Brevet FR2554589A1 — publié le 19850510

La présente invention concerne un capteur de pression et plus particulièrement un capteur pour la mesure des basses pressions résultant d'efforts très faibles. Dans ce type de capteurs pour lesquels la membrane sensible à la pression n'est soumise qu'à des déplacements de faible amplitude, il est nécessaire que le dispositif de détection des mouvements de la membrane soit d'une très grande précision, faute de quoi les mesures données par le capteur de pression sont inexploitables. Des capteurs de pression répondant à des petits efforts ont déjà été réalisés. En particulier, le brevet américain 4.214.225 décrit un capteur de pression comprenant une membrane montée dans un boitier comportant deux ouvertures opposées pouvant respectivement être mises en liaison avec deux milieux à des pressions différentes, un premier élément ayant une surface de contact sensiblement plane, conductrice de l'électricité et dont les extrémités peuvent être reliées à une source de tension, un second élément se présentant sous la forme d'une came rigide, comportant une surface curviligne ayant une partie conductrice et disposée pour pouvoir basculer sur la surface du premier élément en réponse au mouvement de la membrane, de sorte que le point de contact entre le premier et le second élément se déplace le long de leur partie conductrice.L'élément mobile est maintenu en place par une lame élastique dont l'une des extrémités est fixée à l'extrémité de la came rigide et dont l'autre extrémité est fixée au boitier. L'extrémité de la came mobile opposée à l'extrémité maintenue par la lame élastique reste libre et s'appuie sur la membrane sensible à la pression En raison de l'absence de fixation de l'extré- mité de la came mobile qui est en contact avec la membrane, le basculement de la came mobile sur la surface plane s'effectue sous forme d'un roulement avec un glissement. Ce glissement, même faible, a pour inconvénient de fausser la mesure du déplacement de la membrane et également de provoquer une usure des deux éléments en contact mobile l'un par rapport à l'autre. Un objet de la présente invention est de proposer un capteur de pression ou d'effortquisoit sensible à de très faibles efforts et permette de détecter ceux-ci avec une précision très élevée. Un autre objet de la présente invention est de réaliser un capteur de pression ou d'effort dans lequel il n'y ait pratiquement aucune usure des éléments mobiles, lors de leur mouvement les uns par rapport aux autres. Pour la réalisation de ces objets, on prévoit selon l'invention un capteur de pression ou d'effort comprenant une enceinte dans laquelle est disposée une pièce mobile (5) pouvant être soumise à une pression ou un effort, un élément résistif (10) fixé dans l'enceinte et comportant des bornes d'alimentation en courant, un organe conducteur (14) mobile par rapport à l'élément résistif mais restant en contact avec celui-ci selon un point de contact (18) dont la position varie dans les déplacements de la pièce mobile dans lequel l'organe conducteur mobile est un élément allongé déformable de façon élastique ayant l'une de ses extrémités solidaire de la pièce mobile et 1' autre extrémité fixée en un point de l'enceinte. Ainsi, la déformation de l'élément conducteur au niveau de point de contact avec l'élément résistif est suffisant pour permettre un roulement sans glissement de l'organe conducteur sur l'élément résistif. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, l'élément mobile est un fil ou une languette, l'élément mobile est réalisé en alliage bronze-beryllium recuit ou en acier à ressort recouvert d'une pellicule d'or et déjà l'élément résistif a une résistance non linéaire. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparatront à la lecture de la description suivante faite en relation avec les figures parmi lesquelles - la figure 1 est une vue en coupe d'un capteur de pression selon l'invention, - la figure 2 est une vue de dessus d'un élément résistif à résistance non linéaire. En se reportant à la figure 1, le capteur selon l'invention comporte un boitier comprenant une cavité cylindrique 1 partiellement fermée d'un côté par une paroi annulaire 2, à partir de laquelle s'étend un conduit tubulaire 3. La partie cylindrique 1 comprend un rebord annulaire 4 sur lequel est montée une membrane souple 5, par exemple une feuille métallique très mince emboutie pour réaliser des ondulations circulaires 6 améliorant sa flexibilité dans le sens transversal. La membrane 5 est maintenue en place contre le rebord 4 par une couronne annulaire 7 qui maintient la membrane 5 appliquée contre le rebord 4, par exemple, au moyen de rivets traversant la couronne annulaire 7, le bord de la membrane 5 et le rebord 4. On pourra bien entendu utiliser tout autre moyen de fixation appropriée de la membrane 5, en particulier celle-ci pourra être collée sur le rebord 4. A l'intérieur du boîtier, on a fixé sur des plots 8 une plaque isolante 9 sur laquelle est déposée un élément résistif 10 qui peut être formé par exemple par un dépôt par sérigraphie d'un mélange de poudre de verre et d'éléments métalliques frittés à une température comprise entre 6000C et 8000C environ ou par le collage d'un film comprenant sur la face tournée vers l'extérieur un mélange de noir de carbone et de polymère connu sous le nom d'encre résistive polymère basse température. Les extrémités de l'élément résistif 10 sont respectivement reliées à des bornes électriques 11 et 12 connectées à une source de tension 13. L'élément mobile 14 est réalisé au moyen d'un fil métallique élastique, tel que par exemple une corde à piano de 6/10e de millimètre de diamètre recouverte d'une couche d'or fixée à l'une de ses extrémités dans une plaque isolante 15 portée par la membrane 5. A partir de la plaque 15, le fil 14 comporte une partie rectiligne 19 s'étendant sensiblement perpendiculairement à la plaque puis une partie curviligne 20 à grand rayon de courbure raccordée à une partie coudée 21 dont l'un des côtés fait un angle 22 avec la partie curviligne et dont l'extrémité est fixée à une borne 16 portée par la plaque isolante 9. La borne 16 est reliée par un fil conducteur 17 à un moyen d amplification où d' exploitation directe du signal prélevé par le conducteur 17. Lorsque la membrane 5 se déforme sous l'effet d'une différence de pression entre ses deux faces ou sous l'effet d'un effort appliqué sur sa face externe, le fil 14 se déforme et le point de contact 18 entre le fil 14 et l'élément résistif 10 roule sans glisser sur l'élément résistif 10. Le dispositif joue alors un rôle de potentiomètre, la tension apparaissant à la borne 16 étant fonction de la position du point de contact 18 sur l'élément résistif 10. L'élément mobile 14 peut également être réalisé à partir d'une languette flexible, le contact avec l'élément résistif 10 se faisant alors suivant une ligne transversale de la languette. De plus, l'élément mobile peut être réalisé sous différentes formes pourvu que le rayon de courbure au niveau du point de contact avec l'élément résistif soit suffisamment grand pour permettre un roulement sans glissement de ce point de contact lors de la déformation de l'élément mobile. L'élément résistif peur être réalisé sous la forme d'une bande de largeur constante. La tension recueillie à la borne 16 sera alors exactement proportionnelle à la distance du point de contact 18 par rapport aux bornes 11 et 12 de l'élément résistif-10. Au contraire, ainsi que cela est représenté sur la figure 2, l'élément résistif peut avoir une largeur variable de sorte que la tension recueillie à la borne 16 n'est pas exactement proportionnelle au déplacement du point de contact 18. Ainsi, dans le cas représenté sur la figure 2, le dispositif sera plus sensible aux efforts, lorsque le point de contact 18 se trouvera au voisinage de la borne 11. En particulier, la loi de variation de la résistance de l'élément résistif 10 peut être étudiée pour évoluer de façon inverse à la loi de variation de déformation de l'élément 14 en fonction de l'effort sur la membrane 5, de sorte que la tension recueillie à la borne 16 soit finalement une fonction linéaire de l'effort exercé sur la membrane 5. Dans le but d'améliorer des performances électriques, on peut, dans une version préférée non représentée, associer le conducteur de sortie 17 à un système d'amplification où d'abaissement d'impédance comprenant un transistor disposé selon un montage à charge cathodique. De même afin de rendre la tension de sortie à peu près insensible aux fluctuations de la tension d'alimentation, on peut stabiliser la tension de polarisation de l'élément résistif 10 au moyen d'une diode Zener. Les applications du dispositif selon l'invention sont nombreuses, en particulier, dans la version représentée sur la figure 1, le capteur peut être utilisé comme dispositif de mesure du niveau du liquide dans un réservoir en disposant la membrane 5 à proximité du fond du réservoir, tandis que la canalisation 3 est reliée à une ouverture débouchant à l'extérieur du réservoir. Dans cette application, ainsi que cela est représenté, il est avantageux de faire passer les conducteurs par la canalisation 3. Une telle disposition n'est cependant pas obligatoire et les conducteurs pourront traverser le boîtier en un point quelconque adapté à l'utilisation envisagée. Dans une autre application de l'invention, où le capteur est utilisé comme débit-mètre, le dispositif comporte deux boîtiers analogues au boîtier 1 disposésde part et d'autre de la membrane 5 , les conduits 3 étant raccordés en deux points distincts le long de la canalisation dans laquelle s'écoule le fluide dont on désire mesurer le débit. Le capteur selon l'invention pourra encore être utilisé dans un dispositif de pesage en faisant reposer le plateau de pesage sur la membrane d'une série de capteurs, les signaux de sortie des différents capteurs étant additionnés au moyen d'un dispositif électronique conventionnel. La présente invention n'est pas limitée au modes de réalisations qui ont été décrits mais est susceptible de variations qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, bien que la description ait été faite en liaison avec une membrane étanche soumise à des pressions différentes sur ses faces et réagissant par un déplacement à cette pression différentielle, on remarquera que le capteur selon l'invention peut être utilisé comme capteur d'un effort quelconque s'exerçant sur la membrane, la membrane pouvant alors être ajourée et même remplacée par une pièce mobile disposée dans un cylindre de guidage. Cela pourrait notamment être le cas dans une application de pesage où le plateau pourrait alors comporter des pieds s'engageant dans les cylindres et reposant sur la face supérieure de la pièce mobile tandis que la face inférieure serait raccordée à l'extrémité supérieure du fil conducteur. REVENDICATIONS 1. Capteur de pression ou d'effort comprenant une enceinte dans laquelle est disposée une pièce mobile (5) pouvant être soumise à une pression ou un effort, un élément résistif (10) fixé dans l'enceinte et comportant des bornes d'alimentation en courant, un organe conducteur (14) mobile par rapport à l'élément résistif mais restant en contact avec celui-ci selon un point de contact (18) dont la position varie dans les déplacements de la pièce mobile, caractérisé en ce que l'organe conducteur mobile est un élément allongé déformable ae façon élastique ayant l'une de ses extrémités solidaire de la pièce mobile et l'autre extrémité fixée en un point de l'enceinte. 2. Capteur de pression selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'élément mobile est un fil. 3. Capteur de pression selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'élément mobile est une languette. 4. Capteur de pression selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément mobile est réalisé en alliage bronze-beryllium recuit. 5. Capteur de pression selon la revendication 2 ou la revendication 3 caractérisé en ce que l'élément mobile est réalisé en acier recouvert d'une pellicule d'or. 6. Capteur de pression selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'élément résistif a une résistance non linéaire. 7. Capteur de pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe mobile comprend une partie rectiligne 19 s'étendant sensiblement perpendiculairement à la membrane, une partie curviligne (20) de grand rayon de courbure et une partie coudée (21) dont l'un des côtés fait un angle (22) avec la partie curviligne.