Amplificateur électronique
La présente invention a pour objet un amplificateur électronique du type à vibreur et pourvu d'un circuit de rétroaction comprenant une résistance et un condensateur couplés en série.
Cet amplificateur peut être utilisé dans un dispositif utilisant un signal d'erreur à courant continu et commander un servo-dispositif hydraulique de correction à réglage proportionnel dans lequel la correction est proportionnelle à l'erreur.
Lors de la mise au point d'un réglage proportionnel, sensible à de faibles potentiels variables, à courant continu, indiquant des erreurs, il existe, en plus du problème posé par l'obtention d'une amplification de la tension en courant continu, un problème soulevé par l'obtention de la stabilité du dispositif entier. Le degré d'amplification qui peut être permis dans un dispositif stable dépend des constantes de temps des différents éléments. C'est habituellement le rapport entre les deux constantes de temps les plus longues du dispositif qui limite l'amplification pouvant être admise du dispositif entier tout en lui conservant sa stabilité.
L'amplificateur électronique suivant l'invention se caractérise en ce qu'il comprend un redresseur relié, d'un côté, à un endroit situé entre ladite résistance et ledit condensateur et, de l'autre côté, à la masse, ledit redresseur étant disposé pour limiter la charge du condensateur, de sorte que l'amplitude des signaux à courant continu passant par ledit circuit de rétroaction est momentanément limitée.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'amplificateur suivant l'invention.
La fig. 1 est une vue schématique d'un dispositif de commande manuelle et d'un dispositif de commande sensible à la température qui se substitue au dispositif normal et qui commande le débit de la pompe à carburant.
La fig. 2 est un schéma d'un amplificateur du signal de température, représentant une source d'énergie et un circuit de rétroaction.
La fig. 3 est un schéma montrant la variation du gain en fonction de la fréquence.
Le dispositif représenté comporte un moteur du type à turbo-réacteur désigné dans son ensemble par 10 et comportant une partie d'admission 12, un compresseur 14, une chambre de combustion 16, une turbine 18 et une partie de sortie ou de décharge 20 pourvue de tuyères 22 d'injection du carburant qui injectent dans la chambre de combustion 16 du carburant dosé par un dispositif 24 de dosage de carburant et fourni par une pompe 26 entravée par un moteur qui aspire le fluide dans un réservoir 28.
La pompe peut être une pompe à débit constant ou une pompe à débit variable, comme représenté sur la fig. 1, dont le débit est réglé par la chute de pression au droit d'un orifice 30 de dosage du carburant prévu dans le dispositif 24 de dosage du carburant et peut également être réglé par un solénoïde proportionnel 32 qui, à son tour, est commandé par un thermocouple 34 placé dans la décharge de la turbine et dont l'action s'exerce par l'intermédiaire de l'amplificateur 36.
La course de la pompe 26 qu'on a représentée sur la fig. 1 sous la forme d'une pompe du type à oscillations, est commandée par un servo-mécanisme 38. Le carburant est aspiré à partir du réservoir 28 par un conduit 40 et il est amené dans une chambre d'admission 42 de la pompe. I1 est refoulé à partir de la pompe par une chambre de refoulement 44 et passe par une soupape d'arrêt 46 pour se rendre au côté à haute pression 48 de l'orifice 30 dont la seo tion est réglée par une soupape à pointeau 50 qui peut être mise en place à l'aide du pignon 52 soit manuellement, soit d'une autre manière. Le carburant se trouvant à la pression de refoulement de la pompe est également admis dans une chambre 54.
Après avoir traversé l'orifice de dosage 30, le carburant est envoyé par un conduit 56 aux tuyères d'injection 22 qui le déchargent dans la chambre de combustion 16.
Un conduit 58 mène d'un endroit situé entre la soupape d'arrêt 46 et la chambre de refoulement 44 de la pompe à un étranglement, tel qu'un orifice 60, dans une chambre 62 située sur l'un des côtés d'un piston 64 du servo-mécanisme 38. Le carburant se trouvant à la pression de refoulement de la pompe est également amené par le conduit 58 et un conduit 66 à une chambre 68 située de l'autre côté du piston 64. La pression régnant dans la chambre 68 tend à
diminuer la course de la pompe et, par suite, la quantité de carburant envoyée à la turbine, tandis
que la pression régnant dans la chambre 62 et un res
sort 70 tendent à augmenter la course de la pompe et à accroître, de ce fait, la quantité de carburant envoyée au moteur.
Un conduit de prélèvement 72 comporte un branchement 74 aboutissant à un ajutage 76 contrôlé par un clapet 78 dont la position est déterminée par un piston 80 sur un côté duquel agit le carburant à la pression de refoulement de la pompe qui se trouve dans la chambre 54 et sur l'autre côté duquel agit le carburant à la pression régnant dans une chambre
82 en aval de l'orifice 30 et sur lequel agit également un ressort réglable 84. En conséquence, les faces opposées du piston sont soumises aux pressions
régnant de part et d'autre de l'orifice 30 et, il en ré
sulte qu'il déplace le clapet 78 conformément aux variations de la chute de pression au droit de l'orifice, chute de pression qui peut être réglée par une
vis 86 réglant la tension du ressort 84.
A mesure que
la chute de pression au droit de l'orifice 30 augmente
soit en raison d'une augmentation de la pression r gnant dans la chambre 54, soit en raison d'une diminution de la pression régnant dans la chambre 82, le clapet 78 se déplace dans le sens d'ouverture de l'ajutage 76 et, par suite, de la chambre 62 du servomécanisme 38 et, de ce fait, la course de la pompe
est réduite, ce qui diminue la chute de pression au
droit de l'orifice 30 du fait que la pression régnant
dans la chambre 54 diminue.
Par suite, le clapet 78 et son mécanisme associé
tendent à maintenir, au droit de l'orifice de dosage
30, une chute de pression constante qui maintient
constant le débit du carburant pour une position fixe
de la soupape 50.
Un second conduit de prélèvement 88 est relié au conduit de prélèvement 72 et aboutit dans un ajutage 90 commandé par un clapet 92 articulé en 93 dont la position est déterminée par des ressorts de centrage 94 et 96 et qui peut être réglé par le solénoïde proportionnel 32. Le solénoïde 32 est un solénoïde polarisé dont l'attraction est équilibrée en fonction de la décharge de l'ajutage 90. Une explication détaillée du fonctionnement de ce dispositif est donnée dans le brevet suisse No 342847. Dans le présent dispositif cependant, l'équilibre est établi en fonction de la décharge de l'ajutage, au lieu d'être établi en fonction d'un troisième ressort d'accompagnement, comme dans ledit brevet. Le fluide déchargé par l'ajutage 76 et l'ajutage 90 est renvoyé à l'admission de la pompe ou au réservoir au moyen de conduits 40' et 40", respectivement.
L'étranglement d'admission 60 a une faible capacité de débit, par exemple 1/5 de la capacité de débit de l'un ou l'autre des ajutages 76 ou 90 quand ils sont entièrement découverts.
Le solénoïde 32 est commandé par les signaux envoyés par le thermocouple 34 et il est relié de manière telle que des températures supérieures à une valeur choisie à l'avance commandent le clapet 92 de manière à démasquer l'ajutage 90 et, de ce fait, à prélever du carburant dans la chambre 62 par l'intermédiaire du conduit 88 et à réduire la course de la pompe, ce qui a pour résultat de diminuer la quantité de carburant envoyée au moteur et d'abaisser sa température.
On remarquera que, bien que les deux ajutages 76 et 90 prélèvent du carburant dans la même chambre, si l'un d'entre eux, par exemple l'ajutage 90, prélève du carburant pour réduire la course de la pompe et empêcher une surchauffe, l'autre, par exemple l'ajutage 76, se ferme et a tendance à augmenter la chute de pression au droit de l'orifice 30 et, par suite, il devient en fait inopérant,
ce qui fait que le contrôle passe entièrement à l'ajutage 90 dans des conditions de dépassement de température.
Cette action serait la même si l'ajutage 76 effectuait le contrôle et si l'ajutage 90 était fermé, dans le but de favoriser une augmentation de la course de la pompe pour accroître la température jusqu'à la valeur choisie. Dans ce cas, l'ajutage 76 effectuerait alors un prélèvement de carburant pour maintenir la chute de pression prédéterminée au droit de l'orifice 30 de dosage du carburant, tandis que l'ajutage 90
serait complètement fermé et inopérant dans des conditions de température insuffisante.
I1 est évidemment entendu qu'on peut ajouter d'autres conduits de prélèvement. Par exemple, si on désire limiter la pression du compresseur, on peut utiliser un soufflet sensible à la pression du compresseur pour déterminer un autre prélèvement de carburant afin de commander, d'une manière similaire, la course de la pompe. On peut voir que la variable qui dépasse la limite prédéterminée ou choisie effectuera la commande et que les ajutages de prélèvement de carburant sensibles aux autres variables seront fermés et inopérants.
Bien qu'on n'ait représenté qu'une seule soupape à pointeau 50 et qu'un seul orifice 30, il est évident qu'on peut également utiliser d'autres dispositifs de dosage pour faire varier le réglage assuré par l'obturateur principal. Ces autres orifices de dosage peuvent être réglables et rendus sensibles à d'autres variables choisies, telles que l'altitude.
L'amplificateur 36 servant à modifier les signaux émis par le thermocouple 34 et envoyés au solénoïde 32 est représenté plus en détail sur la fig. 2 à laquelle on va maintenant se référer. Le thermocouple 34 aboutit dans un compensateur de couplage 100, qui est un mécanisme bien connu compensant des va riations de la température pour maintenir la sortie du thermocouple sensible à la température régnant dans le conduit arrière et insensible aux variations de la température ambiante. Le signal émis par le thermocouple est comparé avec une tension réglée à courant continu, telle que + 85 volts provenant du circuit régulateur de tension d'un ensemble générateur
102 qui reçoit son énergie de toute installation à courant alternatif, telle que celle de l'aéronef.
Le courant de 85 volts est envoyé à la canalisation 104 par l'intermédiaire d'un diviseur de tension 105 et il est comparé au point 106 du diviseur de tension avec le signal du thermocouple envoyé dans une canalisation
108. La différence entre la tension envoyée à la canalisation 108 et la tension au point 106 du diviseur de tension correspond à l'erreur de température qui est envoyée par une canalisation 110, par l'intermédiaire de résistances de chute, aux contacts 112 et 114 d'un vibreur 116, dont la lame mobile 118 est connectée à la masse. Le vibreur forme ainsi une onde carrée dont une des crêtes est une tension nulle au potentiel de masse et dont l'autre crête est au potentiel de l'erreur de température. L'onde carrée est envoyée par des condensateurs 120, 122 aux tubes 124 et 126 de l'amplificateur.
L'onde carrée amplifiée est hachée par un vibreur 128 synchronisé avec le vibreur 116, de manière qu'une crête choisie de l'onde carrée amplifiée soit envoyée au solénoïde proportionnel par les canalisations de sortie 130 et 132 de l'amplificateur.
Un réseau de filtrage 134 couplé à la canalisation 130 réduit l'effet de non-induction du solénoïde proportionnel et augmente de ce fait la puissance de ce solénoïde.
De la description qui précède, on voit que l'amplificateur amplifie le signal d'erreur de température, positif ou négatif, à courant continu envoyé dans la canalisation 110 et envoie un signal d'erreur amplifié à la canalisation 130. Le vibreur 128 est couplé de manière à utiliser la crête d'onde carrée qui donnera une inversion de tension dans l'amplificateur. Autrement dit, un signal de dépassement de température provenant du thermocouple, qui est négatif dans la canalisation 110 aboutissant à l'entrée de l'amplificateur, apparaît sous la forme d'un signal de commande positif amplifié dans la canalisation de sortie 130. Le signal positif qui sert à amoindrir la rétroaction est envoyé par une canalisation 136, une résistance 137, une canalisation 138 et des ré sistances 140 et 142 aux canalisations d'entrée 144 et 146 couplées aux contacts 112 et 114 du vibreur 116.
Un condensateur 148 couplé dans cette canalisation de rétroaction empêche le retour du courant continu et sert d'élément diminuant la rétro action pendant la marche régulière, c'est-à-dire quand il ne se produit pas de variations de tension dans la canalisation 130. Lors de changements de température qui engendrent des variations de la tension dans la canalisation 130, un signal de rétroaction est renvoyé dans les canalisations 144 et 146, tandis que le condensateur 148 effectue une charge ou une décharge.
Par exemple, si l'on suppose que le moteur fonctionne dans une condition de marche régulière en dessous de la température de fonctionnement, ce qui est la condition de fonctionnement normale, il ne se produit pas de rétroaction dans la canalisation 138, et l'amplificateur présente un gain élevé parce qu'il n'existe pas de rétroaction négative qui puisse diminuer ce gain, et le condensateur 148 est chargé à un potentiel représentant la différence de tension entre la canalisation 138, reliée à l'entrée de l'amplificateur, et la canalisation 136, reliée à la sortie de l'amplificateur. Dans cette condition de température inférieure, la plaque de droite du condensateur 148 est négative et la plaque de gauche est positive, étant donné que le signal d'entrée de la température inférieure est positif et que le signal de sortie de cette température est négatif.
Si le pilote ouvre alors l'obturateur pour permettre l'admission d'une quantité plus grande de carburant dans le moteur, ce dernier est porté à une température plus élevée. Si la température reste inférieure à la température choisie à l'avance, de sorte que la sortie du thermocouple ait une valeur négative inférieure à celle de la valeur positive du diviseur de tension au point 106, l'erreur de température apparaissant dans la canalisation 110 reste positive, mais elle est moins positive que dans la condition de marche régulière mentionnée ci-dessus; le signal de sortie dans la canalisation 130 sera alors encore positif et entrera en jeu pour tenter de fermer l'orifice 30 de dosage du carburant, mais il sera moins positif dans la condition précitée de marche régulière.
Dans ces conditions, le condensateur 148 se décharge à un potentiel plus faible correspondant à la différence entre l'entrée et la sortie de l'amplificateur et, ainsi, le courant de décharge circule dans un sens pour as surer une rétroaction négative s'opposant au change- ment et, par suite, réduit en fait l'amplification as sur rée par l'amplificateur. Cette réduction de la sortie de l'amplificateur n'a cependant pas d'effet sur le clapet 92 car elle est toujours négative et correspond à une température inférieure et, tant que le signal envoyé dans la canalisation 130 reste négatif ou est nul, le clapet 92 reste fermé.
Lorsque le condensateur 148 est chargé comme on vient de le mentionner pour une condition de température inférieure, si la température augmente brusquement jusqu'à un point pour lequel le thermocouple émet un signal négatif supérieur au signal positif émis par la source de référence au point de jonction 106, l'amplificateur tente alors d'émettre un signal positif pour ouvrir le clapet 92. Cependant, avant qu'un signal positif quelconque puisse être émis par l'amplificateur, il est nécessaire de décharger le condensateur 148 et de le charger dans la direction opposée, c'est-à-dire de rendre la plaque de droite positive et la plaque de gauche négative.
Ce processus de chargement prend un temps appréciable car il fait partie d'un circuit à résistance et condensateur, temps pendant lequel le circuit de rétroaction applique, dans la ligne 138 et aux canalisations d'entrée 144 et 146, une tension qui s'oppose à cette charge. Ceci revient à dire que le circuit de rétroaction applique aux canalisations 144 et 146, par l'intermédiaire de la canalisation 138, un potentiel positif qui s'oppose au potentiel négatif appliqué pour représenter une erreur de température, de sorte que la sortie de l'amplificateur peut, pendant un laps de temps appréciable après que le thermocouple a indiqué un dépassement de température, être en réalité négatif, ce qui indique une température inférieure.
En raison de cette caractéristique, il est possible d'accélérer le moteur en ouvrant rapidement l'obturateur et en autorisant une surchauffe temporaire pendant l'accélération. Dès que les condensateurs sont chargés ou que le taux de chargement tombe jusqu'à un point pour lequel le signal de rétroaction est inférieur au signal d'entrée envoyé à l'amplificateur, ce dernier émet alors un signal positif destiné au signal d'entrée négatif de dépassement de température, et le solénoïde proportionnel recevant le signal positif entre en jeu pour réduire la course de la pompe et le débit de carburant.
Le solénoïde proportionnel est réalisé de telle manière que le prélèvement de carburant par l'ajutage 90 soit proportionnel à la tension envoyée au solé noïde et, par suite, à mesure que le condensateur 148 se charge et que la rétroaction devient plus faible et que l'amplification de l'amplificateur devient plus grande, le solénoïde proportionnel ouvre davantage le clapet 92 pour diminuer rapidement la course de la pompe et ramener la température à sa valeur limite prévue.
On a constaté que, dans certains cas, lorsque l'accélération débute à partir d'une condition de température considérablement inférieure à la normale, le moteur peut subir une surchauffe sérieuse pendant l'accélération avant que le condensateur 148 soit complètement déchargé et chargé dans le sens opposé à un degré suffisant pour ouvrir le clapet 92 et arrêter le débit du carburant. Afin de limiter la charge du condensateur dans une condition de température inférieure, un redresseur 150 est relié à la masse entre la résistance 137 et le condensateur 148. La convention utilisée ici est celle d'un courant circulant en sens inverse des électrons et que le courant passe du positif au négatif, et la flèche du redresseur est dirigée dans le sens de circulation du courant.
Si la plaque de droite du condensateur reçoit une charge et devient négative dans une condition de température inférieure, le redresseur limite la quantité de charge négative possible, appliquée au condensateur, au potentiel des contacts du redresseur. En limitant ainsi la charge appliquée au condensateur 148, il est possible de réduire ou de limiter le temps nécessaire pour la décharge du condensateur et sa charge en sens opposé quand on procède à une accélération en partant d'une condition de température inférieure.
I1 est ainsi possible de limiter le dépassement de température maximum qui peut être atteint pendant l'accélération.
Afin d'aider à la stabilisation du dispositif et de compenser certains autres retards engendrés dans celui-ci, un condensateur 152 est relié à la masse entre la résistance 137 et le condensateur 148. Ce condensateur sert à dériver une partie des signaux autres que des signaux en courant continu pour les envoyer à la masse, en faisant passer une grande partie d'un signal variable à mesure que la fréquence augmente jusqu'à ce que, pour des fréquences plus élevées, il fasse passer sensiblement la totalité de la composante variable, en n'en laissant sensiblement rien passer dans le condensateur 148 sous forme d'un signal de rétroaction. Par conséquent, pour des fréquences supérieures, la tension à la jonction 154 dans le circuit de rétroaction sera sensiblement nulle et l'amplificateur sera ramené à son état de gain total.
Le condensateur 152 a pour rôle d'introduire dans le dispositif un élément qui produit une augmentation du gain en fonction d'augmentations de la fréquence du signal, ce qui donne une partie courbe inclinée vers le haut d'une courbe de gain en fonction de la fréquence.
Si on analyse l'action de l'amplificateur associé au circuit de rétro action précité et si on considère le taux de variation du signal d'entrée comme étant une indication de la fréquence et qu'on porte le gain de l'amplificateur en fonction de la fréquence, on obtient alors une courbe telle que représentée sur la fig. 3 sur laquelle une fréquence nulle correspond à une condition de marche normale pour laquelle le gain de l'amplificateur est maximum. La courbe 156 en trait plein résulte de deux courbes dont on a multiplié le gain et, si on la porte sur un graphique logarithmique, la courbe en trait plein représente la somme des deux autres courbes et le produit de leurs valeurs. La courbe 155 en traits interrompus montre l'effet du condensateur 148 sur le gain de l'amplificateur, et la courbe 157 en traits interrompus montre l'effet du condensateur 152 sur l'amplificateur.
Une augmentation de la fréquence réduit le gain, comme représenté par la courbe 156, en raison du chargement des condensateurs qui, pour une fréquence faible, servent d'éléments d'impédance élevée, mais assurent un degré croissant de rétroaction pour réduire le gain de l'amplificateur, à mesure que la fréquence augmente. Le gain de l'amplificateur reste au niveau bas 158 lors d'une nouvelle augmentation de la fréquence selon la capacité du condensateur 148 et son taux de chargement.
Toutefois, si encore une autre augmentation de la fréquence a lieu, le condensateur 152 commence à se comporter comme un conducteur suffisant pour assurer un passage à la masse, ce qui réduit la tension à la jonction 154 en vue de réduire la force de la rétroaction et d'augmenter le gain de l'amplificateur, comme représenté en 160, jusqu'à ce que, comme indiqué en 162, le condensateur 152 joue sensiblement le rôle d'un élément de court-circuit à la masse et ramène l'amplificateur à un gain entier, comme représenté par la courbe 164. Grâce à ce type particulier de rétroaction, on a conçu un dispositif possédant un gain statique élevé qui tombe lors d'une augmentation de la fréquence et qui, lors d'une augmentation prolongée de cette fréquence, recommence à s'élever en fonction de la fréquence plus élevée.
Ce type de circuit de rétroaction a également une sensibilité statique très élevée et une sensibilité dynamique faible avec un réglage de type proportionnel, c'est-à-dire un réglage qui établit des corrections proportionnelles à Ferreur. On remarquera que, lorsque des signaux de dépassement de température apparaissent à la sortie de l'amplificateur, le redresseur 150 se comporte sensiblement comme un circuit ouvert et n'a pas d'effet de mise à la masse.