Brevet FR2260093A1 — publié le 19750829

La présente invention est relative à un dispositif destiné à mesurer des pressions' a l'intérieur de milieux solides pulvérulents en cours de compactage, de telles mesures étant notamment nécessaires dans certaines opérations de la métallurgie des poudres ou pour détecter des anomalies de pression à l'intérieur de produits se présentant pendant leur compactage sous forme de poudres ou de granulés, du genre par exemple de produits pharmaceutiques, de matières plastiques... On sait que dans un milieu pulvérulent, l'état de contrainte est en général quelconque, la pression mesurable n'étant en réalité que le tiers de la somme des composantes diagonales du tenseur des contraintes. On conçoit par ailleurs qu'un capteur apte a effectuer une mesure convenable, doive présenter des dimensions suffisamment réduites pour que l'on puisse estimer, sans erreur trop importante, que le champ de contraintes est homogène dans 1 'ensemble du volume qui l'entoure. Diverses solutions ont déjà été proposées pour résoudre ce problème. On peut en particulier rappeler celles qui consistent à mesurer la variation de la résistivîté d'un alliage tel que le "manganin" en-fonction de la pression, ou encore a utiliser des 3 auges de contraintes. Laprésente invention concerne un capteur de pression de conception différente et de réalisation très simple, dans lequel les effets de la pression se.manifestent en provoquant une variation de la longueur de certaines dimensions d'un corps de géométrie donnée, ces variations dimensionnelles étant elles-mêmes transformées en variations relatives de résistance électrique, directement mesurables par un pont extensométrique. A cet effet, le capteur considéré se caractérise en ce qu'il comporte un support en forme de cube sur lequel est disposé un bobinage d'un conducteur électrique constitué de trois enroulements unitaires connectés en série, chaquee enroulement formé de n spires, étant placé sur le support de façon telle que les axes de ces enroulements soient respectivement parallèles aux trois directions des arêtes du cube. Avantageusement, le conducteur électrique de chaque enroulement est réalisé au moyen d'un fil de constantan, collé à plat sur les faces du cube. De préférence également, le support est réalisé en une résine époxy. Enfin, le support et le bobinage électrique peuvent être noyés sous une couche de protection externe d 'un matériau plastique isolant électrique. D'autres caractéristiques d'un capteur de pression établi selon l'invention, apparaîtront encore à travers la description qui suit d'un exemple de réalisation, donné à titre indicatif et non limitatif, en référence au dessin annexé sur lequel: - la Fig. 1 est une vue schématique en perspective du capteur considéré, - la Fig. 2 est une courbe d'étalonnage de l'appareil dans un système de coordonnées portant en abscisses la pression et en ordonnées la variation relative de résistance électrique du bobinage du capteur Comme on le voit sur la Fig. 1, le capteur considéré, désigné dans son ensemble par la référence 1, se compose principalement d'un cube 2 à faces soigneusement polies, réalisé en une résine époxy convenablement polymérisée notamment en "Araldite", les arêtes du cube présentant environ 3 mm de longueur.Contre les faces de ce cube et entourant les arêtes de celui-ci est disposé un bobinage électrique, constitué de trois enroulements unitaires, désignés respectivement par les références 3, 4 et 5, ces trois enroulements identiques et formés chacun dans l'exemple décrit au moyen de treize spires d'un fil de constantan, étant disposés en série et agencés de telle sorte que leurs axes soient parallèles aux directions des arêtes du cube. Le fil de constantan, est isolé par une gaine de polyuréthane, ou de préférence par une couche d'épaisseur appropriée d'un vernis polyuréthane qui adhère au fil conducteur . Ce fil est rendu solidaire des faces du cube 2 par l'intermédiaire d'une colle plastique.Sur la Fig. 1, on voit respectivement en 6 et 7, les extrémités du bobinage ainsi réalisé, permettant de relier celui-ci à un circuit extérieur (non représenté) comportant notamment un pont extensométrique mesurant les variations relatives de la résistance électrique du bobinage. Bien entendu, il va de soi que la réalisation des connexions de sortie du bobinage pourrait être différente de celle représentée schématiquement sur le dessin, et notamment utiliser des plaquettes de liaison en clinquant de cuivre par exemple, convenablement soudées sur les extrémités des enroulements et rendues solidaires du cube 2 par collage. L'ensemble une fois terminé est noyé dans une couche extérieure de protection, réalisée en une matière synthétique telle que'l'nadiprène", d'une épaisseur de 0,5 mm environ. Cette couche a l'avantage de transmettre la déformation du volume du cube en atténuant les efforts de cisaillement. La mesure de la somme des variations relatives de longueur des arêtes du cube dues aux-contraintes de pression crues lorsque le capteur est noyé dans un milieu pulvérulent en--cours de compactage, est ramenée, selon l'invention, à la mesure d'une variation relative de résistance électrique dans les trois enroulements dde fil de constantan, placés en serine. Les flèches matérialisent sur le dessin de la Fig. l le-sens des enroulements respectifs. Si 11, 127 et 13 sont les longueurs des aretes du cube formant un système orthonormé on peut écrire: ou expression dans laquelle K est le module de compression uniforme du matériau constituant le cube et a11; #22,#33 les composantes diagonales du tenseur des contraintes dans le système d'axe considéré. L'expression de la variation relative de résistance electrique peut alors être exprimée par la formule: dans laquelle a est un facteur de proportionnalité entre la variation relative de résistivité et celle de la longueur du fil du conducteur électrique en constantan, et L représente la longueur totale du fil de constantan qui est par conséquent égale d: L = 12 nl (4) si n représente le nombre de spires de chaque enroulement et il la longueur de l'arête du cube, 11 étant dans ce cas égal à 12 et 13. On en déduit finalement la formule: qui lie ainsi la variation mesurée au tenseur des contraintes. La mesure de la variation relative de résistance électrique peut dans ces conditions être effectuée à l'aide d'un pont d'extensométrie statique, convenablement connecté aux bornes de liaison du capteur, les mesures étant rapportées à une courbe d'étalonnage illustrée sur la Fig. 2 pour un capteur réalisé conformément aux dispositions décrites cidessus, placé dans un milieu à température moyenne de 850C et pour lequel la variation de pression effective et la variation relative de résistance électrique mesurée correspondent au tableau suivant: Pression en bar AR en 10 3 . R 200 1,68 200 1,68 400 3,74 600 5,72 : 800 7,76 1000 9t74 1200 . 11,62 :1400 . 13,66 :1600 : 15,64 :1800 . 17,58 :2000 : 19,56. La courbe de la Fig. 2 correspond~ dans cesconditions à la formule: en h bar dans laquelle P est exprimé en Hectobars et où a = 0,990 et b = -0,229, le coefficient de corrélation étant voisin de 0,99997. On réalise ainsi un capteur de pression de conception très simple, permettant son utilisation dans un domaine de température variant entre O et 1000C et dont l'étendue des mesures est comprise entre O et 2000 bars. La sensibilité sur la mesure de la variation relative de résistance électrique est égale à 10 5 par bar, la linéarité et l'hystérêsis étant inférieure à 1%. Les avantages de ce capteur résultent notamment de ses dimensions réduites, inférieures à 4,5 mm au plus, de sa grande sensibilité et de sa bonne linéarité, ces caractéristiques étant principalement dues au choix du matériau constitutif du cube. Le capteur est par ailleurs robuste, la nature de l'enrobage assurant une protection efficace de l'élément sensible en présence des efforts de cisaillement qui existent dans un milieu pulvérulent en cours de compactage. Enfin, ce capteur présente un c-out relativement bas, pour une facilité d'emploi remarquable,-le bobinage pouvant être aisément raccordé à tout matériel de mesure d'un type connu. Bien entendu, et comme il résulte déjà de ce qui précède, il va de soi que l'invention ne se limite pas à l'exemple de réalisation plus spécialement décrit et repré senté; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Capteur de pression, notamment pour mesures à l'intérieur d'un milieu solide pulvérulent, cornportalit un support en forme générale de cube sur lequel est disposé un bobinage diun conducteur électrique constitue de trois enroulements unitaires, caractérise en ce que les trois enroulements du bobinage sont identiques et connectes en série'et en ce que chaque enroulement formé de n spires est place sur le support de façon telle que les axes de ces enroulements soient respectivement parallèles aux trois directions des arêtes du cube. 2. Capteur de pression selon la revendication 1 dans lequel le conducteur électrique de chaque enroulement est réalisé au moyen d'un fil de constantan, caractérisé en ce que ledit conducteur est collé à plat sur les faces du cube. 3. Capteur de pression selon la revendication 1, caracte'risé en ce que le support est réalisé en une résine époxy. 4. Capteur de pression selon la revendication 1, caractérisé en-ce que le support et le bobinage électrique sont noyés sous une couche de protection externe d'un matériau plastique isolant électrique. Nouvelles revendications déposées après premier projet d'avis documentaire,