Brevet FR2360065A1 — publié le 19780224

La présente invention concerne un dispositif pour la mesure de pression et plus particulièrement pour la mesure de la pression atmosphérique dans un baromètre, du type comportant une colonne de mercure dont la partie supérieure est au moins partiellement sous vide et plongeant dans une réserve de mercure dont la surface est en communication avec l'atmosphère ou le milieu dont la pression est à mesurer On sait que la mesure de la pression atmosphérique est obtenue de façon traditionnelle par un tube dit tube de Torricelli et constitué d'un tube borgne en verre soigneusement remplie de mercure et renversée sur une cuve contenant une réserve de mercure ; la pression est définie par la hauteur du mercure dans la colonne au dessus de la surface libre du mercure contenu dans la cuve Toutefois il est nécessaire, pour obtenir une -mesure précise, de faire une correction en fonction de la température; en effet la densité du mercure varie considérablement avec la température ( 0, 00018 par degré ) La pression atmosphérique ( à mesurer en hauteur de mercure ) correspond en réalité à une force qu'équilibre un certain poids de mercure ; or pour un poids déterminé la hauteur du mercure dans la colonne varie en fonction de sa densité, , c'est-à-dire en fonction de sa température On procède donc actuellement à une correction qui consiste à mesurer, paral lèlement à la hauteur du mercure dans la colonne , la température du milieu ambiant et la correction est donnée par des tables ou par calcul ; toutefois ceci complique les opérations et multiplie les source s d'erreur La présente invention vise à remédier à ces inconvénients et permet de réaliser un appareil pour la mesure de pression, notamment un appareil pour la mesure de la pression atmosphérique permettant une lecture directe de la pression atmosphérique , exprimée en hauteur de mercure, sans nécessiter de correction due aux écarts de température A cet effet l'invention concerne un dispositif pour la mesure de pression, par exemple de la pression atmosphérique , du type à colonne de fluide, notamment colonne de mercure, contenu dans un tube fermé et au moins partiellement sous vide à sa partie supérieure , et plongeant dans une réserve de mercure , dont la surface est en communication avec le milieu dont la pres h étant la pression dudit gaz mesurée en hauteur de mercure,P étant la pression moyenne de la gamme de pression à mesurer . Les valeurs 0, 00017 et 0, 0036 sont les coefficients de dilatation du mercure et du gaz ; étant observ que le coefficient de dilatation du mercure est corrigé du coefficient. de dilatation du bâti généralement en laiton et valant environ 0, 00001. Selon une caractéristique plus particulière, concernant un baromètre destiné à mesurer la pression atmosphérique dans une gamme voisine de 750mm de hauteur de mercure, la chambre de compensation et la quantité de gaz qu'elle contient sont telles que la pression dudit gaz à 0 degré est égale à 34mm de hauteur-de mercure Cette valeur peut être affinée à la suite de quelques mesures, afin de tenir compte des caractéristiques pratiques des métaux constituant l'appareil Selon une autre caractéristique le tube est associé à un dispositif de mesure de la hauteur du mercure dans la colonne caractérisé en ce qu'il comporte des moyens permettant de déplacer le tube en hauteur de façon à amener ledit tube à une position de référence constante par rapport au niveau instantané atteint par le mercure , le dispositif de mesure comportant encore des moyens pour mesurer le positionnement en hauteur dudit tube lorsqu'il a été amené à sa position de référence par rapport au niveau du mercure Selon une autre caractéristique particulière le dispositif de mesure comporte encore des moyens permettant de détecter le positionnement en hauteur correct du tube dans sa position de référence par rapport au niveau du mercure Par exemple ces moyens de détection sont constitués par une électrode fixe située verticalement et sensiblement au centre de ladite chambre de compensation et solidaire de la paroi de ladite chambre , cette électrode communiquant à travers cette paroi avec un circuit électrique relié à une source de courant alimentant un repère lumineux , telle qu'une ampoule électrique , et passant par la masse du percure , le contact entre l'électrode et la surface du mercure au sein de ladite chambre permettant la fermeture du circuit D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit et qui est donnée en rapport avec une forme de réalisation particulière présentée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés sion est à mesurer , par exemple l'atmosphère, le dispositif est caractérisé en ce que le tube communique à sa partie supérieure avec une chambre fermée contenant une quantité dosée d'un gaz, de telle sorte que les variations de pression dudit gaz, par suite des variations de la température am-biante, créent dans la chambre une force antagoniste aux mouvements du mercure dans le tube dus aux seules variations de dilatation par suite desdites variations de température , la mesure du niveau du mercure devenant indépendante de la température,. en permettant une lecture directe de la pression en fonction du niveau du mercure dans la colonne De préférence la chambre fermée contenant la réserve de gaz destiné à équilibrer la dilatation du mercure est prévue avec des moyens permettant de maintenir le volume de ladite chambre à une valeur constante , quelle que soit la tendance à la montée ou à la descente de la colonne de mercure dans le tube sous l'effet des variations de température Selon l'invention on fait appel à une force antagoniste qui vise à créer , au dessus de la surface du mercure au sein de la colonne une pression s'opposant à la montée du mercure due à sa dilatation ; à cet effet on utilise la pression d'une quantité prédosée d'un gaz mis en place au dessus du mercure ; le coefficient de dilatation du gaz est rigoureusement constant ; la dilatation du gaz s'exercera en sens inverse de la dilatation du mercure au sein de la colonne il suffit donc de doser convenablement la quantité de gaz nécessaire pour équilibrer la dilatation du mercure en sorte que lorsque le mercure par suite du seul effet de la dilatation due à la montée de la température , a tendance à monter , l'augmentation de pression du gaz enfermé au dessus du mercure tend à le refouler de la même hauteur. Comme la température ambiante exerce un effet de dilatation symétrique et concomitant sur la colonne de mercure et sur le gaz,les deux forces agissant proportionnellement et en sens inverse s'annihileront de façon constante en sorte que la mesure de la hauteur du mercure peut ainsi être rendue indépendante de la température Selon une autre caractéristique plus précise de l'invention, le volume de la chambre de compensation fermée située au sommet du tube et la quantité de gaz présente dans cette chambre sont tels que la pression dudit gaz au sein de ladite chambre , à une température de 0 degré corresponde à la formule h = P x O, 00017 = 0, 045 P 0, 0036 + 0, 00017 La figure 1 représente une vue schématique d'une phase de la réalisation d'un dispositif de mesure de pression selon l'invention. La figure 2 représente le schéma du dispositif en fonctionnement Les figures 3 et 4 représentent la chambre de compensation munie d'un dispositif de rétention du gaz et selon diverses positions Selon l'invention on voit que le dispositif est constitué d'un tube initialement plein de mercure, le tube étant fermé à sa partie supérieure et renversé sur une réserve de mercure 3 contenue dans Ia cuve 4 A sa partie supérieure le tube débouche dans une chambre fermée 5 dans laquelle le mercure 2 atteint un certain niveau instantané en fonction de la pression atmosphérique Selon l'invention la chambre 5 contient une quantité déterminée d'un gaz dont la dilatation , par suite des variations de température , corrige la dilatation du mercure 2 contenu dans le tube Dans ces conditions à toute diminution de la densité du mercure 2 dans la colonne 1, par suite d'une augmentation de température , correspond une augmentation de la pression du gaz contenu dans la chambre 5 le gaz tendant à repousser vers le bas le. niveau du mercure 2 La quantité de gaz introduite dans la chambre est prévue pour équilibrer exactement à tout moment les variations de densité du mercure 2 en corrigeant ainsi automatiquement les variations de hauteur du mercure qui seraient dues à sa seule dilatation par suite des variations de température .Comme on le voit sur la figure 1 qui illustre un premier mode opératoire , le gaz est introduit dans la chambre 5 par un tube ou conduit 6 pénétrant dans ladite chambre 5 et qui peut être associé à une vanne 8 et il est au delà mis en communication avec une canalisation aboutissant par la vanne à trois voies 9 , d'une part à une pompe à vide 10, et d'autre part à une source dlun gaz telle qu'une réserve d'hydrogène sous pression On peut ainsi faire le vide dans la chambre 5 et la remplir ensuite d'hydro gène provenant de la réserve Li ; en répétant éventuellement plusieurs fois cette opération on peut chasser tout l'air précédemment présent dans la chambre 5 et le tube 2 On peut en outre procéder à la mesure de la quan tité d'hydrogène par le tube auxiliaire 1' représenté à la figure 1 Une fois convenablement ajustée la masse d'hydrogène introduite dans la chambre 5 , le tube 6 est scellé et coupé au moyen d'un chalumeau de façon connue au niveau du retraint 7 Le ballon 21 permet de suivre les mouvements du gaz depuis et vers la chambre 5 Le calcul de la quantité de gaz nécessaire pour équilibrer à toutes températures les variations de la densité du mercure peut petre déterminé comme suit, à la lumière des valeurs représentées sur la figure 1 Le tube auxiliaire 1' est supposé sous vide sensiblement total et dans ces conditions la grandeur (H + h ) représente la hauteur de mercure correspondant à la pression atmosphérique P à un instant déterminé et compte tenu de la température t instantanée, soit P = H + h. Par rapport à la hauteur de mercure (Ho + ho ) correspondant à la meme pression, le mercure étant ramené à une température de 0 C, la hauteur de mercure mesurée H obeit àla formule H = Ho (1 +t ) La hauteur h correspond à la mesure, ( en hauteur de mercure ) de la pression du gaz introduit dans la chambre 5 ; là encore cette pression, mesurée en hauteur de mercure , à une température déterminée, peut être calculée par rapport à la même pression de 0 degré selon la formule h = ho ( 1 + t) Les valeurs oc et 5 correspondant respectivement au coefficient de dilatation du gaz contenu dans la chambre 5 et du mercure On cherche par hypothèse à obtenir des conditions telles que l'augmentation de pression ( > h ) due à la dilatation du gaz équilibre l'augmentation de volume du mercure dans le tube 2, c'est-à-dire la dilatation de la hauteur P de toute la colonn e de mercure diminuée de la hauteur h ou (ss p - ss h), oth = ssP h &alpha;;h+ssh = ssP h ( et+ l'3 P h = ss p N + ,3 Connaissant les coefficients de dilatation respectivement de l'hydrogène OC (introduit dans la chambre 5 ) et du mercure ? (corrigé pour compenser la dilatation du bati ) on peut donc calculer pour une pression atmosphérique moyenne de 750mm de mercure la quantité de gaz à introduire au sein de la chambre 5 de façon à obtenir une pression au sein de cette chambre correspondant à la formule ci-dessus soit: h = 0,00017 x 750 ~ 34 0, 0036 + 0, 00017 Cette hauteur de mercure en millimètres correspond à la pression d'hydrogène dans la chambre à 0 C . On voit selon la figure 2 que l'ensemble peut s'insérer dans un dispositif de mesure particulièrement simple , efficace et facile d'une part à réaliser et d'autre part à mettre en oeuvre Selon le dispositif illustré à la figure 2 et correspondant à une forme de réalisation particulière , le tube 1 est rendu mobile verticalement et il est à cet effet suspendu à la vis 12 engagée par l'écrou 13 porté sur la potence 14; la vis 12 ne peut tourner et la rotation de l'écrou 13 commande son mouvement de montée et descente Le tube 1 est ainsi déplaçable en hauteur pour amener ledit tube à une position de référence constante par rapport au niveau du mercure au sein de la chambre 5 La mesure de ce niveau de référence se fait avantageusement par le dispositif électrique constitué par l'électrode 15 plongeant verticalement et sensiblement au centre de la chambre 5 de façon à être amenée au contact du niveau supérieur du mercure au sein de ladite chambre Cette électrode communique avec un circuit 16 passant par une source d'alimentation 17 et une ampoule témoin 18 ; ce circuit est refermé par la masse du mercure 2 On voit que lorsqu'on déplace le tube vers le bas, il arrive un moment où l'électrode plongeante 15 vient au contact du niveau supérieur du mercure et le contact se fait en refermant le circuit 16 ce qui permet d'alimenter l'ampoule 18 I1 est donc aisé de détecter le positionnement correct de la colonne par rapport à sa position de référence en constatant la position allumée ou clignotante de l'ampoule La lecture de la hauteur du mercure au sein de la colonne peut se faire par le positionnement du disque 19 par rapport å la réglette graduée 20, le disque comportant des gradations radiales formant un dispositif de lecture et de mesure du type Palmer .En variante l'écrou 13 entraine par un engrenage approprié 25 l'axe de rotation 26 attaquant un compteur à affichage numérique 27 On peut également injecter l'hydrogène dans la chambre par un tube capillaire ou seringue hypodermique débouchant à la base du tube et débitant bulle à bulle la quantité voulue dthydrogène remontant dans le tube jusqu'à remplir la chambre de la quantité voulue d'hydrogène Un avantage remarquable de l'invention est de modifier grâce à la présence d'une atmosphère d'hydrogène au sein de la chambre la tension superficielle verre/mercure en facilitant ainsi le déplacement du mercure par rapport à la surface des parois en verre de la chambre et en rendant ainsi plus aisées et plus fiables les mesures des déplacements du mercure Les figures 3 et 4 montrent la mise en oeuvre d'un dispositif permettant de transporter l'appareil et notamment le tube 2 dans diverses positions Le dispositif est constitué d'un manchon 23 qui prolonge le tube 2 à l'intérieur de la chambre 5 et on voit à la lumière des figures 3 et 4 que ce dispositif permet de piéger le gaz situé à l'intérieur de la chambre 5, notamment lorsque le tube est mis en position horizontale (figure 3 ) mais également lorsque le tube est renversé (figure 4) ; on comprend que le gaz aurait tendance à s'échapper par le tube 2 alors que le manchon 23 permet de définir dans la partie supérieure (en position renversée selon la figure 4) de la chambre 5 une zone annulaire formant cloche dans laquelle le gaz se trouve ainsi piégé . Cette disposition permet le transport aisé et commode de l'ap pareil REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour la mesure de pression, par exemple de la pression atmosphérique, du type à colonne de fluide , notamment colonne de mercure , conte- nu dans un tube fermé et au moins partiellement sous vide à sa partie supérieure, et plongeant dans une réserve de mercure dont la surface est en communication avec le milieu dont la pression est à mesurer , par exemple l'atmosphère, le dispositif est caractérisé en ce que le tube communique à sa partie supérieure avec une chambre fermée contenant une quantité dosée d'un gaz , de telle sorte que les variations de pression dudit gaz, par suite des variations de la température ambiante , créent dans la chambre une force antagoniste des mouvene nts du mercure dans le tube dus aux seules variations de dilatation , par suite desdites variations de température, la mesure du niveau du mercure étant ainsi indépendante de la température, en permettant une lecture directe de la pression en fonction du niveau du mercure dans la colonne 2 - Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la chambre fermée contenant la réserve de gaz destiné à équilibrer la dilatation du mercure est prévue avec des moyens permettant de maintenir le volume de ladite chambre à une valeur constante , quels que soient les mouvements de montée ou descente de la colonne de mercure dans le tube et dans ladite chambre 3 - Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le tube et la chambre qui le surmonte sont prévus coulissant verticalement en compensant la descente ou montée du mercure de façon à maintenir le niveau du mercure dans la chambre à un niveau relatif constant , le volume occupé par le gaz au dessus du niveau du mercure restant ainsi maintenu à une valeur constante 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1, 2 ou 3 , caractérisé en ce que le volume de la chambre de compensation fermée située au sommet du tube et la quantité de gaz présente dans cette chambre sont tels que la pression dudit gaz au sein de ladite chambre, à une température de 0 degré corresponde à la formule h = 0, 045 P h étant la pression dudit gaz mesurée en hauteur de mercure P étant la pression moyenne de la gamme de pression à mesurer s - Baromètre destiné à mesurer la pression atmosphérique dans une gamme voisine de 750mm de hauteur de mercure conforme à la revendication 1 et caractérisé en ce que la chambre de compensation et la quantité de gaz qu'elle contient sont telles que la pression dudit gaz à 0 degré est égale à 34mm de hauteur de mercure 6 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le tube est associé à un dispositif de mesure de la hauteur du mercure dans la colonne,caractérisé en ce qu'il comporte des moyens permettant de déplacer le tube en hauteur de façon à amener ledit tube à une position de référence constante par rapport au niveau instantané atteint par le mercure , le dispositif de mesure comportant encore des moyens pour mesurer le positionnement en hauteur dudit tube lorsqu'il a été amené à sa position de référence par rapport au niveau du mercure 7 - Dispositif selon la revendication 6 , caractérisé en ce que le dispositif de mesure comporte encore des moyens permettant de détecter le positionnement en hauteur correct du tube dans sa position de référence par rapport au niveau du mercure 8 - Dispositif selon la revendication 7 , caractérisé en ce que lesdits moyens de détection sont constitués par une électrode fixe située verticalement et sensiblement au centre de ladite chambre de compensation en présentant une pointe tournée vers le bas et solidaire de la paroi de ladite chambre, cette électrode communiquant à travers cette paroi avec un circuit électrique relié à une source de courant alimentant un repère lumineux, telle qu'une ampoule électrique , et passant par la masse du mercure , le contact entre l'électrode et la surface du mercure au sein de ladite chambre permettant la fermeture du circuit 9 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8 ci-dessus caractérisé en ce que le tube se prolonge au sein de la chambre de compensation par un manchon tubulaire pénétrant à l'intérieur de la chambre et prolongeant sensiblement les parois du tube , ce manchon constituant , lorsque la chambre est en position renversée , un espace annulaire dans lequel le gaz de compensation se trouve emprisonné et ainsi empêché de s'échapper vers l'extérieur par le tube ( alors situé au dessus de la chambre)