Brevet FR2230989A1 — publié le 19741220

Dans diverses branches de l'industrie, il arrive d'avoir à fabriquer des pièces, des appareils ou des sous-ensembles qui doivent posséder comme caractéristique importante d'être étanches à des fluides divers, aussi bien liquides que gazeux, cette caractéristique étant soumise à des vérifications exhaustives. On effectue couramment de tels essais par des moyens empiriques, sujets à d'importantes erreurs d'appréciation et qui nécessitent un soin ou un entretien spécial et qui prennent un temps considérable. Lorsqu'une telle vérification est critique et qu'il est nécessaire de la faire sur toutes les pièces d'une série, elle entratne un retard considérable dans la fabrication et une diminution correspondante de la rentabilité. La présente invention a pour objet un nouveau dispositif de détection de fuites de fluide dans des pièces fabriquées, gree auquel on élimine les inconvénients précités et qui puisse en meme temps ê- tre incorporé dans un appareil automatique de vérification et de sélection de pièces pouvant s'adapter à une chaîne de fabrication en série. Ce dispositif présente la particularité de comprendre un capteur différentiel de pression qui comporte deux chambres ou enceintes de travail séparées par un organe mobile en réponse à une différence de pression entre ces chambres, une de ces chambres étant réunie à un réservoir d'accumulation de fluide d'épreuve pouvant être mis sous charge pour établir une pression de référence, et l'autre chambre étant réunie à un dispositif de raccordement à l'enceinte de la pièce à essayer,des moyens pour porter les deux chambres à des pressions de fluide d'épreuve identiques et pour les isoler une fois chargées, et des moyens qui répondent au déplacement de l'organe mobile pour fournir une indication de la fuite ou donner lieu à une manoeuvre de sélection des pièces vérifiées. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'organe mobile du capteur de pression différentielle est une membrane élastique et imperméable, maintenue élastiquement dans une position centrée de repos, et pourvue de jauges extensométriques qui jouent le rôle de sondes de détection de la déformation de la membrane et qui font partie d'un circuit électrique de mesure pour sigllaler la fuite en question. Afin de pouvoir adapter l'appareil à des sensibilités de fonctionnement distinctes, correspondant par exemple au volume des chambres ou des enceintes dont il s'agit de vérifier l'étanché- ité, le circuit électrique de mesure comprend de préférence des amplificateurs électroniques à gain variable en relation avec ledit volume.Par ailleurs, ce circuit peut être pourvu d'un dispositif générateur d'un signal de référence ou seuil réglable et de moyens de comparaison de cette grandeur de référence et du signal de sortie du circuit de mesure destinés à fournir l'indication ou-à assurer la sélection à partir dudit seuil. La manoeuvre fluidique des divers organes peut titre assurée par divers moyens de circuit de fluide classiques, lesquels peuvent varier dans certaines limites suivant la classe d'applications prévues. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les deux chambres du dispositif de détection de pression différentielle sont raccordées en commun à la sortie d'une soupape générale unique réunie à une source de fluide sous pression : l'une d'elles par ailleurs se voit mise en communication au moyen d'une soupape de passage dont la fermeture permet d'assurer l'isolement pour le processus de vérification. A cette fin, on peut utiliser des composants fluidiques classiques disponibles sur le marché, mais la présente invention fournit elle-m8me un dispositif de soupape unique spécial qui assure les deux opérations de mise en charge et d'isolement en une seule manoeuvre d'actionnement.Un tel dispositif peut être constitué par exemple par un bloc comportant une chambre fermée à l'intérieur de laquelle débouchent en traversant une de ses parois, d'une part, un trou dans lequel sont ménagées une entrée pour le fluide d'essai et une lumière communiquant avec ladite chambre, et d'autre part deux sièges de passage auxquels sont raccordés les conduits communiquant avec les chambres du détecteur de pression différentielle, un piston d'obturation étant monté glissant dans ledit trou en faisant saillie à l'extérieur et en constituant un organe d'actionnement en va-et-vient, ce piston étant pourvu d'un plateau faisant face auxdits sièges et étant sollicité élastiquement vers une position de repos dans laquelle il maintient découverts la lumière et les sièges, tandis qu'il peut entre actionné de manière à fermer d'abord la lumière et ensuite les deux sièges. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressorti ront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés sur lesquels - la Fig. 1 est une représentation schématique du principe général du dispositif; - la Pig. 2 est une représentation schématique semblable à la figure précédente et qui montre une variante simplifiée du circuit de celle-ci; - la Fig. 3 représente le schéma des connexions électriques d'un circuit de mesure et d'indication ou de suppression de manoeuvre; - la Fig. 4 représente en coupe axiale un dispositif à soupape de manoeuvre utilisable dans le dispositif représenté sur les figures précédentes. On a représenté sur la Fig. 1 un dispositif de détection de pression différentielle, indiqué par la référence générale 1 et constitué par deux pièces conformées en cuvette, réunies sur leur bord au moyen de vis et écrous 3, retenant entre elles le bord d'un diaphragme flexible 4 et assurant une fermeture parfaitement étanche des deux côtés de ce dernier diaphragme. 3n eonséquenceS le dispositif comprend deux chambres de travail indépendantes 5 et 6. On suppose que le diaphragme possède une certaine élasticité pour qu'il puisse se maintenir dans la position centrée représentée sur le des six, bien que cette fonction puisse être assurée, au moins dans certains cas, au moyen de dispositifs élastiques appropriés. Sur les deux faces du diaphragme 4 sont fixées, par exemple par collage, quatre jauges ou sondes extensométriques 7 réunies en forme de pont comme on le voit sur la Fig. 3 et ainsi qu'on le décrira plus loin. les conducteurs 8 et 9 de connexion de ces sondes sortent à ltextérieur des deux pièces 2 en traversant des blocs isolants 10 qui sont hermétiquement scellés dans des orifices correspondants desdites pièces. les deux pièces 2 possèdent par ailleurs deux raccords respectifs 11 desquels partent des conduits 12 et 13. Le premier de ces conduits se divise et est raccordé d'une part à un réservoir 14 her métiquement fermé qui peut être porté à la pression d'essai ainsi qu'on le décrira, et d'autre part à la sortie d'une soupape de passage 15. le conduit 13 se divise égalemen- > et eot raccorde' d'une part à un dispositif de connexion de raccordement 16 destiné à re cevoir la pièce à essayer 17, de manière que l'enceinte étanche de celle-ci qu'il s'agit de vérifier soit raccordée de manière facilement amovible audit conduit; d'autre part, ce mQme conduit est raccordé à l'entrée de la soupape de passage 15 et à une sortie correspondante d'un distributeur de commande 18 dans laquelle débouche un conduit alimentation 19 provenant d'une source de fluide sous pression appropriée, telle qu'un réservoir de gaz sous pression, un compresseur d'air ou un réseau d'air comprimé, par exemple. les jauges ext ens ométriques 7 sont montées mécaniquement sur le diaphragme ou membrane 4 de manière que, réunies électriquement en pont comme le montre la Pig. 3 avec le courant amené par les conducteurs 9, elles délivrent entre les conducteurs 8 une tension de signal qui est susceptible d'entre traitée aux fins d'indication ou de manoeuvre voulues et dont l'amplitude est liée à l'amplitude de déformation du diaphragme, suivant une loi de variation connue ou obtenue expérimentalement. Dans ces conditions, un cycle de fonctionnement du dispositif décrit peut titre le suivant La soupape 15 étant en position de passage, le distributeur de commande 18 agit pour remplir tout le circuit à la pression par exem- ple de l'air comprimé, cette pression étant réglée au moyen d'un mano-détendeur disposé en amont de cette soupape de commande. Après un temps déterminé nécessaire à la stabilisation de la pression de remplissage de l'ensemble du circuit, on agit à nouveau sur le distributeur 18 pour le placer en position de coupure de la communication de ce dernier avec la source d'alimentation 19 de sorte que les deux chambres du dispositif différentiel 1, le réservoir de référence, l'enceinte de la pièce 17 et tous les conduits sont remplis à la même pression. Des deux côtés de la membrane 4 sont appliquées des pressions identiques qui, les surfaces des deux faces du diaphragme étant identiques, maintiennent ce dernier dans une position de repos centrée. On agit alors sur la vanne de passage 15 pour la placer en position de coupure de la communication directe qui était établie entre les conduits 12 et 13 de sorte que la chambre ou enceinte 5 du dispositif différentiel 1 est exclusivement raccordée au réservoir de référence 14 et la chambre 6 l'est de même à l'enceinte intérieure de la pièce à essayer 17, enceinte dont il s'agit de vérifier l'étanchéité. Dans ces conditions, si la pièce à essayer ne présente aucune fuite, la membrane 4 se maintient en position de repos et les sondes extensométriques ne subissent aucune déformation qui donne lieu à un signal électrique. Si, au contraire, la pièce 17 présente un défaut d'étanchéité que1conque qui donne lieu à une fuite de l'air sous pression intérieur, la pression dans l'enceinte 6 décroit à un rythme déterminé. On peut établir à l'avance un temps nominal d'épreuve et un niveau de fuite donné pour fixer le niveau d'acceptabilité de la pièce essayée; de même, dans un cas donné, on peut déduire expérimentalement des données correspondant aux fuites naturelles du dispositif pour les introduire dans l'estimation des fuites dans les cas réels d'essai. les signaux correspondant à la présence d'une fuite sont traités au moyen de circuits électriques analogues à ceux dont la Fig.3 constitue un exemple. le signal de sortie des sondes extensométriques 7 est appliqué à l'entrée d'un amplificateur électronique 20 sur la sortie 21 duquel on recueille une grandeur électrique appropriée pour exciter un dispositif d'affichage classique 22, analogique ou digital et qui peut être étalonné en termes de pourcentage de fuite ou en valeurs absolues selon ce qui convient aux applications prévues. De préférence, l'amplificateur 20 est à gain réglable, par exemple à sauts par échelons fixes en vue d'établir des gammes de sensibilité de mesure distinctes. Sur la Fig. 3, la sortie 21 de l'amplificateur précité est branchée sur l'une des entrées d'un amplificateur différentiel 23 ou autre circuit électronique équivalent qui compare le signal de sortie recueilli sur le premier à une grandeur de seuil établie par un potentiomètre 24 qui est branché sur l'autre entrée du dispositif. De cette manière, on ne recueille un signal de fuite à la sortie 25 de l'amplificateur 23, à la fin du temps d'essai, que lorsque la fuite détectée excède la valeur de seuil réglée par le potentiomètre qui, à cet effet, peut être également étalonné en valeurs de fuite, valeurs ou pourcentage ou valeurs absolues.Ce signal analogique peut être utilisé pour la commande d'un contacteur ou autre dispositif de commande approprié, par exemple, pour arrt- ter une channe de fabrication dans laquelle on a inséré à un poste donné le dispositif décrit, ou bien pour déclencher le fonctionnement d'un dispositif qui extrait de la channe de production principale la pièce sur laquelle on a détecté la fuite. On conçoit que les temps de mise en charge du circuit pour le porter à la pression d'épreuve, et d'essai peuvent être obtenus automatiquement à l'aide de moyens temporisateurs classiques, associés suivant un circuit loge approprié en vue de fournir la séquence de travail désirée. le paramètre "temps de mise en charge" peut également être remplacé par le paramètre "pression d'épreuve"; dans ce cas, un dispositif sensible à la pression réuni au circuit d'épreuve produit le déclenchement du temps d'épreuve une fois atteinte la pression d'essai. La Fig. 2 représente un schéma de circuit plus simple et qui peut assurer le même fonctionnement décrit. La différence réside dans le fait que l'on utilise une soupape de commande 27 de fonctionnement équivalent à celui du distributeur 18, mais pourvue seulement de deux positions et un circuit. Dans ce cas, la soupape 15 est située du côté de la pièce à essayer et il est prévu entre cette pièce et le dispositif de raccordement 16 de la pièce à essayer un étranglement 28 pour limiter les fuites éventuelles pendant les périodes de changement de pièces. Dans la mise en oeuvre pratique du dispositif conforme à l'invention, on peut utiliser d'autres dispositions de soupapes individuelles courantes sur le marché pour assurer le même fonctionnement décrit. Par ailleurs, on décrit avec référence à la Fig. 4 un nouveau type de soupape spécialement prévue pour l'appareil conforme à l'invention et qui assure à elle seule les fonctions des deux soupapes décrites antérieurement. Cette soupape consiste en un bloc 29 sur une des faces duquel, à savoir la face 30, on ajuste de manière étanche au moyen d'un joint torique une pièce creuse en forme de cloche 32. le bloc 29 comporte ménagé sur la face 30 un trou borgne 33 et le fond de la pièce 32 comporte un trou 34 qui est coaxial audit trou 33. Le trou 34 et le trou 33 comportent chacun en des points intermédiaires de leur longueur des gorges qui reçoivent des joints toriques 35 et 36 dans lesquels est monté de manière étanche un piston 37 glissant librement et faisant saillie à l'extérieur de manière à former un organe d'actionnement en va-et-vient 38. Ce piston comporte à l'intérieur de la chambre de la pièce 32 un plateau 39 dont la face faisant face au bloc 29 est usinée pour constituer un obturateur de soupape et reçoit l'une des extrémités d'un ressort hélicoSdal de compression 40 qui sollicite cet obturateur de manière à l'amener dans la position de repos représentée, contre une butée mécanique non représentée. Le trou borgne 33 comporte une rainure longitudinale 41 qui part d'un point situé entre l'extrémité du piston 37 en position de repos et le joint torique 36, jusqu'à la face 30, en faisant communiquer la chambre de travail 42 dudit trou 33 et l'enceinte 43 de la cloche. Par ailleurs, dans la chambre précitée débouche un conduit 44 qui aboutit sur la surface extérieure du bloc et est prévu pour recevoir le conduit d'alimentation 19 des Fig. 1 et 2. le bloc 29 comporte de plus deux autres conduits 45 et 46 qui débouchent d'une part à l'extérieur en vue d'assurer le raccordement des tubes 47 et 48 de la Fig. 1 et d'autre part sur la face 30 où ils se terminent chacun par des sièges de soupape 49 tournés vers la face du plateau 39 et à égale distance de cette dernière. Cette vanne fonctionne de la manière suivante Dans la position de repos représentée, l'ensemble du dispositif se trouve en position de charge ou période de charge, l'air comprimé qui arrive par le conduit 44 passant de la chambre 42 par la rainure 41 à 11 enceinte 43, et se répartissant à partir de cette dernière par les conduits 45 et 46 dans les parties du circuit réunies aux deux côtés du dispositif différentiel 1. Lorsque l'organe de va-et-vient est actionné dans le sens de la flèche, le piston 37 se déplace jusqu'au centre de la chambre 42 et, en premier lieu, ferme l'extrémité de la rainure 41 de sorte que la communication entre ladite chambre et l'enceinte 43 est interrompue. L'ensemble du circuit est isolé de l'alimentation en air comprime. Le pulsateur 38 continuant à avancer, la face inférieure du plateau 39 entre en contact avec les sièges 49 de manière à isoler l'enceinte 43 des conduits 45 et 46; étant donné que ces derniers ne comportent aucune autre communication entre eux, les parties de circuit qui sont réunies aux deux autres côtés du dispositif diffé rentier 1 sont isolées et c'est alors que débute la triode d'essai. On conçoit qu'en relâchant l'organe 38, le ressort 40 ramène le piston 37 jusque dans la position de repos représentée de sorte que les communications décrites sé rétablissent. I1 apparait dans le conduit 48 pendant la période de remplacement de la pièce 17, une petite fuite d'air comprimé qui est limitée grâce à l'étranglement 28, et lorsque la nouvelle piece à essayer est montée de manière étanche sur le dispositif de raccordement 16, la période de mise en charge commence. I1 est évident que ce type de soupape convient- également à un actionnement automatique par la mise en oeuvre de moyens classiques, à partir d'un système de programmation logique. - REVENDICATIONS 1 - Dispositif de détection de fuites de fluide dans des pièces étanches en cours de fabrication, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif capteur différentiel de pression qui comporte deux chambres ou enceintes de travail, séparées par un organe mobile en réponse à une différence de pression entre ces chambres, l'une de ces chambres étant réunie à un réservoir d'accumulation de fluide d'épreuve pouvant être mis sous charge pour établir une pression de référence, et l'autre chambre étant réunie à un dispositif de raccordement à l'enceinte de la pièce à essayer, des moyens pour porter les deux chambres à des pressions fluide d'épreuve-identiques et pour les isoler une fois chargées,et des moyens qui répondent au déplacement de 11 organe mobile pour fournir une indication de la fuite ou donner lieu à une manoeuvre de sélection des pièces vérifiées. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe mobile du capteur de pression différentielle est une membrane élastique et imperméable, maintenue élastiquement dans une position centrée de repos et pourvue de jauges extensométriques qui jouent le rôle de sondes de détection de la déformation de la membrane et qui font partie d'un circuit électrique de mesure pour signaler la fuite qui donne lieu à cette déformation. 3 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le circuit électrique de mesure comprend au moins un amplificateur électronique à gain réglable en relation avec le volume de l'enceinte dont il s'agit de tester l'étanchéité. 4 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit circuit comprend également un dispositif générateur de signal de référence ou seuil réglable et des moyens de comparaison de cette grandeur de référence et du signal de sortie du circuit de mesure destinés à fournir l'indication ou à assurer la sélection à partir dudit seuil. 5 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les deux chambres du dispositif de détection de pression différentielle sont raccordées à la sortie d'une soupape générale unique réunie à une source de fluide sous pression, ce raccordeurlent stéta- blissant directement pour l'une des chambres et pour l'autre par l'intermédiaire d'une soupape de passage isolant l'autre des deux enceintes d'épreuve 6 - Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif à soupape unique constitué par un bloc et une chambre fermée dans laquelle débouchent, en traversant une de ses parois, d'une part un trou dans lequel sont ménagées une entrée pour le fluide d'épreuve et une lumière communiquant avec ladite chambre, et d'autre part deux sièges de passage auxquels sont réunis les conduits communiquant avec les chambres du détecteur de pression différentielle, un piston obturateur étant monté glissant dans ledit trou en faisant saillie en dehors du bloc et en constituant un organe d'actionnement en va-et-vient, ce piston étant pourvu d'un plateau faisant face auxdits sièges et étant sollicité vers une position de repos dans laquelle il maintient découverts la lumière et les sièges, tandis qu'il peut être actionné de façon à fermer d'abord la lumière et ensuite les deux sièges.