FR2488706A1 - Dispositif a vannes, servant en particulier a la production d'une eau a temperature regulee - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF A VANNES, SERVANT EN PARTICULIER A LA PRODUCTION D'UNE EAU A TEMPERATURE REGULEE. CE DISPOSITIF COMPREND DEUX VANNES D'ALIMENTATION 2, 3 COMMANDEES PAR DES ORGANES DE COMMANDE ELECTRIQUES 21, 31 ET DISPOSEES DANS LES CONDUITES D'ARRIVEE D'EAU FROIDE 9 ET D'EAU CHAUDE 10. DANS LE COLLECTEUR D'EAU MELANGEE 11, SONT DISPOSES UN CAPTEUR DE TEMPERATURE 8 ET UN DEBITMETRE 4, CONNECTES RESPECTIVEMENT A DES CIRCUITS DE REGULATION 53, 54 RECEVANT EGALEMENT DES VALEURS DE CONSIGNE DES PRESELECTEURS DE TEMPERATURE 6 ET DE QUANTITE DEBITEE 7. LES VALEURS DE COMMANDE SONT ELABOREES DANS UN ELEMENT DECOUPLEUR 5. L'INVENTION S'APPLIQUE AUX DISPOSITIFS MITIGEURS A GRANDE EFFICACITE DE REGULATION.

Description

L'invention est constituée par un dispositif à vannes, servant en

particulier à produire une eau à température régulée, dans lequel des vannes d'alimentation actionnées électromagnétiquement et disposées respectivement dans la conduite d'alimentation d'eau chaude et dans la conduite d'alimentation d'eau froide,ainsi qu'un capteur électronique de température disposé dans le collecteur de mélange,sont combinés sous la forme d'un circuit de régulation électrique avec un dispositif présélecteur et avec un contrôleur électronique disposé dans

le collecteur de mélange.

Des dispositifs de ce type sont connus et mentionnés par exemple dans le brevet suisse CH-PS 451 626 et la demande de brevet allemand'DE-OS 23 23 841. Dans le genre de mitigeurs décrits par ces documents, il n'est possible de faire varier ou de régler par des moyens électroniques que la température de l'eau de mélange produite, mais non pas en même temps la quantité d'eau de mélange débitée. Il faut plus exactement, pour pouvoir régler la quantité à l'écoulement,

disposer d'un régulateur de débit séparé, à commande manuelle.

L'invention a pour objet d'améliorer les mitigeurs déjà connus, de manière à permettre le réglage de la température de l'eau mélangée et d'agir en outre, par des moyens électroniques, sur la quantité d'eau débitée.

Ce problème est résolu selon l'invention par les caractéris-

tiques consistant en ce que le dispositif présélecteur est constitué d'un-

présélecteur de températures et d'un présélecteur de quantité, en ce que l'on fait en outre appel à des vannes d'alimentation, dont la manoeuvre en continu ou de manière finement graduée peut se faire de manière indépendante et dont les organes de commande sont actionnés

par deux entrées de commande électriques au moyen d'un découpleur élec-

trique, de manière à ce qu'une première entrée de commande n'influence essentiellement que la température et qu'une seconde entrée de commande n'agisse pour l'essentiel que sur la quantité d'eau mélangée débitée, la première entrée de commande étant actionnée par un circuit

électrique de régulation connecté au capteur de température et au pré-

sélecteur de température, la seconde entrée de commande étant commandée soit directement par le présélecteur de quantité, soit par un circuit électrique de régulation connecté au présélecteur de quantité et à un élément de mesure servant à déterminer la quantité d'eau mélangée débitée. Les avantages obtenus par l'invention sont constitués en

particulier par le fait que le confort d'utilisation peut être nota-

blement augmenté, la quantité d'eau débitée pouvant par exemple être obtenue par le bouton rotatif facilement manoeuvrable-d'un potentiomètre, par pression sur des touches électroniques ou encore par un procédé sans contact. Un réglage à distance de la quantité débitée est également

possible, ce qui peut présenter un certain intérêt dans des cas parti-

culiers. La caractéristique stationnaire reliant entre elles,d'une part, les deux quantités d'entrée q et r et, d'autre part, les valeurs résultantes de la température d'eau mélangée TM et de la quantité d'eau mélangée QM présente un avantage certain dans le cadre du dispositif objet de l'invention, en ce qui concerne l'obtention d'une efficacité élevée de la régulation des températures. Cela signifie que le fait d'agir sur la quantité d'eau débitée n'a aucune espèce d'influence sur la température de l'eau mélangée. Par contre, dans les mitigeurs connus jusqu'ici, une diminution de la quantité débitée par actionnement du mitigeur a généralement pour effet que, en raison des pressions non symétriques Pk dans le domaine de l'eau froide et P dans le domaine k w de l'eau chaude, les courants partiels ne sont pas réduits dans une proportion égale, ce qui modifie donc au début la température de l'eau mélangée, laquelle température ne peut ensuite être corrigée que plus

tard en agissant sur la régulation. Le dispositif proposé par l'inven-

tion permet de ce fait une plus grande qualité de régulation au niveau

de la température.

En outre, le dispositif selon l'invention ne requiert aucune exigence particulière en ce qui concerne la linéarité des vannes

mécaniques, étant donné qu'il est possible de corriger les caracté-

ristiques en agissant électroniquement par des éléments non linéaires influant sur la courbe caractéristique, de sorte qu'il devient alors possible d'utiliser des vannes mécaniques de type standard, plus avantageuses au point de vue du prix. Dans le cas de pressions fortement asymétriques, si l'on veut obtenir néanmoins une haute qualité de

régulation, il est plus avantageux de disposer de vannes à caracté-

ristiques non linéaires que de vannes à caractéristiques linéaires.

L'utilisation des éléments influant sur la courbe caractéristique permet la mise en oeuvre optimale de vannes de type mécanique, même

dans ce genre de situations.

Enfin, le dispositif selon l'invention peut être combiné sans aucun problème avec un interrupteur temporisé, de manière à permettre par exemple le remplissage programmé d'une baignoire. On aura avantage aussi à combiner le dispositif directement avec un mesurgur automatique de niveau, permettant par exemple de couper le processus de remplissage

de la baignoire dès que le niveau programmé est atteint.

L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques

apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints

o: - la figure 1 est la représentation schématique d'un dispositif; - la figure 2 est la représentation schématique des sens de circulation avec les vannes d'arrivée correspondantes, selon la figure 1; et - la figure 3 représente un schéma par blocs de l'élément de découplage avec le module d'enchaînement logique et avec les éléments agissant

sur la courbe caractéristique, selon la figure 1.

*Le dispositif à vannes 1 représenté par les figures est essentiellement constitué de vannes d'alimentation 2, 3 disposées respectivement dans une conduite d'amenée d'eau chaude 9 et dans une conduite d'amenée d'eau froide 10, d'un espace de mélange Il situé en aval, pour produire l'eau mélangée, et d'une conduite de distribution d'eau mélangée 12. Près de l'espace de mélange 11, sont disposés en aval du sens d'écoulement un capteur électronique de température 8 et

un élément de mesure 4 servant à évaluer le volume de mélange débité.

Ce capteur et cet élément de mesure, conjointement avec unprésélecteur de température 6 et un présélecteur de volume débité 7, produisent au moyen d'un dispositif de régulation électronique 53, 54 et au moyen du découpleur 5 les variables de régulation nécessaires pour les vannes d'alimentation 2, 3. Ces dernières sont munies respectivement d'un organe de commande 21, 31 permettant d'agir en continu ou de manière finement graduée sur les organes de fermeture 16, 17 des vannes d'alimentation 2, 3. Les organes de commande 21, 31 sont respectivement actionnés avec une variable d'entrée x et y correspondant à la valeur de consigne requise de la position réelle x de l'organe de fermeture 16 et de la position y de l'organe de fermeture 17 (voir la figure 2). Les organes de commande 21, 31 sont conçus de manière à ce que la valeur actuelle x ou y s'ajuste rapidement et sans aucun dépassement, avec une

précision presque totale, sur la valeur de consigne requise. -

Un organe de commande de ce type peut être réalisé par exemple au moyen d'un moteur à courant continu, sous la forme d'une boucle - 4 asservie classique de positionnement. La variable x ou y nécessaire à cet effet peut être mesurée par exemple par un potentiomètre ou de façon inductive sans contact. Une autre version pour un organe de commande de ce genre, susceptible de fonctionner sans l'aide d'un élément de mesure pour déterminer la position, peut être réalisée au moyen d'un moteur pas à pas conventionnel. Dans ce cas, les signaux x ou y sont obtenus par comptage ou par décomptage des impulsions commandant le moteur pas à pas. Il est possible en outre d'utiliser directement des vannes

proportionnelles à entraînement électrique.

Un élément électronique découpleur 5 muni de deux entrées de commande 51, 52 peut être réalisé conformément à la figure 3. Il est constitué pour l'essentiel du module de combinaison 13 convertissant les deux variables d'entrée q et r (0 < q 1, 0 r c 1) en des variables F et F,avec 0 Fk, < 1 et 0 _ F = 1, représentant kc w,c, k, w,c les valeurs désirées ou de consigne pour les sections de passage libre Fk et Fw dans les vannes d'alimentation. Les variables Fkc et Fwc sont envoyées à travers les éléments non linéaires 14, 15 dont les variables de sortie sont les variables xc et yc avec 0 = Xc = I et O < yc < 1. Les éléments 14, 15 ont pour objet de compenser une trop importante non-linéarité pouvant éventuellement se présenter au niveau de la caractéristique de vanne Fk = f(x) ou Fw = f(y). Au cas o la relation linéaire F = cx et F = cy est suffisamment bonne, les - k w

éléments non linéaires 14, 15 peuvent alors être supprimés. Si confor-

mément à la figure 1, cet élément découpleur 5 est connecté aux organes de commande 21, 31, la variable de commande q agit alors surtout sur la température d'eau mélangée TM. En cas de pressions symétriques Px et Py M x y dans les conduites d'alimentation, le facteur q n'a plus aucune influence sur la quantité d'eau mélangée débitée QM et, au cas o les pressions sont asymétriques, le facteur q exerce alors une certaine influence sur cette quantité d'eau de mélange débitée Q La variable de commande r influe constamment sur la quantité d'eau mélangée débitée QM seulement et n'influe pas sur la température de l'eau mélangée TM

(ceci s'applique quand la résistance à l'écoulement peut être négligée).

La réalisation électronique d'un module de combinaison 13 est très facilement possible au moyen d'amplificateurs opérationnels classiques et d'un multiplicateur électronique. Les éléments non linéaires 14, 15

peuvent être réalisés par exemple au moyen d'étages à diodes.

Pour la boucle de commande de température, on pourra par exemple utiliser un régulateur conventionnel PI (proportionnel et

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intégral) ou PID (proportionnel, intégral et différentiel). Dans ce cas, le signal de commande provenant du présélecteur de température 6

est transmis, avant son entrée dans la boucle de régulation à propre-

ment parler, c'est-à-dire avant la comparaison avec la valeur réelle de la température de l'eau mélangée, à travers un élément à retard électronique dont la constante de temps correspond à la constante de temps du capteur électronique de température 8. On évite ainsi un dépassement initial de la température de l'eau mélangée, en cas de

changements brusques de la température de consigne.

Pour déterminer la quantité débitée, il est prévu un élément de mesure 4 qui pourra par exemple être réalisé sous la forme d'un

organe de mesure directe pour la quantité QN d'eau mélangée débitée.

Un exemple d'organe de mesure de ce type est constitué par un rotamètre basé sur l'utilisation d'un corps flottant. La position du corps flottant, constituant une mesure pour la quantité écoulée, peut être

mesurée par exemple de façon inductive.

Une autre possibilité de réalisation de l'organe de mesure 4,

servant à déterminer la quantité QM d'eau mélangée débitéeest consti-

tuée par le fait que les deux quantités Qk et Q ainsi distribuées sont mesurées dans les conduites d'alimentation respectivement au moyen d'un organe de mesure directe tel que par exemple un rotamètre par conduite, les valeurs obtenues étant ensuite additionnées. Par rapport

à la possibilité précédente, cette méthode requiert un second débit-

mètre; elle présente cependant l'avantage suivant: en partant des quantités débitées connues Qk et Q ainsi que des sections de passage libre connues dans les vannes Fk et F, il est possible de tirer des conclusions quant à l'importance des pressions Pk - PM et P - P cette méthode permettant en particulier d'estimer aussi le rapport existant entre leurs valeurs Pk - PM): (Pw - P),le facteur M désignant la pression dansle collecteur de mélange 11. Ce rapport a une influence notable sur la relation entre la variable d'entrée q de l'élément de découplage 5 et la température d'eau mélangée T qui en M résulte. C'est pourquoi le rapport (Pk - - p' constitué au moyen d'un circuit de calcul électronique, peut être utilisé pour améliorer la régulation de température, ceci en appliquant la méthode

bien connue de "compensation de perturbation".

Une troisième possibilité pour la réalisation de l'organe de mesure 4 est de nature indirecte. Cette possibilité est basée sur une 6. mesure des pressions Pk et Pw régnant dans les conduites d'alimentation

et éventuellement aussi sur la mesure de la pression de l'eau mélan-

gee PM. A cet effet, on pourra utiliser par exemple des indicateurs de

pression ou manomètres fonctionnant sur la base de jauges extenso-

métriques ou jauges de contraintes. En partant des variables Pk P PM ainsi que des variables F et F,on pourra alors, au moyen d'un circuit k w électronique de calcul, déduire la variable QM intéressant ce cas particulier. Dans cette possibilité de réalisation on pourra à nouveau, en utilisant un circuit électronique de calcul, déduire le rapport (Pk - PM): (P - Pu.) et, pour améliorer la régulation de la

température, on pourra faire appel à une compensation de perturbation.

Il convient de remarquer que,dans chaque cas,il est possible d'améliorer encore la qualité de la régulation de température en faisant en sorte que les températures Tk et Tw régnant dans les conduits d'alimentation soient en outre mesurées par des moyens électroniques et

utilisées pour la compensation de perturbation.

Bien entendu, l'exemple de réalisation décrit n'est nullement

limitatif de l'invention.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Dispositif à vannes, servant en particulier à produire une eau à température régulée, dans lequel des vannes d'alimentation actionnées électromagnétiquement et disposées respectivement dans la conduite d'alimentation d'eau chaude et dans la conduite d'alimentation d'eau froide, ainsi qu'un capteur électronique de température disposé dans le collecteur de mélange, sont combinés sous la forme d'un circuit de régulation électrique, avec un dispositif présélecteur et avec un

contrôleur électronique disposé dans le collecteur de mélange, caracté-

risé en ce que le dispositif présélecteur est constitué d'un présé-

lecteur de température (6) et d'un présélecteur de quantité (7), en ce que l'on fait en outre appel à des vannes d'alimentation (2, 3) dont la manoeuvre en continu ou de manière finement graduée peut se faire de manière indépendante et dont les organes de commande (21, 31) sont actionnés par deux entrées de commande électriques (51, 52) au moyen d'un découpleur électrique (5), de manière à ce qu'une première entrée de commande (51) n'influence essentiellement que la température et qu'une seconde entrée de commande (52) n'agisse pour l'essentiel que sur la quantité d'eau mélangée débitée, la première entrée de commande (51) étant actionnée par un circuit électrique de régulation (53) connecté au capteur de température (8) et au présélecteur de température (6), la seconde entrée de commande (52) étant commandée soit directement par le

présélecteur de quantité (7), soit par un circuit électrique, de régu-

lation (54) connecté au présélecteur de quantité (7) et à un élément de

mesure. (4) servant à déterminer la quantité d'eau mélangée débitée.

2. Dispositif à vannes selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans les deux vannes d'alimentation (2, 3), les organes de fermeture (16, 17) sont actionnés respectivement par des organes de

commande électriques (21, 31) mécaniquement indépendants l'un de l'autre.

3. Dispositif à vannes selon l'une des revendications 1 ou 2,

caractérisé en ce que le découpleur électrique (5) consiste pour l'essentiel en un module de combinaison (13) convertissant les variables d'entrée en des valeurs désirées de section de passage libre des vannes

d'alimentation (2, 3).

4. Dispositif à vannes selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 3, caractérisé en ce qu'entre le module de combinaison (13) et les organes de commande. (21, 31), ont été disposés des éléments non

linéaires (14, 15).

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5. Dispositif à vannes selon l'une quelconque des revendi-

cations I à 4, caractérisé en ce qu'avant d'entrer dans le circuit de régulation de température proprement dit (53), le signal de régulation produit par le présélecteur de température (6) est transmis à travers un élément à retard électronique dont la constante de temps correspond

à la constante de temps du capteur électronique de température (8).

6. Dispositif à vannes selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 5, caractérisé en ce qu'un organe de mesure (4) est prévu

pour déterminer la quantité d'eau mélangée débitée.

7. Dispositif à vannes selon l'une quelconque des revendi-

cations I à 6, caractérisé en ce que le dispositif de régulation est

connecté à un interrupteur temporisé.

8. Dispositif à vannes selon l'une quelconque des revendi-

cations I à 6, caractérisé en ce que le dispositif de régulation comporte

en outre un système servant à mesurer le niveau de remplissage.