Brevet FR2496261A1 — publié le 19820618

La présente invention a pour objet un dispositif de mesure de pressions peu encombrant et pouvant être utilisé en atmosphère agressive. I1 n'existe pas à ce jour dans le commerce de capteur de pression de faible encombrement résistant à des températures de plusieurs centaines de degrés et résistant à des flux neutroniques et gamma importants : en particuliert t-ous les capteurs actuels ont des diamètres supérieurs à 20 mm. De plus, ces capteurs ne présentent pas un temps de réponse suffi sarment court pour pouvoir mesurer des pressions rapidement variables. La présente invention a justement pour objet un dispositif qui remédie à ces inconvénients en étant peu encombrant, utilisable en atmosphère corrosive ou radioactive, et présentant un temps de réponse très court. Selon la principale caractéristique du dispositif objet de l'invention, celui-ci comporte un boîtier comprenant - un support présentant deux surfaces planes, - une membrane déformable fixée sur la première surfa ce plane et présentant une forme elliptique, - une première jauge de contrainte fixéo sur ladite membrane déformable, - une deuxième jauge de co trairlte fixée sur la deuxième surface plane, - un conduit traversant ledit support et permettant au fluide dont on veut mesurer la pression de déboucher sur ladite première surface plane, sous la membrane. Selon une autre caractéristique de ce dispositif, il comporte à l'intérieur du bottier un deuxième support percé d'un conduit permettant à un deuxième fluide de pénétrer dans une cavité située entre la première surface plane du support et la paroi interne du bottier. Dans un mode de réalisation préféré, le premier support est en Inconel 718 tandis que le deuxième support est en acier inoxydable lB-iO. Enfin selon une autre caractéristique du dispositif, la membrane déformable a la forme d'une plaque, fixée de manière étanche sur la première surface plane du support et présenta,sst en son centre une partie elliptique d'épaisseur inférieure au reste de la plaque. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la descriptxon citai va sui- vre donnée à titre d'exemple purement illustratif et nullement limitatif en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique, en coupe longi tudinale, du dispositif objet de l'invention. - la figure 2 est une vue scbérnatique en coupe suivant la ligne II - II de la figure 1. - la figure 3 est une vue schématique en coupe suivant la ligne III - III de la figure 1. - la figure 4 est une vue schématique en coupe suivant la ligne IV - IV de la figure 1. - la figure 5 est une vue schématique en coupe suivant la ligne V - V de la figure i et, - la figure 6 est une vue schématique de dessous, en perspective et en coupe partielle de la membrane dé formable utilisée dans le dispositif objet de l'in vention. Sur la figure 1, on voit, à l'intérieur du bottier cylindrique 1 un support 2 présentant deux faces planes parallèles 3 et 4. Sur la première face 3 est fixée une membrane déformable 5 qui porte une jauge de contrainte 6. Selon une réalisation préféren tielle, la membrane 5 est en Inconel 718. Le support 2 est percé d'un conduit 8 permettant au fluide dont on veut mesurer la pression de déboucher sous la membrane 5 au centre de celle-ci. Une deuxième jauge de contrainte 7 est fixée sur la deuxième face plane 4 par l'intermédiaire d'un support 16 : son rôle est de compenser l'effet des variations éventuelles de température (fig. 3). Les parties sensibles des jauges (résistances en nickel-chrome ou platine-tungstène par exemple) sont reliées, par l'intermédiaire des boltiers de raccordement 12 et 13, aux câbles 14 et 15 (fig. 4) : ceux-ci sont constitués par trois conducteurs en cuivre isolés par une céramique et gainés inox. Sur la figure 1 on voit également à l'intérieur du bottier 1, un deuxième support 9 percé de trois conduits cylindriques : ceux-ci apparaissent mieux sur la vue en coupe de la figure 5. Les conduits 17 et 18 servent de passage aux câbles 14 et 15 tandis que le tube 10a assure l'arrivée dlun deuxième fluide à l'intérieur du bottier 1. En effet, les deux supports 2 et 9 ont une forme telle que non seulement ils ferment le bottier 1 de manière étanche à chacune de ses extrémités, mais de plus ils délimitent un espace fermé 11 à llinté- rieur du bottier, la jauge 6 étant située dans cet espace (Fig. 3). On peut ainsi introduire un deuxième fluide dans l'espace 11, soit pour une mesure différentielle, soit pour réaliser un étalonnage à l'aide d'une contre-pression de valeur connue. Dans un mode de réalisation préféré, le support 2 est réalisé en Inconel 718 et le support 9 en acier inoxydable 18-10. La forme de la membrane déformable 5 apparait sur la vue de dessous en perspective de la figure 6. Cette membrane se présente sous la forme dune plaque rectangulaire 19 d'épaisseur 0,4 mm dont la partie centrale 20 a été usinée par électro-érosion jusqu'à une épaisseur de 0,3 mm : c'est cette partie amincie, de forme elliptique qui se déforme sous l'action de la pression à mesurer et supporte la première jauge de contrainte 6. La lame elliptique optimise la sensibilité de la membrane dont le rapport des moments de flexion au milieu du grand axe dans le sens de la jauge au moment de flexion à l'encastrement aux extrémités du petit axe est minimum compte tenu du diamètre du capteur et de la longueur de la jauge. A titre d'essai, on a réalisé un prototype de diamètre 10 mm pour une longueur de 80 mm. On a pu constater que cet appareil permettait de mesurer des pressions de 0 à 150 bars (maximum admissible en cas de surcharge : 200 bars) pour une gamme de température allant de l'ambiante à 3500C environ. On a également pu noter un temps de réponse très court (passage de 150 à 1 bar en environ 0,001 seconde) une résolution de 150 mbar, un écart de linéarité de 0,5 % et une erreur d'hystérésis inférieure à 0,5 %. Le dispositif objet de l'invention apporte de nombreux avantages et notamment : - bonne tenue aux rayonnements ss, y et neutroniques, - bonne tenue à haute température - bonne tenue aux transitoires thermiques, - temps de réponse très court, - faible encombrement, - bonne tenue aux agents corrosifs, - bonne résolution et grande sensibilité. Quant aux applications possibles, elles sont nombreuses et variées, et plus spécialement dans le domaine nucléaire, par exemple - mesure d'un transitoire de pression à l'intérieur d'un crayon combustible. - mesure de pression des circuits caloporteurs des centrales nucléaires. - application aux essais de sûreté des réacteurs nu cléaires. Mais le dispositif objet de l'invention peut également être utilisé dans d'autres domaines, et il se révèle particulièrement utile en atmosphère agressive. On citera en particulier - mesure de pression dans les moteurs d'avions ou d'engins spatiaux, - mesure de pression dans les armes à feu, - mesure de pression dans l'industrie agro-alimentai re (notamment cuisson des viandes), - mesure de pression en géophysique (vulcanologie, géothermie). I1 est bien entendu que l'invention ne se limite pas au seul exemple qui vient d'être décrit et qu'on peut imaginer des variantes sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de pressions rapidement variables, à des températures de l'ordre de 20 à 3500C et éventuellement en atmosphère corrosive ou radioactive, caractérisé en ce qu'il comporte un bottier extérieur (1) comprenant - un support (2) présentant deux surfaces planes (3, 4), - une membrane déformable (5) fixée sur la première surface plane (3) et présentant une forme ellipti que, - une première jauge de contrainte (6) fixée sur ladi te membrane déformable (5), - une deuxième jauge de contrainte (7) fixée sur la deuxième surface plane 54S; - un conduit (8) traversant ledit support (2) et per mettant au fluide dont on veut mesurer la pression de déboucher sur ladite première surface plane, sous la membrane (5) 2.Dispositif selon 3a revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte à l'intérieur du bot- tier (1) un deuxième support 3. DisposZf selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier support (2) est réalisé en Inconel 718 et le deuxième support (9) en acier inoxydable 18-10. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la membrane déformable (5) est en Inconel 718. 5. Dispositif selon llune quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le bottier extérieur (1) est de forme cylindrique et que les supports (2) et (9) ont une forme telle qu'ils ferment de manière étanche le bottier extérieur (1) à chacune de ses extrémités 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte deux bottiers de raccordement (12, 13) permettant le raccordement des parties sensibles des jauges (6, 7) à deux câbles conducteurs (14, 15). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le deuxième support (9) comporte deux conduits cylindriques permettant le passage des câbles (14, 15) 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisé en ce que la membrane (5) a la forme d'une plaque, fixée de manière étanche sur la première surface plane (3) du support (2) et présentant en son centre une partie elliptique d'épaisseur inférieure au reste de la plaque.