Brevet FR2498754A2 — publié le 19820730

FR 2498754 A2 19820730 FR 8101450 A 19810127 Le présent certificat d'addition a pour objet un dispositif de mesure de pression fonctionnant en nu- mérique. Il trouve une application dans la réalisation de capteurs de pression utilisables dans des gaz ou des liquides, mais aussi dans la conception de capteurs de force, de déplacement, d'accélération, etc... Le dispositif décrit et revendiqué dans le brevet principal est caractérisé en ce qu'il comprend: - une première chambre soumise à la pression à mesurer, - une seconde chambre soumise à une pression de réfé- rence et réunie à la première par au moins une ouver- ture munie d'un clapet, - un moyen de mesure de l'écart, en grandeur et en si- gne, entre les pressions qui règnent respectivement dans la première et la seconde chambres, ce moyen délivrant un signal électrique fonction dudit écart, - un circuit de détection des instants o ledit écart atteint un incrément +AP ou un décrément -AP prédé- terminés, et de détection des instants o cet écart devient nul, - un moyen relié audit circuit et apte à commander l'ouverture du ou des clapets lorsque l'écart atteint les valeurs +AP et à commander la fermeture du ou des clapets lorsque cet écart devient nul, - un moyen de comptage-décomptage relié audit circuit et apte à comptabiliser le nombre d'incréments +AP obtenus diminué du nombre de décréments -AP obtenus. Dans le brevet principal, le moyen de mesure de l'écart de pression comprend deux ensembles dis- tincts, l'un constitué par une paroi étanche et défor- mable 82 munie de moyens permettant de délivrer un si- gnal électrique analogique fonction de la déformation de la paroi, l'autre constitué par des circuits de com- paraison 90, 92 recevant le signal analogique et le comparant à zéro et à deux seuils correspondant à +AP et -AP. Ces circuits sont extérieurs à l'enceinte de mesure et ce sont eux qui délivrent le signal logique nécessaire à la commande du clapet 78 et du comp- teur 86. Bien que cette disposition donne satisfac- tion, la présente invention en propose un perfectionne- ment qui consiste à remplacer les deux ensembles en question par un organe unique conçu pour délivrer di- rectement le signal logique de commande et de comptage, sans qu'il soit besoin de passer par un signal analogi- que. Le caractère numérique du dispositif s'en trouve alors renforcé. De façon plus précise, la présente invention a pour objet un dispositif de mesure de pression fonc- tionnant en numérique, selon la revendication 1 du bre- vet principal, et qui est caractérisé en ce que le moyen de mesure de l'écart, en grandeur et en signe, entre les pressions qui règnent respectivement dans la première et la seconde chambres et le circuit de détec- tion des instants o ledit écart atteint un incrément +AP ou un décrément -AP prédéterminés et de détection des instants o cet écart devient nul, est constitué par une paroi étanche et déformable séparant les deux chambres et agissant sur un organe apte à traduire la déformation de la paroi directement en signaux électri- ques logiques indiquant-l'apparition d'un écart égal à +AP, à -AP ou à zéro. Plusieurs variantes sont prévues, de type op- toélectronique, piézoélectrique ou électromécanique, à partir desquelles on pourrait aisément en imaginer d'autres. Les caractéristiques de la présente inven- tion apparaîtront mieux après la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre explicatif et nullement limitatif. Cette description se réfère à des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 illustre un dispositif de mesure de pres- sion selon l'invention muni d'un organe de type op- toélectronique, - la figure 2 illustre un dispositif du même genre muni d'un autre organe optoélectronique, - la figure 3 illustre un dispositif selon l'invention muni d'un organe de type piézoélectrique, - la figure 4 illustre un dispositif muni d'un organe de type électro-mécanique. On reconnaît, sur la figure 1, des moyens déjà décrits dans le brevet principal, à savoir la chambre 70 soumise à la pression à mesurer, la chambre 72 soumise à la pression de référence, le passage 74 muni d'un clapet 78 commandé par un moyen 80, et la paroi étanche déformable 82 sensible à l'écart de pres- sion entre les deux chambres. Dans l'exemple représen- té, le moyen 80 est de nature piézorésistive. Lors- qu'une tension alternative lui est appliquée, il entre en vibration, ce qui a pour effet de rompre l'étanchéi- té du passage 74. En l'absence de tension d'excitation, la paroi 78 est plaquée sur le corps de l'enceinte, le passage 74 étant alors parfaitement obturé. Les moyens faisant l'objet de la présente in- vention portent sur la manière d'engendrer le signal logique reflétant les déformations de la paroi 82. Dans la variante illustrée sur la figure 1, ces moyens com- prennent un cache 110 solidaire de la paroi 82 et percé d'une ouverture 112, un émetteur optique 114 (par exem- ple une photodiode), deux conduits de lumière 116a et 116b (par exemple deux fibres optiques), les entrées de ces conduits étant disposées derrière le cache 110 et écartées l'une de l'autre d'un intervalle au moins égal à la largeur de l'ouverture 112. Les sorties des deux conduits 116a et 116b font face à deux photorécepteurs 118a et 118b, lesquels sont réunis à deux bornes de sortie de signal 120a et 120b. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant. L'émetteur 114 émet un rayonnement continu en direction des photorécepteurs 118a et 118b. Ce rayonne- ment est bloqué par le cache 110, à l'exception de la partie correspondant à l'ouverture 112. Cette partie tombe entre les entrées des conduits optiques 116a et 116b lorsque la paroi 82 n'est pas déformée, c'est-à- dire lorsque les pressions qui règnent dans les deux chambres 70 et 72 sont les mêmes. Dans ce cas, aucun des photorécepteurs 118a et 118b ne reçoit de lumière et les deux bornes de sortie 120a et 120b sont à un même niveau, qui est pris comme niveau logique zéro. Lorsqu'un écart de pression se manifeste en- tre les deux chambres 70 et 72, la paroi 82 se déforme, le cache 110 suit cette déformation et l'ouverture 112 se déplace vers l'entrée de l'un des deux conduits (116a si la pression qui règne dans la chambre 72 est plus forte que celle qui règne dans la chambre 70 et 116b dans le cas inverse). L'un des conduits finit par recevoir un rayonnement optique, ce qui se traduit aus- sitôt par l'émission d'un signal de la part du photoré- cepteur associé et par l'apparition d'un signal élec- trique sur la borne de sortie correspondante. Pour l'une des bornes, l'apparition d'une tension correspond à +AP et pour l'autre à -AP, la valeur de AP étant déterminée par la géométrie de l'ensemble ouverture- écartement des deux guides. Le dispositif représenté sur la figure 2 est encore du type optoélectronique. Il comprend, comme le précédent, un émetteur optique 114, deux conduits de lumière 116a et 116b, deux photorécepteurs 120a et 120b reliés à deux bornes de sortie 120a et 120b. La diffé- rence entre ce dispositif et celui de la figure 1 tient dans le fait que le rôle de l'obturateur est joué cette fois par la paroi 82 elle-même, dont la déformation, dans un sens ou dans l'autre, permet de masquer l'en- trée de l'un ou l'autre des conduits optiques. Le dispositif de la figure 3 utilise un orga- ne de type piézoélectrique. Il comprend essentiellement une lame piézoélectrique 122 solidaire de la paroi dé- formable 82. Cet organe délivre des impulsions 124a ou 124b de polarités opposées selon le sens de déformation de la lame. Eventuellement, des circuits 126 et 128 peuvent être utilisés pour la mise en forme des signaux délivrés par la lame 122 afin qu'apparaissent, sur les bornes de sortie 120a et 120b, des signaux de caracté- ristique appropriée. Enfin, le dispositif de la figure 4 est de type électromécanique. Il comprend quatre lames défor- mables non étanches 131 à 134, munies chacune d'un contact, respectivement 135 à 138, ces lames étant dis- posées symétriquement deux à deux de part et d'autre de la paroi étanche déformable 82. Les lames 131 à 134 sont en un matériau conducteur de l'électricité ou com- portent un élément conducteur, et elles sont reliées à une source 140 de tension continue V, à travers des résistances Rl à R4. Ces dernières sont reliées à des bornes de sorties Sl à S4. La paroi 82 est elle aussi en un matériau conducteur ou comprend un élément conduc- teur, et elle est reliée à la masse. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant. A l'équilibre, les contacts 135 et 136 des lames 131 et 132 sont appliqués de part et d'autre de la paroi centrale 82. Les bornes Sl et S2, qui sont alors reliées à la masse à travers les lames 131 et 132 et la paroi centrale, sont donc à un potentiel nul. En revanche, les bornes S3 et S4 sont au potentiel V de la source 140. Lorsque la pression de la chambre 70 excède celle de la chambre 72, la paroi centrale 82 se déforme et repousse la lame 131; le contact entre la lame 132 et la paroi 82 est interrompu; les bornes S2 et S4 sont alors toutes deux au potentiel V. La paroi centrale continuant à se déformer sous l'effet de l'écart de pression grandissant, la lame 131 finit par toucher le contact 137. A cet ins- tant, le potentiel de S3 tombe de V à 0 et les deux sorties Si et S3 sont à un potentiel nul. La combinai- son S2=S4=V et Sl=S3=0 est interprétée comme un état logique indiquant que l'écart de pression a atteint une valeur AP. Inversement, lorsque la pression de la cham- bre 70 est inférieure à celle de la chambre 72, le même mécanisme se déroule mais de manière symétrique: les potentiels des bornes Sl et S3 sont tous deux au niveau V, celui de S2 est à zéro et celui de S4 tombe à 0 lorsque l'écart atteint la valeur -AP. Le réglage de AP s'effectue en jouant sur la position des contacts 137 et 138 par rapport aux lames 131 et 132. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de pression fonction- nant en numérique, selon la revendication 1 du brevet principal, caractérisé en ce que le moyen de mesure de l'écart, en grandeur et en signe, entre les pressions qui règnent respectivement dans la première et la se- conde chambres et le circuit de détection des instants o ledit écart atteint un incrément +AP ou un décrément -AP prédéterminés et de détection des instants o cet écart devient nul, est constitué par une paroi étanche et déformable (82) séparant les deux chambres (70, 72) et agissant sur un organe apte à traduire la déforma- tion de la paroi directement en signaux électriques lo- giques indiquant l'apparition d'un écart égal à +AP, à -AP ou à zéro. 2. Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que ledit organe est de type optoélec- tronique et comprend un émetteur optique (114), deux guides de lumière (116a, 116b) séparés par un interval- le, deux photorécepteurs (118a, 118b) et un écran soli- daire de la paroi déformable et se déplaçant entre l'émetteur et les guides de lumière pour permettre ou non à la lumière de pénétrer dans l'un ou l'autre des guides. 3. Dispositif selon la revendication 2, ca- ractérisé en ce que l'écran se déplaçant entre l'émet- teur et les guides de lumière est constitué par un ca- che (110) muni d'une ouverture (112), qui, au repos, est disposée en regard de l'intervalle séparant les deux guides de lumière. 4. Dispositif selon la revendication 2, ca- ractérisé en ce que l'écran se déplaçant entre l'émet- teur et les guides de lumière est constitué par la pa- roi étanche déformable (82) elle-même. 5. Dispositif selon la revendication 1, Ca- ractérisé en ce que ledit organe comprend un élément piézoélectrique (122) solidaire de la paroi étanche dé- formable (82) et émettant des signaux électriques dont la polarité indique le sens de déformation de la paroi. 6. Dispositif selon la revendication 5, ca- ractérisé en ce qu'il comprend en outre deux circuits (126, 128) de mise en forme des signaux électriques délivrés par l'élément piézoélectrique (122). 7. Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que ledit organe comprend quatre lames métalliques déformables (131, 132, 133, 134) disposées symétriquement deux à deux de chaque côté de la paroi étanche déformable (82), chacune de ces lames étant mu- nie d'un contact et étant reliée électriquement à une source de tension (140) à travers une résistance (Ri, R2, R3, R4), elle-même reliée à une borne de sortie (Sl, S2, S3, S4), la paroi étanche déformable étant par ailleurs électriquement reliée à une masse.