Brevet FR2412835A1 — publié le 19790720

L'invention concerne un dispositif de mesure de pressions différentielles, du type comportant une chambre de mesure qui est subdivisée par une membrane de mesure pouvant être chargée sur ses deux faces par une pression, en deux espaces de mesure qui sont reliés, d'une façon transmettant la pression, à des chambres extérieures de pression raccordées à des membranes de séparation, et dans laquelle les parois, situées en face des membranes, des chambres extérieures de pression sont constituées sous la forme de surfaces d'application pour les membranes, contre lesquelles les membranes de séparation s'appuient dans le cas d'une surcharge, et du type comportant un liquide de remplissage incompressible pour réaliser la transmission hydraulique des pressions de mesure agissant dans des sens opposés sur les membranes de séparation, à la membrane de mesure, des dispositifs pour convertir le fléchissement, proportionnel à la différence de pression, de la membrane de mesure en une grandeur électrique, une chambre de compensation raccordée en parallèle du point de vue hydraulique avec la chambre de mesure et comportant une membrane de compensation destinée à loger le volume de liquide de remplissage refoulé, dans le cas d'une surcharge, hors de la chambre respective extérieure de pression, et une enceinte intérieure de pression reliée d'une façon conduisant la pression à une chambrç extérieure de pression et dans laquelle la chambre de mesure est disposée de telle manière que sa surface extérieure est soumise au moins partiellement aux pressions de mesure transmises par le liquide de remplissage. Dans un dispositif connu de mesure de pressions différentielles de ce type (demande de brevet allemand publiée sous le No. 26 40 235), la chambre de mesure et la chambre de compensation possèdent des volumes approximativement égaux. Par conséquent il est nécessaire d'effectuer de fréquentes études expérimentales pour obtenir une raideur éiastique telle de la membrane de compensation que - dans le cas d'une.pression différentielle extraordinairement élevée -, la majeure partie du volume du liquide de remplissage sortant de l'une ou de l'autre chambre extérieure de pression puisse être logée sous l'effet de la déviation ou du fléchissement de la membrane de compensation; ces études nécessitent des frais élevés.En outre la fabrication du dispositif connu de mesure de pressions- différentielles est difficile dans la mesure où l'on doit prévoir des perçages au moyen desquels d'une part une enceinte intérieure de pression est reliée à un premier espace de compensation de la chambre de compensation et d'autre part une autre enceinte intérieure de pression est reliée au second espace de mesure de la chambre de mesure. Ces perçages doivent etre ménagés partiellement en obLique depuis l'extérieur et doivent être également relativement profonds. C'est pourquoi la présente invention a pour but de proposer un dispositif de mesure de pressions différentielles qui ne présente pas les inconvénients du dispositif de mesure connu, c'est-à-dire qui soit d'une fabrication relativement simple et permette sans difficultés la détermination d'une raideur désirée de la membrane de compensation dans le cas d'une membrane de mesure prédéterminée; une protection sûre vis à vis de pressions différentielles extraordinairement élevées doit être garantie. Ce problème est résolu conformément à l'invention dans un dispositif de mesure de pressions différentielles du type indiqué plus haut grace au fait que l'espace intérieur de pression est limité par la membrane de compensation, que l'es- pace de mesure, situé à l'opposé de la chambre extérieure de pression, de la chambre de mesure est relié par l'intermédiaire d'un tube de liaison au côté de la membrane de compensation, situé à l'opposé de l'espace intérieur de pression, et que la surface active de la membrane de compensation est d'une taille nettement supérieure à celle de la membrane de mesure. L'avantage essentiel du dispositif de mesure de pressions différentielles conforme à l'invention réside dans le fait que l'on peut choisir librement la raideur de la membrane de mesure et la raideur de la membrane de compensation, ce qui facilite grandement la fabrication. A ceci contribue en outre le fait que le dispositif de mesure conforme à l'invention est constitué également avec une construction plus simple, par le fait que les perçages devant être ménagés difficilement dans le dispositif de mesure connu, sont maintenant évités. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustre schématiquement aux dessins annexés deux formes de réalisation de l'objet de l'invention. La figure I représente une coupe d'un premier exemple de réalisation du dispositif de mesure de pressions diffé rentielies, conforme à l'invention. La figure 2 représente une coupe d'un autre exemple de réalisation. Le dispositif de mesure de pressions différentielles 41 représenté sur la figure 1 est constitué essentiellement par une unité 42 de transmission de pression différentielle, une première-partie de bottier 43 et une seconde partie de bottier 44. La première partie de bottier 43 est munie d'un évidement intérieur 45. L'unité 42 de transmission de pression différentielle est logée dans l'évidement intérieur 45 et est fixée au premier élément de bottier 43 à l'aide de boulons de fixation 47 et au moyen d'une plaque de fixation 46; on pourrait également utiliser d'autres movens de fixation. Une fente cylindrique 48 est ménagée entre la surface de l'évidement intérieur 45 et l'unité 42 de transmission de pression differentielle qui constitue un espace intérieur de pression.La première partie de bottier 43 est munie d'une première membrane de séparation 13 du côté situé à l'opposé de l'évidement intérieur 45. La membrane de séparation 13 limite une chambre extérieure de pression 15 reliée à la première partie de bottier 43. Cette chambre extérieure de pression 15 et la fente 48 sont reliées entre elles par un canal 49 et par un canal 50. La seconde partie de bottier 44 est disposée sur le même côté de la partie de bottier 43, que ltemplacement où se situe l'évidement intérieur 45. Une membrane de compensation 51 est tendue entre la première partie de bottier.43 et la seconde partie de bottier 44 et possède le même diamètre que cette dernière. La membrane de compensation 51 limite une première chambre de compensation 52 qui est reliée à la fente 48 située dans la première partie de bottier 43; en outre ladite membrane contribue à former une seconde chambre de compensation 53 du côté tourné vers la seconde partie dé bottier 44. La seconde partie de bot- tier 44 est munie d'une seconde membrane de séparation 14 du côté qui est situé à l'opposé de la seconde chambre -de compensation 53. La membrane de séparation 14 limite une autre chambre de pression 16 reliée à la seconde partie de bottier 44. Ladite autre chambre extérieure de pression 16 et la seconde chambre de compensation 53 sont reliées entre elles par un canal 54. L'unité 42 de transmission de pression différentielle contient un premier et un second éléments de bottier 55 et 56. Les surfaces, tournées l'une vers l'autre, des deux éléments de bottier 55 et 56 sont munies d'évidements à l'intérieur desquels sont disposés des corps isolants 57 et 58 constitués en verre, en céramique ou autre . Les surfaces, tournées l'une vers l'autre, de ces corps isolants 57 et 58, ont une forme sphérique concave et portent des feuilles métalliques 29 et 30 qui servent d'électrodes de condensateur. Une membrane de mesure 31 est disposée entre des éléments de botter 55 et 56 en sorte que le corps isolant 57 et la membrane de mesure 31 déterminent une première chambre de mesure 32 et que le corps isolant 58 et la membrane de mesure 31 déterminent une seconde chambre de mesure 33. Le premier élément de bowitier 55 comporte un canal 59 qui relie l'évidement intérieur 45 ou l'espace intérieur de pression 48 à la première chambre de mesure 33.Le second élément de bottier 56 comporte un canal 60 et un tube de liaison 61 qui relient la seconde chambre de compensation 53 à la seconde chambre de mesure 33. Une extrémité du tube de liaison 60 est reliée de façon étanche au canal 60, tandis que l'autre extrémité du tube de liaison 61 est reliée de façon étanche à la membrane de compensation 51 au moyen d'un dispositif de fixation 62. La membrane de compensation 51 est constituée en un matériau tel que sa raideur est très différente de celle de la membrane de mesure 31. Par conséquent la membrane de compensa-- tion 51 n'est soumise à aucun fléchissement ou à aucune déviation dans le cas d'une pression ditférentielle située dans la plage de mesure, seule la membrane de mesure 31 subissant toutefois un décalage pour effectuer la mesure.Lorsqu'une pression différentielle extraordinairement élevée est envoyée au dispositif de mesure, la membrane de compensation 51 et la membrane de mesure 31 sont fléchies d'une façon indépendante l'une de l'autre de manière à loger le volume de liquide de remplissage qui correspond à celui d'une chambre extérieure de pression 15 à celui de l'autre chambre extérieure de pression 16; dans ce cas la première membrane de séparation 13 ou la seconde membrane de séparation 14 s'applique contre le premier élément de bottier 43 ou le second élément de bottier 44 avant que la membrane de mesure 31 s'applique contre le corps isolant 57 ou 58.Dans ce cas le dimensionnement est également tel que la majeure partie du volume de liquide émanant de l'une ou de l'autre des chambres extérieures de pression 15 ou 16 est logée par suite de la déviation du fléchissement de la membrane de compensation 51. Aussi bien la première chambre de mesure 32 que la seconde chambre de mesure 33, la première chambre de compensation 52 et la seconde chambre de compensation 53, la fente ou l'espace intérieur de pression 48 et l'une et l'autre des chambres extérieures de pression 15 et 16 sont remplies par un liquide incompressible, par exemple de l'huile au silicone. Le canal 49, le canal 50, les canaux 59 et 60 ainsi que le tube de liaison 61 servent de conduites pour le liquide introduit. Lorsque pendant le fonctionnement, la différence entre les pressions P1 et P2, qui sont envoyées à la première et à la seconde membranes de séparation 13 et 14, est située dans une plage prédéterminée de pressions, la capacité entre la membrane de mesure 31 et l'effet métallique 29 ou 30 varie proportionnellement à la pression différentielle et est interrogée électriquement.Lorsque la pression P1 s'annulle et que par conséquent la pression P2 dSvienLbxp eB , la seconde membrane de séparation 14 s'applique étroitement contre le second élément de bottier 44 avant que la membrane de mesure 31 ne s'applique contre le corps isolant 57, et la membrane de compensation 51 fléchit indépendamment de la membrane de mesure 31 par suite de l'écoulement d'un volume correspondant au volume de la seconde chambre extérieure de pression 16 par le canal 54 dans la seconde chambre de compensation 53. t)e faucon analogue, lorsque la pression P2 est nulle et que par conséquent la pression Fl est trop élevée, la première membrane de séparation 13 s'applique contre le premier élément de bottier 43 avant que la membrane de mesure 31 ne s'applique contre le corps isolant 58, et la membrane de compensation 51 fléchit indépendamment de la membrane de mesure 31, en sorte qu'un volume, qui correspond au volume présent dans la première chambre exterieure de pression 15, s'écoule par le canal 49, le canal 50 et la fente 48 dans la première chambre de compensation 52.La réception du volume de liquide de l'une ou autre des chambres extérieures de pression 15 ou 16 est obtenue par suite d'un léger fléchissement de la membrane de compensation 51 dans le cas d'une pression différentielle très élevée grâce au fait que la surface active de la membrane de compensation 51 est nettement plus importante que la surface active de la première et de la seconde membranes de séparation 13 et 14 et de la membrane de mesure 31. La raideur de la membrane de compensation 31 peut par conséquent être choisie d'une façon relativement libre. Les canaux 59 et 60 situés dans le premier et le second élément de bottier 55 et 56 peuvent être réalisés aise- ment par perçage de la périphérie jusqu'au centre et au moyen d'un autre perçage dans les parties en creux de forme sphérique des corps isolants 57 et 58. Etant donné qu'un léger fléchissement de la membrane de compensation 51 peut être suffisant pour réaliser une protection vis à vis de pressions différentielles extraordinairement élevées, le tube de liaison 61 peut être Eixé à la membrane de compensation 51 à proximité de sa périphérie à l'aide de dispositifs de fixation 62 par soudage ou autre > ce qui empêche toute gêne de fonctionnement de la membrane de compensation 51. La figure 2 montre un autre exemple de réalisation conforme à l'invention dans lequel les composants, qui correspondent à des composants déjà contenus dans l'exemple de réalisation de la figure 1, sont désignés par les mêmes chiffres de référence . Le dispositif représenté de mesure de pressions différentielles 70 contient l'unité 71 de transmission de différence de pression , un premier élément de boîtier 43 et un second élément de bottier 44. L'unité 71 de transmission de différence de pression contient un premier élement de bottier 72 en métal possédant une forme cylindrique étroite, une plaque rigide 73 qui est fixée sur un côté de l'élément de boîtier 72, une membrane de mesure 74, qui est montee sur l'autre côté de l'élément de boîtier 72, ainsi qu'un second élément de bottier 82 qui est monte contre le côté extérieur de la membrane de mesure 74. Le premier élément de bottier 72 est muni d'un corps isolant 75 dis posé en son intérieur. Les deux surfaces 76 et 77 du corps isolant 75 ont une forme concave sphérique et portent des feuilles métalliques 78 et 79 qui servent d'électrodes de condensateur. Sur son pourtour extérieur, la plaque fixe 73 est reliée de façon étanche par soudure à un côté du premier élément de boitier 72 et forme une chambre 80 en liaison avec la surface 76 du corps isolant 75. La membrane de mesure 74 est renforcée selon une forme annulaire sur son pourtour extérieur et est reliée à ce niveau, de façon étanche par soudage, à l'autre c8té du corps de l'élément de bottier 72. La membrane de mesure 74 forme une première chambre de mesure 81 en liaison avec la surface 77 du corps isolant 75. En outre la membrane de mesure 74 est reliée par soudage de façon fixe et étanche, sur son pourtour extérieur, au second élément de bottier 82; une seconde chambre de mesure 83 est formée par la membrane de mesure 74 et par le second élément de bottier 82.L'unité 71 de transmission de pression différentielle est disposée à l'intérieur d'un évidement 45 du premier élément de bottier 43 et y est maintenu au moyen d'une plaque de fixation 46 et de boulons de fixation 47. Le second élément de bottier 44 est disposé de telle manière qu'il recouvre l'évidement intérieur 45, et une membrane de compensation 51 est tendue entre le premier et le second éléments de bottier 43 et 44. La membrane de compensation 51 limite la première chambre de compensation 52 du côté du premier élément de bottier 43 et une seconde chambre de compensation 53 du côté du second élément de bottier 44. La première chambre de compensation 52 est reliée à 11 évidement intérieur 45. Dans le corps isolant 74 est ménagé un canal 84 qui relie la chambre 80 de l'unité 71 de transmission de différence de pression à la première chambre de mesure 81. Un canal 85 est situé également dans la plaque fixe 73 et relie la chambre 80 à un espace extérieur de pression 15,au canal 49, au canal 50, à la fente ou l'espace intérieur de pression 48 et à la première chambre de compensation 52. Un tube de liaison 61 et un canal 86, qui s'étend à l'intérieur du second élément de bottier 82, relient la seconde chambre de mesure 83 à la seconde chambre de compensation 53, au canal 54 et à l'autre chambre extérieure de pression 16 du porteélément de bottier 44. L'extrémité du tube de liaison 61 est re liée de façon étanche au canal 86, tandis que l'autre extrémité du tube de liaison 61 est maintenue de façon étanche contre la membrane de compensation 51 à l'aide de dispositits de fixation 62. Les qualités des chambres 80, de la première et de la seconde chambres de mesure 82 et 83, de la première et de la seconde chambres de compensation 52 et 53, des deux chambres extérieures de pression 15 et 16 et de la fente 48, sont remplies par un liquide incompressible, telle que de l'huile au silicone. Les canaux 49, 54, 84, 85, 86 ainsi que le canal 50 et le tube de liaison 61 servent de conduites pour le liquide introduit. Lorsque la différence entre les pressions P1 et P2, qui sont appliquées aux membranes de séparation 13 et 14, est située dans une plage prédéterminée de valeurs, la membrane de mesure 74 subit un fléchissement ou une déviation. Ce fléchissement provoque une variation de la capacité C2 entre lamembrane de mesure 74 et la feuille métallique 79. Une autre capacité Cl entre la feuille métallique 78 et la plaque fixe 73 reste constante. Une détection des modifications de la différence entre la capacité C1 et C2 constitue une mesure du fléchissement ou de la déviation de la membrane de mesure 74 et par conséquent une mesure de la différence entre les pressions P1 et P2. S'il apparait une pression très élevée entre la membrane de séparation 13 ou 14, cette dernière est appliquée étroitement contre le premier ou le second éléments de bottier 43 ou 44, avant que la membrane de mesure 74 s'applique contre les éléments de boîtier 82 ou le corps isolant 75, et la membrane de compensation 51 subit un fléchissement indépendamment de la membrane de mesure 74, -par suite d'un décalage du volume du liquide de remplissage introduit, qui correspond essentiellement au volume de l'une ou l'autre des chambres extérieures de pression 15 ou 16. La membrane de compensation 51 possède une surface active qui est nettement supérieure à celle de la membrane de mesure 74.Par conséquent un choix libre de sa rigidité ou raideur est possible; le dispositif 70 de mesure de pression différentielle peut être protégé contre des différences de pression extraordinairement élevées par la première et par la seconde membranes de séparation. Comme cela a été mentionné plus haut, la membrane de compensation possède conformément à la présente invention un diamètre extérieur supérieur à celui de la première et de la seconde membranes de séparation. Par conséquent également sa surface active est supérieure à celle de ces deux-membranes, en sorte que dans le cas d'une pression différentielle extraordinairement élevée, la majeure partie du volume sortant d'une autre chambre extérieure de pression peut être logée suffisamment par suite d'un fléchissement relativement faible de la membrane de compensation. Une détermination de la raideur désirée de la membrane de compensation peut être par conséquent obtenue facilement, ce qui permet d'obtenir une protection sûre vis à vis de pressions différentielles extraordinairement élevées tout en maintenant l'efficacité de fonctionnement de la membrane de mesure. REVENDICATIONS 1) Appareil de mesure de pressions différentielles du type comportant une chambre de mesure qui est subdivisée par une membrane de mesure pouvant être chargée su oses deux faces par une pression, en deux espaces de mesure qui sont reliés, d'une façon transmettant la pression, à des chambres extérieures de pression raccordées à des membranes de séparation, et dans laquelle les parois, situées en face des membranes, des chambres extérieures de pression sont constituées sous la forme de surfaces d'application pour les membranes, contre lesquelles les membranes de séparation stappubnt dans le cas d'une surcharge, et du type comportant un liquide de remplissage incompressible pour réaliser la transmission hy.wraulique des pressions de mesure agissant dans des sens opposés sur les membranes de séparation, à la membrane de mesure, des dispositifs pour convertir le fléchissement, proportionnel à la différence de pression, de la membrane de mesure en une grandeur électrique, une chambre de compensation raccordée en parallèle du point de vue hydraulique avec la chambre de mesure et comportant une membrane de compensation destinée à loger le volume de liquide de remplissage refoulé, dans le cas d'une surcharge, hors de la chambre respective extérieure de pression, et une enceinte intérieure de pression reliée d'une façon conduisant la pression à une chambre extérieure de pression et dans laquelle la chambre de mesure est disposée de telle manière que sa surface extérieure est soumise au moins partiellement aux pressions de mesure transmises par le liquide de remplissage, caractérisé par le faiez que la chambre intérieure de pression (48) est limitée par la membrane de compensation (51), que la chambre de mesure (33), située à l'opposé de l'une des chambres extérieures de pression (15), est reliée par l'intermédiaire d'un tube de liaison (61) au côté de la membrane de compensation (51), qui est situé à l'opposé de l'espace intérieur de pression (48), et que la surface active de la membrane de compensation (51) est nettement supérieure à celle de la membrane de mesure (33). 2) Dispositif de mesure de pressions différentielles suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la surface active de la membrane de compensation (51) correspond approximativement à la section transversale du dispositif (40) de mesure des pressions différentielles.