Brevet FR2521726A1 — publié le 19830819

La présente invention est relative à une jauge de pression du type dans lequel on utilise un vibreur cylindrique et l'on tire parti du fait qu'une pression de fluide ou une pression différentielle appliquée au vibreur affecte la fré- quence de résonance de celui-ci D'une façon plus particulière, l'invention concerne une telle jauge de pression qui est résis- tante à la pression et à la vibration et est fiable, et qui est utilisée d'une façon extensive et particulièrement efficace dans les applications aéronautiques. La Fig 1 est une vue en perspective d'une jauge de pression de cette sorte, du type classique à vibreur cylindri- que, certaines parties étant arrachées Cette jauge de pression comprend un vibreur cylindrique 10, un corps cylindrique Il disposé à l'intérieur du vibreur, un bobinage 21 pour exciter le vibreur 10 et un bobinage détecteur 31, les bobinages étant montés sur le corps 11 Le vibreur 10 est entièrement logé dans un bottier protecteur cylindrique 4 Une pression Pl devant 8- tre mesurée est admise à l'intérieur du vibreur 10 A travers un trou d'entrée 51 Ainsi le vibreur 10 est réalisé de telle fa- çon que sa fréquence de résonance varie en concordance avec la différence entre la pression Pl et la pression régnant dans la chambre délimitée par le vibreur 10 et le bo tier 4, c'test->- dire la pression régnant à l'extérieur du vibreur 10. Le dispositif de la technique antérieure construit comme décrit ci-dessus utilise le corps cylindrique 11 pour por- ter le bobinage 21, qui excite le vibreur, et le bobinage 31 qui détecte la fréquence de résonance, et une extrémité de ce corps 11 est libre En conséquence, le corps ll peut présenter des fréquences naturelles dans une direction perpendiculaire à la direction axiale, et de ce fait la fréquence de résonance du vibreur 11 se trouve affectée d'une façon indésirable En outre, pour augmenter la résistance à la pression, la paroi la- térale et la partie d'extrémité du vibreur 10 doivent etre 4- paisses, ce qui abaisse les fréquences naturelles du vibreur dans une direction perpendiculaire à la direction axiale de ce- lui-ci Il en résulte que le dispositif est d'autant plus ex- posé aux vibrations extérieures parasites. L'invention a en conséquence pour but principal de réaliser une jauge de pression du type à vibreur cylindrique qui assure une mesure précise et fiable et soit résistante à la pression et à la vibration, et dépourvue des défauts men- tionnés ci-dessus. La présente invention a donc pour objet un vibreur cylindrique qui comporte une partie cylindrique à paroi mince, une partie cylindrique à paroi épaisse partant d'une extrémité de la partie cylindrique à paroi mince, et une partie d'extré- mité à paroi eépaisse qui est réunie à l'autre extrémité de la partie cylindrique à paroi mince, le vibreur étant disposé à l'intérieur d'un bottier auquel est fixée de façon ferme la partie d'extrémité à paroi épaisse. Les caractéristiques et avantages de l'invention res- sortiront de la description donnée ci-après de modes de réali- sation représentés aux dessins annexes, sur lesquels: la Fig 1 est une vue en perspective d'une jauge de pression du type classique à vibreur cylindrique, dont cer- taines parties sont arrachées; la Fig 2 est une vue en perspective d'une jauge de pression mettant en oeuvre l'invention; la Fig 3 est une vue en coupe transversale suivant la ligne III-III de la Fig 2; la Fig 4 est une vue en coupe transversale suivant la ligne IV-IV de la Fig 2; la Fig 5 est un schéma d'un circuit électrique de jauge suivant l'invention; les Fig 6 et 7 sont des vues partielles en coupe d'autres dispositifs suivant l'invention; les Fig 8 et 9 sont des courbes caractéristiques de vibreurs cylindriques de différentes constructions, montrant les relations entre la fréquence de balayage et le gain; la Fig 10 est une courbe caractéristique de la connection représentée à la Fig 11 montrant la relation entre la fréquence de balayage et le gain; la Fig 11 est un schéma de circuit utilisé pour un dispositif suivant l'invention - La Fig 2 montre la construction d'un exemple de jauge de pression suivant la présente invention La Fig 3 est une vue en coupe transversale suivant la ligne III-III de la Fig 2. La Fig 4 est une vue en coupe suivant la ligne IV-IV de la Fig 2 Sur ces figures, un vibreur cylindrique 1 comprend une partie cylindrique 11 à paroi mince, une partie cylindrique 12 à paroi épaisse partant d'une extrémité de la partie 11, et une partie d'extrémité 13 à paroi épaisse qui ferme l'ouverture de l'extrémité opposée de la partie 11 La partie cylindrique 12 comporte quatre trous 14 à 17 qui sont espacés de 900 les uns des autres sur la circonférence du vibreur Les trous s'éten- dent de la périphérie externe jusqu'au voisinage de la paroi interne et sont percés par usinage par reproduction Parmi ces trous, les trous 14 et 16 diamétralement opposés logent des dispositifs excitateurs 21 et 22 respectivement pour exciter le vibreur 1 Les autres trous 15 et 17 diamétralement opposés lo- gent des détecteurs 31 et 32, respectivement, pour détecter la fréquence de résonance du vibreur 1 Les excitateurs 21 et 22 et les détecteurs 31 et 32 sont constitués par des dispositifs piézo-électriques Le vibreur 1 est logé à l'intérieur d'ur bottier 4 dont une extrémité est fixée sur la partie cylindri- que 12 à paroi épaisse La partie d'extrémité 13 du vibreur 1 qui est introduite dans l'ouverture du bottier 4 et qui est fi- xée sur ce dernier a un diamètre externe qui est égal au diamè- tre interne de la partie cylindrique 12 La fixation du bottier 4 sur la partie cylindrique 12 et sur la première extrémité du vibreur 1 est réalisée par soudage, par exemple, de manière que l'étanchéité à l'air soit maintenue Le bottier 4 comporte un orifice 41 d'entrée de pression qui traverse sa paroi latérale, et une pression est admise dans une chambre 40 délimitée entre le vibreur 1 et le bottier 4, par l'orifice d'entrée Un corps ayant une forme analogue à celle d'un disque est fixé sur le vibreur 1 au moyen d'une vis 7, avec interposition d'un joint torique d'étanchéité 6 Un autre orifice 51 d'admission de pression s'étend de la surface de la paroi latérale du corps 5 jusqu'à l'intérieur 10 du vibreur 1 de sorte que la pression est admise à l'intérieur de ce dernier. Sur la Fig 5 est représenté un schéma d'un circuit électrique destiné à faire vibrer le vibreur 1 à sa fréquence de résonance, et les excitateurs 21 et 22 et les détecteurs 31, 32 du vibreur 1 sont reliés à ce circuit Ce circuit com- prend un amplificateur U 1 pour amplifier le signal provenant du détecteur 31 ou 32, un filtre passe-bande (abrégé en BPF) qui comprend un amplificateur U 2, un limiteur (abrégé en LM) qui comprend un amplificateur U 3, et un filtre passe-bas (en abrégé LPF) qui comprend un amplificateur U 4 et décale la pha- se du signal de sortie du limiteur afin d'obtenir une auto- oscillation Le signal de sortie provenant du filtre passe-bas est appliqué aux excitateurs 21 et 22 Le circuit forme ainsi une boucle d'auto-oscillation comprenant les excitateurs, le vibreur cylindrique et les d&tecteurs de vibrations et fait vibrer le vibreur 1 dans le sens circonférentiel dans un mode donné, par exemple dans le mode du quatrième ordre. Le dispositif nouveau réalise de la façon décrite ci- dessus est caractérisé en ce que la partie d'extrémité 13 de la partie Il à paroi mince du vibreur est rendue épaisse et est fixée sur le bottier 4. En cours du fonctionnement du dispositif suivant 1 'in- vention, une pression PO est admise dans la chambre 40 par l'o- rifice d'entrée 41 et, en m 9 me temps, une pression F 1 est ad- mise à l'intérieur du vibreur 1 par l'orifice d'entrée 51 Du fait que le vibreur 1 forme une boucle à auto-oscillation en coopération avec le circuit électrique représenté à la Fig 5, sa fréquence de vibration f est donnée par l'équation suivante f/f O = 1 ' to(Pl P) ( 1) o O est une constante, Po est la pression régnant à l'inté- 2521 726 rieur de la chambre 40, Pl est la pression régnant dans le volume intérieur 10 et fo est la fréquence de vibration du vi- breur dans les conditions P = P 1 o En conséquence si fo et d sont déterminés à l'avance, la pression (Pl PI) peut être calculée à partir de la fré- quence de vibration f En outre, si la chambre 40 entourant le vibreur 1 est vide, la pression Pl Po est alors une pression absolue. En raison du fait que la variation de la fréquence f de résonance du vibreur 1 dépend pour sa plus grande partie de la force de tension ou de compression circonférentielle qui agit sur la surface du cylindre, la partie d'extrémité 13 est fixée sur le bottier Par suite, la partie 123 peut Atre épaisse et les fréquences naturelles dans une direction perpendiculaire à laxe du dispositif peuvent être rendues plus élevées. Le dispositif suivant l'invention réalisé co:ne decrit ci-dessus présente une résistance améliorée aux vibrationls a la pression En outre, du fait que le vibreur 1 comporte une cavi- té, aucune vibration affectant la fréquence de zesonance dlu vi breur n'est engendrée, et il N 1 est pas affecté par une vibra- tion extérieure parasite De plus comme le vibreur exerce une force au voisinage d'un noeud de vibration à l'intéerieur de la partie cylindrique 12, c'est-à-cire de la partie cylindrique 11, pour assurer une excitation, le dispositif produit un Q plus élevé et peut effectuer une mesure de pression avec précision. Sur la Fig 6 est montrée la construction de la partie principale d'un autre dispositif suivant l'inventions Dans cet agencement, le vibreur cylindrique 1 est logé à l'intérieur d'un bottier 4, et une partie d'extrémité 13 du vibreur est fi- xée à ce bottier 4 au moyen d'un organe flexible 18, qui est souple dans la direction axiale du vibreur et absorbe la diffe- rence entre sa dilatation thermique et celle du bottier 4 Ce- pendant cet organe est maintenu de telle sorte qu'il ne se dé- place pas dans la direction circonférentielle. Dans cet exemple, l'extérieur de la partie d'extrémité 13 du vibreur et l'extérieur de sa paroi latérale peuvent être maintenues à une pression égale à celle régnant à l'in- térieur du bottier 4, et par conséquent le dispositif peut ne pas être affecté par une variation de la pression de l'air ex- terne. Sur la Fig 7, est représenté en coupe un autre mode de réalisation d'un dispositif suivant l'invention Ce dispo- sitif est analogue à celui représenté à la Fig 2 sauf qu'il comporte un excitateur 23 pour faire vibrer la partie cylindri- que 11 à paroi mince dans sa direction axiale et un dispositif 33 pour détecter la vibration, qui sont montés au voisinage de la périphérie de la partie d'extré-mité 13 du vibreur cylindri- que 1. Le dispositif représenté à la Fig 2 est conçu de telle sorte que les excitateurs 21 et 22 astreignent la partie Il à vibrer circonférentiellement dans un niode donné Le disposi- tif représenté à la Fig 7 est agencé de manière qu'en plus de cette vibration circonférentielle lexcitateur 23 provoque une vibration axiale de la partie cylindrique 11 dans un autre mode donné dont la fréquence de résonance est détectée par le détec- teur 33 On remarquera que l'excitateur 23 n'est pas absolu- ment necessaire, du fait aue la vibration axiale est également produite par la vibration circonférentielle. Dans le dispositif ainsi réalisé, la partie cylindri- que 11 à paroi mince seule vibre dans deux modes donnés En conséquence après avoir obtenu les fréquences de résonance f 1 et f 2, si on effectue des opérations arithmétiques prédéternmi- nees en utilisant ces valeurs, on obtient alors un signal de pression qui n'est pas affecté par la température de l'envi- ronnement du vibreur 1, ni par la densité du fluide sous pres- sion qui est soumis à la mesure, ni par un autre facteur ana- logue. Dans les exemples ci-dessus, la partie cylindrique 12 comporte des trous qui sont percés par reproduction de points, et l'excitateur et le détecteur sont montés dans ces trous, mais de tels trous peuvent être remplacés par des gorges ou analogue De mnme il peut être prévu un nombre d'excitateurs différent de celui des détecteurs S'il est prévu davantage d'excitateurs et de détecteurs, on peut alors produire un mode de vibration dans le sens circonférentiel, plus compliqué, et d'un ordre plus élevé En outre, les excitateurs et les vibra- teurs peuvent etre montés en des points autres que la partie de paroi cylindrique épaisse, et ces dispositifs peuvent être électromagnétiques au lieu de piézoélectriques De plus, au lieu des agencements précités dans lesquels le vibreur comporte une extrémité fermée, cette extrémité peut ttre prévue avec un trou la traversant afin d'introduire la même pression à l'inté- rieur du bottier 4 et à l'intérieur du vibreur 1. La Fig 8 montre une courbe caractéristique du vibreur cylindrique classique représenté à la Fig 1, donnant la rela- tion entre la fréquence de balayage et le gain tandis que la Fig 9 est une courbe analogue du dispositif nouveau représenté aux Fig 2 à 4 Ces courbes sont les résultats d'expériences. La courbe de la Fig 8 comporte une crate Pl provoquée par la vibration dans la direction indiquée par la flèche a, et une crête P 2 qui peut être attribuée à la vibration dans la direc- tion indiquée par la flèche b Au contraire on a constaté que la courbe de la Fig 9, qui a été tracée à partir du dispositif nouveau suivant l'invention ne présente pas de telles crêtes. La Fig 10 est une courbe montrant la relation entre la fréquence de balayage et le gain dans les conditions dans lesquelles les excitateurs 21, 22 et les détecteurs 31, 32, sont montés respectivement en des positions opposées, comme re- présenté à la Fig 11, dans un dispositif suivant l'invention afin de former une boucle àauto-oscillation, et le vibreur cylindrique 1 est astreint à vibrer dans le mode du quatrième ordre La forme de connection représentée à la Fig 11 peut supprimer les crêtes P 3 et P 5 représentées à la Fig 9 et per- mettre au vibreur 1 de vibrer de façon stable dans le mode du quatrième ordre comme indiqué par les traits interrompus à la Fig 11. Comme on l'a décrit plus haut, on peut obtenir confor- mément à l'invention, une jauge de pression du type à vibreur cylindrique qui peut effectuer une mesure avec précision et est fiable et résistante à la pression et à la vibration. 2521 726 R E V E N D I C A T I O N S 1 Jauge de pression comprenant un vibreur cylindri- que et adaptée pour déterminer la pression appliquée au vibreur à partir de la fréquence de résonance de celui-ci, caractérisée en ce que le vibreur cylindrique comporte une partie cylindri- que ( 11) à paroi mince, une partie cylindrique 12 à paroi épais- se qui part d'une extrémité de la partie cylindrique il à paroi mince, et une partie d'extrémité 13 à paroi épaisse reliée a l'autre extrémité de la partie cylindrique ( 11), et en ce que au moins la partie cylindrique Il est montée à ltinterieur d'un bottier 4, auquel est fixée la partie d'extrémité épaisse 13 du vibreur. 2 Jauge de pression suivant la revendication 1, ca- ractérisée en ce qu'elle comprend des moyens ( 21, 22) pour exciter le vibreur et des détecteurs de vibration ( 31, 32) qui sont montés au voisinage de la paroi interne de la partie cy- lindrique 12 à paroi épaisse. 3 Jauge de pression suivant la revendication 1, ca- ractérisée en ce que la partie d'extrémité du bottier 4 compor- te une ouverture dans laquelle est introduite l'extrémité épais- se 13 du vibreur qui est fixée à ce bottier 4. 4 Jauge de pression suivant la revendication 1, ca- ractérisée en ce que la partie d'extrémité épaisse 13 du vi- breur est fixée sur le bottier 4 au moyen d'un organe 18 qui est souple dans la direction axiale du vibreur. Jauge de pression suivant la revendication 1 ca- ractérisée en ce qu'elle comprend des moyens 33 pour détecter la vibration dans la direction axiale de la partie cylindrique 11 à paroi mince, ces moyens étant montés au voisinage de la périphérie de l'extrémité épaisse 13 du vibreur. 6 Jauge de pression du type à vibreur cylindrique, caractérisée en ce qu'elle comprend un vibreur cylindrique com- prenant une partie cylindrique 11 i à paroi mince, une partie cy- lindrique 12 à paroi épaisse partant d'une extrémité de la par- tie cylindrique 11 et une partie d'extrémité épaisse 13 qui est 252 1726 reliée à l'autre extrénité de la partie cylindricue l à paroi mince; un bottier auquel est fixe l'extrémité 13 et qui contient au moins la partie cylindrioue il à paroi mince du vibreur; des excitateurs ( 21, 2) peur exciter le vibreur, ces excitateurs étant montes en opposition l'un à l'autre au voisinage de la paroi interne de la partie cylindrique 12 à paroi épaisse des détecteurs ( 31, 32) pour détecter la vibra- tion, ces détecteurs étant montes à l'opposé l'un de l'autre au voisinage de la paroi interne de la partie cylindrique ( 12) à paroi épaisse, et un circuit électrique oui reçoit les signaux provenant des détecteurs et transmet des signaux aux excita- teurs, ce circuit comprenant les excitateurs, le vibreur cylin- drique et les détecteucs pour former une boucle à auto-oscil- 1 ation. ? Jauge de pression suivant la revendication 6, ca- ractérisee en ce que le vibreur vibre dans le sens circorfé- rentiel dans le mode du quatrième ordre. 8 Jauge de pression suivant la revendication 6, ca- ractérisée en ce que le circuit électrique comprend un filtre passe-bande U 2, un limiteur U 3 et un filtre passe-bas U 4.