Brevet FR2375589A1 — publié le 19780721

L'invention concerne un convertisseur de mesure de pressions différentielles, constitué essentiellement par une cellule de mesure remplie par un liquide de transmission de pression, et comportant une paroi subdivisant une chambre de mesure et contenant une membrane de mesure semiconductrice, ainsi que des dispositifs pour convertir la flexion de la membrane de mesure , qui est proportionnelle à la différence de pression, en une grandeur électrique, et des dispositifs pour protéger la membrane de mesure vis-à-vis de surcharges Un tel convertisseur de mesure est connu par exemple d'après la demande de brevet allemand mise à l'inspection publique sous le numéro 2 261 664 Pour la protection de la membrane de mesure en silicium, utilisée dans ce transformateur de mesure , il est prévu un système de soupape actionné par un soufflet élastique et qui, dans le cas d'une surcharge, ferme par la membrane de mesurè l'espace sous pression de la chambre de mesure , qui est~chargéepar la haute pression et qui est rempl) d'un liquide de transmission de pression 0 I1 est en outre encore prévu un volume de compensation subdivisé par un autre soufflet et qui loge le liquide de transmission de pression déplacé lors du processus de fermeture du système de soupape dans le cas d'une surcharge Cette constitution implique un encombrement spatial relativement important, pour une dépense élevée du point de vue technique de fabrication. Par conséquent il se pose le problème de créer une cellule de mesure de pressions différentielles comportant une membrane de mesure semiconductrice et un dispositif de protection contre les surcharges, dans un type de constitution compacte, devant être fabriquée des façon simple, et ce pour un volume aussi réduit qu possible des espaces remplis par le liquide de transmission de pression Ce problème est résolu conformément à l'invention au moyen d'un convertisseur de mesure de pressions différentielles du type indiqué plus haut, qui est caractérisé par la combinaison des caractéristiques suivantes, en partiewconnues a) il comporLe des membranes de séparation chargées par les pressions de mesure et qui ferment vers 1 ' extérieur les chambres amont remplies de liquide et forment, avec les parois des chambres amont, qui leur font face et qui sont constituées sous la forme de surfaces d'application des membranes, le dispositif de protection contre les surcharges, b) il comporte une chambre de mesure de faible volume, dont des éléments du volume sont reliés, d'une façon apte à transmettre la pression, aux chambres amont, c) il comporte une chambre de compensation, qui est branchée en parallèle du point de vue hydraulique avec la chambre de mesure et qui comporte une membrane de compensation la subdivisant, tandis que ladite membrane de compensation et les volumes de compensation reliés aux chambres amont sont dimensionnés de telle manière que le volume de liquide refoulé, dans le cas': d'une surcharge, hors de l'une des chambres amont, peut être logé sans que la membrane de compensation vienne s'appliquer contre une paroi de la chambre de compensation. Dans le cas d'un tel convertisseur de mesure de pressions différentielles, la cellule de mesure peut être réalisée sous une forme compacte avec un petit nombre de pièces pouvant être fabriquées de façon simple, avec des tolérances faibles. 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 partie centrale 2 de la cellule de mesure 1, représentée sur la figure, pour un convertisseur de mesure de pressions différentielles est constituée par deux moitiés cylindriques 3 et 3', qui sont réunies en étant disposées symétriquement l'une en face de l'autre et dont les faces frontales concaves 4, 41 constituent la chambre de compensation 5 qui à nouveau est subdivisée par la membrane de compensation 6, soudée aux bords en aboutement réciproque des moitiés 3 et 3', en un premier volume de compensation 7 et en un second volume de compensation 7'. La paroi 9 contenant la membrane 8 en silicium comportant des éléments piézorésistifs, est montée dans un évidement 10 ménagé dans la face frontale extérieure de la pièce centrale 2 et qui constitue un volume partiel de la chambre de mesure 11. Aux surfaces frontales extérieures de la pièce centrale 2 sont reliées des plaques de couverture cylindriques 15,15' contenant les chambres amont 13, 13' munies des membranes de séparation 149 14' pour les membranes de séparation 14, 14' agissent, de l'extérieur, les pressions de mesure P1 et P2, dont la différence doit être mesurée. La plaque de couverture 15' -com- porte, sur sa face frontale reliée à la pièce centrale 2, un évidement 16 qui est disposé en face de la paroi 9 munie de la membrane de mesure 8 et qui constitue l'autre volume partiel de la chambre de mesure 11. Les chambres amont 13 et 13' sont reliées par l'intermédiaire de perçages coaxiaux 18, 18', ménagés dans les plaques de couverture 15, 15' et dans les moitiés 3, 3' de la pièce centrale, aux volumes de compensation correspondants 7, 7' de la chambre de compensation 5, A partir des perçages 18 et 18' s'étendent des canaux-radiaux 19 et 19' qui conduisent directement par l'intermédiaire de conduits 12 aux raccords de la chambre de mesure 11 et branchent cette dernière hydrauliquement en parallèle avec la chambre de compensation 5. Toutes les chambres et tous les conduits situés à l'intérieur de l'ensemble de mesure 1 s-ont remplis, comme cela est usuel, par un liquide de remplissage incompressible, par exemple de l'huile au silicone, qui est introduite par l'intermédiaire d'orifices de remplissage 20 et 20', pouvant être obturés. La membrane de mesure semiconductrice 8, qui est conçue par exemple pour une plage de mesures allant de 0 à 1 bar, peut être soumise à une surcharge égale par exemple au décuple de cette valeur de pression. Cependant, dans des convertisseurs de mesure de pressions différentielles pour des pressions statiques élevées, la surcharge peut atteindre jus qu'à un multiple d'un facteur 1042 par exemple dans le cas de la chute de la pression P2 à la pression atmosphérique dans le cas d'une rupture de conduit ou autre .La pression élevéé P1 de par exemple 800 bars, alors encore présente, presse la membrane de séparation contre la paroi de la chambre amont 13, qui est située en vis-à-vis et qui est constituée sous la forme d'une surface d'application de la membrane, moyennant le refoulement du volume de liquide, qui s'y trouve situé , par l'intermédiaire du perçage 18 dans le volume de compensation associé 7 de la chambre de compensation 5, ledit volume 7 augmentant de façon correspondante par suite du cintrage ou du fléchissement de la membrane de compensation 6.Cette dernière est accordée, quant à sa caractéristique d'élasticité et à sa taille, sur les membranes de séparation et sur le volume devant être déplacé, de telle manière que dans le cas où la membrane de séparation, 14 dans ce cas, est appliquée contre ladite paroi, la membrane de compensation 6 ne vient pas encore s'appliquer contre la face frontale concave 4' de la moitié 3' de la pièce centrale. Par conséquent il est possible de contrôler encore, même après la fermeture de l'orifice du perçage 18 par la membrane de séparation 14, dans le cas d'une surcharge, une dilatation, se produisant encore et dûe à la variation de température, du liquide de remplissage dans la chambre de compensation, sans accroissement de pression. Comme on peut le voir sur la figure qui est à l'échelle 5 : 1, on peut réaliser de cette façon un ensemble de mesure très compact comportant un dispositif très efficace de protection contre les surcharges pour un convertisseur de mesure de pressions différentielles comportant une membrane de mesure semiconductrice, cependant que les valeurs de réponse et les valeurs terminales, qui sont par ailleurs difficiles à déterminer, du dispositif de protection contre les surcharges peuvent être réglées avec des tolérances admissibles pour une fabrication économique. R E V E E N D I C k T I o N S 1. Convertisseur de mesure de pressions différentielles, constitué essentiellement par une cellule de mesure remplie par un liquide de transmission de pression, et comportant une paroi subdivisant une chambre de mesure et contenant une membrane de mesure semiconductrice, ainsi que des dispositifs pour convertir la flexion de la membrane de mesure, qui est proportionnelle à la différence de pression, en une grandeur électrique, et des dispositifs pour protéger la membrane de mesure vis-à-vis de surcharges, caractérisé par la combinaison dos caractéristiques suivantes, en partie connues a) Ledit convertisseur comporte des membranes de séparation (14, 14') chargées par les pressions de mesure (P1, P2) et qui ferment vers l'extérieur, les chambres amont (13, 13') remplis de liquide et forment, avec les parois des chambres amont, qui leur font face et qui sont constituées sous la forme de surfaces d'application des membranes, le dispositif de protection contre des surcharges, b) Le convertisseur comporte une chambre de mesure (11), de faible volume, dont les éléments du volume sont reliés, d'une façon apte à transmettre la pression, aux chambres amont (13, 131), e) Le convertisseur comporte une chambre de compensation (5), qui est branchée en parallèle du point de vue hydrau- lique avec la chambre de mesure (11), et qui cemperte une mem brane de compensation (6) la subdivisant, tandis que ladite membrane de compensation et les volumes de compensation (7, 7') reliés aux chambres amont (13, 13') sont dimensionnés de telle manière que le volume de liquide refoulé, dans le cas d'une sur charge, hors de l'une des chambres amont (13 ou 13'), peut autre logé sans que la membrane de compensation (6) vienne s'appliquer contre une paroi (4 ou 48) de la chambre de compensation (5). 2. Convertisseur de mesure de pressions différentielles suivant la revendication 1, esractérisé par le fait que la chambre de compensation (5) est constituée par les deux surfaces frontales concaves (4,4') de deux moitiés cylindriques (3, 3') qui sont réunies en étant disposées symétriquement l'une en face de l'autre, que la membrane, de compensation (6) insérée entre lesdites faces frontales est soudée aux bords en aboutement ré- ciproque des motitiés cylindriques (3, 3'), que la paroi (9) centenant la membrane de mesure (8) est montée dans un évidement (10) constituant un volume partiel de la chambre de mesure (11) et relié par l'intermédiaire de conduits (12) à la chambre amont correspondante (13) et qui est ménagé dans la face frontale extérieure de la pièce centrale (2), et qu'aux faces frontales extérieures de la pièce centrale (2) sont reliées des plaques de couverture cylindriques(15, 15') contenant les chambres amont (13, 13') munies des membranes de séparation (14, 14') et dont l'une (15') comporte un évidement (16) constituant l'autre volume partiel de la chambre de mesure et qui est ménagé sur la face frontale de ladite plaque reliée à la pièce centrale (2), et que les plaques de couverture (15, 15') et les moitiés (3,3') de la pièce centrale sont munies de perçages coaxiaux centrés (18, 18') permettant de relier les chambres amont (13, 13') à la chambre de compensation (5), ainsi que de canaux radiaux (19, 19') qui partent des perçages (18, 18') et se raccordent à la chambre de mesure (11).