FR2649482A1

FR2649482A1 - Controleur d'ecoulement

Info

Publication number: FR2649482A1
Application number: FR9008643A
Authority: FR
Inventors: Herbert Frisch
Original assignee: ENFO Grundlagen Forschungs AG
Current assignee: ENFO Grundlagen Forschungs AG
Priority date: 1989-07-06
Filing date: 1990-07-06
Publication date: 1991-01-11
Also published as: SE9002183L; GB2233766A; IT1248751B; IT9020567A0; GB2233766B; DE4016168A1; SE9002183D0; GB9013135D0; IT9020567A1

Abstract

Ce contrôleur d'écoulement, notamment pour le contrôle de petites quantités de fluide s'écoulant pendant un temps bref, comprend un boîtier 1 muni de raccords d'entrée et de sortie 2, 3 et dans la cavité 6 duquel est disposé un transducteur de flexion piézo-électrique 10. Ce contrôleur est encastré à une extrémité, dans la région de fixation 12 qui est à l'opposé du débouché 11 du raccord d'entrée 2, et il subit l'action de l'écoulement à son extrémité libre. Ce transducteur 10 recouvre de préférence partiellement le débouché 11. Le transducteur reste immobile au-dessous d'un seuil de débit et, lorsque ce seuil est dépassé, il est dévié et engendre alors un déplacement de charge mesurable constituant le signal.

Description

L'invention se rapporte à un contrôleur d'écou-

lement, notamment pour le contrôle de petites quantités

de fluide qui s'écoulent pendant un temps bref, compre-

nant un bottier dans lequel sont disposés un raccord d'entrée et un raccord de sortie, ainsi qu'une unité de contrôl61e influencée par le fluide circulant, qui émet

des impulsions électriques, et qui comprend un transduc-

teur de flexion, lequel est encastré d'un côté dans une région de fixation de la cavité intérieure du bottier, située à distance du débouché du raccord d'entrée, et

dont l'extrémité libre est exposée à l'action de l'écou-

lement de la quantité de fluide, ce transducteur recou-

vrant de préférence au moins partiellement le débouché

du raccord d'entrée.

Les contrôleurs d'écoulement de ce type sont

connus et, selon le genre de l'effet utilisé pour in-

fluencer l'unité de contrôle, ils peuvent contrôler une plage plus ou moins grande de débits d'écoulement de

fluides. Les formes de réalisation connues sont coûteu-

ses et demandent à être équipées de leur propre alimenta-

tion en tension électrique. Par ailleurs, dans les dispo-

sitifs connus, il se pose des problèmes, en particulier dans le cas du contrôle des très petites quantités de

fluide qui ne s'écoulent que pendant un temps bref, tel-

les que celles qui se présentent, par exemple dans ce qu'on appelle la lubrification par impulsions utilisée

par les appareils les plus divers.

Jusqu'à présent, il n'existait pas d'appareils

de contrôle fiables, simples et par conséquent économi-

ques pour ces applications.

Le but de l'invention est de donner à un appa-

reil de contrôle d'écoulement cité au début une configu-

ration qui évite les inconvénients précités des disposi-

tifs connus et qui puisse, en particulier, constituer

d'une façon simple un contrôleur d'écoulement fiable, mê-

me pour le contrôle de petites quantités de fluide qui

circulent pendant un temps bref.

Selon l'invention, ce résultat est atteint par le fait que l'unité de contrôle comprend un transducteur de flexion piézo-électrique qui produit des impulsions électriques qui sont fonction de l'écoulement. La faible masse des transducteurs de flexion piézo-électriques, qui sont connus, par exemple, dans leur application aux transducteurs de signaux électropneumatiques, garantit que des écoulements même petits en forme d'imDulsions, qui pénètrent par le raccord d'entrée, déterminent une

flexion correspondante de l'extrémité libre du transduc-

teur de flexion qui se trouve sur le trajet de l'écoule-

ment, ce qui détermine un déplacement de charge que l'on peut capter à des contacts appropriés. Ce déplacement de charge peut être exploité d'une façon. très simple, et connue dans de nombreuses applications, ce qui permet

d'indiquer fiablement des quantités de fluide même extrê-

mement faibles et qui ne circulent que pendant un temps

bref. Etant donné que le transducteur de flexion piézo-

électrique produit par lui-même les charges électriques

nécessaires pour le signal à émettre, il n'est nécessai-

re de prévoir aucune alimentation électrique extérieure et, en particulier, aucun amplificateur de signal propre

à l'appareil. Le contrôleur d'écoulement selon l'inven-

tion est donc d'autant moins compliqué et d'autant plus

économique, de sorte qu'il peut être mis en oeuvre de fa-

çon économique et avantageuse, même dans des installa-

tions de fluide simples et de petite taille.

Selon une autre forme de réalisation de l'inven-

tion, il est prévu que le transducteur de flexion piézo-

électrique est chargé par au moins un ressort par lequel

il est appliqué avec précontrainte contre une butée soli-

daire du bottier, dans le sens inverse du sens du débou-

ché du raccord d'entrée dans la cavité intérieure du bol-

tier. De cette façon, le comportement de réponse du con-

trôleur d'écoulement peut être influencé indépendamment -3 des propriétés élastiques du transducteur de flexion et,

par exemple, il peut aussi être garanti qu'il ne se pro-

duira pas de fausses indications par suite de mouve-

ments, vibrations ou équivalents.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le transducteur de flexion peut présenter des éléments

piézo-céramiques qui sont disposés sur un élément oscil-

lant métallique, conducteur, de préférence sur les deux

faces de cet élément, ce qui permet, d'une part, une fa-

brication simple et, d'autre part, une exploitation faci-

le et fiable des déplacements de charge. A ce propos, on peut naturellement utiliser également toutes les formes

de' réalisation de tels transducteurs de flexion piézo-

électriques connus en soi, qui sont connus par ailleurs

et appropriés pour l'application en question.

Un contrôleur d'écoulement selon l'invention comprenant une unité d'exploitation qui est en liaison électrique bipolaire avec l'unité de contrôle, peut par

ailleurs être réalisé avec une résistance intercalée en-

tre les deux pôles pour l'équilibrage des potentiels. De cette façon, il se produit par suite du déplacement de charge provoqué par la flexion du transducteur de flexion, une pointe de tension mesurable au début de l'écoulement et une autre pointe, de polarité opposée,

elle aussi facilement mesurable, à la fin de l'écoule-

ment, ce qui facilite et améliore l'exploitation ou l'af-

fichage des signaux fournis par le contrôleur d'écou-

lement.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-

vention seront mieux compris à la lecture de la descrip-

tion qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels:

la figure 1 représente un contrôleur d'écoule-

ment selon l'invention par une représentation schémati-

que en coupe;

la figure 2 représente le contrôleur d'écoule-

ment de la figure 1, avec le transducteur de flexion dé-

vié par suite d'un écoulement de fluide détecté;

la figure 3 est une coupe longitudinale d'un au-

tre exemple de réalisation selon l'invention; la figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3; et la figure 5 est une coupe selon la ligne V-V de

la figure 3.

Le contrôleur d'écoulement représenté sur les

figures 1 et 2 sert en particulier à contrôler de peti-

tes quantités de fluide qui s'écoulent pendant des temps

brefs et il comprend un bottier 1 muni d'un raccord d'en-

trée 2 et d'un raccord de sortie 3. A l'intérieur d'une cavité intérieure 6 du bottier, qui est entourée des deux parties 4, 5 du bottier, est agencée une unité de

contrôle 7 influencée par le fluide qui s'écoule éven-

tuellement entre les raccords 2 et 3, unité qui émet par

l'intermédiaire de contacts 8, 9 des impulsions électri-

ques qui sont fonction de l'écoulement.

L'unité de contrôle 7 comprend un transducteur

de flexion piézo-électrique 10 qui est encastré d'un cô-

té dans une zone de fixation 12 de la cavité intérieure 6 du bottier qui se trouve à distance du débouché Il du

raccord d'entrée 2. Le transducteur de flexion 10 est es-

sentiellement composé d'un élément oscillant 13 conduc-

teur de l'électricité, mince, de préférence métallique, sur lequel est déposée la matière piézo-céramique 14, qui rend détectables, d'une part par l'intermédiaire de l'élément oscillant 13 et du contact 9 et, d'autre part, par l'intermédiaire du ressort 15 et du contact 8, les déplacements de charges qui se produisent lors des flexions. Le ressort 15 qui aboutit au contact 8 joue en

même temps le rôle de générateur de force de précontrain-

te élastique pour le transducteur de flexion 10 qui est

de cette façon appliqué avec précontrainte contre une bu-

tée 16 solidaire du bottier, dans le sens inverse du dé-

bouché du raccord d'entrée 2.

Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, on suppose que le;s deux parties 4 et du bottier 1 sont composées d'une matière isolante de l'électricité. Si ce n'est pas le cas, il faut prévoir une isolation correspondante des contacts 8, 9 ou des

surfaces d'appui du transducteur de flexion 10.

Au-dessous d'une certaine quantité de fluide par unité de temps, quantité qui est déterminée, d'une part, par l'élasticité du transducteur de flexion 10 et, d'autre part, par la précontrainte du ressort 15, le

transducteur de flexion reste immobilisé dans la posi-

tion représentée sur la figure 1 par rapport au débouché

11 du raccord d'entrée 2, qui est partiellement recou-

vert, les raccords 2 et 3 étant en communication par les passages libres dans la cavité intérieure 6 du bottier,

pour l'équilibrage des pressions. Dès que le courant cir-

culant entre les raccords 2 et 3 excède ce débit de flui-

de défini, le transducteur de flexion 10 s'infléchit pro-

gressivement pour prendre la position représentée sur la figure 2 et on peut alors capter sur les contacts 8 et 9

le déplacement de charge qui se produit à ce moment.

Si une résistance, non représentée ici, est in-

tercalée entre les deux pôles définis par les deux con-

tacts 8, 9, pour l'équilibrage des potentiels, on peut obtenir une pointe de tension au début de l'écoulement et une deuxième pointe de tension, de polarité inverse,

à la fin de l'écoulement.

La forme de réalisation représentée sur les fi-

gures 3 à 5 ne se distingue essentiellement de la forme de réalisation schématique représentée sur les figures 1 et 2 que par le fait qu'ici, le transducteur de flexion recouvre le débouché 11 du raccord d'entrée 2, en le fermant hermétiquement, lorsqu'on reste au-dessous d'un écoulement positif de quantité de fluide par unité de temps d'une valeur définie, entre le raccord d'entrée 2 et le raccord de sortie 3, de sorte que le contrôleur

d'écoulement assure en même temps la fonction d'un cla-

pet anti-retour.

Dans la suite, pour simplifier, on utilise à nouveau pour les figures 3 à 5 les signes de référence déjà utilisés sur les figures 1 et 2 pour les éléments

qui se correspondent mutuellement, du moins sous l'as-

pect fonctionnel.

Le bottier 1 du contrôleur d'écoulement repré-

senté est ici aussi composé de deux parties 4 et 5 qui, ensemble, enferment une cavité intérieure 6 qui reçoit

l'unité de contrôle 7 comprenant elle-même le transduc-

teur de flexion 10. Le transducteur de flexion 10 est ici aussi encastré d'un côté dans une région de fixation

12 de la cavité intérieure 6 du bottier qui est sensible-

ment à l'opposé du débouché 11 du raccord d'entrée 2 et

il est appliqué avec précontrainte contre la butée 16 so-

lidaire du bottier par deux ressorts 15, 15' qui agis-

sent l'un en sens inverse de l'autre.

Ici, le transducteur de flexion 10 présente un

élément oscillant central 13 conducteur de l'électrici-

té, qui est revêtu d'une matière piézo-céramique sur les deux faces. L'écoulement de la charge se produit donc, d'une part vers le contact 8, par les faces extérieures du transducteur de flexion 10, par l'intermédiaire des deux ressorts 15, 15' et du tube conducteur 17 formant

le bottier et, d'autre part, vers le contact 9 par l'élé-

ment oscillant 13 formant l'électrode centrale, et par

l'intermédiaire de la broche 18.

Lorsque le contrôleur d'écoulement est parcouru

du raccord d'entrée 2 au raccord de sortie-3 par un cou-

rant, même bref ou du type imDulsion, l'unité de contrô-

le 7 ou le transducteur de flexion 10, exerce la fonc-

tion qui a déjà été décrite plus haut en regard des figu-

res 1 et 2. En présence d'un courant s'écoulant en sens inverse, le transducteur de flexion 10, qui s'applique sur le débouché 11 du raccord d'entrée 2 en le fermant

hermétiquement, se comporte comme un clapet anti-

retour.

Bien entendu, diverses modifications et varian-

tes pourront être apportées par l'homme de l'art aux dis- positifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre

d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'in-

vention.

R E V E N D I C A. T I O N S

Claims

REVENDICTIONS

1. Contrôl81eur d'écoulement, notamment pour le contrôle de petites quantités de fluide qui s'écoulent

pendant un temps bref, comprenant un bottier (1) dans le-

quel sont disposés un raccord d'entrée (2) et un raccord de sortie (3), ainsi qu'une unité de contrôle (7) in-

fluencée par le fluide circulant, qui émet des impul-

sions électriques, et qui comprend un transducteur de

flexion (10), lequel est encastré d'un côté dans une ré-

gion de fixation (12) de la cavité intérieure (6) du bot-

tier, située à distance du débouché (11) du raccord d'en-

trée (2), et dont l'extrémité libre est exposée à l'ac-

tion de l'écoulement de la quantité de fluide, ce trans-

ducteur recouvrant de préférence au moins partiellement le débouché (11) du raccord d'entrée (2), caractérisé en ce que l'unité de contrôle (7) comprend un transducteur

de flexion piézo-électrique (10) qui produit des impul-

sions électriques qui sont fonction de l'écoulement.

2. Contrôleur d'écoulement selon la revendica-

tion 1, caractérisé en ce que le transducteur de flexion piézo-électrique (10) est chargé par au moins un ressort

(15) par lequel il est appliqué avec précontrainte con-

tre une butée (16) solidaire du bottier, dans le sens in-

verse du sens du débouché (11) du raccord d'entrée (2)

dans la cavité intérieure (6) du bottier.

3. Contrôleur d'écoulement selon la revendica-

tion 1 ou 2, caractérisé en ce que le transducteur de flexion (10) présente des éléments piézo-céramique (14) qui sont disposés sur un élément oscillant métallique conducteur (13), de préférence sur les deux faces de cet

élément.

4. Contrôleur d'écoulement selon une quelconque

des revendications 1, 2 et 3, comprenant une unité

d'exploitation qui est en liaison électrique bipolaire avec l'unité de contrôle, caractérisé par une résistance

intercalée entre les deux pâles (8, 9) pour l'équilibra-

ge des potentiels.