Brevet FR2545605A1 — publié le 19841109

DISPOSITIF DE MESURE A JAUGES DE CONTRAINTE NOTAMMENT POUR LA MESURE DE PRESSION L'invention concerne un dispositif de mesure à jauges de contrainte, notamment pour la mesure de pression, muni de moyens de mesure de sa propre température. L'invention concerne plus particulièrement un perfectionnement permettant de connaître la température réelle des jauges de contrainte, sans retard dû à l'inertie thermique de la structure abritant lesdites jauges. Pour les mesures de pression ou de force à partir de jauges de contrainte, il est connu d'agencer un pont de Wheatstone par dépôt en couche mince à la surface d'un élément flexible directement soumis à une pression de fluide ou à une force, par exemple une force représentative d'une pression. Comme les résistances ont un certain coefficient de température, il est souhaitable de mesurer cette température pour pouvoir faire ultérieurement les corrections qui s imposent. Jusqu'à présent, on s'est contenté d'intégrer une résistance supplémentaire dans le même boitier que les jauges de contrainte et de connecter cette résistance à des moyens d'alimentation et de mesure de chute de tension, galvanique ment indépendantsde ceux du pont de Wheatstone.Dans ces conditions, la mesure de température est en soi assez fidèle mais ne représente pas du tout celle des jauges en cas de variations rapides de température, en raison d'importantes constantes de temps d'inertie thermique. L'invention a principalement pour but de résoudre cet inconvénient. Dans cet esprit, I'invention concerne donc un dispositif de mesure à jauges de contrainte du type à pont de Wheatstone matérialisé par un dépôt en couche mince sur un élément flexible destiné à être soumis à une contrainte, caractérisé en ce qu'au moins une thermosonde résistive également matérialisée par un dépôt en couche mince est directement déposée sur ledit élément flexible et est reliée à deux bornes d'accès pour permettre l'élaboration d'un signal représentatif de la température au voisinage dudit pont de Wheatstone. Par ailleurs, il est connu d'insérer une ou plusieurs résistances de compensation de sensibilité en série dans la diagonale d'alimentation du pont de Wheatstone. Ces résistances appelées "résistances de module d'Young" ont un coefficient de température connu et sont calculées pour stabiliser autant que faire se peut le courant d'alimentation du pont, quelle que soit la température. Selon une autre caractéristique de l'invention, la mesure de température est réalisée à partir d'une telle résistance de module d'Young; le même élément résistif assurant ainsi deux fonctions différentes. Plus précisément, l'invention concerne donc également un dispositif du type décrit ci-dessus caractérisé en ce que ladite thermosonde est une résistance dite de module d'Young connectée en série dans la diagonale d'alimentation du pont de Wheatstone et en ce qu'une borne d'accès supplémentaire est prévue au point commun entre cette résistance et ledit pont de Wheatstone. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation actuellement préféré d'un dispositif conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en plan d'un dispositif de mesure selon l'invention, montrant plus particulièrement l'élément flexible portant les jauges; - la figure 2 est une vue en coupe du même élément flexible dont la face inférieure est directement soumise à un fluide sous pression; et - la figure 3 est une vue schématique analogue à la figure 2 illustrant la déformation de élément flexible et la répercussion au niveau des sondes. En se reportant aux dessins, on constate que le dispositif de mesure décrit est un capteur de pression 11 comportant un élément flexible 12 en forme générale de disque encastré à sa périphérie dans un boitier 13 et dont une face 12a définit une paroi d'une chambre 14 dans laquelle est admis un fluide dont on désire connaître la pression. L'élément flexible comporte trois zones coaxiales, une zone centrale 15 épaisse et relativement indéformable, une zone périphérique 16 épaisse, liée au reste du boitier et elle aussi indéformable et une zone intermédiaire 17 annulaire, plus mince, située entre les zones 15 et 16.Un pont de Wheatstone est matérialisé par un dépôt en couche mince de quatre jauges de contrainte J1'J2'J3 et J4 et une thermosonde résistive formant résistance de module d'Young, R est connectée en série dans la diagonale d'alimentation du pont. La tension d'alimentation du pont est donc appliquée entre la borne d'accès B1 reliée à une extrémité de la résistance R et la borne d'accès B2 reliée au point commun des jauges J2 et 33.L'autre extrémité de la résistance R est connectée au point commun des jauges 31 et JS. Des moyens de mesure non représentés sont connectés entre la borne d'accès B3 au point commun des jauges J1 et 32 et la borne d'accès B4 au point commun des jauges 33 et 34. Les jauges J1 et 33 sont agencées le long d'un arc de cercle sur la partie intermédiaire 16 mais au voisinage de la transition entre les zones 16 et 17 tandis que les jauges j2 et J4 sont agencées le long d'un arc de cercle sur la partie intermédiaire 16 mais au voisinage de la transition entre les zones 15 et 16. Les jauges sont en forme de grecques de façon à présenter une pluralité de portions orientées radialement.D'autre part, la résistance R est aussi matérialisée par un dépôt en couche mince et est directement déposée sur l'élément flexible elle est reliée à deux bornes d'accès pour permettre l'élaboration d'un signal représentatif de la température au voisinage du pont de jauges. Outre la borne d'accès B1 mentionnée plus haut, le dispositif comporte donc une borne d'accès supplémentaire B5 (qui ne serait pas nécessaire si la résistance R n'assurait que la fonction de résistance de module d'Young) reliée au point commun de la résistance R et des jauges 31 et 54. Comme le montre la figure 3, la zone intermédiaire se déforme de façon à présenter un profil radial en S lorsque la pression est admise dans la chambre 14 de sorte que les portions radiales des zones31 et J3 s'allongent tandis que les portions radiales des jauges J2 et 34 se raccourcissent. L'impédance vue de la diagonale d'alimentation est donc constante à une température donnée. En revanche, la diagonale de mesure "voit" un déséquilibre de tension représentatif de la pression. Selon une autre caractéristique importante de l'invention, la résistance R est placée au voisinage d'une ligne neutre de la zone intermédiaire. Plus précisément, comme la zone intermédiaire est annulaire, la ligne neutre précitée est le cercle 20 marquant le milieu de cette zone intermédiaire.Quelle que soit l'amplitude de déformation en S de cette dernière, la déformation est nulle le long du cercle 20. Par conséquent, la thermosonde résistive R qui a également la forme d'une grecque, est déposée le long d'une portion du cercle 20 et de part et d'autre de celui-ci. Cet agencement a de multiples avantages. En ce qui concerne la position de la thermosonde résistive R, il faut noter que sa valeur n'est pas modifiée par les contraintes appliquées à l'élément flexible car la moitié de chaque portion radiale de la grecque constituant cette résistance s'allonge tandis que l'autre se rétrécit. En revanche, la position choisie est celle pour laquelle un gradiant de température dans le fluide de la chambre 14 est le plus rapidement transmis à la thermosonde car la zone annulaire 17 du support flexible est relativement mince. D'autre part, le fait de faire jouer la fonction de thermosonde à la résistance de module d'Young du système économise les moyens d'alimentation qui seraient normalement nécessaires à une thermosonde indépendante. Ce dernier concept de thermosonde indépendante- n'est cependant pas exclu du cadre de l'invention. C'est dire que l'invention couvre tous les équipements techniques des moyens mis en jeu si ceux-ci le sont dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure à jauges de contrainte du type à pont de Wheatstone (J1 32' 339 54) matérialisé par un dépôt en couche mince sur un élément flexible (12) destiné à être soumis à une contrainte caractérisé en ce qu'au moins une thermosonde résis- tive (R) également matérialisée par un dépôt en couche mince est directement déposée sur ledit élément flexible et est reliée à deux bornes d'accès pour permettre l'élaboration d'un signal représentatif de la température au voisinage dudit pont de Wheatstone. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite thermosonde (R) est une résistance dite de module d'Young connectée en série dans la diagonale d'alimentation dudit pont de Wheatstone et qu'une borne d'accès supplémentaire (B5) est prévue au point commun entre cette résistance et ledit pont de Wheatstone. 3. Dispositif selon l'une des revendications précedentes, caractérisé en ce que, ledit élément flexible comportant une zone intermédiaire (17) susceptible de subir une déformation en S sous l'effet d'une pression, ladite thermosonde résistive (R) est placée au voisinage d'une ligne neutre (20) de ladite zone intermédiaire (17). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite zone intermédiaire (17) étant annulaire et ladite ligne neutre (20) étant par conséquent un cercle, ladite thermosonde résistive (R) est déposée le long d'une portion de ce cercle et de part et d'autre de celui-ci.