Brevet FR2503362A1 — publié le 19821008

La présente invention a pour objet un dispositif d'étalonnage des capteurs de pression en dynamique. Les dispositifs actuellement utilisés pour étalonner les capteurs destinés à mesurer des pressions rapidement variables peuvent se classer en deux grandes catégories : les générateurs de pression apériodique et les générateurs de pression périodique. I1 existe trois types de générateurs apériodiques : les tubes à choc, les dispositifs à ouverture rapide et les bombes closes. Le tube à choc est constitué d'une chambre haute pression séparée d'une chambre basse pression par une membrane. A l'éclatement de la membrane une onde de choc se propage dans la chambre basse pression et se réfléchit en fond de tube. Le capteur de pression à étalonner est placé au fond du tube : il est donc soumis d'abord à la pression initiale, puis en un temps très bref, généralement inférieur à la microseconde, à la pression régnant derrière le choc réfléchi. L'amplitude de l'échelon de pression ainsi créé peut être connu théoriquement ou expérimentalement mais n'a qu'une durée limitée (de 2 à 20 millisecondes).Les inconvénients du tube à choc sont d'une part l'amplitude de l'échelon de pression qui dépasse rarement une dizaine de bars et d'autre part la durée du palier de pression qui limite l'analyse vers les basses fréquences (domaine d'application en fréquence de 500 Hz à 1 MHz). Dans les dispositifs à ouverture rapide, deux chambres gonflées à des pressions différentes sont isolées l'une de l'autre par un système ayant un temps d'ouverture très court tel que électrovanne rapide, soupape ou membrane. Les deux chambres sont de volume très différent, et le capteur à étalonner est monté sur la paroi de la chambre de plus petit volume. Ce dernier est d'abord soumis à la pression initiale, puis après mise en communication, à la pression règnant dans la grande chambre. L'échelon de pression ainsi créé a un temps de palier infini, tandis que le temps de montée est long (supérieur à 100 microsecondes). Ce dispositif est utilisé pour l'étalonnage dans le domaine des basses fréquences (de 2 à 1000 Hz), mais la pression maximale obtenue dépasse rarement la centaine de bars. Le principe des bombes closes consiste à créer des impulsions de pression d'amplitude très élevée par l'explosion d'une petite charge à l'intérieur d'une enceinte fermée. Les pressions ainsi engendrées vont de la centaine de bars jusqu'à plusieurs milliers de bars, et le domaine de fréquence est compris entre 10 et 1 000 Hz. Cependant le manque de reproductibilité des caractéristiques de l'impulsion obtenue impose de prendre un capteur de référence associé au capteur à étalonner. Les générateurs de pression périodique comprennent essentiellement les générateurs de type sirène, les convertisseurs électropneumatiques et les "pis tonphones. Dans les générateurs du type sirène, la modulation est assurée par un disque percé de trous équidistants, entrainés par un moteur électrique tournant à vitesse variable. Les convertisseurs électropneumatiques utilisent un dispositif du type buse-palette pour moduler la pression à l'intérieur d'une chambre. Le pistonphone est un dispositif à variation de volume piloté directement par la membrane mobile d'un haut parleur pour les fréquences élevées, ou par un excitateur électrodynamique associé à un piston pour les moyennes et basses fréquences. Tous ces dispositifs présentent un certain nombre d'inconvénients : les pistonphones sont limités en pression au-dessous du bar et l'étalonnage des capteurs de pression à l'aide de ces moyens rend pratiquement obligatoire l'utilisation d'un capteur de référence. De plus, aucun de ces dispositifs n'est utilisable à la fois pour des pressions élevées et pour des fréquences élevées. La présente invention a justement pour objet un dispositif qui remédie à ces inconvénients en permettant notamment l'étalonnage de capteurs pour des fréquences élevées et de fortes pressions avec une bonne reproductibilité des résultats obtenus. Selon la principale caractéristique du dispositif objet de l'invention, celui-ci comprend une chambre d'étalonnage entièrement remplie d'un fluide et fermée à son extrémité supérieure par un couvercle, ledit couvercle ainsi que les parois latérales de la chambre d'étalonnage étant solidaires de la partie fixe d'un excitateur électrodynamique, la chambre étant fermée de manière étanche à son extrémité inférieure par un piston solidaire de la partie mobile dudit excitateur, ledit piston engendrant ainsi une pression variable dans la masse du fluide, le capteur à étalonner étant placé directement en contact avec le fluide. L'invention apparaîtra mieux à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple purement illustratif et nullement limitatif, en référence au dessin annexé, lequel comporte une figure unique représentant une vue schématique en coupe du dispositif objet de l'invention. Sur la figure, on voit que l'excitateur 1 repose sur un support 2 par l'intermédiaire d'une suspension souple 3 ; la partie fixe de l'excitateur comporte un fût 4 muni d'une bobine excitatrice 5. Le fût 4 est prolongé par un bâti-support 6 dont la partie supérieure présente une forme telle qu'elle délimite une cavité cylindrique 7 fermée par un couvercle 8 solidaire du bâti 6. Le fût 4 comporte en son centre un évidement cylindrique 9 permettant de loger la bobine mobile 10 de l'excitateur. Celle-ci est solidaire d'un piston 11 qui peut se déplacer dans la cavité 7 délimitant ainsi une chambre d'étalonnage 12. L'ensemble constitué par la bobine 10 et le piston 11 repose sur le bâti 6 par l'intermédiaire de supports 13 en caoutchouc remplis d'air comprimé grâce aux tiges de liaison 14 et aux plateaux de reprise 15. Le capteur à étalonner 16 est placé sur la paroi latérale de la chambre 12 qui est elle-même remplie d'un fluide 17. Le principe de fonctionnement de l'appareil est le suivant : la bobine fixe 5 et la bobine mobile 10 de l'excitateur 1 commandent le déplacement alternatif du piston 11 et par conséquent la mise en pression alternative du fluide 17 contenu dans la chambre 12.Lorsque la bobine mobile de l'excitateur est en position moyenne, la chambre d'étalonnage est mise à une pression statique Po ; le déplacement sinusoldal du piston provoque une variation sinusoldale de la pression et l'on peut écrire : c'est-à-dire : avec S section du piston VO volume initial coefficient de compressibilité du fluide utilisé ax déplacement du piston bP variation de pression dûe au déplacement du piston Si Po est la pression statique initiale, et si le déplacement imposé au piston est sinusoïdal tel que ax = xO sin wt, la pression dans la chambre d'étalonnage s'exprime par la relation :: Cette formule permet de connaître à tout instant la pression P si l'on connait toutes les caractéristiques de l'appareil, à savoir la section du piston, le volume initial de la chambre, le coefficient de compressibilité du liquide et la fréquence w. Une opération d'étalonnage se déroule de la manière suivante : tout d'abord on place l'excitateur en position moyenne. On fait le vide dans la chambre 12 et dans les canalisations d'amenée du fluide. La chambre 12 est ensuite remplie du fluide d'étalonnage 17, par exemple de l'huile dégazée. On met la chambre 12 en pression à la valeur Po désirée et on applique ensuite un déplacement sinusoïdal d'amplitude constante du piston compatible avec le domaine des fréquences et la pression maximale souhaitée. I1 peut être utile de placer dans la chambre 12 un capteur statique 19 permettant de mesurer la composante continue Po de la pression afin de vérifier qu'il n'y a pas de fuite.Dans certains cas, il peut être utile de placer également un capteur étalon en contact avec le fluide 17 : dans l'exemple décrit ici, un capteur de référence 18 est placé dans le couvercle 8 fermant l'extrémité supérieure de la chambre 12, mais cela n'est pas nécessaire étant donné le principe de fonctionnement de l'appareil. Le déplacement du piston 11 peut être commandé par un accéléromètre, mais dans ce cas-la souplesse des diverses parties de l'excitateur et l'élasticité des divers moyens de suspension risquent-d'entrainer des erreurs de mesure. On remédie à ces inconvénients en pilotant le déplacement de l'excitateur en différentiel, c'est-à-dire à l'aide d'un capteur de déplacement qui permet de mesurer le déplacement relatif du piston 11 et du bâti support 6 pris comme référence : on évite ainsi les inconvénients dûs aux éventuelles déformations de celui-ci. L'excitateur 1 comporte avantageusement un dispositif électromagnétique de compensation de charge qui permet d'amener la bobine mobile 10 dans sa position moyenne de vibration. Dans ce cas, les supports 13 peuvent être supprimés pour les faibles pressions, ainsi que les plateaux de reprise 15 et les tiges de liaison 14. Cependant, pour les fortes pressions, les supports 13 sont indispensables. Le dispositif selon l'invention présente de nombreux avantages. Tout d'abord c'est le seul dispositif actuel applicable aux fortes pressions en régime périodique (jusqu'à 400 bars crête à crête). La gamme de fréquences peut s'étendre de 5 à 500 Hz et si les caractéristiques du fluide utilisé sont parfaitement connues, il n'est pas nécessaire d'utiliser un capteur de pression de référence. Enfin on a pu constater une bonne reproductibilité des courbes d'étalonnage (erreur inférieure à 2%). Bien que le dispositif selon l'invention soit plus particulièrement avantageux pour une gamme de pressions allant jusqu'à 400 bars et une gamme de fréquences de 5 à 500 Hz, il est tout-à-fait possible de l'adapter pour d'autres pressions et dXau- tres fréquences. Enfin il est bien entendu que l'invention ne se limite pas au seul exemple de réalisation qui vient d'être décrit mais qu'elle en couvre au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étalonnage des capteurs de pression en dynamique caractérisé en ce qu'il comprend une chambre d'étalonnage (12) entièrement remplie d'un fluide (17) et fermée à son extrémité supérieure par un couvercle (8), ledit couvercle (8) ainsi que les parois latérales de la chambre (12) étant solidaires de la partie fixe d'un excitateur électrodynamique (1), la chambre (12) étant fermée de manière étanche à son extrémité inférieure par un piston (11) solidaire de la partie mobile dudit excitateur, le piston (11) engendrant ainsi une pression variable dans la masse du fluide (17), le capteur à étalonner étant placé directement en contact avec le fluide (17). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (13) permettant à la partie mobile de l'excitateur électrodynamique (1) de reposer de manière souple sur la partie fixe dudit excitateur. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens (13) permettant à la partie mobile de l'excitateur (1) de reposer de manière souple sur la partie fixe dudit excitateur comprennent des supports (13) en caoutchouc remplis d'air comprimé. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'excitateur électrodynamique (1) est piloté à déplacement constant en différentiel, en prenant pour référence la partie fixe dudit excitateur.