Appareil permettant d'engendrer un signal pneumatique La présente invention concerne un appareil per mettant d'engendrer un signal pneumatique en réponse à l'amplitude de crête d'une série d'impul sions électriques périodiques.
Dans la plus grande partie des opérations d'ins tallations industrielles, les dispositifs de commande les plus commodes sont constitués par divers dispo sitifs pneumatiques. Par conséquent, les signaux pro venant des divers. appareils de commande doivent être convertis d'impulsions électriques. en équivalents pneumatiques.
Un certain nombre de ces appareils de conversion existant actuellement consistent en des dispositifs dans lesquels le signal pneumatique se conforme exactement à l'entrée électrique variable du dispositif.
Bien que ce type de dispositif soit acceptable lorsque l'instrument de commande effectue une mesure continue associée au procédé, et par consé quent donne<B>-</B>un signal continu, il ne donne pas satisfaction lorsque les instruments de commande, en raison de leur nature propre, doivent effectuer pério diquement un échantillonnage en ce qui concerne le procédé en question.
Dans ce dernier type d'instru ment, la sortie consiste en un certain nombre d'im- pulsions régulièrement espacées dont seule la crête donne une indication du paramètre en cours de mesure. Pour utiliser de tels instruments, il est avan tageux d'avoir un appareil de traitement de données qui ne soit sensible qu'aux crêtes des signaux d'en trée de l'appareil. Cet appareil est souvent appelé appareil e de lecture de crête .
Dans certains cas, il peut être également avan tageux d'ajouter les amplitudes d'un certain nombre de ces signaux d'entrée périodiques, et d'enregistrer la somme obtenue à une vitesse de succession préalablement déterminée. Aucun appareil de mani- pulation de données connu de la technique antérieure n'est capable d'obtenir un tel résultat.
Par conséquent, la présente invention se propose de fournir un appareil, permettant d'engendrer un signal pneumatique en réponse à l'amplitude de crête d'une série d'impulsions électriques périodiques, caractérisé en ce qu'il comprend un servomoteur agencé pour convertir les, impulsions en des dépla cements rotatifs correspondants d'un arbre de com mande dans un sens choisi à partir d'une position de référence déterminée,
un premier élément rotatif susceptible de tourner positivement ou sélectivement avec ledit arbre, un dispositif d'engagement situé sur le premier élément rotatif pour déplacer angulaire- ment un second élément rotatif à l'écart de la posi tion de référence dans le sens préalablement choisi,
un régulateur de pression pneumatique associé au second élément rotatif pour faire varier la pression d'un système pneumatique suivant le déplacement rotatif périodique maximum du second élément rotatif, et un dispositif de commande pour ramener le second élément rotatif dans la position de réfé rence à des intervalles de temps préalablement choisis.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil objet de l'inven tion: la fig. 1 est une vue schématique éclatée de ladite forme d'exécution de l'appareil ;
la fig. 2 est une coupe transversale partielle de l'appareil de la fig. 1 faite le long de l'arbre de com mande et montrant les détails, de construction des roues dentées de commande, de électro magnétique, des deux goujons rotatifs et du ressort d'enroulement ;
la fig. 3 est un graphique représentant le déplacement angulaire des divers éléments de l'appa reil tracé en fonction du temps pour un mode opé ratoire, et la fig. 4 représente un graphique analogue à la fig. 3, mais pour un mode opératoire différent.
En se référant aux fig. 1 et 2, un signal est fourni au servomoteur classique 2 par des lignes 4 et 6. Le moteur convertit ce signal d'entrée en un mouve ment mécanique rotatif ou déplacement angulaire. Un pignon 8 est calé sur l'arbre du moteur et en traîne une couronne dentée 10 qui, à son tour, est calée sur un arbre rotatif 12. Un élément 18 d'un premier élément rotatif vient également, calé sur l'arbre rotatif à l'aide d'un collier 20 et d'une vis de fixation 22.
Ce premier élément comprend une face ou l'élément de commande d'un embrayage magnétique. Les enroulements 24 de l'embrayage magnétique sont maintenus en place par un bras de couple 26 tandis que le reste de l'ensemble tourne. Un second élément ou partie 28 du premier élément rotatif est situé sur l'arbre au voisinage du premier élément.
Le second élément constitue une seconde face ou élément mené de l'embrayage magnétique; lorsque ce dernier est excité, les premier et second éléments du premier élément rotatif sont bloqués ensemble, et suivent chacun le mouvement de l'autre.
Un second élément rotatif, comprenant une seconde couronne dentée 30 et un pignon 32 est monté au voisinage du premier élément rotatif. La couronne dentée et le pignon sont solidaires l'un de l'autre, et sont libres de tourner sur l'arbre rotatif 12 du dispositif de commande.
Un dispositif élastique 34 est disposé entre les première et seconde parties 18 et 28 du premier élément rotatif. Le dispositif élastique comprend un ressort plat enroulé de façon serrée et fixé par une extrémité à l'arbre rotatif, ou, selon une variante, à la première partie du premier élément rotatif, attendu qu'ils sont rigidement bloqués ensemble,
et fixé par l'autre extrémité à la seconde partie. La tension du ressort est telle que chaque fois que l'embrayage magnétique est désexité, la seconde partie est mise en rotation par rapport à la première partie dans un sens l'amenant à l'écart de la position de référence, ou zéro.
Un goujon 14 est disposé radialement par rap port à la seconde partie du premier élément rotatif et est destiné à bloquer à volonté la seconde partie 28 à l'arbre rotatif. Ce goujon agit également en tant que bras de levier pour venir au contact d'un goujon 16 situé sur la seconde couronne dentée 30. Le gou jon 14 monté sur la seconde partie du premier élément rotatif communique le même déplacement angulaire à la seconde couronne dentée 30 par l'in termédiaire du goujon 16, qu'elle effectue elle-même.
Un secteur denté 36 :est disposé de façon à être entramé par le pignon 32 qui est calé sur la couronne dentée. Ce secteur d'enté est calé sur un arbre 38 et lui communique un déplacement angulaire qui est proportionnel au déplacement angulaire de la cou ronne dentée 30. Cette proportion est déterminée par le rapport de dents entre le pignon 32 et le secteur denté. Un levier 40 est fixé rigidement à l'arbre 38 et est relié à l'arbre de commande 41 d'un régula teur de pression pneumatique classique 42.
La pres sion de sortie engendrée par le régulateur de pression 42 est fonction du déplacement du bras de com mande.
Il est évident que l'utilisation du mot sélective- ment ou à volonté indique une disposition facul tative des pièces comprises dans la construction de l'appareil. Le fonctionnement des commutateurs S-1 à S-5 et les pièces de l'appareil qu'ils commandent dépendent de la construction de leurs cames de manoeuvre, qui dépend à son tour du mode de fonc tionnement désiré. Deux modes de fonctionnement inhérents au dispositif seront décrits de façon plus détaillée ci-dessous.
Le régulateur de pression 42 présente une rela tion linéaire entre le déplacement du bras de manoeu- vre et la pression de sortie, et son rôle consiste à convertir le déplacement angulaire du second élément rotatif et du secteur denté en un signal: pneumatique proportionnel. Le fonctionnement de ces régulateurs est suffisamment bien connu pour qu'il ne soit pas nécessaire de les expliquer ici de façon détaillée.
On peut se rendre compte que pour une rotation ou déplacement angulaire positif du système au- dessus de la position zéro ou de référence, le signal de référence est converti en un déplacement angulaire ;
par le servo-moteu@r, déplacement qui à son tour est converti ou transmis au dispositif <B>de</B> commande rotatif, puis par l'intermédiaire du premier élément rotatif, du second élément rotatif, ou couronne den tée, par l'intermédiaire du pignon et du secteur denté, en un déplacement angulaire proportionnellement réduit, puis par l'intermédiaire de l'arbre et du sys tème de levier au régulateur de pression pneuma tique.
L'amplitude de la sortie du régulateur de pres sion est ainsi proportionnelle à l'amplitude du signal électrique introduit dans le servomoteur.
La sortie de l'enregistreur de pression pneuma tique est emmagasinée dans un circuit pneumatique comprenant un réservoir d'emmagasinage 50, une soupape d'arrêt 52, un orifice 54 et une soupape 56 commandée par électro-aimant.
Sur le dessin, la sou pape d'arrêt 52 a été représentée sous forme d'une soupape pneumatique actionnée par un diaphragme, commandée par la soupape commandée par électro aimant, cette dernière soupape obtenant sa ;pression de manoeuvre à partir de la conduite d'air principale. Bien qu'on ait représenté une soupape d'arrêt com mandée par diaphragme, il est évident qu'on pourrait avoir recours à tout type de soupape actionnée direc tement qui serait sensible à un signal électrique.
Par exemple, an pourrait avoir recours à une soupape actionnée par un électro-aimant comme représenté en 56 ,pour autant qu'elle présente les caractéristiques de circulation et d'arrêt voulues. Le système d'em- magasinage à partir de la soupape d'arrêt compre nant le réservoir 50 et les tubes, ou conduites allant aux autres dispositifs, par exemple un enregistreur, est statique ou fermé.
En fonctionnement, le dispositif à mémoire pneumatique fonctionne de la façon suivante. Lors que le bras de commande 41 du régulateur de pres sion a été réglé pour un point donné par la partie de conversion de signal de l'appareil, le commuta teur S-3 est fermé, la soupape à électro-aimant 56 étant ainsi excitée,
ce qui permet à la pression pneu matique de la conduite d'ouvrir la soupape d'arrêt 52 en appliquant ladite pression à son diaphragme de manoeuvre. Si la pression régnant dans la con duite de sortie du régulateur de pression est plus faible que celle régnant dans le réservoir d7emma- gasinage 50, l'air est évacué par la soupape d'arrêt 52 et hors de l'orifice 54 jusqu'à ce que la pression régnant dans le réservoir d'emmagasinage corres ponde à la pression pneumatique régnant à la sortie du régulateur de pression.
L'orifice d'évacuation est suffisamment petit pour que 1e régulateur de pression n'ait pas de difficultés à maintenir la pression de sortie nécessaire. Ainsi qu'on s'en rend compte, l'orifice fonctionne principalement pour évacuer l'air lorsque la pression précédemment emmagasinée est supérieure à une pression ultérieure comme indiqué à la sortie du régulateur.
D'autre part, si la pression normale régnant dans<B>le</B> réservoir d'emmagasinage est plus faible que la pression à la sortie du régu lateur de pression, l'air circule à travers la soupape d'arrêt dans le réservoir d'emmagasinage jusqu'à ce que les pressions soient égales aux d'eux endroits. Les conduites de pression statiques sont représentées sur les dessins comme s'étendant jusqu'à un enregis treur approprié ou au dispositif de commande. Ces conduites vont à des mécanismes détecteurs de pres sion appropriés, et indiquent la pression régnant dans le réservoir d'emmagasinage 50.
Attendu que le sys- tème est fermé entre les lectures, la précédente pression de sortie lue à partir de la sou pape régulatrice de pression est maintenue jusqu'à ce que la soupape d'arrêt soit de nouveau ouverte. Le commutateur S-3 qui ouvre la soupape pneuma tique 56 actionnée par électro-aimant pour effectuer une lecture de la sortie du régulateur de pression est programmé suivant une succession préalablement choisie,
ainsi qu'on l'explique ci-après.
On doit noter que la couronne dentée 30, son pignon associé 32, le secteur denté 36 et le bras de commande 41 du régulateur, ne sont pas ramenés au point de référence ou zéro lorsque le servomoteur ramène l'arbre rotatif dans cette position.
Ceci est dû au fait que la couronne dentée et le pignon ne sont pas clavetés à l'arbre, et ont tendance à rester dans toute position établie en raison de l'inertie ou de la traînée de friction., du système d'engrenage associé à ces dernières. Pour commander ce système dans une direction positive, on doit appliquer une force sensible,
par exemple lorsque le goujon 14 monté sur le second élément rotatif vient buter con tre le goujon 16 dé la. couronne dentée ou second élément rotatif, et l'entraîne en rotation.
Le rétablis sement de la couronne dentée et du pignon, ou second élément rotatif, d'ans la position de référence ou zéro est réalisé par un moteur de remise à zéro 44 qui ramène le second élément rotatif à zéro par l'in termédiaire d'un train d'engrenage approprié comme indiqué en 46.
Ce moteur de remise à zéro est actionné par l'intermédiaire d'un commutateur S-4 qui est programmé suivant une succession préalable ment choisie qu'on va expliquer plus loin. On se rend compte qu'un interrupteur limiteur S-5 sous forme d'un goujon 48 et un bras de commutation 60 se trouvent dans le circuit de zéro. Lorsque le gou jon 48 agit sur l'organe de manoeuvre de l'interrup teur, le circuit du moteur de remise à zéro est inter rompu.
Ce point constitue la position zéro ou de référence établie du système de mémoire, et coïncide avec la position zéro ou sans signal d'entrée de l'arbre 12. L'élément monté sur l'extrémité de l'arbre rotatif ou dispositif de commande 'indiqué en 62 est simplement un cadran ou indicateur qui montre sur la face antérieure du boîtier d'instrument la posi tion de l'arbre rotatif à tout instant donné.
Lorsque le second élément rotatif est ramené au point de référence ou zéro, l'interrupteur limiteur S-5 s'ouvre, et le cycle est prêt à être répété.
Attendu que la partie de l'appareil comprenant la seconde couronne dentée 30, le pignon 32, le sec teur denté 36, les liaisons 38 et 40 et le bras de commande 41 du régulateur de pression, occupe et se maintient dans des positions suivant l'amplitude de signal d'entrée maximum, elle est indiquée plus loin en tant que partie de lecture _ de cfiête de l'appareil.
Les cinq commutateurs représentés sur la fig. 1 sont des commutateurs de programmation qui com mandent la succession des événements se produisant dans le système. Le commutateur S-1 de l'alimen tation de champ du servomoteur est en réalité le commutateur d'échantillonnage et permet au servo moteur de suivre un signal d'entrée admis aux points 4 et 6.
Le commutateur S-2 se trouve dans le champ de l'embrayage magnétique, et lorsqu'il est excité ou fermé, les première et seconde parties rota- tives de l'embrayage magnétique sont bloquées en semble, de sorte que la seconde partie rotative suit le mouvement rotatif de l'arbre rotatif. Lorsque ce commutateur est ouvert, l'embrayage magnétique est débrayé,
et la seconde partie rotative de l'embrayage est sollicitée par 11e ressort élastique 34 de sorte que le goujon 14 se déplace dans quelque position que ce soit qui a été occupée par le goujon 16. Le com mutateur S-3, comme établi ci-dessus, est le com mutateur de sortie pneumatique et permet à la pres- sion particulière régnant à la sortie du régulateur de pression d'être emmagasinée dans le réservoir d'em magasinage 50.
Le commutateur S-4 est le commu- tateur de retour à zéro et ferme le circuit du moteur de remise à zéro pour l'exciter jusqu'à ce que l'inter rupteur limiteur S-5 interrompe le circuit.
Dans la présente forme d'exécution de. l'appareil, tous ces commutateurs sont montés sur une base commune, leurs organes de manoeuvre venant au contact d'un arbre à came commun qui est conçu de façon à réaliser une des. deux successions de fonc tionnement comme décrit ci-dessous.
Tous ces com mutateurs sont normalement ouverts à moins qu'ils ne viennent au contact de leur lobe de came respec tif, excepté l'interrupteur S-5 qui est l'interrupteur limiteur de point de référence. Cet interrupteur est normalement fermé et il n'est ouvert que lorsque le bras 48 vient au contact de l'organe de manoeuvre de commutation 60, comme établi ci-dessus, en ouvrant ainsi le circuit du moteur de remise à zéro.
Les parties inférieures à la fois de la fig. 3 et de la fig. 4 montrent la, construction des lobes de came pour un cycle ou révolution complète de la came. La partie épaisse indique un lobe de came qui est situé autour de la périphérie de l'arbre à came de façon à actionner le commutateur respectif.
L'arbre à came est entraîné par un moteur à vitesse constante dont la vitesse est déterminée par les besoins du procédé qui est en train d'être commandé ou réglé. On n'a pas représenté une figure montrant un arbre à came ayant une configuration particulière, attendu que ces profils de came sont classiques et qu'ils sont aisé ment évidents à partir de ce graphique pour les spé- cialistes.
La fig. 3 est un graphique du fonctionnement de l'appareil lorsqu'on désire lire et ajouter un certain nombre d'impulsions d'entrée séparées et n'enregis trer et ne lire que le total de ce nombre.
Dans la partie supérieure die cette figure, les diverses lignes indiquent le déplacement angulaire des divers élé ments de l'appareil tracés sur un axe, le temps étant tracé sur l'autre axe. Dans cet exemple particulier, l'appareil a été réglé pour mesurer trois impulsions séparées, ajouter leurs amplitudes, lire la quantité d'air totale existant à la sortie de la soupape de régulation de pression et ramener le système à zéro, après quoi on recommence la succession d'opérations.
Bien qu'on ait représenté ce cas, il est évident que le sys tème peut lire jusqu'à 5, 10, et même jusqu'à 100 impulsions séparées, seule la commande à came pour les commutateurs S-1 et S-2 devant être modifiée.
En allant de gauche à droite sur ce graphique, lorsque le commutateur d'échantillonnage S-1 est fermé, le servomoteur commande l'arbre rotatif dans un sens permettant de suivre l'impulsion échantil lonnée. Attendu que l'embrayage magnétique est excité, la première partie du premier élément rotatif entraîne la seconde partie jusqu'à sa position maxi mum. Le goujon 14 de la seconde partie vient au contact du goujon 16 du second élément rotatif ou couronne dentée 30, et de façon analogue, entraîne cet élément pour le même déplacement angulaire que le déplacement maximum effectué par la seconde partie.
Lorsque le signal d'entrée est ramené à zéro ou au point de référence, l'arbre rotatif et le premier élément rotatif fixé à ce dernier sont également rame nés à la position de référence ou de zéro. Ceci est indiqué par la série de croix sur le graphique, qui indiquent la position du cadran 62 qui est claveté directement à l'arbre, et donne une indication réelle de son déplacement angulaire à un instant donné. Un lobe de la came ouvre ensuite le commutateur S-2 et interrompt le champ de l'embrayage magnétique.
Lors du débrayage de l'embrayage magnétique, l'élé ment élastique 34 fait tourner la seconde partie du premier élément rotatif dans le sens l'amenant à l'écart du point de référence en direction de son déplace ment précédent jusqu'à ce que le goujon 14 heurte le goujon 16. Le second élément rotatif et son goujon associé 16 sont restés dans la position de déplace ment angulaire maximum étant donné l'inertie du train d'engrenage qui leur est associé. Il est évident que le secteur denté 36 et les liaisons 38 et 40 restent également dans cette position comme indiqué par un trait plein muni de petits cercles qui montre la pres sion de sortie du régulateur, et qui est commandé par la rotation du second élément rotatif.
La position du goujon 14 est indiquée par la ligne interrompue sur le graphique. Ensuite, le commuta teur S-2 est fermé, en réexcitant l'embrayage magné tique et en reliant la seconde partie du premier élément rotatif directement à la première partie. Ensuite le commutateur d'échantillonnage<B>S-1</B> est actionné par un autre signal quai fait en sorte que le servomoteur fasse de nouveau avancer la partie rotative de l'appareil dans une position située au- dessus du point de référence, comme indiqué par l'amplitude du signal d'échantillonnage.
Attendu que les première et seconde parties du premier élément rotatif sont de nouveau rigidement reliées ,par l'em brayage magnétique, le goujon 14 entraîne le goujon 16, et ainsi le second élément rotatif sur une dis tance supplémentaire à partir du point de référence, distance qui est égale au déplacement maximum de l'arbre rotatif pour ce signal. A cet instant, le servo moteur ramène de nouveau l'arbre rotatif et les élé ments reliés à ce dernier à la position de référence ou zéro. Le goujon 14 s'écartant du goujon 16 sur une distance angulaire proportionnelle à la distance sur laquelle l'arbre rotatif est ramené par le servo moteur.
A cet instant, le commutateur S-2 interrompu de nouveau le frein magnétique et le dispositif élas tique fait tourner la seconde partie du premier élé ment rotatif entrainant le goujon 14 jusqu'à ce qu'il vienne buter contre le goujon 16 monté sur le troi sième élément rotatif. Ce processus se poursuit d'une façon analogue jusqu'à ce qu'on ait ajouté autant de signaux d'entrée qu'on le veut.
Ainsi qu'on peut s'en rendre compte, le déplacement angulaire de chaque signal d'entrée tel qu'il est effectué par le servo moteur, est reproduit dans le déplacement angulaire total du second élément rotatif en raison de l'action d'encliquetage de l'embrayage magnétique et de l'élé- ment élastique situé entre lies première et seconde parties du premier élément rotatif.
Ce déplacement angulaire total du second élément rotatif est reproduit par l'intermédiaire du secteur denté et de ses, liaisons mécaniques associées, au bras de commande du régu lateur de pression pneumatique comme établi ci- dessus. Ainsi, la position du bras de commande du régulateur de pression et l'amplitude de la pression de sortie sont directement fonction du total des signaux adonis dans le servo-moteur. Ensuite, le com mutateur S-3 se ferme,
ce qui provoque l'emmaga sinage de la sortie pneumatique totale du régulateur de pression dans le réservoir d'emmagasinage 50 comme décrit ci-dessus. Lorsque cette succession d'événements est terminée, le commutateur S-4 com mandant le moteur de remise à zéro est fermé et le commutateur S-2 du circuit de l'embrayage magné tique est ouvert, ce qui permet ainsi au moteur de remise à zéro de ramener le second élément rotatif et les pièces auxquelles il est directement relié aux parties de lecture de crête,
ainsi que la seconde par tie du premier élément rotatif ,par l'intermédiaire des goujons 16 et 14 à la position de référence ou zéro. Lorsque le système s'approche de zéro, l'interrupteur S-5 qui fonctions en tant que contact limiteur, s'ou vre, ce qui indique le moment où le point de réfé rence ou zéro est atteint. A cet instant, on est prêt à commencer un nouveau cycle entier d'événements.
Il ressort également de cette figure que le trait plein muni die petits cercles indique la position angulaire du goujon 16, ainsi que l'amplitude relative de la pression de sortie du régulateur qui indique le dépla cement angulaire de la portion de lecture de crête de l'appareil tel qu'il est reproduit dans la position du bras de commande du régulateur de pression.
La fig. 4 est un schéma analogue indiquant un mode de fonctionnement différent de l'appareil. Dans ce mode de fonctionnement, la sortie d'air du régu lateur de pression est transmise au réservoir d'em magasinage après l'application de chaque impulsion d'entrée au se.rvo-moteur. Dans ce mode de fonction nement, la pression pneumatique telle qu'elle est indiquée au réservoir d'emmagasinage est obligée de varier suivant la crête de chaque signal d'entrée.
Pour ce mode de fonctionnement, le goujon 14 est avancé dans la seconde partie du premier élément rotatif jusqu'à ce qu'il vienne fermement au contact de l'arbre rotatif, en fixant ainsi rigidement le second élément rotatif à ce dernier. Ainsi qu'on s'en rend compte, ceci évite. l'utilisation de l'embrayage magné tique. En pratique, l'embrayage magnétique pourrait être entièrement omis et remplacé par un seul élé ment fixé directement à l'arbre si ce qui suit devait constituer le seul mode de fonctionnement de l'ap pareil.
Dans ce mode de fonctionnement de l'appareil, le commutateur d'échantillonnage S-1 est fermé, ce qui provoque l'application d'un signal au servo moteur. Ce dernier provoque le déplacement de l'arbre rotatif, mais cette fois le mouvement de l'arbre est transmis directement à la seconde ,partie du premier élément rotatif à partir de l'arbre par l'intermédiaire du goujon 14 bloqué sur ce dernier.
Le goujon 14 vient de nouveau en prise avec le gou jon. 16 et entraîne le troisième élément rotatif dans la position de déplacement angulaire maximum requise par le s,ervo-moteur et l'arbre rotatif, comme prescrit par l'amplitude du signal d'entrée.
Le dépla cement angulaire de l'arbre rotatif et cette fois éga lement du goujon 14 est indiqué par la série de croix sur le graphique. Comme dans le mode de fonction nement ci-dessus, le goujon 16 reste dans cette posi tion de déplacement angulaire maximum, et ainsi le secteur denté 36 et le bras de commande du régu lateur de pression.
Une courte période de temps est accordée au régulateur de pression pour qu'il accu mule la pression nécessaire dans sa conduite de sortie, puis le commutateur S-3 provoque l'ouverture de sa soupape d'arrêt associée, et permet au réservoir d'emmagasinage d'atteindre la pression de sortie qui est prescrite par le régulateur de pression.
Lorsqu'on a accordé une durée suffisante pour que la pression de sortie du régulateur soit emmagasinée dans le réservoir d'emmagasinage 50, le commutateur S-4 se ferme et excite le moteur de remise à zéro qui ramène le second élément rotatif et son appareil au point de référence ou zéro.
Comme l'indique le trait plein sur cette figure, 1a pression pneumatique régnant dans le réservoir d'emmagasinage à tout instant donné est ajoutée ou soustraite suivant l'am plitude de crête du signal d'entrée du servomoteur qui est indiquée proportionnellement par la sortie du régulateur. Le trait interrompu indique la position angulaire du goujon 16 et ainsi du second élément rotatif et de toutes les pièces mécaniques qui sont di rectement reliées à ce dernier,
y compris le levier de commande et le régulateur de pression pneumatique.
On se rend ainsi compte que grâce à un faible réglage du goujon 14 et en modifiant la came de succession, l'un ou l'autre des deux modes de fonc tionnement est possible à l'aide du présent appareil sans sortir de la disposition mécanique fondamentale de ce dernier.
Le signal de sortie pneumatique dérivé du réser voir d'emmagasinage peut être utilisé pour actionner un enregistreur qui indique le fonctionnement d'un procédé particulier pendant de longues périodes de temps suivant un signal de sortie provenant d'un instrument de commande donné,
-qui est admis dans le servomoteur 2 par l'intermédiaire du commutateur d'échantillonnage S-1. Selon une variante, cette pres sion de sortie peut être utilisée pour commander un procédé dans une installation en reliant la conduite de sortie directement aux diaphragmes de commande destinés de façon appropriée à commander lesdits procédés.
On a décrit un appareil capable d'échantillonner les lectures d'un ou ;plusieurs instruments de com- mande du type à lecture continue, et soit d'ajouter les signaux respectifs pour obtenir; par exemple, une valeur totale correspondante, et pour transmettre le résultat à un dispositif d'enregistrement ou de com mande ;
soit de lire l'amplitude des signaux succes- sifs et de transmettre un signal de sortie qui ne modi fie qu'une valeur indiquée par chaque lecture successive. Ce dispositif s'est révélé être très efficace pour la commande de procédés d'installation lors qu'on l'utilise avec des dispositifs de mesure appro priés et il assure un minimum de correction
du pro cédé par rapport aux nombreux dispositifs utilisés précédemment.
Apparatus for generating a pneumatic signal The present invention relates to an apparatus for generating a pneumatic signal in response to the peak amplitude of a series of periodic electrical pulses.
In the greater part of industrial plant operations, the most convenient controls are various pneumatic devices. Therefore, the signals coming from the various. Control devices must be converted from electrical pulses. in tire equivalents.
A number of these conversion apparatuses in existence today consist of devices in which the pneumatic signal conforms exactly to the variable electrical input of the device.
Although this type of device is acceptable when the control instrument performs a continuous measurement associated with the process, and therefore gives <B> - </B> a continuous signal, it is not satisfactory when the control instruments, due to their specific nature, must periodically carry out sampling for the process in question.
In the latter type of instrument, the output consists of a number of evenly spaced pulses of which only the peak gives an indication of the parameter being measured. In order to use such instruments, it is advantageous to have a data processing apparatus which is sensitive only to the peaks of the input signals of the apparatus. This device is often referred to as the peak reading device.
In certain cases, it may also be advantageous to add the amplitudes of a certain number of these periodic input signals, and to record the sum obtained at a predetermined speed of succession. No data manipulation apparatus known from the prior art is capable of achieving such a result.
Consequently, the present invention proposes to provide an apparatus, making it possible to generate a pneumatic signal in response to the peak amplitude of a series of periodic electrical pulses, characterized in that it comprises a servomotor arranged to convert the pulses in corresponding rotary displacements of a control shaft in a direction chosen from a determined reference position,
a first rotary member capable of rotating positively or selectively with said shaft, an engagement device located on the first rotary member for angularly moving a second rotary member away from the reference position in the direction previously chosen,
a pneumatic pressure regulator associated with the second rotary member for varying the pressure of a pneumatic system according to the maximum periodic rotary displacement of the second rotary member, and a controller for returning the second rotary member to the reference position at previously chosen time intervals.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the apparatus which is the subject of the invention: FIG. 1 is an exploded schematic view of said embodiment of the apparatus;
fig. 2 is a partial cross section of the apparatus of FIG. 1 made along the control shaft and showing the details of the construction of the control gears, of the electromagnetic, of the two rotary studs and of the winding spring;
fig. 3 is a graph showing the angular displacement of the various elements of the apparatus plotted as a function of time for an operating mode, and FIG. 4 represents a graph similar to FIG. 3, but for a different modus operandi.
Referring to Figs. 1 and 2, a signal is supplied to the conventional servomotor 2 via lines 4 and 6. The motor converts this input signal into a rotary mechanical movement or angular displacement. A pinion 8 is wedged on the motor shaft and drags therefrom a ring gear 10 which, in turn, is wedged on a rotary shaft 12. An element 18 of a first rotary member also comes, wedged on the rotary shaft. using a collar 20 and a fixing screw 22.
This first element comprises a face or the control element of a magnetic clutch. The windings 24 of the magnetic clutch are held in place by a torque arm 26 while the rest of the assembly rotates. A second element or part 28 of the first rotating element is located on the shaft in the vicinity of the first element.
The second element constitutes a second face or driven element of the magnetic clutch; when the latter is energized, the first and second elements of the first rotary element are locked together, and each follow the movement of the other.
A second rotary member, comprising a second ring gear 30 and a pinion 32 is mounted in the vicinity of the first rotary member. The ring gear and the pinion are integral with one another, and are free to rotate on the rotary shaft 12 of the control device.
An elastic device 34 is disposed between the first and second portions 18 and 28 of the first rotating member. The elastic device comprises a tightly wound flat spring fixed at one end to the rotary shaft, or, alternatively, to the first part of the first rotary member, since they are rigidly locked together,
and fixed by the other end to the second part. The spring tension is such that each time the magnetic clutch is de-energized, the second part is rotated relative to the first part in one direction causing it to deviate from the reference position, or zero.
A stud 14 is disposed radially with respect to the second part of the first rotary element and is intended to block the second part 28 at will to the rotary shaft. This stud also acts as a lever arm to come into contact with a stud 16 located on the second ring gear 30. The stud 14 mounted on the second part of the first rotary element communicates the same angular displacement to the second ring gear. 30 through the stud 16, which it performs itself.
A toothed sector 36: is arranged so as to be driven by the pinion 32 which is wedged on the ring gear. This entry sector is wedged on a shaft 38 and communicates to it an angular displacement which is proportional to the angular displacement of the toothed ring 30. This proportion is determined by the tooth ratio between the pinion 32 and the toothed sector. A lever 40 is rigidly fixed to the shaft 38 and is connected to the control shaft 41 of a conventional pneumatic pressure regulator 42.
The output pressure generated by the pressure regulator 42 is a function of the displacement of the control arm.
It is evident that the use of the word selectively or at will indicates an optional arrangement of the parts included in the construction of the apparatus. The operation of switches S-1 to S-5 and the parts of the apparatus which they control depend on the construction of their operating cams, which in turn depends on the desired mode of operation. Two operating modes inherent in the device will be described in more detail below.
The pressure regulator 42 has a linear relationship between the movement of the control arm and the output pressure, and its role is to convert the angular displacement of the second rotary member and of the toothed sector into a signal: proportional pneumatic. The operation of these regulators is sufficiently well known that it is not necessary to explain them in detail here.
It can be seen that for a positive rotation or angular displacement of the system above the zero or reference position, the reference signal is converted into an angular displacement;
by the servo-motor @ r, movement which in turn is converted or transmitted to the rotary control device <B> </B>, then via the first rotary element, the second rotary element, or crown tooth, via the pinion and the toothed sector, with a proportionally reduced angular displacement, then via the shaft and the lever system to the pneumatic pressure regulator.
The amplitude of the output of the pressure regulator is thus proportional to the amplitude of the electrical signal introduced into the servomotor.
The output of the pneumatic pressure recorder is stored in a pneumatic circuit comprising a storage tank 50, a stop valve 52, an orifice 54, and a solenoid controlled valve 56.
In the drawing, the shut-off valve 52 has been shown as a diaphragm-actuated pneumatic valve, controlled by the solenoid-controlled valve, the latter valve obtaining its operating pressure from the valve line. main air. Although a diaphragm-controlled shut-off valve has been shown, it is obvious that any type of directly actuated valve which is sensitive to an electrical signal could be used.
For example, an could use a valve actuated by an electromagnet as shown at 56, as long as it exhibits the desired flow and shutdown characteristics. The storage system from the shut-off valve comprising the reservoir 50 and the tubes, or lines going to other devices, for example a recorder, is static or closed.
In operation, the pneumatic memory device operates as follows. When the control arm 41 of the pressure regulator has been set for a given point by the signal converting part of the apparatus, switch S-3 is closed, thereby energizing the solenoid valve 56. ,
which allows the tire pressure matique of the pipe to open the stop valve 52 by applying said pressure to its operating diaphragm. If the pressure in the outlet of the pressure regulator is lower than that in the storage tank 50, the air is discharged through the shut-off valve 52 and out of the orifice 54 to. that the pressure prevailing in the storage tank corresponds to the pneumatic pressure prevailing at the outlet of the pressure regulator.
The discharge port is small enough that the pressure regulator will not have difficulty maintaining the required outlet pressure. As will be appreciated, the orifice functions primarily to discharge air when the pressure previously stored is greater than a subsequent pressure as indicated at the outlet of the regulator.
On the other hand, if the normal pressure prevailing in <B> the </B> storage tank is lower than the pressure at the outlet of the pressure regulator, the air circulates through the shut-off valve in the storage tank until the pressures are equal to their places. Static pressure lines are shown in the drawings as extending to a suitable recorder or controller. These lines go to appropriate pressure sensing mechanisms, and indicate the pressure in the storage tank 50.
While the system is closed between readings, the previous outlet pressure read from the pressure regulating valve is held until the shutoff valve is opened again. The switch S-3 which opens the pneumatic valve 56 actuated by electromagnet to take a reading of the output of the pressure regulator is programmed in a previously chosen sequence,
as explained below.
It should be noted that the ring gear 30, its associated pinion 32, the toothed sector 36 and the control arm 41 of the regulator, are not returned to the reference point or zero when the servomotor returns the rotary shaft to this position.
This is because the ring gear and pinion are not keyed to the shaft, and tend to stay in any set position due to inertia or friction drag., Of the associated gear system. to the latter. To control this system in a positive direction, a significant force must be applied,
for example when the stud 14 mounted on the second rotary element abuts against the stud 16 th. ring gear or second rotary element, and drives it in rotation.
The reestablishment of the ring gear and pinion, or second rotary member, in the reference or zero position is effected by a reset motor 44 which returns the second rotary member to zero via a suitable gear train as indicated at 46.
This reset motor is actuated by means of a switch S-4 which is programmed in a previously chosen succession which will be explained later. It will be appreciated that a limit switch S-5 in the form of a stud 48 and a switch arm 60 are in the zero circuit. When the pin 48 acts on the operating member of the switch, the reset motor circuit is interrupted.
This point constitutes the zero position or established reference of the memory system, and coincides with the zero position or without signal input of the shaft 12. The element mounted on the end of the rotary shaft or control device 'indicated at 62 is simply a dial or indicator which shows on the front face of the instrument housing the position of the rotating shaft at any given time.
When the second rotary member is returned to the reference or zero point, the S-5 limit switch opens, and the cycle is ready to be repeated.
Whereas the part of the apparatus comprising the second ring gear 30, the pinion 32, the toothed sector 36, the links 38 and 40 and the control arm 41 of the pressure regulator, occupies and remains in positions according to the The maximum input signal amplitude, it is indicated later as the reading part of the head of the apparatus.
The five switches shown in fig. 1 are programming switches which control the succession of events occurring in the system. The servomotor field supply switch S-1 is actually the sampling switch and allows the servo motor to follow an input signal admitted at points 4 and 6.
Switch S-2 is in the field of the magnetic clutch, and when energized or closed, the first and second rotating parts of the magnetic clutch are blocked together, so that the second rotating part follows the rotary motion of the rotary shaft. When this switch is open, the magnetic clutch is disengaged,
and the second rotating part of the clutch is biased by the resilient spring 34 so that the stud 14 moves to whatever position has been occupied by the stud 16. The switch S-3, as stated above. above is the pneumatic output switch and allows the particular pressure at the outlet of the pressure regulator to be stored in the storage tank 50.
Switch S-4 is the reset switch and closes the reset motor circuit to energize it until the limit switch S-5 interrupts the circuit.
In the present embodiment of. the apparatus, all these switches are mounted on a common base, their actuators coming into contact with a common camshaft which is designed so as to achieve one of. two successions of operation as described below.
All of these switches are normally open unless they come into contact with their respective cam lobe, except switch S-5 which is the reference point limiter switch. This switch is normally closed and it is only open when the arm 48 comes into contact with the switching actuator 60, as established above, thus opening the circuit of the reset motor.
The lower parts of both of fig. 3 and fig. 4 show the construction of the cam lobes for one cycle or complete revolution of the cam. The thick part indicates a cam lobe which is located around the periphery of the camshaft so as to operate the respective switch.
The camshaft is driven by a constant speed motor whose speed is determined by the needs of the process that is being controlled or regulated. A figure showing a camshaft having a particular configuration has not been shown, as these cam profiles are conventional and are readily apparent from this graph to those skilled in the art.
Fig. 3 is a graph of the operation of the apparatus when it is desired to read and add a number of separate input pulses and to record and read only the total of that number.
In the upper part of this figure, the various lines indicate the angular displacement of the various elements of the apparatus plotted on one axis, the time being plotted on the other axis. In this particular example, the device was set to measure three separate pulses, add their amplitudes, read the total amount of air existing at the outlet of the pressure regulating valve, and reset the system to zero, after which we start over. the succession of operations.
Although this case has been shown, it is evident that the system can read up to 5, 10, and even up to 100 separate pulses, only the cam drive for switches S-1 and S-2 ahead. be changed.
Going from left to right in this graph, when sample switch S-1 is closed, the servo motor drives the rotary shaft in a direction to follow the sampled pulse. While the magnetic clutch is energized, the first part of the first rotating element drives the second part to its maximum position. The stud 14 of the second part comes into contact with the stud 16 of the second rotating element or ring gear 30, and similarly, drives this element for the same angular displacement as the maximum displacement effected by the second part.
When the input signal is returned to zero or the reference point, the rotary shaft and the first rotary member attached to it are also rowed at the reference or zero position. This is indicated by the series of crosses on the graph, which indicate the position of dial 62 which is keyed directly to the shaft, and gives a real indication of its angular displacement at a given time. A cam lobe then opens switch S-2 and interrupts the magnetic clutch field.
When disengaging the magnetic clutch, the elastic member 34 rotates the second part of the first rotary member in the direction away from the reference point in the direction of its previous movement until the stud 14 strikes the stud 16. The second rotary element and its associated stud 16 have remained in the position of maximum angular displacement given the inertia of the gear train associated with them. It is evident that the toothed sector 36 and the links 38 and 40 also remain in this position as indicated by a solid line provided with small circles which shows the output pressure of the regulator, and which is controlled by the rotation of the second rotary element. .
The position of stud 14 is indicated by the broken line on the graph. Then, switch S-2 is closed, re-energizing the magnetic clutch and connecting the second part of the first rotary member directly to the first part. Then the sampling switch <B> S-1 </B> is actuated by another shore signal causes the servomotor to again advance the rotating part of the device to a position located above the point of reference, as indicated by the amplitude of the sampling signal.
Whereas the first and second parts of the first rotary member are again rigidly connected, by the magnetic clutch, the pin 14 drives the pin 16, and thus the second rotary member a further distance from the reference point, distance which is equal to the maximum displacement of the rotary shaft for this signal. At this moment, the servo motor returns the rotary shaft and the elements connected to it to the reference or zero position again. The stud 14 moving away from the stud 16 by an angular distance proportional to the distance over which the rotary shaft is returned by the servo motor.
At this moment, the switch S-2 again interrupts the magnetic brake and the elastic device rotates the second part of the first rotary element driving the stud 14 until it abuts against the stud 16 mounted on the third rotary element. This process continues in a similar fashion until as many input signals are added as needed.
As can be appreciated, the angular displacement of each input signal as effected by the servo motor is reproduced in the total angular displacement of the second rotary member due to the action of snap-in of the magnetic clutch and of the elastic element located between the first and second parts of the first rotating element.
This total angular displacement of the second rotary element is reproduced by means of the toothed sector and its associated mechanical links, to the control arm of the pneumatic pressure regulator as established above. Thus, the position of the control arm of the pressure regulator and the amplitude of the outlet pressure are directly dependent on the total of the signals adonised in the servo motor. Then the S-3 switch closes,
which causes the storage of the total pneumatic outlet of the pressure regulator in the storage tank 50 as described above. When this succession of events is completed, the switch S-4 controlling the reset motor is closed and the switch S-2 of the magnetic clutch circuit is open, thus allowing the reset motor. zero to bring the second rotating element and the parts to which it is directly connected to the peak reading parts,
as well as the second part of the first rotary member, via the studs 16 and 14 at the reference or zero position. When the system approaches zero, switch S-5, which functions as a limit switch, opens, indicating when the reference point or zero is reached. At this point, you are ready to start a whole new cycle of events.
It also emerges from this figure that the solid line provided with small circles indicates the angular position of the stud 16, as well as the relative amplitude of the outlet pressure of the regulator which indicates the angular displacement of the peak reading portion of the Apparatus as shown in the position of the control arm of the pressure regulator.
Fig. 4 is a similar diagram indicating a different operating mode of the device. In this mode of operation, the air output of the pressure regulator is transmitted to the storage tank after the application of each input pulse to the se.rvo-motor. In this mode of operation, the air pressure as indicated to the storage tank is forced to vary according to the peak of each input signal.
For this mode of operation, the stud 14 is advanced into the second portion of the first rotary member until it firmly contacts the rotary shaft, thereby rigidly securing the second rotary member to the latter. As will be appreciated, this avoids. the use of the magnetic clutch. In practice, the magnetic clutch could be entirely omitted and replaced by a single element fixed directly to the shaft if the following were to constitute the only mode of operation of the apparatus.
In this mode of operation of the device, the sampling switch S-1 is closed, which causes a signal to be applied to the servo motor. The latter causes the displacement of the rotary shaft, but this time the movement of the shaft is transmitted directly to the second, part of the first rotary element from the shaft by means of the pin 14 blocked on the latter.
The stud 14 again engages the stud. 16 and drives the third rotary member to the position of maximum angular displacement required by the servomotor and the rotary shaft, as prescribed by the amplitude of the input signal.
The angular displacement of the rotary shaft and this time also of the stud 14 is indicated by the series of crosses on the graph. As in the above mode of operation, the stud 16 remains in this position of maximum angular displacement, and thus the toothed sector 36 and the control arm of the pressure regulator.
A short period of time is allowed for the pressure regulator to build up the necessary pressure in its outlet line, then the S-3 switch opens its associated shut-off valve, and allows the tank to drain. storage to reach the outlet pressure which is prescribed by the pressure regulator.
When sufficient time has been allowed for the regulator outlet pressure to be stored in storage tank 50, switch S-4 closes and energizes the reset motor which returns the second rotary member and its apparatus. at the reference point or zero.
As indicated by the solid line in this figure, the pneumatic pressure prevailing in the storage tank at any given time is added or subtracted according to the peak amplitude of the servomotor input signal which is proportionally indicated by the output. of the regulator. The broken line indicates the angular position of the pin 16 and thus of the second rotary element and of all the mechanical parts which are directly connected to the latter,
including control lever and pneumatic pressure regulator.
It is thus realized that thanks to a weak adjustment of the pin 14 and by modifying the succession cam, one or the other of the two operating modes is possible using the present apparatus without departing from the mechanical arrangement. fundamental of the latter.
The pneumatic output signal derived from the storage tank can be used to actuate a recorder which indicates the operation of a particular process for long periods of time following an output signal from a given control instrument,
-which is admitted into the servomotor 2 through the sampling switch S-1. Alternatively, this outlet pressure can be used to control a process in an installation by connecting the outlet pipe directly to the control diaphragms suitable for controlling said processes.
An apparatus capable of sampling the readings of one or more continuous reading type control instruments, and either adding the respective signals to obtain; for example, a corresponding total value, and to transmit the result to a recording or control device;
or to read the amplitude of the successive signals and to transmit an output signal which only modifies a value indicated by each successive reading. This device has been found to be very effective in controlling plant processes when used with suitable measuring devices and provides a minimum of correction.
of the process compared to the many devices used previously.