Brevet FR2548365A1 — publié le 19850104

L'invention a pour objet un procédé pour mesurer des basses pressions ainsi que le dispositif de mise en oeuvre du procédé. La mesure des basses pressions ou des petits efforts est nécessaire dans de très nombreux domaines. I1 en est ainsi notamment pour la mesure du niveau dans un réservoir, la mesure du débit dans une canalisation, la mesure différentielle des pressions aux bornes d'un capillaire, la mesure du poids sur un plateau, le contrôle des fonctions de remplissage, de vidange, de dosage, de pesage... Les appareils actuels comportent tous une partie mécanique plus ou moins complexe et/ou une partie électronique. La partie mécanique est souvent peu fiable et fidèle, car elle est sujette à de nombreux efforts et forces de frottements. I1 est donc nécessaire de vérifier et de régler fréquemment l'instrument de mesure, toutes les pièces mécaniques présentant des phénomènes d'hystérésis dûs aux frottements. Cette partie mecanique peut comporter des éléments tels que des flotteurs, des vannes, des électro-vannes, des joints toriques, des roues à ailettes. Ces pièces mécaniques et leur montage augmentent très rapidement le coût de ces appareils de mesure.Le coût de ces appareils de mesure est élevé dès qu'ils travaillent dans des conditions spécifiques ; ainsi l'isolation est coûteuse pour fabriquer de tels appareils de mesure du fait de la présence de nombreuses parties mécaniques et des pièces en mouvemement. L'invention tend à résoudre ces problèmes. Le procédé selon l'invention permet d'effectuer des mesures d'efforts très faibles, et par conséquent des pressions très basses car il fonctionne sans frottement mécanique, sa fidélité et sa sensibilité sont très grandes. Le procédé selon l'invention consiste à mesurer la variation de la tension (différence de potentiel électrique) d'un pont à fil formé d'au moins deux éléments, un élément mobile et un élément fixe, l'ensemble étant relié électriquement par trois bornes 25, 3 et 4. Deux des bornes 3 et 4 sont fixées sur un élément résistif fixe, tandis que la troisième borne 25 du second élément mobile, qui est un moyen faisant office d'épingle 6 souple en matériau conducteur, est en contact par un point 8 avec ledit élément résistif. Dans une version préférée selon l'invention, l'alimentation électrique est assurée par les bornes 3 et 4 de l'élément résistif. La variation de tension au niveau de la borne 25 permet de mesurer le micro déplacement du point de contact 8 sur l'élément résistif. Un autre mode de réalisation peut être conçu en alimentant électriquement les bornes des deux éléments entre eux tels que 25,4 ou 25,3 et tel que le déplacement du point de contact 8 ne soit plus assuré par le micro déplacement de l'élément sur lequel est fixé la borne 25, mais par l'élément résistif lui même, qui devient mobile et qui se déplace par rapport au point de contact 8. La variation de tension permet de mesurer le micro déplacement et de mesurer ainsi la variation de la pression. La forme de l'épingle conductrice souple est telle que son point de contact avec l'élément résistif se déplace sur cet élément résistif, sans introduire de frottement glissant entre l'épingle et l'élément résistif. Dans une version préférée selon l'invention, l'élément résisitif est fait en résistofilm. Cet élément résistif peut avoir une valeur ohmique de l'ordre de 3000nnLpar carré. Ce film est polarisé entre ses extrémités par une source de courant d'environ une dizaine de volts. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé consiste, selon une version préférée, à coller sur un plateau support un élément résistif et à fixer l'extrémité d'une épingle souple en matériau conducteur sur ledit plateau support tandis que l'autre-extrémité est en contact direct ou indirect avec l'objet à mesurer, la forme de l'épingle est telle qu'entre ses deux extrémités, l'épingle a un point de contact avec l'élément résistif et que toute variation de pression au niveau de l'extrémité de l'épingle, qui est du côté de l'élément à mesurer, entraine un déplacement dudit point de contact. L'épingle souple conductrice peut être en fil métallique élastique. L'épingle peut par exemple être une corde à piano de quelques millimètres de diamètre. Cette épingle a, dans le voisinage du point de contact avec l'élément résistif, une faible courbure locale. Selon un autre mode de réalisation préféré, l'épingle peut être recouverte d'un revêtement destiné à améliorer ses propriétés de contact. Ledit revêtement peut notamment être une dorure. Tout effort vertical perpendiculaire au plateau déplace le point de contact de l'épingle. La polarisation de l'épingle est donc fonction de l'effort qui lui est appliqué. Pour mesurer la pression, il suffit donc d'analyser les variations de polarisation de l'épingle. Du fait de la forme de l'épingle, les forces de frottement sont quasi nulles et donc négligeables pour le point de contact entre l'épingle et l'élément résistif. Dans un autre mode de réalisation, l'épingle peut être solidaire d'un autre plateau, dit plateau capteur de déplacement, relié par l'intermédiaire d'une membrane souple aux parois d'un logement qui contient tout le dispositif, et qui communique avec l'extérieur par un tuyau. L'effort sur l'épingle est donc proportionnel à la différence de pression entre le milieu extérieur et la pression régnant dans ledit tuyau. Dans une version préférée selon l'invention, la membrane souple est en métal très mince (quelques dizaines de microns d'épaisseur), et l'épingle est fixée directement sur cette membrane. Les performances électriques peuvent être améliorées en combinant un moyen électronique d'amplification de courant ou d'abaissement de l'impédance, à l'aide d'un transistor monté en "suiveur". De même, pour rendre la tension de sortie à peu près insensible aux fluctuations de la tension d'alimentation, il est possible de stabiliser la tension de polarisation de l'élément résistif par une diode Zener. L'élément résistif peut avoir une forme telle que la loi de variation de la tension de sortie soit parfaitement proportionnelle à la pression exercée sur l'épingle ou n'importe quelle loi monotone croissante voulue par l'utilisateur. Pour de nombreuses applications et notamment le pesage d'une balance, le plateau peut reposer sur un ou plusieurs capteurs de déplacements, il suffit de faire l'addition des tensions de réponse par des amplificateurs opérationnels, ce qui est connu en électronique. La réponse totale est alors proportionnelle au poids déposé sur le plateau de pesage. Le procédé selon l'invention peut également être utilisé comme un débitmètre. Ainsi le dispositif peut être monté en dérivation sur un segment de tuyau entre deux membranes souples. En-amont, la membrane souple est fixée avec son plateau capteur à l'extrémité de l'épingle, et en aval, la membrane souple isole le plateau qui reçoit l'élément résistif en contact avec une partie de l'épingle et l'autre extrémité de l'épingle. De préfèrence, un fluide neutre incompressible remplit l'espace entre les deux membranes. Les dessins ci-joints donnés à titre d'exemple indicatif et non limitatif permettront aisément de comprendre l'invention. Ils représentent des modes de réalisation préféré selon l'invention. La figure 1 est une vue schématique du dispositif selon l'invention, vue de dessus. La figure 2 est une vue schématique du dispositif selon l'invention, vue de côté. La figure 3 est une vue schématique du dispositif de l'invention, vue de côté, dans lequel l'épingle est solidaire du plateau et d'une membrane, l'ensemble étant plongé dans un fluide et relié à l'extérieur par un tuyau. La figure 4 est une vue schématique d'un schéma électrique concevable pour améliorer les performances électriques (abaissement ou augmentation de l'impédance, stabilisation de la polarisation de l'élément résistif La figure 5 est une vue d'un dispositif vue en coupe, utilisé en jauge de niveau dans une cuve. La figure 6 est une vue d'une forme de film résistif pouvant être utilisé. La figure 7 est une vue en coupe du dispositif utilisé en tant que débitmètre. Les figures 8 et 9 sont des vues d'un ou de plusieurs dispositifs utilisés pour un instrument de mesure du poids tel qu'une balance. La figure 10 est une vue d'un autre mode de réalisation et de mise en place de l'épingle par l'intermédiaire d'une potence de positionnement. La figure 11 est une vue en coupe selon 1 axe X-Y représenté dans la figure 8. Sur un plateau 1, est disposé ou collé un élément resistif 2 tel qu'un résistofilm. Cet élément résistif 2 est polarisé entre ses bornes 3 et 4 par une source de courant d'une dizaine de volts par exemple. L'extrémité 5 d'une épingle souple conductrice 6 est fixée également sur ledit plateau 1. La forme de l'épingle 6 est telle que toute pression selon la flèche P1 à son autre extrémité 7 provoque le déplacement du point de contact 8 sur l'élément résistif 2. L'épingle 6 a, au niveau du point de contact 8 avec l'élément résistif 2, une faible courbure locale. Si on impose à l'extrémité 7 un effort vertical sensiblement perpendiculaire au plateau 1, selon la flèche P1, le point de contact 8 se déplace dans le plan du plateau 1 dans la direction P2, car l'épingle 6 a un mouvement de roulement sur l'élément résistif 2. La polarisation de l'épingle 6 va donc être fonction de l'effort qui est appliqué au niveau de l'extrémité 7, elle est mesurée au niveau de la borne 25. Dans la figure 3, l'épingle 6 est solidaire d'un plateau capteur de déplacement 9, relié par l'intermédiaire d'une membrane souple 10 aux parois d'un logement 11 qui contient tout le dispositif et qui communique avec l'extérieur par un tuyau 12. L'effort sur l'épingle 6 est donc proportionnel à la différence de pression entre le milieu extérieur P3 et la pression P4 règnant dans le tuyau 12. La figure 4 représente le schéma électrique des moyens qui peuvent être utilisés en combinaison pour amplifier le courant, ou abaisser l'impédance. Aux bornes d'alimentation 13 sont montées une résistance à couche ou bobine classique 14, et en parallèle, une diode Zener 15 et un film résistif 16, sur lequel sont branchés l'épingle 6 et un transistor à haut gain 17, qui amplifie ainsi le courant issu de ladite épingle 6. Dans la figure 5, le dispositif est mis en place pour être utilisé comme une jauge 18 du niveau 19 d'un réservoir ou d'une cuve 20. Ladite jauge 18 peut notamment être une jauge pour un réservoir d'essence. Les connexions électriques passent par le tuyau 12. Tel que représenté dans la figure 7, le dispositif peut être utilisé en tant que débitmètre, dans ce cas, le dispositif est monté en dérivation sur la canalisation principale 18. En amont 19, la dérivation est en contact avec la membrane souple 10, le plateau capteur de déplacement 9 et l'extrémité 7 de l'épingle 6 ; en aval 20, le dispositif est isolé par une autre membrane souple 21 qui reçoit le plateau 1, support de l'élément résistif 2 et de l'autre extrémité 5 de l'épingle 6. Le dispositif est rempli, de préférence entre les deux membranes 10 et 21, par un fluide neutre incompressible 24, tel que par exemple une huile pour transformateur. Les figures 8 et 9 représentent une balance électronique. Le plateau de pesage 22 de la balance 23 repose sur les extrémités 7 des épingles 6 ou sur les plateaux capteurs de déplacement. La balance affiche par exemple, le poids, le prix du kilogramme, le prix. Selon le montage représenté dans la figure 9, on additionne les mesures de chaque dispositif sur lequel repose ledit plateau de pesage 22. Les figures 10 et 11 représentent un autre mode de réalisation suivant l'invention et surtout un procédé de positionnement de l'épingle 6. L'extrémité 5 de l'épingle 6 n'est plus fixée sur le plateau support 1, mais sur une potence 23 en un matériau conductible. Une machine peut facilement mesurer la polarité de l'épingle 6, et en fonction de cette mesure, positionner l'épingle 6 sur la potence 23 et la fixer par exemple par un point de colle. De même, le procédé peut permettre un montage adéquat de la membrane 10 et de l'extrémité 7 de l'épingle 6. La membrane 10 est en général métallique dans une version préférée et l'épingle 6 est solidaire de cette membrane. Pour assembler l'ensemble, il convient d'assembler la membrane 10 au logement 11 par exemple par soudure, puis ensuite l'épingle 6 à la membrane 10 par le procédé suivant - la membrane 10 comporte, en son point d'attache avec l'épingle 6, une coupelle remplie soit d'une colle polymérisable soit d'un thermofusible (percé en son centre pour le passage de l'épingle 6). - une fois que la membrane 10 et que la coupelle sont assemblées, la colle polymérise sans exercer de contrainte néfaste sur l'épingle 6, ou effectue un léger chauffage au centre de la membrane 10 qui fait fondre le thermofusible, et assure ainsi l'assemblage parfait. Cette méthode assure 10 un assemblage sans contrainte, 20 une isolation électrique excellente pour la membrane 10 par rapport à l'épingle 6. Ce procédé s'applique aux dispositifs utilisés notamment en tant que potentiomètres étanches. REVENDICATIONS 1. Procédé pour mesurer des basses pressions ou des petits efforts caractérisé par le fait qu'il consiste à mesurer la variation de la tension d'un pont à fil fermé d'au moins deux éléments (2,6), un élément mobile et un élément fixe, l'ensemble étant relié par au moins trois bornes, deux des bornes reliées entre-elles assurent l'alimentation électrique, la troisième borne mesure les variation de tension ; un des élément est un moyen faisant office d'épingle (6) souple en matériau conducteur, l'autre élément est un élément résistif (2), les deux éléments (2 et 6) ont en commun un point de contact (8) qui se déplace, puisque l'un des deux éléments est fixe (2) et l'autre mobile (6), sur l'élément résistif (2) et ce en fonction des variations de pression ou de effort à mesurer. 2. Procédé pour mesurer des basses pressions ou des petits efforts selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il consiste à mesurer la variation de la tension (différence de potentiel électrique) d'un pont à fil formé d'au moins deux éléments (2,6), un élément mobile (6) et un élément fixe (2), l'ensemble étant relié électriquement par au moins trois bornes (25, 3, 4) ; deux des bornes (3 et 4) sont fixées sur un élément résistif fixe (2), tandis que la troisième borne (25) du second élément mobile qui est un moyen faisant office d'épingle (6) souple en matériau conducteur, est en contact par un point (8) avec ledit élément résistif (2). 3. Procédé pour mesurer des basses pressions ou des petits efforts selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les bornes des deux éléments (2 et 6) sont alimentées électriquement entre-elles, telles que (25,4) ou (25,5), et tel que le déplacement du point de contact (8) soit assuré par l'élément résistif (2), qui est mobile et qui se déplace par rapport au point de contact (8). 4. Procédé pour mesurer des basses pressions ou des petits efforts selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3 caractérisé par le fait que La forme de l'épingle (6) conductrice souple est telle que son point de contact (8) avec l'élément résistif (2) se déplace sur cet élément résistif (2), sans introduire de frottement glissant entre l'épingle (6) et l'élément résistif (2). 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 4 caractérisé par le fait que sur un plateau (1), est disposé ou collé un élément résistif (2), cet élément résistif (2) est polarisé entre ses bornes (3 et 4) par une source de courant ; l'extrémité (5) d'une épingle souple conductrice (6) est fixée également sur ledit plateau support (1) ; la forme de l'épingle (6) est telle que toute pression selon la flèche (P1) à son autre extrémité (7) provoque le déplacement du point de contact (8) sur l'élément résistif (2). 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, ou 4 caractérisé par le fait que l'épingle (6) a, au niveau du point de contact (8) avec l'élément résistif (2), un faible courbure locale. 7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 4 caractérisé par le fait que l'épingle (6)est solidaire d'un plateau capteur de déplacement (9), relié par l'intermédiaire d'une membrane souple (10) aux parois d'un logement (11) qui contient tout le dispositif et qui communique avec l'extérieur par un tuyau (12) ; l'effort sur l'épingle (6) est donc proportionnel à la différence de pression entre le milieu extérieur (P3) et la pression (P4) régnant dans le tuyau (12). 8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 4 caractérisé par le fait que des moyens peuvent être utilisés en combinaison pour amplifier le courant, ou abaisser l'impédance. 9. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 4 caractérisé par le fait qu'il est monté en dérivation sur une canalisation principale (18 > ; en amont (19), la dérivation est en contact avec la membrane souple flou, le plateau capteur de déplacement (9) et l'extrémité (7) de l'épingle (â) ; en aval (20), le dispositif est isolé par une autre membrane souple (21) qui reçoit le plateau (1), support de l'élément résistif (2) et de l'autre extrémité- (5) de l'épingle (6) ; le dispositif est rempli, de préférence entre les deux membranes (10 et 21), par un fluide neutre incompressible (24). 10. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 4 caractérisé par le fait que le plateau de pesage (22) d'une balance (23) peut reposer sur une ou plusieurs extémités (7) d'épingles (6), ou plateau capteur de déplacement (9). 11. Procédé de positionnement de l'épingle (6) selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10 caractérisé par le fait que l'épingle (6) est fixée sur une potence (23) en un matériau conductible ; une machine peut facilement mesurer la polarité de l'épingle (6), et en fonction de cette mesure, positionner l'épingle (6) sur la potence (23) et la fixer par un point de colle. 12. Procédé d'assemblage de la membrane (10) selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10 caractérisé par le fait que pour assembler l'ensemble, il convient d'assembler la membrane 10 au logement l1 par exemple par soudure, puis ensuite l'épingle (6) à la membrane (10) par le procédé suivant - la membrane (10) comporte, en son point d'attache avec l'épingle (6), une coupelle remplie soit d'une colle polymérisable soit d'un thermofusible (percé en son centre pour le passage de l'épingle (6)) - une fois que la membrane (10! et-que la coupelle sont assemblées, la colle polymérise sans exercer de contrainte néfaste sur l'épingle (6), ou effectue un léger chauffage au centre de la membrane (10) qui fait fondre le thermofusible, et assure ainsi l'assemblage parfait.