CH682421A5 - Compteur volumétrique à piston annulaire oscillant. - Google Patents

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La présente invention concerne un compteur volumétrique dit à piston annulaire oscillant, comportant un boîtier dans lequel sont logés un rotor portant au moins un excitateur magnétique, un stator équipé d'au moins un capteur et un module électronique de comptage d'impulsions agencé pour compter les impulsions engendrées par ledit excitateur et détectées par ledit capteur, ce capteur étant logé dans un élément dudit boîtier au voisinage de la périphérie dudit rotor.

Les compteurs volumétriques les plus couramment utilisés pour mesurer un volume de liquide ou de gaz comportent un totaliseur mécanique et/ou un rotor équipé d'au moins un excitateur et un stator pourvu d'au moins un capteur. Le rotor a tendance à osciller lorsque le débit du fluide subit des variations, comme c'est par exemple le cas pour la mesure de la consommation de carburant sur des moteurs à combustion interne ou pour des brûleurs à combustibles liquides ou gazeux dont l'enclenchement et le déclenchement sont commandés par un thermostat ou par un circuit programmé. Cette oscillation du rotor n'est nullement gênante si la transmission se fait sur un totalisateur mécanique qui suit le mouvement de ce rotor. Il en est de même lorsque le mouvement du rotor est transmis à un émetteur d'impulsions comportant une hystérèse importante entre l'enclenchement et le déclenchement du signal restitué par le capteur, ce qui est par exemple le cas pour les contacteurs du type «Reed».

En revanche, cette oscillation est particulièrement gênante si le système comporte plusieurs excitateurs et/ou plusieurs capteurs unipolaires, ce qui est le cas des compteurs volumétriques de haute résolution pour lesquels le nombre d'impulsions émises par les capteurs est supérieur à une par tour de rotor. Ces systèmes à haute résolution sont par exemple utilisés sur des systèmes de contrôle de haut de gamme pour mesurer la consommation instantanée en carburant qui est ensuite affichée soit en litres par 100 km, en gallon par miles ou en litres par heure ou toute autre unité de mesure courante. D'une manière générale, ce type de compteur volumétrique est utilisable pour toutes les applications qui nécessitent la mesure avec une précision importante, de quantités de fluides divisées en petites fractions de l'unité de mesure.

Les oscillations du rotor des compteurs volumétriques de ce type sont particulièrement gênantes, étant donné qu'elles aboutissent à l'enregistrement de plusieurs passages du ou des excitateurs devant un même capteur, ce qui a pour effet d'enregistrer un nombre d'impulsions correspondant au nombre de ces passages supérieur au nombre normal permettant de déterminer le nombre de tours du rotor. Ceci a pour conséquence de fausser les mesures.

Certains compteurs connus utilisent des capteurs magnétiques du type interrupteurs dits «Reed» sous ampoule à vide, actionnés par une variation de champ magnétique. L'inconvénient de ces systèmes provient de la relative grande dimension des capteurs et de ce que, pour provoquer leur changement d'état, il faut que la variation du champ magnétique soit importante.

Ces deux raisons font que la résolution du système est faible. Les capteurs de ce type ne peuvent être utilisés que sur des compteurs de grande dimension.

La présente invention se propose de pallier cet inconvénient en réalisant un compteur volumétrique de haute précision éliminant les impulsions parasites susceptibles de perturber le cycle de mesures.

Dans ce but, le compteur selon l'invention est caractérisé en ce que le module électronique comporte un dispositif de verrouillage conçu pour bloquer chaque capteur de manière à empêcher le comptage des impulsions émises en réponse à une excitation de l'excitateur magnétique si les impulsions ne correspondent pas à une séquence prédéterminée.

La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'exemples de réalisation et du dessin annexé dans lequel:

la fig. 1 représente une vue en coupe axiale du compteur volumétrique selon l'invention,

la fig. 2 représente une vue de dessus illustrant la plaque supérieure de ce compteur,

les fig. 3A, 3B, 3C, 3D, 3E et 3F illustrent schématiquement diverses variantes de réalisation du compteur volumétrique selon l'invention, équipé de capteurs unipolaires,

les fig. 4A, 4B, 4C, 4D, 4E, et 4F illustrent schématiquement diverses variantes de réalisation du compteur volumétrique selon l'invention, équipé de capteurs bipolaires,

la fig. 5 représente un schéma de principe illustrant le fonctionnement du module électronique, et la fig. 6 représente une vue de détail du modèle électronique associé aux variantes à capteurs unipolaires de la fig. 3.

En référence aux fig. 1 et 2, le compteur volumétrique représenté comprend un boîtier 10 définissant une chambre de mesure 11 et contenant un piston annulaire oscillant 12 auquel est associé un rotor 13 qui porte un ou plusieurs excitateurs 14 constitués de préférence par des aimants permanents. Le boîtier 10 comprend une plaque de fermeture supérieure 15, représentée vue de dessus par la fig. 2, et comportant, dans l'exemple représenté, quatre cavités borgnes 16 qui contiennent chacune un capteur 17. Ces capteurs 17 sont connectés à un module électronique 18 qui est dans ce cas directement monté sur la face supérieure de la plaque 15, de préférence dans un évidement approprié. Après montage, l'ensemble capteurs-module électronique est surmoulé dans une substance synthétique polyméri-sable, par exemple une résine époxyde.

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Les cavités 16 sont disposées de telle manière que la distance qui sépare le ou les excitateurs 14 des capteurs lorsque le rotor tourne, soit aussi faible que possible. Elles sont avantageusement disposées sur un cercle concentrique à ce rotor.

Cette construction est particulièrement avantageuse, étant donné qu'elle permet une réalisation compacte dans laquelle les capteurs sont directement logés dans l'épaisseur de la plaque supérieure du boîtier du compteur. L'excitateur est avantageusement un aimant permanent et les capteurs sont avantageusement des capteurs de champ magnétique unipolaires ou bipolaires, à effet Hall parce qu'ils sont extrêmement sensibles et que de ce fait tout déplacement de l'excitateur d'un angle même faible du rotor est pris en compte par les capteurs. Cette construction permet d'obtenir, à partir de deux pièces en mouvement, un nombre d'impulsions précis par tour du rotor. Ce nombre d'impulsions dépend du nombre de capteurs implantés dans la plaque supérieure du boîtier et du nombre d'aimants montés sur le rotor entraîné par le piston annulaire oscillant du compteur. Dans le cas particulier où les capteurs sont du type unipolaire, un dispositif de verrouillage, qui sera décrit ci-dessous, évite le comptage d'impulsions qui ne correspondent pas à des déplacements positifs du rotor mais qui sont dues à des oscillations de ce dernier produites par des arrêts, des démarrages ou d'autres variations du débit du- fluide à mesurer. Ce dispositif de verrouillage est obligatoire dans le cas où les capteurs sont du type unipolaire, et inutile dans le cas où ils sont bipolaires.

Une des originalités de la construction de ce compteur réside dans le fait que l'implantation des capteurs est effectuée de telle manière qu'ils ne rentrent pas en contact avec le fluide à mesurer, ce qui résoud intégralement les problèmes d'étanchéité du compteur. Compte tenu de la puissance des aimants actuellement disponibles sur le marché et grâce à un positionnement précis des capteurs implantés dans la plaque supérieure, le passage des aimants peut être enregistré de façon régulière et précise par les capteurs sensibles aux champs magnétiques. La disposition des excitateurs est en principe régulière, c'est-à-dire que l'angle au centre séparant ces éléments entre eux est le même pour tous.

Toutefois, cette disposition n'est pas obligatoire. On peut décaler certains excitateurs par rapport à cette position pour tenir compte du défaut de proportionnalité entre l'angle de rotation du piston annulaire oscillant et le volume correspondant déplacé, pour certains types de compteurs à piston rotatif. Le champ magnétique des aimants correspond à un axe radial du rotor, ce qui a pour effet de permettre un déclenchement franc des capteurs par le changement de l'angle de l'axe magnétique par rapport à la surface sensible de ces capteurs lors de la rotation du rotor portant les aimants.

D'une manière générale, dans le cas des capteurs unipolaires, l'angle admissible pour des oscillations du rotor ne provoquant pas le déclenchement d'impulsions non imputables à une rotation positive de ce rotor se calcule d'après la formule ci-dessous:

360 x (nombre de capteurs - 1)

Angle de non- = - Hystérèse déclenchement Nbre de capteurs x nbre excitateurs

A titre d'exemple, lorsque le compteur volumétrique comporte quatre capteurs et trois excitateurs, le nombre d'impulsions par tour du rotor, qui est égal au produit du nombre de capteurs par le nombre d'excitateurs, est dans ce cas égal à douze impulsions. En référence à la formule ci-dessus, l'angle de non-déclenchement ou l'angle des oscillations admissibles est égal à:

x ^ — = 90° - Hystérèse

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La fig. 3A représente schématiquement un dispositif comportant un excitateur 20 et deux capteurs 21 et 22 disposés à 180° l'un de l'autre. Le nombre des impulsions par tour est égal au produit du nombre de capteurs par le nombre d'excitateurs soit deux impulsions par tour.

La fig. 3B illustre une variante dans laquelle le nombre d'excitateurs 30 est égal à deux et le nombre de capteurs 31, 32 et 33 est égal à trois. Les excitateurs sont disposés à 180° et les capteurs sont disposés à 120°. Le nombre des impulsions est égal à six impulsions par tour.

La fig. 3C illustre une variante dans laquelle le nombre d'excitateurs 40 est égal à quatre et où le nombre de capteurs 41, 42, 43 est égal à trois. Les excitateurs sont disposés à 90° les uns des autres et les capteurs sont disposés à 120° les uns des autres. Le nombre des impulsions est égal à douze impulsions par tour du rotor.

La fig. 3D illustre une autre variante dans laquelle le nombre des excitateurs 50 est égal à trois et le nombre des capteurs respectivement 51, 52, 53 et 54 est égal à quatre. Les excitateurs sont disposés

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à 120° les uns des autres et les capteurs sont disposés à 90° les uns des autres. Le nombre des impulsions par tour du rotor est égal à douze.

En référence à la fig. 3E, le dispositif comporte trois excitateurs 60 disposés à 120° et cinq capteurs respectivement 61, 62, 63, 64 et 65 disposés à 72°. Le nombre des impulsions par tour du rotor est égal à quinze.

La dernière variante représentée par la fig. 3F comporte quatre excitateurs 70 disposés à 90° les uns des autres et cinq capteurs respectivement 71, 72, 73, 74 et 75, disposés à 72°. Le nombre des impulsions par tour du rotor est égal à vingt.

Ces différentes variantes ont été définies à titre d'illustration. Le nombre des capteurs et le nombre des excitateurs n'est pas limité. Le nombre des impulsions est, comme mentionné précédemment, égal au produit du nombre de capteurs par le nombre d'excitateurs.

Les figures illustrent diverses formes de réalisation utilisant des excitateurs magnétiques et des capteurs bipolaires. Dans ce cas, les excitateurs magnétiques sont obligatoirement en nombre pair et disposés de telle manière qu'au cours d'un cycle du rotor, chaque pôle nord soit suivi d'un pôle sud. En effet, les capteurs bipolaires ont la particularité de commuter dans un sens lorsqu'ils sont excités par la polarité inverse. Ce n'est donc qu'au passage d'un pôle sud qu'ils commutent dans l'autre état. L'utilisation de ces capteurs permet d'éviter le recours à un système de verrouillage.

Seule la séquence de défilement normal des excitations devant les capteurs provoque l'émission d'impulsions. Des oscillations faisant passer plusieurs fois un même excitateur devant un capteur n'ont aucun effet sur ce dernier.

La fig. 4A représente une forme de réalisation dans laquelle le compteur comporte un capteur bipolaire 80, un excitateur 81 de polarité nord et un excitateur 82 de polarité sud. Le nombre d'impulsions par tour est de une impulsion. L'angle maximal d'oscillation est de 180° moins l'hystérèse.

L'exemple de la fig. 4B illustre un compteur ayant un capteur bipolaire 90 et quatre excitateurs 91 à 94, ayant des polarités deux à deux opposées. Le nombre des impulsions par tour est de deux et l'angle maximal d'oscillation est de 90° moins l'hystérèse.

Dans le cas de la fig. 4C, le compteur comporte un capteur bipolaire 100 et trois paires d'excitateurs. Le nombre des impulsions par tour du rotor est de trois et l'angle maximal d'oscillations est de 60° moins l'hystérèse.

On constate que d'une manière plus générale, lorsque le compteur comporte un seul capteur, le nombre des impulsions par tour est égal au nombre de paires d'excitateurs. D'une manière générale, le nombre des impulsions par tour est égal au produit du nombre de capteurs bipolaires par le nombre de paires d'excitateurs magnétiques.

Dans l'exemple de la fig. 4C, le compteur comporte quatre capteurs 130, 140, 150, 160 et le rotor porte deux excitateurs respectivement nord 131 et sud 132. Le nombre des impulsions est égal à quatre et l'angle des oscillations permises est égal à 180° moins l'hystérèse.

Dans l'exemple de la fig. 4D, le compteur comporte quatre capteurs 170, 180, 190, 200 et le rotor porte quatre excitateurs 171, 172, 173 et 174 deux à deux de polarité opposée. Le nombre des impulsions par tour est de huit et l'angle des oscillations permises est de 90° moins l'hystérèse.

Le circuit de la fig. 5 représente un exemple de réalisation du module électronique comportant quatre capteurs A, B, C et D qui sont respectivement connectés à des transistors Ti, T2, T3 et T4, par l'intermédiaire de résistances Ru, R12; R21, R22; R31, R32; R41, R42. Les transistors sont respectivement connectés à une entrée de portes ET, Pi, P2, P3 et P4. L'autre entrée de ces portes est connectée à un compteur C. Le compteur émet un signal à la sortie S si un des capteurs a été excité et si les autres capteurs ont été excités préalablement selon une séquence prédéterminée.

La fig. 6 représente schématiquement le principe de fonctionnement du dispositif. Les capteurs 80, lorsqu'ils sont excités par le champ magnétique transmis par les aimants fixés sur le rotor, émettent une impulsion H, I2, I3, U qui est envoyée à l'entrée d'un dispositif de verrouillage V dont le rôle consiste à enregistrer ces impulsions dans l'ordre chronologique dans lequel elles doivent être normalement envoyées et à émettre un signal S sur un étage de sortie qui est constitué par un compteur d'impulsions. Le dispositif de verrouillage est conçu de telle manière qu'une impulsion déterminée n'est pas acceptée si l'impulsion immédiatement précédente n'a pas été enregistrée. De telle manière, les impulsions parasites dues à des oscillations ne peuvent pas être décomptées et, par conséquent, ne peuvent pas fausser les mesures.

Les avantages du dispositif ci-dessus sont dus au fait que l'on utilise des capteurs à effet Hall qui présentent une hystérèse faible, et qui sont de dimensions réduites. Ces capteurs présentent cependant l'inconvénient de réagir pour une faible variation du champ magnétique, de sorte que le verrouillage est absolument indispensable pour éviter le comptage d'impulsions fausses dues aux oscillations.

Claims (13)

Revendications

1. Compteur volumétrique dit à piston annulaire oscillant, comportant un boîtier dans lequel sont logés un rotor (13) portant au moins un excitateur magnétique (14), un stator équipé d'au moins un capteur (17) et un module électronique (18) de comptage d'impulsions agencé pour compter des impulsions engendrées par ledit excitateur (14) et détectées par ledit capteur, ce capteur (7) étant logé dans

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un élément dudit boîtier (10) au voisinage de la périphérie dudit rotor (13), caractérisé en ce que ledit module électronique (18) comporte un dispositif de verrouillage conçu pour bloquer chaque capteur (17) de manière à empêcher le comptage des impulsions émises en réponse à une excitation de l'excitateur magnétique si les impulsions ne correspondent pas à une séquence prédéterminée.

2. Compteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément du boîtier dans lequel est logé le capteur (17) est constitué par une plaque de fermeture (15), et en ce que ledit capteur est disposé dans une cavité borgne (16) ménagée dans l'épaisseur de cette plaque.

3. Compteur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs capteurs (17) disposés respectivement dans plusieurs cavités borgnes (16) et en ce que ces cavités sont disposées sur un cercle concentrique au rotor (13).

4. Compteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les cavités borgnes (16) sont régulièrement espacées les unes par rapport aux autres.

5. Compteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les cavités borgnes sont espacées de façon irrégulière les unes par rapport aux autres.

6. Compteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit module électronique (18) est monté dans un évidement ménagé dans ladite plaque de fermeture (15).

7. Compteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit évidement est ménagé dans la face supérieure de ladite plaque (15).

8. Compteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits capteurs (17) et ledit module électronique (18) sont surmoulés dans une matière synthétique polymérisable.

9. Compteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module électronique (18) comporte des moyens pour définir le sens de défilement dudit excitateur (14) par rapport audit capteur (17).

10. Compteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le module électronique est relié par des conducteurs électriques aux capteurs logés dans les cavités de la plaque de fermeture.

11. Compteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor (13) porte au moins un excitateur magnétique (20) et en ce que le stator est équipé d'au moins deux capteurs du type unipolaire (21, 22).

12. Compteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor (13) porte au moins deux excitateurs magnétiques (81, 82) de polarité opposée et en ce que le stator est équipé d'au moins un capteur du type bipolaire (80).

13. Compteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les capteurs sont des capteurs à effet Hall.

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