Brevet FR2396283A1 — publié le 19790126

La présente invention a pour objet un dispositif destiné à mesurer la densité de milieux gazeux, et par conséquent également de vapeurs, comme on s-ait le faire à l'aide d'indicateurs de pression mécaniques, soit sous forme de mesure relative en tenant compte en plus de la température du milieu soit sous forme de mesure absolue, en tenant compte en plus des constantes propres aux matériaux et de la constante des gaz. Par"densi- metrie"ou mesure de la densité, il faut entendre également ici une comparaison quantitative de valeurs limites, s'effectuant sous forme d'une surveillance de valeur limite de densité. Mais la mise en oeuvre de la comparaison de valeurs limites n'est pas objet de l'invention. L'objet de l'invention a pour but de former un signal de mesure permettant une mesure absolue ou relative et permettant donc une surveillance de valeur limite. La mesure de la densité présente une importance particulière pour la surveillance des gaz isolants dans les installations de couplage ou d'interconnexion, et surtout du gaz qui est de plus en plus utilisé cette fin, c'est-à-dire l'hexafluorure de soufre. Pour ce faire, on utilise dans la pratique, à l'intérieur d'une installation, de nombreux postes de contrôle et de mesure, de sorte qu'il est fortement besoin de simplifier les dispositifs correspondants, et d'en abaisser le prix de revient, sans rien perdre en sécurité et en précision de fonctionnement. L'invention a donc pour but de créer un dispositif pour la mesure de la densite qui, à ce point de vue, représente un progrès certain par rapport aux contrôleurs de pression électromécaniques connus, tenant compte en plus de la température. Ce résultat est obtenu par l'invention avec un dispositif pour la mesure de la densité de milieux gazeux grâce au fait qu'il est prévu un transformateur de mesure électrique, dépendant de la pression et de la température, ayant un signal de sortie au moins approximativement proportionnel la pression et inversement proportionnel la temperature. Le dispositif selon l'invention comprend donc essentiellement des organes de mesure ou capteurs sensibles à la pression et à la température, et, partir des signaux correspondants, il effectue une formation de quotient d'où résulte un signal de sortie dépendant de la densité. Entre autres possibilités, on a ainsi celle de recevoir un signal dépendant de la pression et un signal dépendant de la température dans des transformateurs de mesure séparés, puis on superpose ces signaux soit par multiplication, soit par formation de quotient. La première possibi- lité nécessite pour tre superposé au signal proportionnel à la pression un signal inversement proportionnel à la température, et la deuxième possibilité, un signal proportionnel à la temperature. A l'aide des éléments de transformateur dont on peut disposer en pratique, on peut réaliser en général les deux types de relation par rapport à la température dans des champs de mesure déterminés avec une approximation suffisante. Pour la relation inversement proportionnelle par rapport å la température, on peut utiliser par exemple des éléments semi-conducteurs tels que diodes et autres, qui ont en soi une courbe caractéristique tension-température gradient linéaire pour un courant intrin- sèquement constant, mais cette courbe caractéristique gradient linéaire peut, dans des sections déterminées, tre utilisée avec une approximation suffisante comme courbe caractéristique gradient hyperbolique d'une fonction réciproque. On dispose dans la pratique d'éléments transformateurs proportionnels à la température avec une approximation suffisante, mais ces éléments nécessitent un di positif particulier pour la formation de quotient. Il est également possible de monter des transformateurs sensibles dépendant de la pression et de la température dans un dispositif approprié qui fournit un signal de sortie approximati- vement proportionnel à la pression et inversement proportionnel à la température. Il peut s'agir en l'occurrence, par exemple, de transformateurs piézo-électriques montés dans un couplage en pont, la dépendance de la température des transformateurs en question pouvant tre mise profit pour le but poursuivi. Par rapport aux dispositifs électromécaniques, l'avantage essentiel que présente le dispositif de mesure selon l'invention réside dans sa capacité de réaction rapide et dans l'absence d'hystérésis dans le tracé de courbe caractéristique, ce qui améliore notablement la précision et la sûreté de mesure. De plus, on peut réaliser un ajustage et un étalonnage dans la zone des éléments électriques de commutation, alors que tout re- ajustage pour tenir compte des conditions ambiantes au poste de mesure devient inutile. La fabrication du dispositif, son montage et sa mise en oeuvre en sont d'autant facilités. Une propriété particulière du dispositif de mesure selon l'invention est que, dans la pratique, le transformateur de mesure de pression réagit en général aux variations de pression plus rapidement que le transformateur de mesure de température ne le fait aux variations de température. Cela revient à dire qu'en cas de variations brusques de pression et de température, le signal de sortie est, dans un intervalle transitoire initial, déterminé de façon prépondérante par la variation de pression, et qu'il y a donc un écart correspondant de la mesure de densité. Mais, en général, on peut maintenir l'inertie du transformateur de mesure de température suffisamment faible pour que l'intervalle transitoire soit suffisant pour les nécessités pratiques de la surveillance. D'autre part, la propriété susdite peut tre avantageusement mise profit par elle-mme pour surveiller les variations rapides de pression pouvant se présenter dans une chambre de pression de gaz, ce qui représente fréquemment un avantage important. Dans le cas où on procède par multiplication, il est avantageusement prévu d'utiliser un transformateur de mesure de pression à effet piézo-électrique qui est raccordé à une source d'alimentation électrique à grandeur de sortie inversement proportionnelle à la température. On obtient ainsi directement une grandeur de mesure proportionnelle au rapport p/T (p = pression ; T = température absolue), c'est-à-dire proportionnelle a la densité, qui peut tre facilement exploitée dans un dispositif de surveillance de valeur limite. Ce mode de réalisation se distingue par une grande simplicité, car il ne comporte aucun élément mû ou déformé, tel que soufflet en métal ou membrane bilame. De plus, étant donné que l'effet de résistance piezo-electrique dépend de la pression absolue du milieu et que, de son côte, l'alimentation électrique dépend de la température absolue, toutes les opérations d'ajustage et de contrôle nécessaires avec les dispositifs dépen- dant de la température ambiante et de la pression ambiante-deviennent inutiles. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressorti ront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé dans lequel : la figure 1 représente le schéma de principe d'un dispositif de mesure de densité piézo-électrique fonctionnant par multiplication ; la figure 2 représente le schéma-bloc d'un dispositif de mesure de densité à formation de quotient ; la figure 3 représente le schéma-bloc d'un dispositif de mesure de densité à télé-exploitation. Le dispositif de mesure représenté à la figure 1 comprend un transformateur piezo-electrique MWP de mesure de pression, avec un couplage en pont dans lequel sont disposés, diamétralement opposés, deux éléments électriques de transformateur Rx 1 et Rx2 à résistance dépendant de la pression, et qu'une source d'alimentation QI alimente en courant d'alimentation IB par une diagonale. Le transformateur MWP est soumis à l'action de la pression du fluide, dont on mesure la pression, de façon non représentée, et, l'autre diagonale du pont, on recueille une tension de mesure UM proportionnelle à la pression et, en outre, proportionnelle au courant d'alimentation IB. Cette tension est transformée dans un amplificateur de sortie VA en un signal de tension UA de niveau de puissance appro--ie. Le rapport inversement proportionnel entre la température et la tension mesurée UM est obtenu grâce un rapport identique du courant d'alimentation IB, qui est de son côté obtenu au moyen d'un amplificateur de compensation VC tension d'entrée inversement proportionnelle la température. Dans le circuit d'entrée de l'amplificateur de compensation est formée la différence entre la chute de tension, proportionnelle ai-, aux bornes d'une resis- tance P2 (réglable pour permettre des ajustages) et une tension d'entrée UE dépendant de la température, le degré élevé d'amplification amenant approximativement à la valeur zéro ladite diffa- rence sous l'effet du courant d'alimentation IB qui s'établit à une valeur correspondante. Lorsque l'amplificateur de compensation est dans cet état d'équilibre, In est donc proportionnel à la tension d'entrée U dépendant de la température. L'amplificateur de compensation joue donc le rôle de transformateur de tensioncourant. La tension d'entrée dépendant de la température est formée de son côté a l'aide d'une source de courant constant QIC sous forme de chute de tension un élément de résistance D variable de façon inversement proportionnelle à la température, par exemple une diode à semi-conducteur appropriée. De plus, un potentiomètre P1 servant corriger le coefficient de température est monté en série. De cette façon, on peut, avec des moyens simples, réaliser une dépendance inversement proportionnelle par rapport à la température, relativement précise (à faible glissement). Selon un autre mode de réalisation de l'invention non représenté, on utilise directement un transformateur de mesure de pression MWP à effet piezo-electrique dont les elements présentent une résistance qui, non seulement, dépend de la pression mais dépend également de façon appropriée de la température. En dimensionnant de façon appropriée les éléments du pont, on obtient alors, avec un courant d'alimentation dépendant de la température, une tension mesurée UM proportionnelle a la pression et inversement proportionnelle à la température. Un tel dispositif est d'une simplicité particulièrement grande parce qu'il ne comporte pas les couplages de compensation qui sont habituellement prévus pour équilibrer la dépendance de la température des éléments de transformateur piezo-electriques. L'exemple de réalisation du dispositif multiplicatif reprd- sente à la figure 2 comporte des transformateurs de mesure séparés, qui sont un transformateur de mesure de pression MWP avec un signal de sortie Up au moins approximativement proportionnel à la pression, et un transformateur de mesure de température MMT avec un signal de sortie UT au moins approximativement proportionnel à la température. Les sorties de ces transformateurs sont reliées de façon connue en soi aux entrées correspondantes d'un formateur de quotient, qui fournit alors le signal de sortie UA dépendant de la densité. On peut en particulier utiliser pour une telle formation de quotient des circuits numériques auxquels on raccorde les transformateurs de mesure par des convertisseurs analogiquesnumériques correspondants. L'exemple de réalisation représenté la figure 3 peut tre utilisé pour le télé-contrôle ou la télé-mesure de la densité de e gaz avec une pluralité de postes de mesure. Chaque poste de mesure est muni d'une paire de transformateurs MWP, MIT, pour la pression et la température, et est raccordé par un double canal de transmission correspondant Kp, KT, a un dispositif d'exploitation central A éloigné des postes de mesure. Dans ce dispositif, de façon connue en soi et non représentée, il est procédé aux opérations logiques indiquées ci-dessus et éventuellement aux conversions analogiques-numériques ainsi qu'aux comparaisons de valeurs limites et opérations analogues pour une surveillance étendue de densité de gaz et éventuellement de variation de pression. REVENDICATIONS 1.-Dispositif pour la mesure de la densité de milieux gazeux, caractérisé en ce qu'il comprend un transformateur de mesure électrique dépendant de la pression et de la température, à signal de sortie (UA) au moins approximativement proportionnel à la pression et inversement proportionnel la température. 2.-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un transformateur électrique de mesure de pression (MNP) et un transformateur électrique de mesure de température (D ; INUIT) sont disposés en liaison de commande multiplicative ou formatrice de quotient, en formant un signal de sortie (UA) au moins approximativement proportionnel à la pression et inversement proportionnel à la température. 3.-Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par un transformateur de mesure de pression à effet piezo-electrique (MWP) qui est raccordé à une source d'alimentation électrique (QI) à grandeur de sortie au moins approximativement inversement proportionnelle à la température. 4.-Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par une source d'alimentation électrique (QI) à courant de sortie (IB) au moins approximativement inversement proportionnel à la température. 5.-Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la source d'alimentation électrique comporte une source de courant constant (QIC) dans le circuit de sortie de laquelle est disposé un élément de circuit (D) présentant une résistance variable au moins approximativement de façon inversement proportionnelle à la température, et en ce que la chute de tension cet élément de circuit est connectée à l'entrée d'un transfo- mateur de tension-courant (VC). 6.-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la source d'alimentation électrique (QI) comporte comme élément transformateur dépendant de la tempe- rature un élément de circuit électrique qui, pour un courant constant, présente pour sa résistance et sa tension aux bornes une courbe caractéristique de température gradient au moins appro- ximativement linéaire. 7.-Dispositif selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est prévu comme transformateur de tension-courant (VC) un amplificateur de compensation. 8.-Dispositif selon la revendication 2, caractérise en ce qu'un transformateur électrique de mesure de pression (MWP) à signal de sortie (Up) au moins approximativement proportionnel à la pression, et un transformateur électrique de mesure de temperature (MONT) à signal de sortie (UT) au moins approximativement proportionnel la température sont raccordés à un formateur de quotient (Q) signal de sortie (usa) au moins approximativement proportionnel à la pression et inversement proportionnel à la température. 9.-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 8, caractérisé en ce que les sorties d'un transformateur électrique de mesure de pression (MWP) et d'un transformateur electrique de mesure de température (MWT) prévus en un lieu de mesure sont raccordées par des canaux de transmission séparés (K, Km) à un dispositif d'exploitation (A) éloigné du lieu de mesure où, par combinaison logique multiplicative ou formatrice de quotient de ces sorties, cn forme un signal de sortie au moins approxima- tivement proportionnel à la pression et inversement proportionnel la température. 10.-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par un transformateur électrique de mesure de pression (MWP) à signal de sortie (UA) au moins approximativement inversement proportionnel à la température. 11.-Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il est prévu un transformateur de mesure de pression à effet piézo-électrique (MNP) qui comporte au moins un élément transformateur (RxI, Rx2) a resistance electrique variable depen- dant de la température et de la pression.