Brevet FR2376407A1 — publié le 19780728

L'invention concerne une cellule de mesure de pressions différentielles comportant des membranes de séparation disposées sur les faces frontales et chargées par les pressions de mesure, un liquide de remplissage incompressible placé à l'intérieur de la cellule et destiné à effectuer la transmission hydraulique des pressions de mesure à une membrane de mesure semiconductrice pouvant subir une légère surcharge, et comportant des moyens pour convertir la déviation ou flexion de cette membrane, proportionnelle à la pression diffrentielle, en une grandeur électrique ainsi Cue des dispositifs pour protéger la membrane de mesure vis-à-vis d'une-surcharge importante. Les membranes de mesure semiconductrices, constituées par exemple en silicium et possédant un très faible diamètre de l'ordre du millimètre, peuvent subir une surcharge d'environ 6 à 10 fois la valeur extrême de leur plage de mesure, sans subir d'endommagement. Dans le cas de convertisseurs de mesure de pressions différentielles, il faut cependant fréquemment traiter des pressions de mesure statiques relativement élevées, qui sont supérieures de 102 à 104 à la pression différentielle agissant sur la membrane de mesure. Par conséquent il faut prévoir des moyens permettant de protéger la membrane de mesure vis-à-vis d'une surcharge élevée. Dans un convertisseur connu de mesure de pressions différentielles (demande de brevet allemand mise à l'inspection Publique sous le No. 2.262.664) il est prévu, pour la protection de la membrane de mesure en silicium utilisée dans ce convertisseur, un système à soupape actionné par un soufflet et qui, dans le cas d'une surcharge, ferme par la membrane de mesure l'espace sous pression de la chambre de mesure, chargé par la haute pression et qui est rempli d'un liquide. Il est encore en outre prévu un volume de compensation subdivisé par un autre soufflet et qui reçoit ou loge le liquide de remplissage refoulé lors du processus de fermeture du système à soupape dans le cas d'une surcharge. Cette constitution implique un encombrement spatial relativement important, pour une dépense élevée du point de vue technique dé fabrication. Par conséquent il se pose le problème de créer une cellule de mesure de pressions différentielles du type indiqué plus haut et d'un type de constitution compact et pouvant être fabriqué de façon simple, avec un volume aussi faibie que possible pour le liquide de remplissage. Ce problème est résolu conformément à l'invention dans une cellule de mesure de pressions différentielles, qui est ca ractérisée par le fait que les faces frontales de la cellule de mesure sont réalisées de façon connue sous la forme de surfaces d'application pour les membranes de séparation dans le cas d'une surcharge, que chacune des deux chambres amont, limitée par une membrane de séparation et sa surface d'application, est reliée de façon à pouvoir transmettre la position à respectivement un volume de compensation qui est formé par respectivement une paroi centrale fixe et par une paroi médiane commune, d éplaçable élastiquement, d'une chambre de compensation dans la cellule de mesure, et que la membrane de mesure semiconductrice est montée de préférence en étant centrée dans la paroi médiane déplçable et forme une partie de la surface de cette paroi, La caractéristique d'élasticité de la paroi médiane déplaçable doit être accordée sur la capacité de surcharge de la membrane de mesure qui est montée dans ladite paroi, de telle ma nière que son seuil de réponse se situe entre la pression correspondant à la valeur d'extrémité de la plage de mesure et la pression de surcharge encore supportable pour la membrane de mesure. Comme seuil de réponse pour la paroi médiane élastique on peut considérer un échelon de pression au-dessous duquel la paroi médiane se comporte comme une paroi rigide et au-dessus duquel ladite paroi-médiane se déforma en cédant à la pression en sorte que le liquide de remplissage refoulé, dans le cas d'une surcharge, hors de la chambre amont correspondante, peut être logé ou reçu dans le volume raccordé de compensation sans accroissement de pression dommageable pour la membrane de mesure. Selon une forme de réalisation préférée, la paroi médiane déplaçable élastiquement est une membrane de compensation tendue dans un plan radial de la chambre de compensation, dans la cellule de mesure cylindrique, dont le diamètre est supérieur du facteur 10 ou 100 à celui de la membrane de mesure semiconductrice Ainsi il est possible de constituer à l'aide de moyens simples une cellule de mesure compacte comportant une membrane de mesure semiconductrice et une protection efficace contre les surcharges. A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé une forme de réalisation de l'objet de l'invention. La cellule 1 de mesure de pressions différentièlles, remplie par un liquide incompressible, se compose de deux pièces de forme cylindrique 2 et 2' identiques et réunies en étant placées symétriquement l'une par rapport à l'autre. Les faces frontales extérieures de la cellule de mesure 1 sont réalisées sous la forme de surfaces 3 et 3' d'application pour les membranes de séparation 4 et 4' reliées sur leur pourtour et sur lesquelles s'exercent extérieurement les pressions de mesure P1 et P2. Les membranes de séparation 4 et 4' et les faces frontales de la cellule de mesure 1, constitués sous la forme de surfaces d'application 3 et 3' pour lesdites membranes, limitent des chambres amont ou chambres préalables 5 et 5' qui sont reliées, d'une façon permettant la transmission des pressions, par l'intermédiaire de perçages centraux 6 et 6' à des volumes respectifs de compensation 7, 7' d'une chambre de compensation 8. Dans les surfaces en aboutement des pièces de forme 2 et 2' sont ménagés des évidements formant des parois fixes 9 et 9' de la chambre de compensation 8, qui est subdivisée par une paroi médiane 10, qui est disposée dans un plan radial et est déplaçable élastiquement, ici une membrane élastique. La paroi mé- diane élastique 10 sépare les volumes de compensation 7 et 7' l'un de l'autre. Dans la paroi médiane et en son centre est disposé un système de mesure 11 comportant une membrane de mesure semiconductrice 12 et ce de telle manière que la membrane de mesure semiconductrice 12 constitue une partie de la surface de la paroi déplaçable 10. Etant donné que tous les espaces évidés situés a l'intérieur de la cellule de mesure sont remplis par un liquide de remplissage incompressible, les pressions de mesure P1 et P2 agissant en des sens opposés sur les membranes de sépara- tion 4 et 4' sont transmises de façon hydraulique à la membrane de mesure 12. Alors une déviation ou un fléchissement de la membrane 12, proportionnel à la différence des pressions de mesure, est convertie d'une façon connue en un signal électrique par des zones piézorésistives situées dans la membrane. La caractéristique élastique de la membrane déplaçable 10 est accordée, comme cela a déjà été mentionné, sur la capacité de surcharge de la membrane semiconductrice 12 de telle manière qu'encore avant l'apparition d'une pression dépassant la capacité de surcharge de la membrane de mesure dans l'un des volumes de compensation 7 ou 7' de la chambre de compensation 8, la membrane déplaçable se déforme en cédant à la pression en sorte que le liquide refoulé par exemple hors de la chambre amont 5 peut être logé sans autre accroissement de pression dans le volume de compensation 7. L'exemple de réalisation présenté est dessiné approximativement à l'échelle 5:1, c'est-à-dire que le diamètre de la membrane de mesure 12 est égal à environ 1 mm et que le diametre de la cellule de mesure I est égal à environ 23 mm, ce qui permet de remarquer que, conformément à la réalisation selon l'invention, on peut fabriquer les cellules de mesure de pressions différentielles possédant une constitution très compacte et comportant un dispositif efficace de protection contre des surcharges. REVENDICATIONS 1. Cellule de mesure de pressions différentielles comportant des membranes de séparation disposées sur les faces frontales et chargées par les pressions de mesure, un liquide de rem- plissage incompressible placé à l'intérieur de la cellule et destiné à effectuer la transmission hysraulique des pression de mesure à une membrane de mesure semiconductrice pouvant subir une légère surcharge, et comportant des moyens pour convertir la déviation ou flexion de cette membrane, proportionnelle à la pression différentielle, en une grandeur électrique ainsi que des dispositifs pour protéger la membrane de mesure vis-à-vis d'une surcharge importante, caractérisée par le fait que les faces frontales de la cellule de mesure (1) sont réalisées de façon connue sous la forme de surfaces (3, 3') d'application pour les membranes de séparation (4, 4') dans le cas d'une surcharge, que chacune des deux chambres amont (5, 5') limitée respectivement par une membrane de séparation et par une surface d'application d'une membrane (4,3 ; 4', 3') est reliée, d'une façon permettant la transmission des pressions, à un volume respectif de compensation (7, 7'), qui est réalisé dans la cellule de mesure (1) par respectivement une paroi fixe (9, 9') et une paroi médiane commune (10), déplaçable élastiquement, d'une chambre de compensation (8), et que la membrane de mesure semiconductrice (12) est disposée de préférence en étant centrée dans la paroi médiane déplaça ble (10) et constitue une partie de la surface de cet t paroi 2. Cellule de mesure de pressions différentielles suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que la paroi médiane déplaçable (10) est une membrane tendue dans un plan radial de la chambre de compensation (8) dans la cellule de mesure cylindrique (1) et dont la caractéristique élastique est accordée sur la capacité de surcharge de la membrane de mesure (12) montée en position centrée dans ladite membrane, de telle manière que son seuil de réponse se situe entre la pression correspondant à la valeur extrême de la plage de mesure et la pression de surcharge admissible pour la membrane de mesure (12). 3. Cellule de mesure de pressions différentielles salivant la revendication 2, caractérisée par le fait que les diamètres de la membrane de mesure (12) et de la paroi médiane (10) diffèrent d'une à deux puissances de dix.