Brevet FR2582400A1 — publié le 19861128

DISPOSITIF PERFECTIONNE POUR ENGENDRER DES PRESSIONS DIFFERENTIELLES STABLES, DESTINEES A L'ETALONNAGE DES CAPTEURS DE PRESSION. L'invention concerne un dispositif perfectionné pour -engendrer des pressions différentielles stables, destinées à l'étalonnage des capteurs de pressions différentielles. L'étalonnage de ces appareils se fait en général par comparaison avec un manomètre étalon, le plus généralement un manomètre à colonne de liquide. Pour pouvoir étalonner, il faut donc disposer d'un générc;teur de pression qui, mis en relation simultanément avec l'appareil à étalonner et avec le manomètre étalon, permette de comparer les deux indications de pression. Dans le domaine des faibles pressions différentielles, c'est-à-dire de la fraction de pascal à quelques milliers de pascal, domaine qui est celui de l'aéraulique, on sait que l'on éprouve les plus grandes difficultés à engendrer des pressions stables, meme pour des temps aussi courts que ceux de la lecture d'un appareil. Aussi, on se contente le plus souvent de comprimer un gaz dans un récipient pour créer une surpression par rapport à l'atmosphère. Or, malheureusement, tant la pression du gaz dans le récipient que la pression atmosphérique ont des valeurs qui varient en permanence et de façon aléatoire. Dans le bulletin du Bureau National de Métrologie BNM de Janvier 1977, pages 25 à 28, on a décrit un dispositif du type en question qui se compose - d'un circuit étanche traversé par un écoulement d'air permanent, constant et stable, comprenant de l'amont à l'aval un diaphragme destiné à engendrer la pres sion différentielle à mesurer, . un orifice sonique destiné à obtenir un écculement stable . enfin, un moyen tel qu'une pompe à vide pour assurer cet écoulement constant - d' un organe destiné à mesurer la pression différentielle engendrée entre l'amont et l'aval dudit diaphragme, comprenant un by-pass, un manomètre de référence et le capteur de pression à étalonner. Comme on le sait, pour qu'un écoulement en régime sonique puisse se produire, il faut maintenir entre l'aval et l'amont de l'orifice concerné un rapport de pression inférieur à un rapport critique. La vitesse du son se trouve alors atteinte en un point de l'orifice appelé col sonique et aucune perturbation ne peut remonter de l'aval vers l'amont, puisqu'unie telle perturbation se propage elle-même à la vitesse du son. Avec des orifices non profilés, le rapport critique est de l'ordre de 0,5 pour des gaz diatomiques. Pour obtenir une série de valeurs stables de la pression différentielle, dans la publication susvisée BNM, on a proposé soit de changer le diamètre du diaphragme, soit de mettre en parallèle un certain nombre d'orifices soniques. Cela d'une part, augmente le prix de l'appareil et d'autre part et surtout, ne permet pas un réglage continu de la différence de pression. L'invention pallie ces inconvénients. Elle concerne un appareil perfectionné du type en question.qui tout d'abord, soit facile à construire et à mettre en ceuvre, ensuite soit moins coûteux que les appareils proposés jusqu'alors et enfin, puisse etre opérationnel dans une gamme étendue de différences de pressions et permette un réglage continu de la différence de celle-ci. Ce-dispositif perfectionné pour engendrer des pressions différentielles, destiné à l'étalonnage des capteurs de pression, du type comprenant - un circuit étanche traversé par un écoulement d'air permanent, constant et stable, comprenant de l'amont vers l'aval . un diaphragme destiné à engendrer la pres sion différentielle à mesurer, . un orifice sonique destiné à obtenir un coulement stable, enfin, un moyen, tel qu'une pompe, pour assurer cet écoulement constant, - et d'un organe destiné à mesurer la pression différentielle engendrée entre l'amont et l'aval du diaphragme, comprenant un by-pass, un manomètre de référence et le capteur de pression à étalonner, se caractérise en ce que le circuit comporte également une vanne micrométrique débouchant sur 1' atmosphére disposée entre le diaphragme et l'orifice sonique. En d'autres termes, l'invention consiste à partager l'écoulement constant traversant l'orifice sonique entre - d'une part, un écoulement traversant le diaphragme et servant à engendrer la pression différentielle - et d'autre part, une "fuite" réglable par une vanne micrométrique, afin de modifier le débit traversant ce diaphragme, donc ladite pression différentielle, l'écoulement glcbal restant stable grâce à l'orifice sonique. Avantageusement, en pratique - l'orifice sonique est une tuyère profilée, de préférence une tuyère formée dans l'ordre, dans le sens de l'écoulement par une partie convergente, notamment en forme de quart de cercle, racccrdée à un col cylindrique, lui-même raccordé enfin à un divergent dont l'angle est compris entre 5 et 20 , de préférence voisin de 7" , cette disposition permet d'amener le rapport critique de pression à une valeur nettement supérieure à 0,5, par exemple voisine de 0,9, ce qui autorise alors l'utilisation de pompes plus petites, telles que par exemple une pompe à membrane ou toute autre pompe classique - la vanne micrométrique est, une vanne à aiguille montée en parallèle sur les prises de pression du diaphragme, ce qui présente l'avantage d'un montage plus compact - l'ensemble comprend également une vanne quart de tour à boisseau, de plus grosse section que la section de la vanne micrométrique, qui permet d'obtenir des pressions différentielles voisines de zéro ; La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit, donné à titre indicatif mais non limitatif, à l'appui des figures annexées. La figure 1 est une représentation schématique symbolique d'un dispositif selon l'art antérieur décrit dans la publication BNM Janvier 1977 visée dans le préambule. La figure 2 est une représentation symbolique schématique analogue illustrant le perfectionnement selon l'invention. La figure 3 est une forme de réalisation préférée de l'invention. La figure 4 montre en détail la forme de réalisation d'une tuyère profilée avantageuse. La figure 5 est une vue de dessus du coffret contenant les éléments caractéristiques de l'invention. La figure 1 montre schématiquement, comme déjà dit, un dispositif pour engendrer des pressions différentielles destinées à l'étalonnage des capteurs de pressions conformes à l'art antérieur. Ce dispositif est constitué essentiellement par un réservoir (1) muni d'un diaphragme mince (2) relié par une tuyauterie (3) à une pompe à vide (4) pour assurer un écoulement d'air dans le sens de la flèche. La tuyauterie (3) est muni d' un orifice sonique (5). Un raccord (6) relie le réservoir (1) d'une part, au capteur (7) de pression différentielle à étalonner et d'autre part, à un manomètre étalon (8) qui permet de lire la différence de pressionhP. Selon la caractéristique de l'invention, le circuit de tuyauterie (3) comporte également une vanne micrométrique (10) débouchant sur l'atmosphérique, disposée entre le diaphragme (2) et l'orifice sonique (5) (voir figures 2 et 3). Dans une forme de réalisation avantageuse, le diaphragme (2) est précédé par un circuit d'entrée (11), par exemple en tube d'acier inoxydable de diamètre extérieur vingt-sept millimètres et de diamètre interieur : vingt millimètres présentant à son extrémité un filtre (12) pour les poussières. Le diaphragme (2) est avantageusement monté dans un porte-diaphragme et est constitué par une plaque de 4/10ème de millimètre en acier inoxydable percée d'un trou central cylindrique, par exemple de 1,2 millimètre de diamètre.Avantageusement, cette plaque (40) dans laquelle est taillé le diaphragme (2) est poli et le diaphragme (2) est avantageusement biseauté et ébavuré. La tuyauterie (3,11) présente juste en amont et juste en aval du diaphragme (2,40) des prises de pression respectivement (13) et (14) formant by-pass pour la vanne (10) de réglage très progressive, par exemple du type à aiguille monté en parallèle sur les prises de pression (13,14). Par des tuyauteries (16) et (17), ces prises de pression (13,14) sont reliées aux raccords cannelés (29,30).Le circuit (3) présente en aval du diaphragme -(2) dans le sens de l'écculement indiqué par la flèche, une vanne (15), par exemple une vanne quart de tour à boisseau reliée par la tuyauterie (41) à l'atmosphére. En aval de cette vanne (15), la tuyauterie (3) comporte un orifice sonique (5') détaillé à la figure 4, constitué dans l'ordre de l'écoulement par une partie convergente en forme de quart de cercle (20) reliée à un col cylindrique (21), puis à une partie divergente (22). Avantageusement, l'angle de la partie divergente (22) est de l'ordre de 7"; la longueur de la portion cylindrique (21) de ce ccl est égal au diamètre de ce col.Comme déjà dit, cette forme de tuyère profilée permet d'obtenir un régime sonique pour un rapport de pression aval/amont de l'ordre de ,9. Ainsi, il n'est plus utile de faire appel à une pompe (4) du genre pompe à vide, mais à une simple pompe classique (18), telle que par exemple une pompe à membrane qui travaille en aspiration. I1 va de soi que l'étanchéité de l'ensemble doit être absolue, d'autant que les débits de mise en oeuvre sont très faibles. On assure cette étanchéité par lluti- lisation de joints toriques pour la fixation du diaphragme (2,40) sur la tuyauterie (3), par collage Farfait pour la tuyère (5') et par raccord à olive pour les autres éléments, notamment pour les vannes (10) et (15). Les différents éléments du dispositif conforme à l'invention sont logés à l'intérieur d'un coffret désigné par la référence (25) (figure 5) qui représente le dessus de ce coffret. La référence (26) désigne un interrupteur qui permet d'assurer la commande du moteur de la pompe (18). (27) désigne un fusible et (28) les ouvertures de la plaque d'aération de la pompe (18). Les références (29) et (30) désignent deux raccords cannelés sur lesquels viennent déboucher les tuyauteries (16) et (17) et viennent se raccorder le capteur (7)de pression différentielle à étalonner, ainsi que le manomètre (8) etalon, tel que par exemple un nanomètre Schwien, un micro-manomètre Fortier, soit pour les faibles pressions un micrc-manomètre à ponction. Le manomètre étalon (8) et le capteur de pression étalonné (7) sont raccordés en parallèle.Un câble électrique non représenté relie la pompe au secteur. La référence (31) désigne la commande manuelle de la vanne micrométrique caractéristique (10) alors que la référence (r2) désigne la commande manuelle de la vanne quart de tour (15). La référence (33) désigne un compartiment destiné à recevcir le câble d'alimentation électrique non représenté, ainsi que les tuyauteries et raccords et autres accessoires pour permettre le transport facile de l'ensemble. Dans une variante, la pompe (18) peut être sortie du coffret (27) pour être disposée dans un compartiment mobile et ce, afin d'éviter un échauffement de l'ensemble en cours de fcnctionnement. Le dispositif conforme à l'invention fonctionne de la manière suivante. On branche tout d'abord le capteur (7) à étalonner en parallèle avec le manomètre étalon (8) sur les raccords cannelés (29,30). En agissant sur l'interrupteur (26), on enclenche la pompe (18). Pour obtenir une bonne stabilité de la pression différentielle, il est recommandé de faire fonctionner la pompe (18) pendant au moins quinze minutes avant la première mesure. Par action sur le bouton de commande (31), on ferme progressivement la vanne micrométrique (10) supposée préalablement ouverte, tout en maintenant la vanne (15) fermée. On peut ainsi faire varier la pression de 200 à 8000 pascal par exemple. Si l'on désire descendre en-dessous de 200 pascal par action sur le bouton (32), on ouvre la vanne (10) et on agit sur le bouton de commande (31) de la vanne (10) que l'on ouvre progressivement. Pour étalonner le capteur (7) à différents niveaux de pression, on compare la valeur de la pression donnée par le capteur (7) à étalonner, avec celle donnée par le manomètre (8) de référence. On a ainsi observé que ce dispositif permet d'obtenir une stabilité de la pression différentielle de 2 pour 1000 dans une gamme de 200 à 8000 pascal et de l'ordre de 5 pour 1000 en-dessous de 200 pascal Le dispositif selon l'invention présente de ncmbreux avantages par rapport à ceux connus à ce jour. On peut citer - le fait que la dépression engendrée est totalement indépendante de la température ambiante - la stabilité de la mesure d-ont la variation relative maximum observée ne dépasse pas cinq pour mille - la possibilité d'cbtenir un réglage continu de la pression, ce que l'on ne savait faire jusqu'alors - la possibilité de réaliser à la demande toute une gamme de pression en changeant simplement les tuyères profilées (5) ou les diaphragmes (2), voire la pompe (18) - enfin, le fait d'être peu coûteux, peu encombrant, facilement transportable et facile à manipuler. De la sorte, ce dispositif peut être facilement utilisé pour l'étalonnage sur place de capteurs de pression différentielle. REVENDICATIONS 1/ Dispositif perfectionné pour engendrer des pressions différentielles stables, destinées à l'étalonnage des capteurs de pressions (7), qui se compose - d'un circuit étanche (3) traversé par un écoulement d'air permanent, constant et stable, comprenant de l'amont vers l'aval . un diaphragme (2), destiné à engendrer la pression différentielle à mesurer, . un orifice sonique (5) destiné à obtenir un écoulement stable, . enfin, un moyen tel qu'une pompe (4,18) pour assurer cet écculement constant - et d'un organe destiné à mesurer la pression différentielle engendrée entre l'amont et l'aval dudit diaphragme (2) comprenant un by-pass, un manomètre de référence (8) et le capteur de pressions (7) à étalonner, caractérisé en ce que ledit circuit (3) comporte également une vanne micrométrique (10) débcuchant sur l'atmosphère, disposée entre le diaphragme (2) et l'orifice sonique (5). 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice sonique (5) est une tuyère profilée (5,5') sonique. 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tuyère profilée (5,5') est formée dans l'ordre dans le sens de l'écoulement par une partie convergente (20) en forme de quart de cercle, raccordée à un col cylindrique (21), lui-même raccordé à une partie divergente (22). 4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une vanne quart de tour à boisseau (15), de plus grosse section que la section de la vanne micrométrique (10), montée entre le diaphragme (2) et la tuyère (5,5'). 5/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en -ce que la vanne micrométrique (10) est une vanne à aiguille montée en parallèle sur les prises de pressions (13,14) du diaphragme (2). DEPOSANT : CENTRE TECHNIQUE DES INDUSTRIES AERAULIQUES ET THERMIQUES (Loi du 22 Juillet 1948) MANDATAIRE : Cabinet Michel LAURENT