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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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en qvant,.tés rr,
tr3.quesn ce d.erniex.fourxissant du fluide sous pression pour régler le condensateur variable de façon à ramener le pont à l'équilibre.
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.
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The present invention relates to improved servo-mechanisms for operating any desired device, such as an indicator or recorder, based on changes in electrical quantities such as voltages, currents, resistances, capacitances, or other quantities that may be represented by corresponding electrical quantities, such as, for example, closed temperatures, pressures, velocities and fluid flow rates.
A servo-mechanism according to the present invention comprises an electric amplifier and a converter or converter of the flow of the electric amplifier into a fluid pressure, with a device for applying feedback to the entire system, so as to obtain a pneumatic power level or
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high hydraulic output corresponding to a low voltage signal applied to the electrical amplifier.
The apparatus according to the invention can comprise a device with an electrical bridge in one branch of which a variation in voltage or other quantity to be recorded is shown, a voltage source supplying the bridge, a means energized by the current. bridge imbalance and for producing a corresponding output fluid pressure, and means actuated by that fluid pressure for actuating a recording element and adjusting a circuit element in the direction of the bridge balancing.
The apparatus according to the invention may further comprise an electric amplifier to which an. unknown voltage and a balancing voltage produced by an adjustable source, an electric quantity to manometric quantity transposer to which the output of the amplifier is applied, and pressure actuated means for adjusting the balancing voltage source to in which pressure is applied from the transposer as a feedback and to bring the system back to equilibrium, means also being provided for applying pressure from the transposer to a recording, control apparatus Or other.
The voltage applied to the amplifier can be supplied by any measuring device or other, for example a thermooouple or other temperature measuring device, a position indicator, a photoelectric cell, a flowmeter, a speed measuring device, or any other voltage source to be measured, recorded or used for control purposes, or this voltage may also be drawn from a current produced by one of these devices,
According to another feature of the invention, the servo mechanism can comprise a high frequency bridge of which an unknown capacitor and a variable capacitor form part, an amplifier through which the unbalance voltage of the bridge is applied, after detection, to a transposer. of electrical quantities
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by qvant,. summers rr,
Tr3.quesn ce d.erniex.fourxing pressurized fluid to adjust the variable capacitor to bring the bridge back to equilibrium.
The bridge can include two chokes each coupled to. an inductor traversed by the flow of an oscillator, the primary of a transformer supplying the amplifier being connected between the two inductors, the outer ends of the latter being earthed respectively through the unknown capacitance and the capacitor Variable.
The device producing an output fluid pressure corresponding to the unbalancing current of the bridge can consist of a transposer of the type described in the patent of the same date by the Applicant entitled: "Improvements to apparatus for transposing electrical quantities into manometric quantities" .
The pressure actuated means can be used to move the core of a differential transformer, the primary of which is supplied with alternating current and the secondary of which supplies the bridge, the secondary windings being put in parallel with two branches of the bridge. The junction points of the branches and secondary windings are joined by a resistor, the amplifier being connected between the junction point of two other branches (one of which is the variable branch and the other is adjustable for calibration. ) and a movable contact on said resistance, so as to be able to adjust the rate of feedback applied to the system and to allow the scale of the values to be calibrated.
The initial position of the core of the differential transformer is such that with the bellows at a determined pressure, the junction points joined by the resistor are at the same potential.
The differential transformer device can be applied to a system in which a variable resistor, for example a platinum resistant bulb used to sense temperature changes, is a bridge element. It can also be applied to systems in which movements to indicate or to record are transmitted to the nucleus of another.
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differential transformer, the secondary windings of which constitute branches of the bridge or apply a corresponding voltage to a bridge of which two branches are formed by resistors.
In the accompanying drawings:
Fig. 1 schematically shows an embodiment of the invention for recording voltages.
Fig. 2 shows, in greater detail, part of this embodiment.
Fig. 3 shows a variant of the embodiment of FIG. 1.
Fig. 4 represents an embodiment for the recording of capacities.
Fig. 5 shows an embodiment for registering resistors.
Fig. 6 shows an embodiment for recording movements.
Fig. 7 shows a variant of the embodiment of FIG. 6.
Fig. 8 shows a variant of the embodiment of FIG. 5, and
Fig. 9 represents yet another variant.
As in fig. 1 shows it, a variable voltage E, which can be a voltage representing another variable to be indicated or recorded, is applied to the input terminals and a voltage E2 is taken from a potentiometer 10 to which a voltage EA is applied. The voltages E and EA must be of the same nature, that is to say both continuous or both alternating and of the same frequency and waveform, and they are affixed so that their algebraic sum never exceeds the larger of the two tendions.
The sound of the two voltages is applied to an amplifier 2, vip a continuous transposer or alternaitf 1 as a
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buzzer if the voltages are constant. The output of amplifier 2 is applied to a phase sensitive rectifier 3 described below. The output of the rectifier controls a transposer of
Electrical quantities in manometric quantities 4, which may be of the type described in the aforementioned patent. The pressure of the fluid actuates a press sensitive device, such as a bellows and spring capsule 5, the movement of which is used to adjust the slider of potentiometer 10 and the axis 6 of an indicator or register 8 .
The sensitivity of amplifier 2 is such that a variation, at the input of the amplifier, from zero to a very small fraction of E is sufficient to make the fluid pressure pass through its entire range of values, which means that the voltage E2 also passes through its entire range of values. If the difference between E. And E2 is greater than that necessary to maintain the desired fluid pressure to keep this difference, or if its phase is wrong, the fluid pressure varies and modifies E2 so that the difference between E and E2 is exactly that sufficient to maintain the pressure of the fluid at the value giving this difference.
As this difference is a very small fraction of E, E2 is always equal to E with an accuracy determined by the sensitivity of amplifier 2 and of the converter from electrical quantities to manometric quantities 4, the fluid pressure used to make $ 2 equal to E can also be used to move a recorder style, the pointer of an indicator 6 or to perform any other mechanical movement; these movements will be faithful reproductions of E.
The operation of the phase-sensitive rectifier 3 will emerge clearly from FIG. 2. Ex represents the voltage applied to the rectifier. Ex must have the same frequency as the power supply network connected to the primary of transformer T1. This means that the potentials E and E2 indicated in fig. 1 must come from the same supply network or be direct voltages, in which case their algebraic sum must be converted into
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AC voltage at the mains frequency by means of the usual vibrator. Since the cathode of a tube V1 is used as a reference potential, Ex is applied to the grid of V1 by a capacitor C1, and a resistor R1 is connected between the grid and the cathode so as to constitute the normal grid detection circuit.
The anode is supplied by the secondary of Tl, via the coil 11 of the transposer from electric quantities to manometric quantities 4. When Ex = 9 the tube is not polarized and the converter 4 is traversed by the maximum anode current during the excursions. positive plate voltage. By suitably choosing the value of capacitor C2 shunted on coil 11, the unidirectional current pulses passing through converter 4 can be filtered and the ratio between the average direct current and the alternating ripple can be adjusted so as to obtain the efficiency. optimum, in the transposer whose coil 11 excites a core 17 and causes an armature 18 to vibrate in front of a nozzle 19 in communication with a pressurized fluid pipe 20 supplied with fluid through a constriction 21.
When Ex is different from zero, there is; during positive excursions, current grids which gives a negative grid average potential. If the phase of Ex is such that, during the gate current period, the plate voltage is negative and the tube Vi therefore non-conductive, the average anode current is reduced because the average gate potential reduces the anode current. , and is further reduced by the instantaneous value of Ex which is negative when the anode is positive. An increase in a voltage Ex of a given phase reduces the anode current and results in a variation of the pressure of the fluid at the outlet of the converter from electrical quantities to manometric quantities.
Referring to fig. 1, it can be seen that the mechanical displacement of one end of the bellows 5, the other end of which is fixed, can be transmitted by a wire or a band under tension. This thread or strip is wound around a suitable cylinder fitted with a needle
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so as not to be able to slip and continues so as to wrap further around a second cylinder. The latter is armed by a spring so as to tension the wire or the band and carries the cursor of potentiometer 10. The needle indicates the position of the cursor of the potentiometer giving E2, and if EA is supplied by a source at constant voltage, this position indicates, with precision, the value of EE being equal to E2 which is a known fraction of EA which is constant.
The needle and scale can be replaced by a register tip and a paper tape. This rotary movement can on the other hand be used as information intended for a calculation or control device.
It should be noted that the complete system behaves like a controlled system working in a closed circuit, and its stability depends on the total gain in the closed circuit and on the phase shift along this circuit, these characteristics having to be able to be freely chosen under the working conditions. the most advantageous. The gain can be easily adjusted by acting on the sensitivity of the amplifier and the phase can be changed by introducing an adjustable delay in the transmission of the fluid pressure from the converter to the bellows. One can, for example, use for this purpose a reservoir supplied by the transmission line via a variable throttle.
Another embodiment of the invention is shown schematically in FIG. 3. In this case, the transposer from electrical quantities to manometric quantities is of the type with two outlet fluid pressures, a variation in the electrical quantity applied to the transposer causing one pressure to increase and the other to decrease. An armature, such as the armature 18 of FIG. 2, oscillates between two nozzles, and, for an average position of the frame 18, the two pressures are equal while, for any other average position, one of the pressures increases and the other decreases.
Two non-elastic or very poorly elastic bellows 12 and 13 are mounted end to end with their outer ends fixed so that each bellows attines
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at the other end, the midpoint of its free movement,
The two inner ends of the bellows are rigidly joined by a movable part 14. One pressure is applied to one bellows and the other pressure to the second bellows. When the two pressures are unequal, the moving part connecting the two bellows moves in the direction of the greatest force.
The moving part 14 is mechanically connected to the slider of the potentiometer 10 so that any movement of the part 14 results in a variation of E2.
The operation is as follows: either E2 substantially equal to E except for a small difference which constitutes the necessary incident signal, applied to the amplifier 2, the rectifier 3 and the transposer, and serving to maintain the vibrating plate 18 in the middle position giving two equal outlet fluid pressures. The system is stable in a certain position between the limits of free movement of the bellows. When E varies, the amplified variation causes a change in the average position of the vibrating blade.
The two outlet fluid pressures are no longer equal, the moving part moves and this results in a variation of E2. The direction of movement is such that E2 varies in the same direction as E. When E2 is again substantially equal to E, the two pressures equalize and the moving part stops.
The system therefore stops in a new position where E2 = E with the precision characteristics already given above, the movement can thus each time be used to bring the system back to equilibrium.
Fig 4 shows an embodiment used for recording a variable capacity CX. An oscillator 22 modulated at the frequency of the network used applies current to the transformer T having a secondary with two windings, one of which is earthed through the variable capacitor CX, and the other is earthed. through an adjustable capacitor C2. The other ends of these secondary windings are also connected to earth by half-wave rectifiers Xl and X2 La.
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mains frequency output of rectifier X1 goes to resistor
R1 and likewise the output of X2 goes to R2.
The similar ends, from the circuit point of view, of Rl and R2 are joined together and the primary of the transformer TA supplying the amplifier 2 is connected to the not directly joined ends of Rl and R2. The relationship between
C2 and CX can be set so that the detection components appearing across R1 and R2 are equal. In this case, nothing happens to amplifier 2 through transformer TA. If this ratio changes so that the outputs across R1 and R2 are unequal, the difference between these two outputs is applied by transformer TA to amplifier 2. The output of the amplifier arrives, via rectifier. 3, to the converter 4 which sends fluid under pressure to the bellows 5.
The latter adjusts the capacitor C2 so as to rebalance the system when Cx has undergone a variation, and furthermore moves a needle 8 which indicates the change in capacitance.
Fig. 5 shows another embodiment of the invention for recording quantities corresponding to variable resistance values. Here, the device for adding the potentials takes another form. The variable voltage comes from a variable resistor Rx, for example a platinum resistant bulb subjected to a temperature variation which is desired to be recorded. Rx is in a bridge consisting of resistors R1 R2, R3 and two secondary windings of a transformer T2 as well as a potentiometer Rv. The supply network applies the desired voltage to the primary of transformer T2, with the same frequency as that of the anode supply of the rectifier sensitive to phases 3.
The two secondary windings are additively put in series and the full secondary voltage is applied to R2 and R3 in series and R1 and Rx also in series. The transformer has a movable core 15 and the number of lines of force intersecting each secondary depends on the position of the core. Between relatively narrow displacement limits, the number of lines of force
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concerned and, consequently, the secondary voltages can be made respectively proportional and inversely proportional to the displacement of the core 15. Other proportionality ratios can be obtained by giving the desired shape to the core 15. The ratios Rl: Rx R2: R3 and ES1: ES2, where ES1 and ES2 are the output voltages of the two secondary windings of transformer T2, are the same for a limit of variation of Rx.
The values of R2 and R3 are small compared to the value of Rv. When the three ratios are equal, nothing happens to amplifier 2 and the bellows and spring capsule 5 ′ at maximum or minimum fluid pressure. When Rx varies, the bridge becomes unbalanced and applies a voltage to amplifier 2 which causes a pressure variation inside bellows 5, one end of which moves, the other end being fixed. This movement is transmitted to the core 15 which would vary the ratio between ES1 and ES2. The direction of movement must be such that the ratios R1 Rx and ES1 ES2 vary in the same sense, i.e. both increase or both decrease. This can be done by physically orienting the transformer T2 as desired.
Changing the ratio ES1: ES2 reveals a voltage across Rv, since the ratio R2: has remained unchanged. The core 15 of transformer T2 continues to move until the part of the voltage across Rv between the cursor of Rv and the end connected to the junction point of R2 and R3 is equal to the variation of voltage at the junction point of R1 and Rx from the change in Rx, except for the very small change in voltage at the input of the amplifier required to keep the fluid pressure at the new level. The same displacement of the core 15 can be used to neutralize different Iras variations of Rx, by adjusting the slider of Rv.
The movement of the core 15 is transmitted, by a wire or tape 7, to the axis 6 of an indicator 8 and / or of a recorder, and the scale can be differently calibrated, within wide limits, by Rv slider adjustment.
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The device is completely independent of the variations of the network and of the atmospheric pressure, since the only factor intervening in a notable way in the balancing of the bridge is the position of the core of the differential transformer, and the mechanical precision of the rebalancing depends on the position of the transformer and non-elasticity of the bellows.
An electrical control can be easily added to this recorder, so that it acts not only as a recorder but as a monitoring system showing the deviations of a process from the required level, thus providing an additional means of control. fully independent of existing process control.
The recorder described last consists of a simple resistance bridge and can be used in all cases where a variable can be expressed by a variation in electrical resistance; it may therefore be suitable for measuring the conductivity of solutions and other similar applications. For the measurement of other variables, the recorder can be mounted as a voltage bridge, 1 & variable then moving the core of another differential transformer whose secondary windings replace the variable resistor and adjustable resistor mentioned above.
In most cases, the power required to move the core of the differential transformer can be considered negligible, and the instrument can give full scale deviation for movements of a few thousandths of an inch, with records remaining. linear, with the desired settings, up to large core displacements. Any mechanical movement can therefore be used to operate the recorder.
Fig. 6 represents this case. Rl and Rx are replaced by the secondaries, placed additively in series, of a transformer T3 similar to transformer T2. The secondary voltages ET1 and ET2 replace those appearing at the terminals of Rl and Rx
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in fig. 5 and the operation is the same. In order to avoid large circulating currents, ET1 and ET2 must not differ significantly from ES1 and ES2-. This solution makes it possible to represent and / or record variables which result or can be made resulting from the displacements of the core 16 of the transformer T3. Examples of such variables are angular velocities, thicknesses, pressures, flow rates.
If the primaries of the two transformers are supplied in series from the same source, the primary current is the same in both transformers. The system is therefore insensitive to variations in the mains voltage or to variations in resistance due to variations in temperature.
A variant of the, freezes 6 is shown in FIG. 7 where a fixed resistor R4 replaces Rx, and the secondary windings of transformer T3 are placed in series and in opposition, their total voltage being put in series with the potential difference across a part of Rv and of the amplifier input. The circuit is 'closed by the fact', that the point of: junction of R1 and R4 is at the same potential as the point of junction of R2 and R3.
We can therefore see that the input of the amplifier consists of the difference between (ETI-ET2) and the chosen part of the potential at the terminals of Rv.
The devices shown in Figs. 4, 5, 6 and 7 can be modified as shown in, FIG. 8, replacing the single bellows 5 by the double bellows 12, 13 as shown in FIG. 3.
Fig. 9 represents an embodiment with a variable voltage source 23 which applies, to the amplify: on 2, a voltage in opposition to the measured voltage E The amplifier 2 supplies the transposer 4 via the rectifier 3, and the transpo - Seur 4 supplies, with fluid under pressure, the bellows 5 which, in the case considered, only acts on the variable voltage source 23.
There is a pressurized outlet fluid line 24 which can
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be used to supply fluid pressure to an indicator, recorder or other device. The load being very low on the bellows 5, the pressure necessary to adjust the variable voltage source 23 is linked with great precision to the voltage. inlet, and the outlet pressure is a very faithful reproduction.
CLAIMS
1.- Servo-mechanism comprising an electric amplifier and a flow regulator of the electric amplifier into a fluid pressure, with a device for applying feedback to the entire system, so as to obtain a power level high output pneumatic or hydraulic corresponding to a low voltage signal applied to the electrical amplifier.
2. - Servo-mechanism for actuating a recorder or other device by means of an electrical quantity, characterized in that it comprises an electrical bridge device in one branch of which a voltage variation or other quantity to be recorded is revealed , a voltage source energizing the bridge, means energized by the unbalance current of the bridge and serving to produce a corresponding output fluid pressure, and means actuated by this fluid pressure for actuating a recording element and adjusting a control element. circuit in the direction of the balancing of the bridge.