Brevet FR2480431A1 — publié le 19811016

La présente invention est relative à un transmetteur mé- canique de pression à membrane, destiné aux dispositifs de mesure de pression de fluide. Il est courant d'évaluer une pression par la force qu' elle exerce sur une surface de référence, force que l'on me- sure par la déflexion d'un ressort dont l'action est opposée- à cette force. Il est alors nécessaire de séparer, de façon étanche, l'espace qui renferme le ressort et la chambre dans laquelle est admis le fluide dont on mesure la pression et o celle-ci agit sur la surface de référence. Les solutions classiques consistent à utiliser pour cette séparation, soit une membrane métallique ordinairement en forme de tube plissé, soit une membrane plane chimiquement indifférentes aux divers fluides couramment utilisés, par exemple à base d'un caout- chouc synthétique. La première de ces solutions correspond en principe aux pressions relativement importantes (quelques dizaines de bars), en raison de l'élasticité propre de la membrane, dont l'action s'ajoute à celle du ressort et introduit une hysté- résis non négligeable. Les membranes planes sont, au contrai- re, utilisées de préférence pour les pressions faibles, étant peu déformables; elles ne permettent que de faibles défle- xions du ressort. La présente invention a pour but d'éliminer ces incon- vénients en réalisant une séparation parfaite des deux fonc- tions: étanchéité et mesure, sans aucune interaction, et de créer un transmetteur de pression à membrane admettant des déplacements importants. A cet effet, l'invention concerne un transmetteur méca- nique dépression à membrane, destiné aux dispositifs de mesu- re de pression de fluide, du type dans lequel un équipage mobile est déplacé par la pression de fluide contre l'action d'un ressort, le déplacement de l'équipage mobile étant lié à un dispositif de transmission électrique du déplacement à un appareil de mesure, caractérisé en ce que au moins une partie de l'équipage mobile du transmetteur est isolée du fluide dont on mesure la pression au moyen d'une membrane à déroulement se déformant sans élasticité ni raideur, pour n'introduire aucune contrainte parasite dans la chaîne de mesure. Grâce à cette structure, et à la présence d'une mem- brane à déroulement dont la texture particulière élimine tou- te élasticité, on peut obtenir des déformations considérables de la membrane sans allongement de celle-ci, donc sans ab- sorption d'énergie. On peut alors utiliser des ressorts à très grande déflexion dont la caractéristique linéaire n'est pas affectée par un dispositif d'étanchéité. De plus, le grand déplacement rendu ainsi possible permet d'attaquer di- rectement, sans amplification mécanique, un dispositif clas- sique de transmission électrique, un potentiomètre par exem- ple, qui peut avoir une excellente définition en raison même du grand déplacement de l'équipage mobile. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressor- tiront d'ailleurs de la description qui va suivre, en réfé- rence aux dessins annexés représentant une forme de réalisa- tion préférentielle d'un transmetteur mécanique de pression à membrane selon l'invention, à titre d'exemple non limitatif, dessins dans lesquels: - la figure 1 est une section longitudinale schématique d'un transmetteur de pression selon l'invention, dans une position de déflexion nulle; - la figure 2 est une section longitudinale schématique du même transmetteur de pression, dans une position de dé- flexion importante. Le transmetteur de pression représenté sur les figures est constitué essentiellement par un boîtier 1, un équipage mobile 2 coulissant dans ce bottier 1 entre une position de déflexion nulle et une position de déflexion maximale, une membrane 3 y délimitant deux chambres et solidarisée à l'équi- page mobile 2, et un ressort de rappel 4 destiné à rappeler l'équipage mobile 2 à une position de déflexion nulle. L'équipage mobile est constitué par un axe longitudinal 21 portant, à l'intérieur du boîtier 1, un piston 22 et éven- tuellement une coupelle 23 entre lesquels est pincée la zone centrale de la membrane 3, la zone périphérique de cette der- nière étant immobilisée par rapport au boîtier 1. Dans le cas présent o le transmetteur de pression sert simplement à la mesure d'une pression de fluide, par exemple dans une enceinte, le boîtier 1, réalisé en deux parties 11, 12, comporte un orifice 111, 121 dans chacune de ces deux parties, l'un de ces orifices étant destiné au passage du fluide dont la pression doit être mesurée, et l'autre au pas- sage de l'axe 21 de telle sorte que les variations de posi- tion (déflexions) de celui-ci puissent être repérées par un dispositif de mesure extérieur, tel qu'un dispositif é1eàtriS-- que comprenant un potentiomètre de transmission dont le cur- seur est actionné par l'axe 21, par exemple à l'extrémité de celui-ci qui est extérieure au boîtier 1. Dans la partie 11 comportant un orifice 111 pour le pas- sage du fluide, cet orifice 111 est réalisé dans un embout 112 s'étendant à l'extérieur du boîtier 1 et destiné au rac- cordement à l'enceinte dans laquelle la pression du fluide doit être mesurée; dans la partie 12 comportant un orifice 121 pour le passage de l'axe 21, l'orifice 121 est réalisé dans un canon cylindrique de guidage 122 s'étendant à l'inté- rieur du boîtier 1, dont la surface intérieure sert au guida- ge de l'axe 21 et la surface extérieure au guidage du ressort de rappel 4 hélicoidal lequel est enfilé autour dudit canon de guidage 122, entre ce canon de guidage et la paroi au moins approximativement cylindrique de la partie 12 du boîtier 1 qui comporte l'orifice 121 pour l'axe 21. La zone périphé- rique de la membrane 3 est donc ici également immobilisée par pincement entre les deux parties 11, 12 du bottier 1, isolant ainsi la chambre 113 d'expansion du fluide dont la pression doit être mesurée et contenant la coupelle 23 de la chambre 123 de mesure contenant l'axe 21, le piston 22 et le ressort 4. Dans la position de déflexion nulle, la coupelle 23 por- tée par l'axe 21 et solidarisée à lui est au contact de la face interne de la paroi de la chambre 113 au voisinage de l'embout 112, grâce à l'action que le ressort de rappel 4 en appui contre une paroi du bottier autour du canon de guidage exerce sur--une embase périphérique du piston 22 porté égale- ment par l'axe 21; lorsqu'une pression est appliquée dans la chambre 113 d'expansion du fluide, l'équipage mobile se dé- place contre l'action du ressort 4, c'est-à-dire que la cou- pelle 23 s'éloigne de la face interne de la paroi de la cham- bre 113 qui est au voisinage de l'embout 112, et le déplace- ment de l'axe 21 est transmis au dispositif de mesure exté- rieur. La surface de référence sur laquelle agit la pression à mesurer est donc définie par la coupelle 23, et l'adapta- tion du capteur à une gamme particulière de pressions résulte du choix de la surface de la coupelle 23 et du ressort 4. Le dispositif de mesure extérieur, non représenté, peut être un dispositif classique, avec une transmission potentiométrique ou à induction, éventuellement du type transformateur dif- férentiel ou dérivé. Des résultats particulièrement intéressants sont obtenus grâce à l'application à ce transmetteur de pression d'une membrane à déroulement susceptible de se déformer sans élas- ticité ni raideur, c'est-à-dire sans que ses changements de forme engendrent des allongements générateurs de tensions in- ternes. On peut, par exemple, utiliser des membranes formées sous pression à chaud, avec un film central en polyamide ou en polyester constituant une sorte de toile, noyé entre deux films externes formés à chaud, en des matériaux dont la natu- re est fonction de celle des corps dont on veut mesurer la pression et des conditions d'ambiance exigées (température, vibrations, etc.), par exemple des matériaux élastomères, tels que nitryle, silicone fluoré... etc. Ainsi équipés, les transmetteurs de pression selon l'in- vention ont une caractéristique-linéaire et précise, et sont facilement adaptables à une grande diversité de gammes de pressions. Ils sont particulièrement avantageux pour les pres- sions de l'ordre du bar, pour lesquelles les dispositifs clas- siques voient leur précision relative sensiblement affectée par les phénomènes d'hystérésis. En équipant les deux côtés de l'axe 21 comme représenté à droite sur les figures, c'est-à-dire avec un ressort entre deux pistons coopérant avec une coupelle respective pour pincer chacun une membrane à déroulement, en équipant chaque extrémité du boîtier d'un orifice pour le passage d'un fluide, et en reportant dans la partie centrale dudit bottier entre les deux membranes le dispositif de transmission au dispositif de mesure extérieur, on réalise un capteur de pression différentielle possédant les mêmes avantages, notam- ment: - une séparation parfaitement étanche entre les fluides et les organes de mesure, n'introduisant aucune contrainte parasite génératrice d'hystérésis, et - une grande course de l'organe de mesure, sans utilisa- tion de dispositifs d'amplification mécanique, ce qui élimi- ne les erreurs de fidélité inhérentes à de tels dispositifs et permet d'obtenir une très bonne définition de la mesure. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation cidessus décrites et représentées, et on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisa- tion sans sortir du cadre de l'invention. * 248043 1 REVENDICATIONS 1. Transmetteur mécanique de pression à membtane, desti- né aux dispositifs de mesure de pression de fluide, du type dans lequel un équipage mobile est déplacé par la pression de fluide contre l'action d'un ressort, le déplacement de 1' équipage mobile étant lié à un dispositif de transmission électrique du déplacement à un appareil de mesure, caractéri- sé en ce que au moins une partie (21, 22) de l'équipage mobi- le (21, 22, 23) du transmetteur est isolée du fluide dont on mesure la pression au moyen d'une membrane à déroulement (3) se déformant sans élasticité ni raideur, pour n'introduire aucune contrainte parasite dans la chaîne de mesure. 2. Transmetteur mécanique de pression selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que la membrane (3) est appliquée sur un piston (22) soumis à l'action dudit ressort (4). 3. Transmetteur mécanique de pression selon l'une quel- conque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit ressort (4) prend appui d'un côté contre une embase périphé- rique du piston (22) et de l'autre contre une paroi du bol- tier. 4. Transmetteur mécanique de pression selon l'une quel- conque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il com- porte d'un côté de la membrane (3) un orifice (111) pour le passage du fluide dont la pression doit être mesurée, et de l'autre côté de la membrane (3) un orifice (121) pour le pas- sage d'un organe témoin (21) du déplacement de l'équipage mobile (21, 22, 23). 5. Transmetteur mécanique de pression selon l'une quel- conque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il com- porte de chaque côté une membrane et un orifice pour le pas- sage de fluides dont la pression différentielle doit être mesurée.