by a partially flexible pipe 147, the nozzle 130.
The figure also shows a valve 148 placed on a pressurized fluid line 149, a valve which is controlled by an elastic diaphragm 150 to which is opposed a thrust spring 151. This diaphragm 150 is placed in communication, by connection 141. , with the general line 112 for supplying pressurized air.
The operation of the device is as follows:
Assuming that its equilibrium is established for a certain value of the intensity of the current which passes through the galvanometer 97, and that, for this value of said current, the part of the ramp 98, which faces the orifice of the nozzle 99 is in the contracted zone of the air jet leaving the nozzle 99 and also, that in this situation, the shutter screen 102 of the capsule 100 is placed under the influence of the pressure prevailing in the capsule and of the thrust of the antagonist spring 104, in the zone constrained by the jet of air which leaves the nozzle 103, in the case where the orifice of the latter is a thin wall,
and the needle 107 being in front of a certain graduation of the dial 108; If, then, the current in the galvanometer increases, the cam 98 turns on its axis and its edge approaches the nozzle 99. The reaction exerted by the air jet on the nozzle will vary and will push the latter to the left of the nozzle. figure at the same time as the pressure of the air in the capsule 105 will increase and that the sealing nut 103 will approach, in fact, the nozzle 103 and will even go so far as to seal it. This results in a displacement of the arm 106 to the left of the figure and, therefore, the arm 107 moves to the right by tensioning the spring 115.
The needle 107 moves to the right of the figure, the connecting rod 117 rotates the lever 119 which moves the nozzle 99 away from the cam until, the reaction of the air jet thereby decreasing on the nozzle 99 and as the pressure drops behind it, the pressure also drops in the capsule 105 and a new state of equilibrium is established in the system, as a result of the leak created at the nozzle 103.
When this equilibrium is reached, the device stops and the needle 107 gives, on the eadran 108, a new indication corresponding to the new intensity of the electric current in the galvanometer.
The movement of the articulation point 118 of the connecting rod 117 makes it possible to vary the ratio of the movements of the needle 107 and of the nozzle 9.
The arm 109 extending the needle 107 records the variations of the phenomenon considered as a graph 110a.
If it is assumed that the regulator 148, 150, 151 is in its average position, that for this average position the lever 106 is also in its average position and that the nozzle 130 and the cam 98 and the screen 131 and 137 are, respectively, in relative positions such that these screens are in the middle zone of contraction of the air jets which leave said nozzles and that also the bellows 105, 140jet 144 are in their average positions, and if it is assumed, in In addition, that a variation of the variable magnitude increases the intensity of the current in the galvanometer 97, the bellows 101 in which the pressure increases pushes the lever 106 towards the left of the figure and, de-icing on the right the screen 131 releases the nozzle 130,
and decreases the air pressure in the capsule 144. This decrease in pressure is transmitted to the bellows 144 which lowers the lever 124 and brings the nozzle 130 closer to the screen 131 until a new state of equilibrium is established. . The pallet made tiltable in this case comes to press on the screen 137 and causes the blocking of the strip 135 therefore an increase in pressure in the capsule 140, this pressure increase resulting in a displacement from the right to the left of the wall 139 until the moment when, due to the inclination of the ramp 135, the leak corresponding to the state of equilibrium is again reestablished, the device 136, 137, 138, 139, 140 stops for a higher internal pressure than previously due to the contraction of the spring 142.
This new pressure is transmitted through line 141 to valve 148 causing the partial or total closure of ll''orifiee.
By acting on the knurled knob 129, the relative position of the nozzle 130 with respect to the arms 106, 107 is varied, hence the midpoint of the adjustment.
The screen instead of receiving the shape of a cam at the end can also receive the shape of a cam whose edge which cooperates with the nozzle is, in each of its active parts parallel to the axis of rotation of said cam. .
In the case of a cam at the end, the helical ramp that it comprises can be shaped in such a way that the generator of this ramp always passes through the pivot of rotation of the cam.
CLAIMS:
I. Process for transforming variations of a quantity into variations in pressure of a fluid by means of a jet of the fluid produced by a nozzle and a screen which intercepts this jet and whose position is linked to the variable magnitude, characterized in that the contraction of the fluid jet is produced downstream of the outlet of the nozzle and that the screen is placed in the contraction zone.