Brevet FR2532048A1 — publié le 19840224

La présente invention concerne des capteurs de pression et plus particulièrement, des capteurs de pression qui déterminent la pression en mesurant la vitesse de dissi- pation de chaleur d'une sonde. Dans l'inspection automatisée d'objets ayant des cavités ou cellules creuses, il est souvent souhaitable de mesurer la pression d'un fluide ou d'un gaz contenu dans ces cellules A titre d'exemple, on mesure la pression d'un gaz contenu dans une cellule et qui s'échappe par les perfora- tions d'une aube perforée de moteur à turbine à gaz pour déterminer l'existence de tout blocage dans les perfora- tions L'utilisation de sondes de pression qui sont insérées dans ce cas dans les cellules est à la fois coûteuse et longue. La présente invention a pour objet de fournir un capteur de pression nouveau et amélioré. La présente invention a pour objet de fournir un capteur de pression nouveau et amélioré qui mesure la pres- sion d'un fluide contenu dans une cellule sans pénétrer ou entrer en contact lui-même avec la cellule. Selon une forme de la présente invention, on me- sure la pression d'un fluide contenu dans une cellule' en laissant s'échapper une partie du fluide par des perfora- tions dans la paroi de la cellule, en plaçant une sonde dans le trajet du fluide, et en mesurant les propriétés de dissi- pation de chaleur de la sonde. -2- La suite de la description se réfère aux figures annexées qui représentent, respectivement: Figure 1 une réalisation de la présente invention; et Figure 2 une courbe d'une forme de standard d'éta- lonnage à utiliser dans la présente invention. Sur la figure 1, une aube 3 de moteur à turbine à gaz contient une cellule 6 qui est remplie avec un fluide sous pression tel que du gaz ou de l'air comprimé fourni par une source (non représentée) La cellule 6 peut communiquer avec une autre cellule 9 au moyen d'un canal 12 Le gaz s'échappe de la cellule 6 par des orifices ou perforations et vient frapper une sonde 18 On a représenté le gaz qui s'échappe par des flèches 20 Dans une réalisation, on chauffe la sonde 18 en y faisant passer un courant élec- trique à l'aide des conducteurs 21 et 23 reliés à une source de puissance électrique constante 25 Un compteur 28 branché dans le conducteur 21 donne une mesure de la quantité de puissance électrique fournie à la sonde 18. Le gaz qui s'échappe 20 venant frapper la sonde 18 soit cèdera de la chaleur à la sonde 18, soit absorbera de la chaleur de cette sonde 18, en partie en fonction de la température du gaz 20 qui s'échappe comparée à celle de la sonde 18, ainsi que en fonction de la pression du gaz conte- nu dans la cellule 6 Cependant, on recommande que le gaz qui s'échappe 20 soit plus froid que la sonde 18 Une raison en est qu'on peut alors considérer la chaleur absorbée par le gaz qui s'échappe 20 comme étant égale à la puissance fournie par la source de courant 25 en régime permanent. Indépendamment du fait que la chaleur soit cédée ou absorbée par la sonde 18, la sonde 18 atteindra une tem- pérature d'équilibre qui correspond à la pression particu- lière du gaz dans la cellule 6 On utilise ces principes pour déterminer la pression dans une cellule 6 -3- d'une aube d'essai 3 de la manière suivante - On maintient constante, comme l'indique le comp- teur 28, la puissance fournie à la sonde 18 On crée un standard d'étalonnage dans lequel on enregistre les tempéra- tures de la sonde à l'équilibre pour différentes pressions de cellule Ceci établit une série de couples de données température de la sonde- pression de la cellule Ensuite, on laisse s'échapper du gaz à une pression inconnue dans une cellule 6 d'une aube d'essai 3 par des perforations 15 vers la sonde 18 comme précédemment jusqu'à ce qu'on atteigne l'état d'équilibre On mesure à nouveau la température de la sonde 18 On examine alors les couples de données du standar d'étalonnage pour trouver le couple ayant la température la plus proche de celle mesurée pour la cellule d'essai 6 On peut prendre la pression associée à la température la plus proche comme pression pour la cellule d'essai 6 En varian- te, on peut faire une interpolation entre les deux pressions associées aux deux températures encadrant la température la plus proche. Dans une autre réalisation, on amène la sonde 18 à une température prédéterminée, soit en la chauffant comme ci-dessus soit autrement On place la sonde 18 dans le tra- jet du gaz qui s'échappe 20 et on enregistre la variation-en fonction du temps de la température de la sonde 18 On ré- pète cet enregistrement pour différentes pressions de gaz pour créer un autre standard d'étalonnage Lorsqu'on doit mesurer une pression inconnue dans une cellule d'essai, on enregistre de la même façon la variation de la température en fonction du temps pour la cellule d'essai Une comparai- son de ce dernier enregistrement avec ceux du standard d'étalonnage permettra de conclure que la pression de gaz inconnue dans la cellule est celle du standard d'étalonnage dont la variation ressemble le plus étroitement à la varia- tion de l'essai. On doit noter qu'un des principes de 4 - fonctionnement inclus -dans la présente invention est la variation de la dissipation de chaleur dans la sonde 18 lorsqu'elle est exposée au gaz qui s'échappe de la cellule 6 Cette variation peut se manifester sous forme d'une variation de température de la sonde 18 et être mesurée comme telle En variante, on peut la mesurer indirectement, par exemple, en augmentant la puissance fournie par la source de courant 25 à la sonde 18 jusqu'à ce qq'on ait atteint une température prédéterminée Dans un tel cas, la chaleur dissipée est indiquée par le supplément d'énergie fournie à la sonde 18. On doit également noter que dans certains cas un standard d'étalonnage important n'est pas nécessaire Il peut être simplement souhaité de déterminer si la pression de la cellule est au-dessus ou en-dessous d'un seuil, auquel cas on examine la dissipation de chaleur de la sonde pour déterminer si elle est au-dessus ou en-dessous d'une valeur de dissipation correspondante. On doit aussi noter qu'il existera différentes pressions dans les cellules 6 et 9 ainsi que dans les per- forations 15 à différents points tels que les points 29, 30, 31 et 32 Ceci est en partie dû au fait que les pressions dans un fluide en écoulement présentent un gradient En conséquence, au sens strict, la pression réellement mesurée pour créer le standard d'étalonnage doit être celle d'un point fixe, tel que le point 30 La pression ensuite déduite comme existant dans la cellule d'essai sera également la pression en ce point Bien sûr les gradients de pression peuvent être suffisamment- faibles pour que la pression dans toute la cellule, ainsi que dans les perforations (comme à la position 31), soit considérée comme constante et unifor- me En conséquence, le terme "pression' est ici utilisé dans un sens généralisé comme désignant la pression au point fixe choisi ou comme une pression approchée de la cellule indi- catrice d'une moyenne globale. -5- On doit noter également que la température de la sonde 18, qu'elle soit chauffée ou non, augmentera ou dimi- nuera en fonction de sa température initiale relative par rapport à la température du gaz 20 qui s'échappe En consé- quence, le terme "dissipation" est pris comme ayant à la fois un sens négatif et un sens positif C'est-à-dire, une dissipation positive de chaleur implique une cession de chaleur, tandis qu'une dissipation négative de chaleur implique une absorption de chaleur. On doit aussi noter que la comparaison de la chaleur mesurée dissipée dans le cas de la cellule d'essai avec le standard d'étalonnage peut se faire au moyen d'un dispositif d'interpolation tel qu'un calculateur. On doit encore-noter que la sonde 18 doit occuper pratiquement la même position par rapport à l'aube 3 pendant toutes les mesures de sorte que la même relation d'échange thermique ait lieu durant ces mesures De plus, les formes des cellules et des perforations doivent être similaires. A titre d'exemple, on a effectué la mise en oeuvre suivante de la présente invention Toutes les données numé- riques suivantes sont approchées On a placé une sonde plate en cuivre, représentée en traits interrompus 18 A sur la figure 1, ayant 4,445 cm de long x 0,635 cm de large x 0,159 cm d'épaisseur dans le trajet du gaz qui s'échappait par des orifices (communément appelés "ouïes" dans ce cas) repré- sentés par des cercles en traits interrompus 15 A Les ori- fices 15 A étaient contenus dans une aube prise au rotor haute pression d'un moteur à turbine à gaz On a placé la sonde 18 A de telle sorte que la distance entre cette sonde 18 A et les ouïes soit de 0,178 cm. On a fourni du courant électrique à la sonde 18 A à une puissance de 45 W Une pression de gaz était appliquée à la cellule 6 en reliant la cellule 9 à une chambre (non représentée) ayant une pression réglée Ceci obligeait le gaz, qui avait une température de 21,660 C, à pénétrer dans - 6- la cellule 6 par des passages comme le canal 12 et à s'é- chapper par-des orifices 15 A et venir frapper la sonde 18 A. On a mesuré la température de la sonde 18 A lorsqu'on a at- teint un équilibre A cet instant, on a mesuré la pression du gaz en trois endroits dans la cellule 6, à savoir, près du fond ("pied"); près du milieu ("corde"), et près du som- mnet ("bout") On a mesuré la pression en enlevant la sonde 18 A pour accéder aux orifices 15 A et en insérant ensuite un capteur de pression dans des orifices 15 A choisis situés près des trois endroits On a utilisé une aiguille hypoder- mique reliée à une jauge de pression en tant que capteur de pression On a répété cette procédure pour différentes pres- sions de gaz pour obtenir une série de données pour l'aube 3 On a obtenu trois autres séries de données pour trois autres aubes de trois formes différentes par des procédures semblables et on a reporté certaines de ces données dans le tableau 1. TABLEAU 1 I Aube Pression de I Temp de la I Pression de la I I I la chambre I sonde à I cellule, k Pa I I l'équilibre k Pa C* Pied Corde Bout I I, _ _ _ _I _ _ _ _ _ t _ _ _ _ _ _ _ _ _ 1 I I I N .l 1 41,5 215 17,55 15,2 16,5 I I O 56,36 192,2 25,65 21,9 23,3 I I O 67,16 180 30,4 26,3 28 I L O 81 168,9 37,8 33,1 34,7 I ig 95,175 159,4 46,2 39,8 42,2 I_ _ _ _ _ _- __I 1_ _ _ _ _ _ _ _ _ N .2 42,18 202,2 18,75 16,5 15,8 I 54,0 186,1 24,74 21,6 20,6 67,5 171,1 31,9 27,7 26,6 81,6 i 161,6 39,4 34,7 32,7 I I I I N .3 40,5 235,5 1 16,2 14,2 14,851 I l 54,0 213,3 1 22,95 19,6 20,6 I 67,5 197,2 5 28,35 25,65 27,0 I I 81,0 184,4 34,7 31,7 33,751 NO.4 1 40,5 211,1 1 16,2 15,8 14,851 54,0 191,1 1 22,6 24,7 19,9 1 I 67,5 177,2 1 29,0 31,9 29,651 81,0 167,2 37,1 35,8 31,4 I I * La puissance fournie à la sonde était tous les cas. de 45 W dans On a reporté sur la figure 2 la température de la sonde à l'équilibre dans les données du tableau 1 en fonc- tion du minimum des trois pressions de la cellule (pied, corde, bout) avec lesquelles elle est associée Le symbole pour l'aube numéro un est un cercle; pour l'aube numéro deux, une croix; pour l'aube numéro trois, un carré; et pour l'aube numéro quatre, un triangle On a tiré les lignes d'interpolation 60 A, 60 B, 60 C et 60 D pour fournir un type de standard d'étalonnage. -8- On peut utiliser le standard d'étalonnage, par exemple, en liaison avec une aube d'essai 3 de forme et positions des orifices 15 A identiques à celles de l'aube numéro un de la manière suivante: On répète comme pour l'aube numéro un la procédure de placement et de chauffage de la sonde 18 A, l'application de la pression de gaz à la cellule 3 et la mesure de la tem- pérature de la sonde à l'équilibre Cependant on détermine, la pression de la cellule par référence au standard d'éta- lonnage: en supposant que l'on ait mesuré une température de sonde à l'équilibre de 198,91 C, la pression de cellule supposée être associée à cette température, telle que déter- minée par la ligne d'interpolation 60 A, pour l'aube numéro un est 17,2 k Pa Ceci est représenté par les lignes en traits interrompus 65 A et 65 B La déviation de cette pression par rapport à une pression prédéterminée peut indiquer l'absence ou le blocage de certains des orifices 15 A ou certaines autres anomalies de l'aube. On a décrit un capteur de pression qui détecte indirectement la pression d'un fluide dans une cellule en détectant la dissipation de chaleur d'une sonde présente dans le trajet du fluide qui s'échappe de la cellule On compare la dissipation avec des couples de données de pres- sion de cellule par dissipation de chaleur obtenues lors de l'établissement d'un standard d'étalonnage au cours duquel on laisse s'échapper du fluide à différentes pressions sur la sonde de la même manière et on enregistre la dissipation de chaleur respective On a également décrit une autre réa- lisation dans laquelle on utilise une sonde non chauffée et des variations temporelles de la température à la fois pour l'établissement du standard d'étalonnage et la mesure de -pression inconnue plutôt que la température à l'équilibre de la sonde. -9- REVENDICATIONS 1 Procédé de mesure de la pression d'un fluide dans une cellule caractérisé en ce qu'il consiste à: laisser s'échapper une partie ( 20) du fluide par au moins un orifice ( 15) dans la cellule ( 6), induire une variation dans le taux de dissipa- tion de chaleur d'une sonde ( 18) avec le fluide qui s'échap- pe, mesurer le taux de dissipation. 2 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend en outre la comparaison du taux mesuré avec un standard d'étalonnage. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sonde est chauffée par une source externe. 4 Procédé de mesure de la pression d'un fluide contenue dans une cellule perforée de forme définie carac- térisé en ce qu'il consiste à: (a) établir un standard d'étalonnage en effectuant au moins les étapes suivantes: (i) laisser s'échapper du fluide contenu dans cette cellule à une pression connue par certaines des per- forations, (ii) induire une variation du taux de dissipa- tion de chaleur d'une sonde avec le fluide qui s'échappe, (iii) mesurer le taux de dissipation, (iv) répéter les étapes (i), (ii) et (iii) ci-dessus un nombre choisi de fois en utilisant des pres- sions différentes connues de fluide dans la cellule; (b) mesurer une pression de fluide inconnue dans une telle cellule en effectuant au moins les étapes suivan- tes (i) laisser s'échapper du fluide contenu dans cette cellule à une pression connue par certaines des per- forations, - (ii) induire une variation du taux de dissipa- tion de chaleur d'une sonde avec le fluide qui s'échappe, (iii) mesurer le taux de dissipation, (iv) comparer le taux mesuré de b (iii) avec les taux précédemment mesurés pour le standard d'étalonnage. Appareil pour mesurer la pression d'un fluide s'échappant par des perforations dans une cellule, carac- térisé en ce qu'il comprend: une sonde ( 18) située à un emplacement prédéter- miné dans le trajet du fluide qui s'échappe ( 20) pour éta- blir avec celui-ci une relation d'échange de chaleur; un dispositif de mesure couplé à la sonde pour mesurer la chaleur dissipée par la sonde; et un moyen d'interpolation couplé au dispositif de mesure pour déduire de la mesure de la chaleur dissipée la pression. 6 Appareil selon la revendication 5 caractérisé en ce que le moyen d'interpolation utilise des points de donnée dissipation chaleur-pression obtenus à partir d'essais antérieurs de la cellule. 7 Appareil selon la revendication 5 caractérisé en ce que le moyen d'interpolation engendre un signal lorsque la pression de cellule déduite atteint une valeur prédéterminée. 8 Procédé de mesure de la pression d'un gaz contenu dans une cellule perforée ( 6) d'une aube ( 3) de compresseur de moteur à turbine caractérisé en ce qu'il consiste: (a) établir un standard d'étalonnage en effectuant au moins les étapes suivantes: (i) laisser s'échapper du gaz à une pression connue dans la cellule ( 6) d'une aube de référence par certaines des perforations ( 15), (ii) placer une sonde ( 18) dans une position : il - prédéterminée dans le trajet du gaz qui s'échappe pour établir entre eux une relation d'échange de chaleur, (iii) mesurer la chaleur dissipée par la sonde, et, (iv) comparer la chaleur présentement mesurée échangée de l'étape (b) (iii) a- vec les valeurs mesurées du standard d'étalonnage.