FR2779227A1

FR2779227A1 - Mesure de debit de fluide

Info

Publication number: FR2779227A1
Application number: FR9806713A
Authority: FR
Inventors: Francis Meyer; Noel David; Joel Macaigne
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA; SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1998-05-28
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 1999-12-03
Anticipated expiration: 2018-05-28
Also published as: FR2779227B1

Abstract

Procédé de mesure d'un débit de fluide traversant une vanne à commande électrique munie d'un obturateur comportant les étapes suivantes : tout d'abord on génère une consigne de position (18) pour commander un déplacement de l'obturateur de la vanne (10), ensuite on détermine d'une part le couple moteur ou la force motrice (12) de commande de l'obturateur et d'autre part la position (20) de cet obturateur et enfin on déduit le débit de fluide traversant la vanne en calculant (24) une fonction prédéterminée de ces deux informations de couple ou de force et de position. L'invention concerne également le dispositif de mesure mettant en oeuvre ce procédé et toute vanne à commande électrique à laquelle peut être intégré un tel dispositif.

Description

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de mesure

des débits de fluide traversant des vannes de régulation à commande électrique destinées à être mises en oeuvre dans des environnements hostiles ou corrosifs tels que cryotechniques, radioactifs ou bactériens et nécessitant une étanchéité totale. Art antérieur La demande de brevet FR-A-2 693 533 déposée au nom de la demanderesse montre une vanne rotative, à deux ou trois voies, dont le boisseau totalement étanche peut être manoeuvrable par un actionneur électrique. Ce type de vanne motorisée peut être avantageusement utilisée comme vanne de régulation asservie en position dans une boucle hydraulique, par exemple au niveau d'un circuit hydraulique de moteurs

fusées.

Par ailleurs, on connaît des dispositifs destinés à mesurer le débit d'un fluide dans une canalisation. Classiquement, une telle mesure de débit est effectuée à partir de compteurs à turbines ou à pistons. Toutefois, le grand nombre de pièces en mouvement de ces types de compteurs les rendent peu adaptés à une utilisation en ambiance corrosive. C'est pourquoi, on a aujourd'hui plutôt recours à des dispositifs mettant en oeuvre les phénomènes physiques liées à la vitesse d'écoulement des fluides comme les compteurs à ultrasons. Associé à une vanne de régulation, ce dispositif va alors permettre de réaliser une régulation de débit du fluide traversant

cette vanne.

Une telle association est toutefois complexe à mettre en oeuvre et le contrôle du procédé de mesure associé s'avère particulièrement délicat compte tenu du grand nombre de paramètres à surveiller. En outre, pour certaines applications, notamment spatiales, l'espace nécessaire à la mise en série de la vanne et du débitmètre peut ne pas être disponible. De plus, sur un moteur fusée, l'adjonction d'un tel débitmètre génère de nouvelles contraintes de sécurité à gérer (fuites aux interfaces, pollution de la

ligne, etc.).

Objet et description succincte de l'invention

Un but de l'invention est donc de proposer un procédé de mesure de débit et le dispositif associé permettant la mesure et éventuellement la régulation d'un débit de fluide traversant une vanne et qui, à même de fonctionner dans des environnements les plus variés, pallie les

inconvénients de l'art antérieur.

Un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif particulièrement compact et pouvant être mise en oeuvre avec fiabilité pour

des débits et pressions élevés et notamment en ambiance cryotechnique.

Ces buts sont atteints par un procédé de mesure d'un débit de fluide traversant une vanne à commande électrique munie d'un obturateur, caractérisé en ce que tout d'abord on génère une consigne de position pour commander un déplacement de l'obturateur, ensuite on détermine d'une part le couple moteur ou la force motrice de commande de l'obturateur et d'autre part la position de cet obturateur et enfin on déduit le débit de fluide traversant la vanne en calculant une fonction prédéterminée de ces deux

informations de couple ou de force et de position.

Ce procédé qui ne nécessite pas le recours à un débitmètre procure ainsi une compacité exceptionnelle au dispositif mettant en oeuvre ce procédé, ce qui le prédispose, sans que cette application ne soit nullement

limitative, à une utilisation dans le domaine spatial.

Le couple moteur ou la force motrice peuvent être déterminés à partir d'une mesure du courant traversant un régulateur générant la commande de déplacement de l'obturateur en fonction de la consigne de position préétablie. La mesure du couple moteur peut aussi être obtenue, à partir d'une mesure de torsion d'un arbre de commande support d'un obturateur rotatif et celle de la force matrice à partir d'une mesure de l'effort dans un arbre de commande support d'un obturateur linéaire. La position de l'obturateur est déterminée à partir d'une mesure de position délivrée par un détecteur de la position de cet obturateur. Ce détecteur de position peut être soit un détecteur d'une position angulaire de l'obturateur(cas d'une vanne rotative) soit un détecteur d'une position linéaire de l'obturateur (cas d'une

vanne linéaire).

Avantageusement, le calcul de la fonction prédéterminée consiste en l'extraction d'au moins une table de données d'une valeur de débit prédéterminée en fonction des valeurs respectives mesurées du couple

moteur et de la position de l'obturateur.

L'invention concerne également le dispositif de mesure d'un débit de fluide mettant en oeuvre ce procédé dans une vanne à commande électrique munie d'un obturateur, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de traitement pour calculer un débit de fluide à partir d'une part d'une information de position de l'obturateur délivrée par un détecteur de la position de cet obturateur et d'autre part d'une information de couple moteur ou de force motrice de commande de l'obturateur délivrée par des

moyens de mesure de ce couple ou de cette force.

Les moyens de mesure du couple moteur ou de la force motrice peuvent comporter un dispositif de mesure du courant traversant un régulateur générant la commande de déplacement de l'obturateur en fonction d'une consigne de position préétablie. Plus particulièrement, les moyens de mesure du couple moteur peuvent également comporter un dispositif de mesure de la torsion d'un arbre de commande support d'un obturateur rotatif et les moyens de mesure de la force matrice peuvent comporter un dispositif de mesure de l'effort dans un arbre de commande

support d'un obturateur linéaire.

Avantageusement, les moyens de traitement comportent une unité centrale de traitement à laquelle est reliée une mémoire contenant au moins une table de données qui associe à chaque paire de données (couple moteur ou force motrice, position de l'obturateur) une valeur de débit prédéterminée. Cette mémoire peut comporter en outre une table de donnée qui associe à chaque valeur de courant traversant le régulateur une valeur prédéterminée de couple moteur ou de force motrice. Une telle table permet ainsi d'effectuer les mesures en temps réel sans opérations de calcul complexes. L'invention se rapporte également à toute vanne à commande électrique associant le dispositif de mesure précité, qu'il s'agisse d'une vanne rotative à boisseau sphérique ou cylindrique ou bien une vanne à papillon ou d'une vanne linéaire par exemple à pointeau (l'ensemble

prenant alors le nom de vanne débitmétrique).

De préférence, ces vannes sont aptes à évoluer en ambiance cryotechnique.

Selon l'invention, cette vanne à commande électrique munie d'un obturateur, dont le déplacement de cet obturateur est commandé par un actionneur électrique muni d'un rotor solidaire de cet obturateur et d'un stator, et qui est asservie en position à partir d'une commande en position élaborée par un régulateur à partir de la différence entre une consigne déterminée de position et une position instantanée de la vanne fournie par un détecteur de la position de cet obturateur, comporte en outre des moyens de traitement pour calculer la mesure du débit de fluide traversant la vanne à partir d'une part de l'information de position de l'obturateur délivrée par le détecteur et d'autre part d'une information de couple moteur ou de force motrice de commande de l'obturateur délivrée par des moyens de mesure de

ce couple ou de cette force.

Dans une variante de réalisation, la vanne alors munie d'un rotor percé au travers duquel s'écoule le fluide peut comporter un dispositif d'amplification du couple hydraulique exercé lors de la commande du déplacement de l'obturateur. Ce dispositif d'amplification comporte une pièce montée dans un conduit tournant d'écoulement de la vanne, avantageusement le rotor de l'actionneur, et solidaire de celui-ci. Cette pièce est définie de telle sorte qu'elle permet la génération d'une composante d'effort hydraulique qui va se combiner avec la signature hydraulique naturelle de la vanne. Ainsi, il est possible d'obtenir en toute circonstance une mesure de débit alors que cette signature hydraulique naturelle est peu significative (par exemple en cas de pleine ouverture d'une

vanne à boisseau).

Brève description des dessins

D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention

ressortiront mieux à la lecture de la description suivante, faite à titre

indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 illustre schématiquement l'architecture d'un dispositif de mesure de débit selon l'invention intégré à une vanne de régulation, - la figure 2 montre plusieurs courbes illustrant la signature hydraulique d'une vanne cryotechnique déterminée, - la figure 3 représente un premier exemple de réalisation d'une vanne rotative débitmétrique selon l'invention, - la figure 4 représente un deuxième exemple de réalisation d'une vanne rotative débitmétrique selon l'invention, - la figure 5 représente un troisième exemple de réalisation d'une vanne linéaire débitmétrique selon l'invention, - la figure 6 est un schéma illustrant les moyens de traitement de l'une des vannes des figures 3, 4 ou 5, et les figures 7 et 7a montre un exemple de réalisation d'un dispositif d'amplification de la signature hydraulique monté dans une vanne rotative à

rotor percé.

Description détaillée de modes particuliers de réalisation

La figure 1 montre de façon simplifiée un dispositif de mesure d'un débit de fluide selon l'invention monté dans une boucle de régulation d'une

vanne motorisée.

Cette vanne 10 qui peut être du type de celle décrite dans la demande de brevet français N0 2 693 533 au nom de la demanderesse, est mise en oeuvre en tant que vanne de régulation asservie en position. Le circuit d'asservissement de cette vanne comporte classiquement un régulateur 12 délivrant, au travers d'un amplificateur de puissance 14, une commande de position pour générer un déplacement de l'obturateur de la vanne 10. Cette commande de position résulte de la différence effectuée par un comparateur 16 entre une consigne de position élaborée par un générateur de consigne 18 et une valeur de position relevée au niveau d'un détecteur de position 20 de l'obturateur de la vanne 10. Selon la nature de la vanne, rotative ou linéaire, le détecteur de position sera un capteur angulaire (pour déterminer un angle) ou un capteur linéaire (pour déterminer une abscisse). L'asservissement peut en outre comporter une boucle interne de

vitesse associée à un détecteur de vitesse 22, par exemple un tachymètre.

Selon l'invention, le circuit d'asservissement de cette vanne comporte en outre un dispositif de mesure du débit de fluide traversant la vanne comportant des moyens de traitement 24, dont les différents éléments constitutifs seront détaillés en regard de la figure 6, et qui reçoivent d'une part une information caractéristique du courant moteur " i " du régulateur 12 et d'autre part une information caractéristique de la position " p " du détecteur 20 et qui, à partir de ces deux informations de courant moteur et de position et selon une loi prédéterminée, produisent une information de débit " Q ". On notera ici que cette information peut ensuite être utilisée comme information de mesure (débit mesuré) dans une boucle hydraulique de régulation de débit (non représentée) qui comportera en outre

classiquement au moins un comparateur débit mesuré-débit de consigne.

En effet, les inventeurs ont découvert fortuitement à la suite de différents essais effectués sur une vanne de régulation montée dans un circuit hydraulique d'un moteur fusée que le débit de fluide traversant cette vanne est fonction à la fois du courant circulant dans le moteur électrique de commande de la vanne et de la position de l'obturateur de cette vanne selon une loi physique déterminée du type Q= f (i, p). Il en ont conclu que la mesure du débit d'un fluide traversant une vanne motorisée pouvait donc être effectuée sans l'utilisation d'un appareillage spécifique de mesure de ce débit (un débitmètre à liquide ou encore un anémomètre à gaz) mais simplement par un calcul effectué à partir de ces deux paramètres (ou de paramètres équivalents disponibles au niveau de l'électronique de régulation du moteur rotatif ou linéaire de commande de la vanne) par un processeur

de traitement spécifique.

Ce principe de mesure peut s'analyser comme suit: La commande du déplacement de l'obturateur par la génération d'une consigne déterminée va, du fait de l'écoulement du fluide au travers de la vanne, entre le canal de distribution et le canal de collecte, générer un couple hydrodynamique (cas d'un écoulement liquide) ou aérodynamique (cas d'un écoulement gazeux) sur l'obturateur qui va dépendre de sa position et du débit de fluide passant dans cette vanne. L'analyse des courants (ou de paramètres équivalents) dans le régulateur donne une information sur le couple moteur (dans le cas d'une vanne rotative) ou la force motrice (dans le cas d'une vanne linéaire) instantané (lequel est classiquement une fonction déterminée du courant instantané circulant dans le régulateur) qui, en position stabilisée ou quasi-stabilisée et à débit constant, est égal au couple (ou force) résistant (e) de la vanne. Par ailleurs, ce couple résistant (ou cette force résistante) comporte plusieurs composantes parmi lesquelles on peut noter: les frottements mécaniques résultant de la vanne elle même, de l'actionneur ou par exemple des éléments de liaison, les couples ou forces hydrodynamiques ou aérodynamiques (dont l'effet de fond) et les efforts résistants électriques ou électromagnétiques. Or, en supposant la vanne optimisée mécaniquement, c'est à dire en supposant les divers frottements mécaniques faibles devant le couple ou la force hydrodynamique ou aérodynamique et les efforts résistants notamment électriques peu discernables, le couple résistant (ou la force résistante) se retrouve sensiblement égal au couple (ou à la force) hydrodynamique ou aérodynamique. Ainsi, il est possible de tracer, pour une position donnée de l'obturateur, une courbe (c'est la signature hydraulique de la vanne) donnant la valeur de ce couple (ou cette force) hydrodynamique ou aérodynamique pour différentes valeurs de débits et de mémoriser ces valeurs, sous forme d'une ou plusieurs tables de données, au niveau des moyens de traitement (cette mémorisation s'effectuant bien entendu dans une phase initiale d'étalonnage). Il est alors ensuite aisé, pour une valeur de courant donnée (à laquelle correspond un couple ou une force déterminé) et une position donnée, de déterminer le débit correspondant en extrayant la valeur correspondante préalablement mémorisée de la table considérée. Ainsi, le procédé selon l'invention de mesure d'un débit de fluide traversant une vanne à commande électrique munie d'un obturateur, comporte les étapes suivantes: tout d'abord on génère une consigne de position pour commander un déplacement de l'obturateur, ensuite on détermine d'une part le couple moteur (ou la force motrice) de commande de l'obturateur et d'autre part la position angulaire (ou linéaire) de cet obturateur et enfin on déduit le débit de fluide traversant la vanne en calculant une fonction prédéterminée de ces deux informations de couple (ou de force) et de position. Le calcul de la fonction prédéterminée consiste en pratique en l'extraction d'une ou plusieurs tables de données d'une valeur de débit prédéterminée en fonction des valeurs respectives du couple moteur (ou de la force motrice) et de la position de l'obturateur. Le couple moteur ou la force motrice est de préférence déterminé à partir d'une mesure du courant traversant le régulateur 12 générant la commande de déplacement de l'obturateur de la vanne 10 en fonction de la consigne de position préétablie 18. Toutefois, dans le cas d'une vanne rotative, il est aussi envisageable de déterminer directement le couple moteur à partir d'une mesure de torsion d'un arbre de commande support de l'obturateur rotatif, par exemple par une jauge de contrainte ou un couplemètre. De même, la position de l'obturateur est déterminée à partir d'une mesure de position délivrée par le détecteur 20 de la position de cet obturateur,

détecteur angulaire ou linéaire selon le type de vanne commandée.

La figure 2 illustre la signature hydraulique d'une vanne à boisseau sphérique d'un générateur de moteur fusée avec en abscisse le débit traversant la vanne en litre par seconde et en ordonnée le couple hydraulique en Newton-mètre. Les différentes courbes correspondent à des

positions angulaires variant de 30 (pi) à environ -2 (p6).

La figure 3 est un premier exemple d'intégration du dispositif selon l'invention dans une vanne à boisseau sphérique équipée d'une commande électrique de type " direct drive ", l'ensemble ainsi créé, qui assure une fonction de mesure de débit (sans adjonction d'un débitmètre), est appelé vanne débitmétrique par les inventeurs. Cette vanne comporte principalement d'une part un boisseau sphérique 30 muni d'un perçage axial 32 et disposé dans un corps de vanne 34, et d'autre part un actionneur électrique 36 muni de ses circuits électriques de contrôle/commande 38 comportant notamment les moyens de traitement 24 du dispositif de mesure selon l'invention. Des canaux de distribution en entrée 40 et de collecte en

sortie 42 assurent le transfert du fluide au travers du boisseau sphérique 30.

L'actionneur électrique 36 comporte d'une part un rotor 360 solidaire par un arbre central 362 du boisseau 30 (ou plus exactement d'un arbre central 44 de commande de ce boisseau) et d'autre part un stator 364 dont la carcasse externe ou le carter 366 est solidaire, par des vis de fixation 368, 370, du corps de vanne 34. L'actionneur, qui sur la figure est redondé (mais cette configuration n'est aucunement nécessaire), comporte un rotor, par exemple à aimants permanents, le stator pouvant alors être simplement bobiné. La liaison solidaire entre l'arbre central du rotor 362 et le boisseau peut être réalisée par un dispositif d'accouplement quelconque, par

exemple à l'aide d'un crabot ou par un emmanchement forcé 372.

L'arbre du boisseau 44 est libre en rotation par rapport au corps de vanne 34 par l'intermédiaire d'un ensemble de paliers à roulements à billes et à rouleaux 374, 376 et l'arbre du rotor 362 tourne également librement dans la carcasse statorique 366, grâce également à deux paliers à roulements à billes 378, 380. La mesure de la position du boisseau peut être réalisée par un capteur à réluctance variable ou à fibre optique ou encore par un capteur de position d'un tout autre type comme celui de type potentiométrique, référencé 46, localisé en bout d'arbre du rotor (cette localisation n'est toutefois pas obligatoire et ce dispositif de mesure peut parfaitement être positionné à l'extrémité libre du boisseau ou encore à la jonction des deux arbres). Le corps de vanne 34 comprend au niveau de chaque interface d'entrée et de sortie du fluide des ensembles d'étanchéité formés par exemple de dispositifs rétractables comportant un joint 382 supporté par un porte-joint 384, le contact du joint avec le boisseau étant maintenu à l'aide d'un ensemble élastique 386 reposant d'une part sur le corps de vanne 34 et

d'autre part sur le porte-joint 384.

Des joints toriques 388, 390 d'étanchéité statique sont en outre disposés au niveau du corps de vanne 34 pour confiner le fluide dans la partie écoulement de la vanne et un joint d'étanchéité d'arbre 48 est placé

au niveau de la carcasse statorique 366 pour isoler totalement l'actionneur.

Pour des raisons de réalisation pratique, le corps de vanne 34 est réalisé en plusieurs parties nécessitant alors l'adjonction de joints d'étanchéité supplémentaires, par exemple celui référence 392 entre le corps de vanne 34 et l'extrémité libre de l'arbre de commande du boisseau 44 qui peut être

accessible en retirant un couvercle 50 fixé au corps de vanne.

La figure 4 est un second exemple d'intégration du dispositif selon l'invention dans une vanne à papillon équipée d'un actionneur à rotor immergé. Cette vanne comporte sensiblement les mêmes composants que ceux relatifs à la vanne à boisseau de la figure précédente à l'exception notable du boisseau sphérique qui, dans cette vanne à papillon, est remplacé par un obturateur elliptique 60 monté dans un corps de vanne 64 et commandé par un actionneur 66 sous l'action de circuits de commande/contrôle (non représentés) intégrant les moyens de traitement 24 du dispositif de mesure selon l'invention. Des canaux de distribution 70 et

de collecte 72 sont en outre prévus en amont et en aval de cette vanne.

L'obturateur 60 tourne autour d'un axe de commande 74 dont l'extrémité libre fermée par un couvercle 76 supporte un capteur de position 78 de type

à resolver ou optique par exemple.

L'actionneur électrique 66 comporte d'une part un rotor 660 monté sur l'axe 74 de l'obturateur 60 (et fixé par un écrou 662) et d'autre part un stator 664 dont la carcasse externe ou le carter 666 (avantageusement en deux parties) est solidaire, par des vis de fixation 668, 670, du corps de vanne 64. Le rotor immergé dans le fluide et séparé du stator 664 par une chemise d'entrefer 672 isolée du corps de vanne 64 par un joint d'étanchéité 674 avantageusement en forme de U comporte par exemple des aimants permanents, le stator pouvant alors être simplement bobiné comme l'illustre la figure 4. On notera, dans le rotor, des canaux de circulation de fluide 676 pour un équilibrage des pressions dans la cavité. La rotation de l'axe 74 dans le corps de vanne 64 est assurée par l'intermédiaire d'un ensemble de paliers, par exemple à roulements à billes 678 et à rouleaux 680. L'étanchéité des canaux d'entrée et de sortie 70, 72 avec le corps de vanne 64 est assurée classiquement par des joints toriques 686, 688 et l'étanchéité de l'axe 74 d'une part avec ce même corps et d'autre part avec

la chemise d'entrefer par des joints toriques 690, 692.

La figure 5 illustre un troisième exemple de réalisation du dispositif selon l'invention dans une vanne linéaire à pointeau. La vanne motorisée est représentée à la fois en position ouverte (1/2 partie haute) et fermée (1/2 partie basse). Elle comporte un corps de vanne 700 avec une première 702 et une seconde 704 parties solidarisées entres elles par des éléments de fixation (non représentés), la seconde partie 704 portant le siège du pointeau 706. Le pointeau 708 est monté à une extrémité d'un arbre de commande 710. Cet arbre comporte un ensemble vis- écrou et un dispositif de guidage en translation. L'écrou 712 comporte un dispositif de recyclage des billes et sa rotation est commandée par un actionneur électrique 714 sous l'action de circuits électroniques de commande/contrôle 716 intégrant les moyens de traitement 24. Le dispositif de guidage linéaire à billes 718 est placé sur une partie déterminée de la vis de préférence près du pointeau. L'actionneur comporte un stator 720 solidaire du corps de vanne et un rotor 722 immergé dans le fluide traversant la vanne. La rotation de la vis dans le corps de vanne est assurée par l'intermédiaire de paliers 724, 726, par exemple un roulement à billes 726. Des joints d'étanchéité 728, 730 sont en outre prévus respectivement entre les deux parties de corps et au niveau de la chemise (en fait une partie externe 732 du corps de vanne) séparant le rotor

du stator.

Le fonctionnement de cette vanne en tant que vanne débitmétrique

est conforme dans l'ensemble aux deux exemples de réalisation précités.

Toutefois, contrairement à ceux-ci, la mesure de la position de la vanne ne résultera pas de la mesure d'un angle au moyen d'un capteur angulaire mais de celle d'une abscisse grâce à un capteur linéaire. De même, ce n'est plus le couple moteur d'un actionneur rotatif qui sera mesuré pour déterminer le débit de fluide traversant la vanne mais la force motrice de l'actionneur linéaire la commandant, la mesure de cette force motrice restant pareillement accessible notamment au travers du courant traversant le

régulateur de commande de cet actionneur linéaire.

Un exemple de réalisation du dispositif de mesure selon l'invention est montré sur la figure 6. Ce dispositif comporte d'une part une unité centrale de traitement à microprocesseur 90 à laquelle est connectée une mémoire 92 contenant une ou plusieurs tables de données et un module d'Entrée/Sortie 94 et d'autre part plusieurs interfaces et circuits associés 96 à 108 assurant les liaisons entre cette unité centrale et les autres éléments du circuit de commande/contrôle 38 de la boucle de régulation de la vanne asservie. La première interface de conversion 96 est destinée à assurer une conversion analogique/numérique d'une première tension U1 image du courant de commande traversant le régulateur 12 et la seconde interface de conversion 98 est destinée à assurer une conversion analogique/numérique d'une seconde tension U2 image de la position de l'obturateur fournie par le détecteur de position 20. Chacune de ces deux interfaces est suivi d'un filtre numérique 100, 102 assurant la mise en forme des signaux de tension Ul et U2 ainsi recueillis, les signaux numériques issus de ces filtres étant envoyés sur un multiplexeur 104 pour être ensuite délivrés au microprocesseur 90 au travers du module d'E/S 94. L'entrée du module d'E/S qui est reliée à la sortie du multiplexeur 104 est en outre également reliée à une troisième interface de conversion 106 qui assure, et en vue de leur affichage, une conversion numérique/analogique soit des tensions U1 et U2 soit du débit " Q " calculé par l'unité centrale de traitement 90 à partir des données reçues et de celles stockées en mémoire 92. On peut noter qu'une sortie numérique 108 des informations précédentes est aussi disponible en amont du convertisseur 106, notamment en vue de traitements ultérieurs (surveillance par télémesure par exemple). Enfin, un séquenceur 110 assure, sous la commande de l'unité centrale 90, la gestion des différentes conversions, transferts d'information et affichages nécessaires à la mesure

du débit de fluide traversant la vanne 10.

Le fonctionnement du dispositif de mesure selon l'invention est particulièrement simple. En effet, la génération d'une consigne de position va entraîner un déplacement (en rotation ou en translation) de l'obturateur de la vanne qui va alors se mouvoir jusqu'à atteindre la position ainsi définie. La tension aux bornes du régulateur Ul et celle existant aux bornes du détecteur de position U2 sont alors prélevées et numérisées, les valeurs de couple moteur (pour une vanne rotative) ou de force motrice (pour une vanne linéaire) et de position angulaire ou linéaire correspondantes permettant d'extraire directement de la table de données, en vue de son affichage ou éventuellement d'un traitement ultérieur, la valeur de débit recherchée. Cette simple extraction des données de la table (et non leur calcul complet) permet ainsi des mesures de débit en temps réel. On notera que la mesure du couple moteur (ou de la force motrice) à partir du courant du régulateur ne constitue qu'un mode de réalisation préférentiel. Ainsi, par exemple pour une vanne rotative, cette mesure du couple moteur peut tout aussi bien être effectuée à partir d'une mesure de la torsion de l'arbre de commande support de l'obturateurrotatif. Cette variante présente en outre l'intérêt de permettre une détermination du débit même pour une commande

de vanne pneumatique maintenue sur une position préréglée par une butée.

De même, pour une vanne linéaire, une mesure de l'effort dans l'arbre sur

lequel est fixé le pointeau peut tout aussi convenir.

Pour des applications particulières, la signature hydraulique de la vanne n'est pas significative à certaines positions de l'obturateur (pleine ouverture d'une vanne à boisseau par exemple). Il peut alors être intéressant dans ce cas d'adjoindre à cet obturateur un élément 800 d'amplification du couple hydraulique exercé lors de la commande du déplacement de l'obturateur. Par exemple, dans le cas d'une vanne rotative munie d'un rotor percé au travers duquel s'écoule le fluide telle celle illustrée à la figure 7, la mise en place, dans un conduit tournant d'écoulement (avantageusement dans le rotor de l'actionneur de la vanne), d'une pièce solidaire de cette pièce tournante donc du rotor (par exemple une hélice montée dans un anneau comme le montre le détail de la figure 7A) générant un couple hydraulique significatif indépendamment de la position de l'obturateur permet d'amplifier la signature hydraulique de la vanne (en combinant sensiblement linéairement la signature propre de la vanne et celle de l'élément amplificateur) et donc de favoriser l'exploitation des signaux

recueillis sur l'ensemble de la plage de fonctionnement de la vanne.

Bien évidemment, si les vannes décrites précédemment comportent un actionneur électrique du type synchrone autopiloté, dit aussi autosynchrone sans balais, il est évident que l'invention ne se limite pas à ce seul type de moteur mais que d'autres types de moteur peuvent pareillement être mis en oeuvre. Par exemple, il peut être envisagé un moteur à balais à rotor bobiné et stator à aimants permanents ou un moteur couple par exemple. En fait, pratiquement tous les types de moteurs électriques rotatifs ou linéaires sont envisageables, le choix de l'un ou l'autre dépendant notamment du fluide véhiculé et de la puissance souhaitée. Ainsi, dans le cas d'un rotor non bobiné à aimants permanents, on veillera à pourvoir les aimants d'une protection suffisante pour éviter leur oxydation. De même, on veillera tout particulièrement au choix des différents matériaux mis en oeuvre quant à leurs aspects magnétiques et mécaniques. En outre, dans le cas de distribution de fluides alimentaires ou pharmaceutiques, les matériaux utilisés devront répondre aux normes en vigueur en matière

d'hygiène (stérilisation notamment) ou de sécurité.

Pour les moteurs fusées, la vanne selon l'invention permet un accès direct à une mesure de débit sans la mise en place d'un débitmètre, ce qui est particulièrement intéressant pour des systèmes destinés à être propulsés hors de l'atmosphère terrestre et donc dans lesquels la masse embarquée est un facteur primordial. En outre, cette information de débit, bien que moins précise que celle que pourrait fournir un débitmètre, est toutefois accessible en temps réel, ce qui permet notamment son utilisation dans une optique de surveillance (avec un fonctionnement dégradé) sans équipement supplémentaire en ligne, ce traitement en temps réel n'empêchant pas, bien entendu par ailleurs, en traitement en différé pour le suivi plus classique des paramètres de vol.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de mesure d'un débit de fluide traversant une vanne à commande électrique munie d'un obturateur, caractérisé en ce que tout d'abord on génère une consigne de position pour commander un déplacement de l'obturateur (30,60), ensuite on détermine d'une part le couple moteur ou la force motrice de commande de l'obturateur (30, 60) et d'autre part la position de cet obturateur et enfin on déduit le débit de fluide traversant la vanne en calculant une fonction prédéterminée de ces deux

informations de couple ou de force et de position.

2. Procédé de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit couple moteur ou ladite force motrice est déterminé à partir d'une mesure (96, 100) du courant traversant un régulateur (12) générant la commande de déplacement de l'obturateur rotatif (30, 60) en fonction de la

consigne de position préétablie (18).

3. Procédé de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit couple moteur est déterminé à partir d'une mesure de torsion d'un

arbre de commande (44, 74) support de l'obturateur (30, 60).

4. Procédé de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite force matrice est déterminée à partir d'une mesure de l'effort dans un

arbre de commande (710) support de l'obturateur linéaire (708).

5. Procédé de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite position de l'obturateur est déterminée à partir d'une mesure de position (98, 102) délivrée par un détecteur (20) de la position de cet

obturateur.

6. Procédé de mesure selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit détecteur de position est un détecteur de la position angulaire de l'obturateur.

7. Procédé de mesure selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit détecteur de position est un détecteur de la position linéaire de l'obturateur.

8. Procédé de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit calcul de la fonction prédéterminée consiste en l'extraction d'au moins une table de données (92) d'une valeur de débit prédéterminée en fonction des valeurs respectives mesurées du couple moteur ou de la force motrice et de la position de l'obturateur.

9. Dispositif de mesure d'un débit de fluide traversant une vanne à commande électrique munie d'un obturateur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de traitement (24) pour calculer un débit de fluide à partir d'une part d'une information de position de l'obturateur (30, 60, 708) délivrée par un détecteur (20) de la position de cet obturateur et d'autre part d'une information de couple moteur ou de force motrice de commande de l'obturateur délivrée par des moyens de mesure (12) de ce couple ou de

cette force.

10. Dispositif de mesure selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure du couple moteur comportent un dispositif de mesure de la torsion d'un arbre de commande (44, 74) support de

l'obturateur rotatif (30, 60).

11. Dispositif de mesure selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure de la force matrice comportent un dispositif de mesure de l'effort dans un arbre de commande (710) support de

l'obturateur linéaire (708).

12. Dispositif de mesure selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure du couple moteur ou de ladite force motrice comportent un dispositif de mesure (98, 102) du courant traversant un régulateur (12) générant la commande de déplacement de l'obturateur (30,

) en fonction d'une consigne de position préétablie (18).

13. Dispositif de mesure selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement comportent une unité centrale de traitement (90) à laquelle est reliée une mémoire (92) contenant au moins une table de données qui associe à chaque paire de données (couple moteur ou force motrice; position de l'obturateur) une valeur de débit prédéterminée.

14. Dispositif de mesure selon la revendication 12 et la revendication 13, caractérisé en ce que ladite mémoire comporte en outre une table de donnée complémentaires qui associe à chaque valeur de courant traversant le régulateur (12) une valeur prédéterminée de couple moteur ou de force motrice.

15. Vanne à commande électrique munie d'un obturateur, le déplacement de cet obturateur (30, 60, 708) étant commandé par un actionneur électrique (36, 66, 714) muni d'un rotor (360, 660, 722) solidaire de cet obturateur et d'un stator (364, 664, 720), et la vanne (10) étant asservie en position à partir d'une commande en position élaborée par un régulateur (12) à partir de la différence entre une consigne déterminée de position (18) et une position instantanée de la vanne fournie par un détecteur (20) de la position de cet obturateur, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens de traitement (24) pour calculer la mesure du débit de fluide traversant la vanne à partir d'une part de l'information de position de l'obturateur délivrée par le détecteur (20) et d'autre part d'une information de couple moteur ou de force motrice de commande de l'obturateur délivrée par des moyens de mesure de ce couple ou de cette force.

16. Vanne selon la revendication 15 munie d'un rotor percé au travers duquel s'écoule le fluide, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un dispositif (800) d'amplification du couple hydraulique exercé lors

de la commande du déplacement de l'obturateur.

17. Vanne selon la revendication 16, caractérisée en ce que ledit dispositif d'amplification comporte une pièce montée dans un conduit tournant d'écoulement de la vanne (avantageusement le rotor de

l'actionneur) et solidaire de celui-ci.

18. Vanne selon la revendication 15, caractérisée en ce que ledit

obturateur est un boisseau sphérique ou cylindrique (30).

19. Vanne selon la revendication 15, caractérisée en ce que ledit

obturateur est un obturateur elliptique (dit aussi à papillon 60).

20. Vanne selon la revendication 15, caractérisée en ce que ledit

obturateur est un obturateur à pointeau (708).

21. Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 20,

caractérisée en ce qu'elle est apte à évoluer en environnement cryotechnique.