Brevet FR2449217A1 — publié le 19800912

L'inventlon cancerne un générateur de pression fluctuante, notamment pour l'étfllqnnage en phase liquide des transmetteurs de pression par caaraison à un transmetteur etalon, Lorsqu'un fluide hydraulique se déplace dans une conduite, il suhit des variations de pression tres rapides dont certains risquent d'avoir des conséquences fâcheuses sur la tenue du matériel. Ces variations peuvent prendre la forme de fluctuations turbulentes ou élastiques lorsqu'elles sont dues à la présence d'obstacles à l'intérieur des conduites ou lorsque ces dernieres pressentent des singularités. es fluctuations de pression ont pour consequence de faire vibrer le matériel en créant un couplage hydro-élastique entre la structure et le fluide en mouvement. Les variations de pression du fluide en mouvement peuvent également prendre la forme de J'coups de bélier" lorsqu'elles résultént du fonctionnement quasi instantané d'un organe de coupure. Elles engendrent alors une onde raide de sLltpression en amont de l'organe de coupure et une onde raide de dépression en aval de cet organe, ces deux ondes pouvant atteindre une amplitude de plusieurs dizaines de bars et leurs effets sur le matériel sent équivalents à ceux d'un choc mécanique. Afin de détecter et de mesurer ces différentes variations de pression qui peuvent être part iculierement préjudiciables à l'ensemble du matériel, on dispose d'un grand nombre de transmetteurs de pression parmi lesquels on peut citer à titre d'exemples non limitatifs, les transmet surs à potentiomètre, les transmetteurs à fils tendus, les transmetteurs à jauges extensométriques, les transmetteurs cepacitifs, les transmetteurs inductifs, les transmetteurs z courant de Foucault et les transmetteurs plézoélectrìques. Toua ces transmetteurs de pression utilisent une méthode indirecte qui consiste à mesurer une grandeur dont la couibe de variation en fonction de la pression est LJnnIIe. Ces transmetteurs se caractérisent par leur loi de réponse en fréquence, c'est-à-dire par la loi de Variation de leur gatn en fonction de la fréquence. GénérqleXent, la structure des transmetteurs est choisie de telle sorte que leur loi de réponse est caractéristique d'un système linéei- re à un degré de liberté. Dans un tel système, la valeur du gain reste pratiquement constante lorsque la fréquence est inférieure à la fréquence de résonance du transmetteur. En outre, dans la m & e gamme de fréquence, le déphasage entre le signal de pression et le signal de sortie du transmetteur est d'autant plus faible que le coefficient d'amortissement est petit.En conséquence, on utilise généralement des transmetteurs comprenant un capteur de petites dimensions à très fatale coefficient d'amortissement, et dont la fréquence maximale de l'étendue de mesure est inférieure à la fréquence de résonance du transmetteur et égale par exemple au cinquième de cette fréquence. Cependant, des travaux récents ont montré que le gain des transmetteurs peut varier notablement aux basses fréquences. Il en résulte qu'on ne peut en aucune manière supposer que la réponse dynamique d'un transmetteur est identique à sa réponse statique. Il est donc nécessaire de pouvoir procéder à l'étalonnage dynamique des transmetteurs. Dans cet esprit, il existe différents types de générateurs de pression fluctuante qui couvrent chacun un domaine de fréquence et de pression bien déterminés. Cependant, alors que des générateurs de pression fluctuante pour 1' éta- lonnage des transmetteurs de pression en phase gazeuse existent,on connaît très peu de générateurs adaptés à l'étalonnage en phase liquide. Afin de délivrer une pression fluctuante permettant notamment l'étalonnage en phase liquide des transmetteurs de pression, on a proposé un générateur comprenant un piston monté coulissant dans un bottier et sollicité dans un mouvement de va-etovient à l'aide d'angénériteur de vibrations déplaçant alternativement le bottier selon un axe parallèle à l'axe du piston, ce dernier étant assacié à Line iDasse d'inertie et un ressort étant interposé entre le piston et le fiottier, de fanon à faire varier rapidement la pression régnant dans une chambre de compression remplie de fluide hydraulique, cette chambre étant définie entre le bottier et l'une des extrémités du piston.Dans ce générateur de pression fluctuante, le transmetteur- à étalonner ainsi qu'un transmetteur étalon sont sensibles à la pression régnant dans la chambre de compression, de telle sorte que l'étalonnage dynamique du transmetteur à étalonner peut etre effectué par comparaison avec le signal délivré par le transmetteur étalon. En outre, un piston de mise en pression communiquant avec la chambre de compression permet de régler la pression moyenne du fluide hydraulique contenu dans celle-ci. Ce générateur de pression présente cependant l'in convénient majeur de soumettre les transmetteurs de pression à des vibrations mécaniques importantes qui peuvent créer des parasites faussant la réponse de ces transmetteurs. En outre, un générateur de pression fluctuante de ce type ne peut pas être utilisé pour corriger les mesures effectuées à l'aide de transmetteurs placés à l'extrémité de longues conduites de prise de pression introduisant des facteurs d'amplification qui peuvent être considérables. En effet, un couplage entre les fluctuations de pression et les vibrations entretenues par le générateur peut s'établir dans la conduite et fausser les mesures. La présente invention a pour objet la réalisation d'un générateur de pression fluctuante permettant notamment l'étalonnage en phase liquide des transmetteurs de pression et dans lequel les vibrations mécaniques subies par les transmetteurs sont pratiquement négligeables. En conséquence, la conduite reliée à un tel générateur ne vibre pratiquement pas-, de sorte que l'effet de couplage mentionné précédemment devient négligeable. I1 sera donc possible d'utiliser ce générateur de pression fluctuante pour étudier l'effet de la pression statique sur la réponse d'une ligne de pression reju plie d'un liquide. Dans ce Eutf et conformément à l'invention, un génémateur de pression fluctuante cmprenant xn~hottier dans lequel un piston est manté coulissant, une chambre de com- pression définie entre la soutier et l'une des extrémités du piston et remplie de fluide hydraulique sous pression et des moyens de commande alternatifs communiquant au piston un mouvement de va-et-vient à l'intérieur du bottier se caractérise en ce qu'il comprend de plus une chambre de réaction définie entre le boiter et l'autre extrémité du piston et remplie de fluide hydraulique sous pression, de telle sorte que la force résultante moyenne exercée sur le piston soit nulle. Conformément à une caractéristique secondaire de l'invention, les deux chambres communiquent avec une source unique de fluide hydraulique sous pression. De préférence, des moyens d'isolement sont alors prévus entre la source hydraulique sous pression et chacune des chambres de façon à isoler celles-ci lorsque l'équilibre des pressions dans chacune des chambres est obtenu. Selon une autre caractéristique secondaire de l'invention, le générateur de pression fluctuante comprend de plus une chambre d'étalonnage remplie de liquide et séparée de la chambre de compression par une membrane souple, des moyens de fixation prévus pour recevoir un transmetteur étalon et au moins un transmetteur à étalonner sensibles à la pression régnant dans la chambre d'étalonnage. Une telle structure est généralement utilisée lorsque le liquide remplissant la chambre d'étalonnage est différent du fluide hydraulique remplissant la chambre de compression et la chambre de réaction. Selon encore une autre caractéristique secondaire de l'invention, les moyens de commande alternatifs communiquent au piston un mouvement de va-et-vient qui engendre une variation de pression sensiblement sinusoidale dans la cham bre de compresatont Lorsque la réponse de la chaine de Mesure de pression variable,, comprenant notamment la ligne de pres sion, le transmetteur et un système électronique de mesure incorporant en particulier des ampliftcateursv et des filtres, est linéaire, une telle caractéristique permet d'obtenir un signal de sortie électrique également sinusQXdal. L'étalonnage dynamique du transmetteur de pression s'en trouve ainsi sensiblement amélioré. Conformément à un premier mode de réalisation de l'invention, les moyens de commande- alternatifs comprennent un dispositif générateur de vibrations comportant un organe de sortie susceptible de se déplacer dans un mouvement de va-et-vient parallèlement à l'axe du piston, ce dernier étant associé mécaniquement à l'organe de sortie pour suivre le mouvement de celui-ci. Conformément à un second mode de réalisation de l'invention, les moyens de commande alternatifs comprennent un moteur comportant un arbre de sortie d'axe sensiblement normal à l'axe du piston et portant une came dont la rotation commande le mouvement de va-et-vient du piston. De préférence, la came est constituée par un excentrique et la vitesse de rotation de l'arbre de sortie du moteur est réglable. On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de l'invention en se référant au dessin annexé dans lequel la figure unique représente une vue en coupe partielle d'un générateur de pression fluctuante réalisé conformément aux enseignements de la présente invention. Le générateur de pression fluctuante représenté sur la figure comprend un dispositif générateur de vibrations AQ, d'un quelconque type connu, supportant un plateau horizontal 12 par l'intermédiaire d'entretoises 14 dont l'une seulement est représentée sur la figure. Le plateau 2 est percé dans sa partie centrale d'une ouverture 16 dans laquelle est reg un bottier en plusieurs parties 8 fixé au plateau 32 par exemple au moyen de vis 2a. Le boiter S8 s'étend de part. et d'autre du plateau 12 et comprend en--essous de ce dernier une partie cylindrique 22 définissant un alésage 24 dans lequel est raQu en coulissement un piston 26.Le dispositif générateur de vibra tisons 10 comprend un organe de sortie 28 susceptible de se déplacer dans un XRnYement de sanetnYIent parallèlement à l'axe du piston c'et--dire de préférence selon une direz tion sensiblement verticale, Un fourreau 30 est fixé de façon rigide à l'organe de sortie 28 par tous moyens appropriés tels que des vis 32 et il est disposé de fanon & entourer la partie cylindrique 22 du bottier 18 de telle sorte que les axes de la partie cylindrique 22 du fourreau 30 et du piston 26 soient confondus et sensiblement verticaux, Le piston 26 est assujetti au fourreau 30 au moyen d'une broche 34 traver sant l'un et l'autre de ces deux organes, et les mouvements de va-et-vient transmis par l'organe de sortie 28 du dispositif générateur de vibrations 10 au piston 26 sont autorisés à la fois par la réalisation de trous oblongs 36 dans la partie cylindrique 22 au niveau de la broche 34 et par l'existence d'un jeu 38 entre l'extrémité de la partie cylindrique 22 et la hase du fourreau 30, Une chambre de compression 40 est définie entre lé bottier 18 et l'extrémité supérieure du piston 26, et une chambre de réaction 42 est définie entre la partie tubulaire 22 du botter et l'extrémité inférieure du piston.Des conduites 44 et 46 mettent respectivement en communication la chambre de compression 40 et la chambre de réaction 42 avec un vérin hydraulique 48 porté par le plateau 12. Le vérin 48 est commandé par une clé de manoeuvre 50 permettant d'établir dans les chambres 40 et 42 une pression de fluide hydraulaque déterminée. L'étanchéité des chambres 40 et 42 est assurée par des joints annulaires 52 et 54 respectivement logés dans des gorges appropriées formées dans le bottier 18 ou sur le piston 26 et engageant de façon étanche le piston 8 ou le hoîtier 18, respectivement. Le fluide hydraulique introduit par les conduites 44 et 46 dans les chambres 40 et 42 peut être constitué par tout fluide hydraulique compatible avec les joints d'étanchéité 52 et 54. A titre d'exemple, ee fluide peut être constitué par de l'huile, En outre, un robinet d'isolement 56, 58 respectivement est disposé dans chacune dea conduites 44 et 46 de façon à pouvoir ouvrir ou interrompre à volonté lg camSunicat-;on antre le vérin 48 et chacune des chambres 4Q et 42 au moyen de poignées de commande 60 et 62 respectivement. Comme le montre la figure, une chambre d'étalonnage 64 est également définie dans le boîtier 18. Cette chambre d'étalonnage est séparée de façon étanche de la chambre de compression 4Q par une membrane élastique 66, et elle est de préférence remplie d'un liquide différent du fluide hydraulique admis dans la chambre de compression 40, ce qui justifie la présence de la membrane 66. IJne telle structure peut être notamment utilisée lorsque la chambre de compression 40 est remplie d'huile alors que la chambre d'étalonnage 64 est remplie d'eau, Comme son nom l'indique, la chambre d'étalonnage 64 est destinée à permettre l'étalonnage en phase liquide d'un transmetteur de pression 68 par comparaison avec les informations fournies par un transmetteur étalon 7û. A cet effet, des moyens de fixation constitués dans le mode de réalisation représenté par des trous taraudés 72 et 74 sont formés dans la partie supérieure 76 du boîtier 18 dans laquelle est définie la chambre d'étalonnage 64. Les trous taraudés 72 et 74 déhouchent dans la chambre 64 de telle sorte que le transmetteur à étalonner 68 et le transmetteur étalon 7G soient sensibles directement à la pression régnant dans la chambre d'étalonnage 64 après leur fixation dans les trous taraudés. Le générateur de pression fluctuante qui vient d'entre décrit en se référant à la figure unique fonctionne de la façon suivante A l'aide du vérin 48, une pression statique déterminée est établie à la fois dans la chambre de compression 40 et dans la chambre de réaction 42. Lorsque les pressions régnant dans chacune des deux chambres sont parfaitement équilibrées, ces dernières sont isolées à l'aide des rohinets d'isolement 56 et 58. A titre indicatif, le dispositif selon l'invention a permis d'étahlir dans les chambres 40. et 42 une pression de 101 bars sans que l'étanchéité des chambres soit mise en défaut.On excite alors le dispositif générateur de vibrations G, de sorte que l'organe de sortie 28 transmet au piston 26 par lwintermédiaire du fourreau 30 et de la broche 74 un mouvement de vamettvient dont la fréquence peut être réglée à l'intérieur de certaines limites déterminées par le constructeur du dispositif générateur de vibrations 10. De préférence, le signal d'excitation du dispositif générateur de vibrations 1(1 est sinusoidal, A titre d'exemple, un générateur de vibrations d'un type connu a permis de faire varier la fréquence & l'intérieur d'une bande située entre 20 et 500 Hz, Par suite de l'assujettissement mécanique direct du piston 26 à l'organe de sortie 28 du dispositif générateur de vibrations 1(1, et en raison de l'équilibre des pressions moyennes exercées par le fluide contenu dans les chambres 40 et 42 sur le piston, le déplacement du piston 26 par rapport au bottier 18 reste constant quelle que soit la valeur de la pression statique régnant dans la chambre de compression et quelle que soit la valeur de la fréquence des vibrations transmises au piston. Il en résulte que les fluctuations de pression ainsi engendrées dans la chambre 40 sont parfaitement déterminées et constantes.En outre, ces fluctuations prennent une forme sinusoïdale lorsque le signal d'excitation du dispositif générateur de vibrations 10 est lui-meme sinusot- dalt Le dispositif générateur de vibrations 1(1 peut également être asservi en fréquence et/ou en amplitude pour obtenir le signal de pression désiré, Par exemple, il peut entre soumis à un balayage en fréquence de façon continue, l'amplitude des fluctuations de pression étant maintenue constante.Ces fluctuations, qui sont transmises à la chambre d'étalonnage 64 par la membrane 66, permettent donc d'effectuer l'étalonnage dynamique du transmetteur de pression 68 dans de larges gammes de pression et en particulier lorsque le transmetteur est placé & l'extrémité de conduites relativement longues introduisant des facteurs d'amplification qui peuvent être particulièrement importants, On rappellera & ce propos que l'étalonnage d'un transmetteur de pression ne peut être effectué valablement qu'après que le aystème électronique de mesure qui lui est associé ait été lu i-m me étalonné et à condition que la transi metteur soit, d'une part, associé à la ligne de pression prév vue et, d'autre part, soumis au mAme environnement de pression, de température, de vibrations et de nature de fluide qu'il est appelé à rencontrer durant son fonctionnement, Ainsi, le liquide remplissant la chambre d'étalonnage 64 doit titre identique au liquide dont le transmetteur devra par la suite mesurer la pression. La présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'entre décrit à titre d'exemple, mais en incorpore toutes les variantes. Par exemple, dans le cas ou le liquide remplissant la chambre d'étalonnage 64 est identique au liquide remplissant les chambres de compression 40 et de réaction 42,. la membrane 66 peut entre supprimée de telle sorte que les transmetteurs de pression 68 et 70 soient directement en contact avec le liquide remplissant la chambre de compression 4Q, Une telle disposition présente cependant l'inconvénient qu'un générateur de pression fluctuante différent doit alors être utilisé pour chaque type de liquide, tandis que la structure à membrane décrite permet d'utiliser un générateur unique pour plusieurs liquides différents, le liquide remplissant la chambre d'étalonnage 64 étant alors simplement remplacé par un autre liquide par exemple au travers des trous taraudés 72 et 74. Dans un autre mode de réalisation de. l'invention non représenté, le dispositif générateur de vibrations 10 peut entre remplacé par un moteur électrique à vitesse continument réglable comprenant un organe de sortie dont l'axe est disposé sensiblement perpendiculairement à l'axe du piston pour commander par l'intermédiaire d'une came avec laquelle coopère un fourreau du type du fourreau 3û les mouvements de va-et-vient du piston. De préférence, la came est alors constituée par un excentrique porté par un arhre de sortie du moteur, de telle sorte que le mouvement transmis au piston soit sinusosdal Ce mode de réalisation permet notamment de générer des vibrations situées dans une gamme de fréquence allant du continu à 5Q Sz, BE0ENDICATIUNS 3 Générateur de pression fluctuante comprenant nn boîtier dans lequel un piston ett jijonté caulisaant, une chamhre de compression définie entre le bottier et l'une des extrémités du piston et remplie de fluide hydraulique sous pression et des moyens de commande alternatifs communiquant au piston un mouvement de va-et-vient à l'intérieur du bottier, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une chambre de réaction définie entre le bottier et l'autre extrémité du piston et remplie de fluide hydraulique sous pression, de telle sorte que la force résultante moyenne exercée sur le piston soit nulle. 2. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux chambres communiquent avec une source unique de fluide hydraulique sous pression. 3. Générateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que des moyens d'isolement sont prévus entre la source de fluide hydraulique sous pression et chacune des chambres. 4. Générateur selon l'une quelconque des revendica tlons précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une chambre d'étalonnage remplie de liquide et séparée de la chambre de compression par une membrane souple, et en ce que des moyens de fixation sont prévus pour recevoir un transmetteur étalon et au moins un transmetteur & étalonner sensibles à la pression régnant dans la chambre d'étalonnage. 5. Générateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le liquide remplissant la chambre d'étalonnage est différent du fluide hydraulique remplissant la chambre de compression et la chambre de réaction. 6. Générateur selon l'une quelconque des revendica tions précédentes, caractérisé en ce que les moyens de commande alternatifs communiquent au piston un mouvement de va-et-vient qui engendre une variation de pression sensiblement sinusoSdale dans la chambre de compression. 7. Générateur selon l'une quelconque des revendications -précédentes, caractérisé en ce que les moyens de commande alternatifs comprennent un dispositif générateur de vibrations comportant un organe de sortie susceptible de se déplacer dans un mouvement de va et-Yient parallelement à l'axe du piston ce dernier étant associé mécqntqueBent å l'organe de sortie pour suivre le mouvement de celuincI. 8. Générateur selon l'une quelconque des revendications a à 7, caractérisé en ce que les moyens de commande alternatifs comprennent un moteur comportant un arbre de sortie d'axe sensiblement normal å l'axe du piston et portant une came dont la rotation commande le mouvement de va-et-vient du piston. 9. Générateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la came est constituée par un excentrique. 10. Générateur selon l'une quelconque des revendications 8 ou X, caractérisé en ce que la vitesse de rotation de l'arbre de sortie du moteur est réglable,