FR2576063A1 - Force/pressure converter - Google Patents
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Abstract
Description
" Convertisseur force-pression
L'invention concerne un convertisseur force/ pression comportant un organe de commande sur lequel agit la force à convertir."Force-pressure converter
The invention relates to a force / pressure converter comprising a control member on which the force to be converted acts.
En pneumatique, il est rencontré à de nombreuses reprises le problème qui consiste à convertir une force, ou un courant électrique, donné, en un signal pneumatique proportionnel. Il est utilisé, à cet effet, un convertisseur force/pression ou courant électrique/pression. La construction des convertisseurs connus est toutefois très compliquée. Un convertisseur courant électrique/ pression de ce genre est décrit, par exemple dans la demande internationale PCT/US 80/01524. I1 y est prévu, suivant la figure 6, un piston plongeur pourvu d'un bobinage qui se déplace dans le sens axial, quand il est appliqué un courant électrique, sous l'effet du champ magnétique qui s'établit. C-hacune des deu-x extrémités de ce piston plongeur forme ici, avec des ouvertures correspondantes d'un carter, un élément d'étranglement.Une de ces ouvertures est reliée à une source de pression, pendant que l'autre ouverture sert d'orifice d'échappement. La pression convertie est prélevée dans le carter même. In pneumatics, the problem which consists in converting a given force, or electric current, into a proportional pneumatic signal is encountered on numerous occasions. A force / pressure or electric current / pressure converter is used for this purpose. The construction of known converters is however very complicated. An electric current / pressure converter of this kind is described, for example in international application PCT / US 80/01524. I1 is provided there, according to Figure 6, a plunger provided with a coil which moves in the axial direction, when an electric current is applied, under the effect of the magnetic field which is established. C-each of the two ends of this plunger forms here, with corresponding openings of a housing, a throttling element. One of these openings is connected to a pressure source, while the other opening serves as exhaust port. The converted pressure is taken from the crankcase itself.
Une réalisation de ce type présente différents inconvénients. Par la disposition du piston plongeur, ce dernier ne forme chaque fois un étranglement par rétrécissement de la section qu'avec une des deux ouver tures, pendant qu'à l'autre orifice la section n'est pas rétrécie. I1 s'en suit que la corrélation entre le courant qui arrive et la pression de conversion n' est pas exactement linéaire. Le PCT/US 80/01524 prévoit en conséquence, apres un autre amplificateur, une rétro-action au moyen d'un détecteur de pression, pour ajuster exactement la pression de sortie. Un mode de construction de ce genre est relativement onéreux, en particulier en ce qui concerne la voie de rétro-action.Ainsi, il faut, non seulement prévoir un détecteur de pression, mais aussi des éléments de construction qui traitent le signa produit par ce détecteur de pression de façon appropriée et l'envoient à la rétro-action. En raison des imprécisions constatées dans la mesure de la pression et dans la rétroaction, ainsi que des tolérances des composants électriques utilisés, le convertisseur décrit dans ce document ne convient pas parfaitement pour la conversion en pression de courants faibles. An embodiment of this type has various drawbacks. By the arrangement of the plunger, the latter each time forms a constriction by narrowing the section with only one of the two openings, while at the other orifice the section is not narrowed. It follows that the correlation between the incoming current and the conversion pressure is not exactly linear. The PCT / US 80/01524 therefore provides, after another amplifier, a feedback by means of a pressure detector, in order to adjust the outlet pressure exactly. A construction method of this kind is relatively expensive, in particular as regards the feedback path. Thus, it is necessary not only to provide a pressure detector, but also construction elements which process the signa produced by this pressure detector appropriately and send it to the feedback. Due to the inaccuracies noted in the pressure measurement and in the feedback, as well as the tolerances of the electrical components used, the converter described in this document is not perfectly suited for the conversion into pressure of low currents.
l'invention a pour objet de réaliser un convertisseur force/pression, ou courant électrique/pression, du type mentionné en commençant, de façon telle que la pression fournie soit exactement proportionnelle à la force ou au courant électrique amené. Le convertisseur doit être réalisé d'une façon très simple et être constitué d'un petit nombre de pièces séparées, de façon à obtenir aussi un avantage de prix. Enfin, ce convertisseur doit être réalisé de façon à pouvoir transformer même des forces très petites (de préférence d'un ordre de grandeur de 10 à 100 mN) ou de très faibles signaux électriques (de préférence d'un ordre de grandeur de O à 20 mA), en une pression (d'un ordre de grandeur qui sera de préférence d'un ordre de 0,2 à 1 bar).D'autre part, les pièces mobiles doivent avoir une masse très faible, et les frappes de ces parties mobiles doivent être à peu près symétriques, afin que l'effet de vibration produit soit très faible. the object of the invention is to make a force / pressure converter, or electric current / pressure, of the type mentioned at the start, so that the pressure supplied is exactly proportional to the force or to the electric current supplied. The converter must be made in a very simple way and consist of a small number of separate parts, so as to also obtain a price advantage. Finally, this converter must be made so as to be able to transform even very small forces (preferably of an order of magnitude from 10 to 100 mN) or very weak electrical signals (preferably of an order of magnitude from 0 to 20 mA), at a pressure (of an order of magnitude which will preferably be of the order of 0.2 to 1 bar). On the other hand, the moving parts must have a very low mass, and the strikes of these moving parts must be approximately symmetrical, so that the vibration effect produced is very weak.
A cet effet, I'invention propose un convertisseur force/pression, du type mentionné en commençant, caractérisé en ce que l'organe de commande coopère, en formant des éléments d'étranglement, avec deux sièges de soupape disposés sur les faces opposées de cet organe et dans le sens de l'action de la force, que l'une des soupapes possède une section efficace plus grande que celle de l'autrejque l'un des sièges de soupape est relié avec une arrivée d'air sous pression constante, pendant que 1 'autre siège de soupape fonctionne comme échappement et que la pression proportionnelle à la force qui doit être convertie est prélevée entre les sièges de soupape.L'invention se distingue ainsi du PCT/US 80/01524, en premier lieu, parce que les sièges des soupapes présentent des diamètres inégaux, et que l'élément de commande coopère comme étrangleur chaque fois avec les deux sièges de soupape en même temps Si la force amenée est désignée par F, les diamètres des sièges des soupapes par dl et d2, ainsi que la pression émise par pq, il est obtenu, en se basant sur l'équation F ~ pA , (d1 2 d22) une corrélation inversement proportionnelle, exacte, entre la force apportée et la pression émise. Une rétro-action devient alors superflue comme dans le cas du PCT/US 80/01524.Comme l'élément de commande n'a pas à être pourvu d'un bobinage, sa masse peut être relativement faible, de sorte que la conversion de forces même faibles devient possible. Comme il y a lieu de prévoir seulement un carter avec deux sièges de soupape, ainsi que l'élément de commande proprement dit, le convertisseur peut être construit d'une façon très simple et à peu de frais. To this end, the invention proposes a force / pressure converter, of the type mentioned at the start, characterized in that the control member cooperates, by forming throttling elements, with two valve seats arranged on the opposite faces of this body and in the direction of the action of force, that one of the valves has a larger cross-section than that of the other; that one of the valve seats is connected with an air inlet under constant pressure , while the other valve seat is operating as an exhaust and the pressure proportional to the force to be converted is taken between the valve seats. The invention thus differs from PCT / US 80/01524, first, because the valve seats have unequal diameters, and the control element cooperates as a throttle each time with the two valve seats at the same time If the force supplied is designated by F, the valve seat diameters by dl and d2, ai nsi that the pressure emitted by pq, it is obtained, based on the equation F ~ pA, (d1 2 d22) an inversely proportional, exact correlation, between the force brought and the pressure emitted. Feedback then becomes superfluous as in the case of PCT / US 80/01524. As the control element does not have to be provided with a winding, its mass can be relatively low, so that the conversion of even weak forces becomes possible. Since only a housing with two valve seats, as well as the control element itself is required, the converter can be constructed in a very simple and inexpensive manner.
Différentes possibilités sont concevables pour la réalisation de l'organe de commande. Des modes de réalisation recommandés prévoient, par exemple, que cet organe de commande soit réalisé sous la forme d'une sphère, ou sous la forme de deux demi-sphères avec un cylindre disposé entre elles. I1 est toutefois également avantageux que cet organe de commande soit composé d'au moins deux parties cylindriques. I1 est alors obtenu une solution exempte de battements, car les pièces de forme cylindrique ne peuvent pas venir en contact avec les sièges de soupapes. Enfin, l'organe de commande peut aussi être réalisé sous la forme d'une plaque plane. Cet organe de commande peut être avantageusement suspendu avec des éléments de fixation élastiques, en particulier des fils, des lames de ressort ou des ressorts doubles.Il est obtenu, de cette façon, un guidage rectiligne de cet organe de commande. En même temps, il est aussi possible de produire une force de pré-tension. Different possibilities are conceivable for the realization of the control member. Recommended embodiments provide, for example, that this control member is made in the form of a sphere, or in the form of two half-spheres with a cylinder disposed between them. It is however also advantageous for this control member to be composed of at least two cylindrical parts. I1 is then obtained a solution free of flaps, because the cylindrical parts cannot come into contact with the valve seats. Finally, the control member can also be produced in the form of a flat plate. This control member can advantageously be suspended with elastic fastening elements, in particular wires, spring leaves or double springs. In this way, a straight guide is obtained for this control member. At the same time, it is also possible to generate a pre-tension force.
Le convertisseur force/pression suivant l'invention peut aussi être utilisé pour la transformation d'un courant électrique en un signal pneumatique proportionnel. A cet effet, l'organe de commande peut être réalisé sous la forme d'un aimant permanent, et être entouré par un électro-aimant, un courant électrique passant dans cet électro-aimant exerçant sur l'organe de commande, une force proportionnelle au courant. I1 est réalisé, de cette façon, un convertisseur courant électriqueipression très simple qui possède les mêmes avantages que le convertisseur force/pression suivant l'invention. The force / pressure converter according to the invention can also be used for the transformation of an electric current into a proportional pneumatic signal. To this end, the control member can be produced in the form of a permanent magnet, and be surrounded by an electromagnet, an electric current passing through this electromagnet exerting on the control member, a proportional force. aware. I1 is produced, in this way, a very simple electric-pressure current converter which has the same advantages as the force / pressure converter according to the invention.
Un perfectionnement avantageux de ce convertisseur courant électrique/pression prévoit que l'élec- tro-aimant peut être déplacé, au moyen d'un mécanisme de commande, dans le sens du déplacement de organe de commande. I1 est alors possible d'ajuster le point zéro de ce convertisseur. Il peut, en outre, être prévu, pour ajuster l'amplification, de monter, parallèlement à l'électroaimant, une résistance variable. An advantageous improvement of this electric current / pressure converter provides that the electromagnet can be moved, by means of a control mechanism, in the direction of movement of the control member. It is then possible to adjust the zero point of this converter. To adjust the amplification, provision may also be made to mount a variable resistor, parallel to the electromagnet.
D'autres caractéristiques et avantages du convertisseur force/pression, ou courant électrique/pression, ressortent de la description ci-après, faite avec référence aux dessins, de modes de réalisation recommandés de l'invention. Dans les dessins,
- les figures 1, 2 et 7 montrent des sections transversales de différents modes de réalisation d'un convertisseur force/pression suivant l'invention,
- les figures 3 à 6 ainsi que 8 et 9 montrent des sections transversales de différentes formes de réalisation d'un convertisseur électrique/pression suivant l'invention.Other characteristics and advantages of the force / pressure converter, or electric current / pressure, emerge from the description below, given with reference to the drawings, of recommended embodiments of the invention. In the drawings,
FIGS. 1, 2 and 7 show cross sections of different embodiments of a force / pressure converter according to the invention,
- Figures 3 to 6 and 8 and 9 show cross sections of different embodiments of an electrical / pressure converter according to the invention.
La figure 1 montre une coupe transversale d'un convertisseur force/pression, qui, dans son ensemble, est désigné par 1. I1 est constitué essentiellement de différentes parties 2 à 4 du carter, ainsi que d'un organe de commande 5 exécuté sous la forme d'une sphère. Cet organe de commande 5 est sollicité par la force F qui doit être convertie, au moyen d'une tige 6, d'une façon qui n'est pas illustrée plus en détail. Figure 1 shows a cross section of a force / pressure converter, which, as a whole, is designated by 1. It consists essentially of different parts 2 to 4 of the casing, as well as a control member 5 executed under the shape of a sphere. This control member 5 is stressed by the force F which must be converted, by means of a rod 6, in a manner which is not illustrated in more detail.
Dans le carter, formé des pièces 2 à 4, sont prévues deux ouvertures circulaires 7 et 8. Par l'ouverture 7 de l'air arrive sous une pression constante p et par l'ouverture 8 l'air sort à la pression pO dimi- nuee. L'ouverture 7 présente un diamètre dl qui est plus grand que le diamètre d2 de l'ouverture 8. L'organe de commande 5 forme, comme il est montré, avec les ouvertures 7 et 8, des éléments d'étranglement, la pression PA qui s'établit à l'intérieur du carter ressortant de l'équation F 4 PA (dl2 - d22)
Cette pression est prélevée par un passage 9, et est exactement inversement proportionnelle à la force appliquée.In the casing, formed of parts 2 to 4, two circular openings 7 and 8 are provided. Through the opening 7 the air arrives at a constant pressure p and through the opening 8 the air comes out at the pressure pO dimi - naked. The opening 7 has a diameter dl which is larger than the diameter d2 of the opening 8. The control member 5 forms, as shown, with the openings 7 and 8, throttling elements, the pressure PA which is established inside the casing emerging from the equation F 4 PA (dl2 - d22)
This pressure is taken through a passage 9, and is exactly inversely proportional to the force applied.
Comme il est aisé de s'en rendre compte, le convertisseur force/pression suivant l'invention est constitué d'un très petit nombre de pièces et garantit cependant une conversion exacte force/pression. L'organe de commande 5 peut avoir une masse très faible, de sorte qu'il est possible de convertir des forces très faibles. As it is easy to realize, the force / pressure converter according to the invention consists of a very small number of parts and nevertheless guarantees an exact force / pressure conversion. The control member 5 can have a very low mass, so that it is possible to convert very low forces.
Un autre mode de réalisation d'un convertisseur force/pression suivant l'invention est représenté en figure 2. Ce convertisseur forcejpression est désigné dans son ensemble par 10 et est constitué de parties 11 à 13 du carter, dans lesquelles sont pratiquées des ouvertures de diamètres différents 14 et 15. L'organe de commande est constitué, dans ce cas, de deux pièces 17 et 18, de forme cylindrique, reliées ensemble par une barre 16, qui coopèrent avec les ouvertures 14 et 15 pour former des points d'étranglement. Dans ce mode de réalisation, la masse de l'organe de commande est encore diminuée, et en même temps, est obtenue une solution exempte de battements, car les corps cylindriqués 17 et 18 ne peuvent plus arriver en contact avec le carter. La force F est fournie à l'organe de commande au moyen d'une tige 19. Another embodiment of a force / pressure converter according to the invention is shown in FIG. 2. This force-pressure converter is designated as a whole by 10 and consists of parts 11 to 13 of the casing, in which openings are formed. different diameters 14 and 15. The control member consists, in this case, of two parts 17 and 18, of cylindrical shape, connected together by a bar 16, which cooperate with the openings 14 and 15 to form points of strangulation. In this embodiment, the mass of the control member is further reduced, and at the same time, a solution is obtained which is free from beating, since the cylindrical bodies 17 and 18 can no longer come into contact with the casing. The force F is supplied to the control member by means of a rod 19.
Cette figure montre, en outre, une possibilité de suspension de l'organe de commande. I1 est utili sé, à cet effet, des éléments de fixation 20 et 21 élastiques, utilisant, de préférence, des fils ou des lames de ressorts. Cela permet non seulement de réaliser une suspension simple et un guidage rectiligne de cet organe de commande, mais bien plus aussi de produire en même temps une force de pré-tension. This figure also shows a possibility of suspending the control member. I1 is used, for this purpose, elastic fastening elements 20 and 21, preferably using wires or leaf springs. This not only makes it possible to carry out a simple suspension and rectilinear guidance of this control member, but much more also to produce at the same time a pre-tension force.
Ces modes de réalisation sont basés sur le même principe que celui de la figure 1, de sorte que des explications supplémentaires en ce qui concerne les différences de diamètre des orifices d'entrée et d'échappement sont superflues. La pression PA qui règne à l'intérieur du convertisseur est envoyée à l'extérieur par un passage 22. These embodiments are based on the same principle as that of Figure 1, so that further explanations regarding the differences in diameter of the inlet and exhaust ports are superfluous. The pressure PA prevailing inside the converter is sent to the outside via a passage 22.
La figure 3 montre un convertisseur courant électrique/pression suivant l'invention. Ce convertisseur est construit sensiblement comme le convertisseur force/pression de la figure 1, et est constitue de parties du carter 26 à 28 pourvues d'ouvertures 24 et 25, ainsi que d'un organe de commande réalisé sous la forme d'une sphère et d'un organe de commande 29, pré-magnétisé. Figure 3 shows an electric current / pressure converter according to the invention. This converter is constructed substantially like the force / pressure converter of FIG. 1, and is made up of parts of the casing 26 to 28 provided with openings 24 and 25, as well as a control member produced in the form of a sphere. and a control member 29, pre-magnetized.
Cet organe de commande est entouré par un électro-aimant 30, qui est alimenté, en courant I qui doit être converti, par des conducteurs 31 et 32. Ce courant passe dans l'électro-aimant 30 et produit un champ magnétique qui exerce sur l'organe de commande une force qui est convertie, de la façon qui a été exposée déjà, à propos- de la figure 1, en une pression PA qui est prélevée au moyen d'une ouverture 33 du carter. On obtient, de ce fait, un convertisseur courant électrique/pression ayant les mêmes avantages que le convertisseur forcejpression représenté en figure 1, pour lequel il y a seulement à exécuter l'or- gane de commande sous la forme d'un aimant permanent et à prévoir un électro-aimant.This control member is surrounded by an electromagnet 30, which is supplied with current I which must be converted, by conductors 31 and 32. This current passes through the electromagnet 30 and produces a magnetic field which exerts on the control member a force which is converted, in the manner which has already been explained, in connection with FIG. 1, into a pressure PA which is withdrawn by means of an opening 33 of the casing. There is thus obtained an electric current / pressure converter having the same advantages as the force-pressure converter shown in FIG. 1, for which there is only to execute the control member in the form of a permanent magnet and to provide an electromagnet.
Un autre mode de réalisation du convertisseur courant électrique/pression suivant l'invention est représenté en figure 4, en utilisant partiellement les mêmes références qu'en figure 3. L'unique différence réside en ce que l'organe de commande est composé ici de deux corps cylindriques 34 et 35. I1 est ainsi obtenu une solution exempte de battements
La figure 5 montre aussi une configuration analogue, où l'organe de commande est constitué de deux demi-sphères 36 et 37, et d'un cylindre 38 placé entre elles. Ce mode de réalisation est représenté encore une fois en figure 6, où sont représentées aussi différentes possibilités de réglage. Ainsi, il est possible de produire une force de pré-tension, au moyen des fils 39 et 40, qui maintiennent et guident en même temps l'organe de commande.Le point zéro peut être ajusté au moyen d'un organe de manoeuvre 41, pendant que l'amplification peut être réglée au moyen d'une résistance variable R. Enfin, il peut être aussi envisagé une possibilité de déplacement, dans la direction de la flèche A de la partie 28 du carter, qui forme en meme temps un des sièges de soupape (ajustement du siège).Another embodiment of the electrical current / pressure converter according to the invention is shown in FIG. 4, using partially the same references as in FIG. 3. The only difference is that the control member is composed here of two cylindrical bodies 34 and 35. I1 is thus obtained a solution free of beats
Figure 5 also shows a similar configuration, where the control member consists of two hemispheres 36 and 37, and a cylinder 38 placed between them. This embodiment is shown once again in FIG. 6, which also shows different adjustment possibilities. Thus, it is possible to produce a pre-tensioning force, by means of the wires 39 and 40, which simultaneously maintain and guide the control member. The zero point can be adjusted by means of an operating member 41 , while the amplification can be adjusted by means of a variable resistance R. Finally, it is also possible to envisage a possibility of displacement, in the direction of the arrow A of the part 28 of the casing, which at the same time forms a valve seats (seat adjustment).
Un autre mode de réalisation d'un convertisseur force/pression est représenté en figure 7. I1 est désigné dans son ensemble par 42, et comprend les parties de carter 43 à 46, dans lesquelles sont prévues des ou- ouvertures 47 à 49. Les ouvertures 47 et 48 ne sont pas ici obligatoirement circulaires, mais peuvent, au contraire, être accordées par la forme de leur section transversale à l'organe de commande exécuté sous la forme d'une plaqué plane 49. Cette plaque est reliée avec la tige 50 sollicitée par la force F, et peut, en principe, être d'une forme quelconque, par exemple rectangulaire. La section efficace de l'ouverture 48 est toutefois ici aussi, quelle que soit la forme de ltouverture, plus grande que la section efficace de l'ouverture 47. Another embodiment of a force / pressure converter is shown in FIG. 7. It is designated as a whole by 42, and comprises the housing parts 43 to 46, in which openings 47 to 49 are provided. openings 47 and 48 are not necessarily circular here, but can, on the contrary, be granted by the shape of their cross section to the control member executed in the form of a flat plate 49. This plate is connected with the rod 50 stressed by the force F, and can, in principle, be of any shape, for example rectangular. The cross section of the opening 48 is however here, whatever the shape of the opening, larger than the cross section of the opening 47.
I1 est, en outre, possible de réaliser la plaque plane sous la forme d'un électro-aimant, pour obtenir un convertisseur courant electrique/pression. La figure 8 montre un convertisseur de ce genre, portant le chiffre de référence 51. Les parties du carter y sont désignées par 52 à 55, les ouvertures par 56 à 58, l'électroaimant par 59, et l'organe de commande (plaque plane), réalisé sous la forme d'un aimant permanent, par 60. Comme élément de fixation, il est utilisé un-fil 61. Enfin, en figure 9, est illustré encore une fois le même type de réalisation, en se servant toutefois pour la fixation d'un double ressort 62a, 62b (lames de ressort) monté ici d'un seul côté. I1 is, moreover, possible to produce the flat plate in the form of an electromagnet, in order to obtain an electric current / pressure converter. Figure 8 shows a converter of this kind, bearing the reference number 51. The parts of the housing are designated by 52 to 55, the openings by 56 to 58, the electromagnet by 59, and the control member (plate plane), made in the form of a permanent magnet, by 60. As a fixing element, a wire 61 is used. Finally, in FIG. 9, the same type of embodiment is illustrated once again, using however for fixing a double spring 62a, 62b (spring leaves) mounted here on one side.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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ST | Notification of lapse |