Brevet FR2577656A1 — publié le 19860822

DISPOSITIF DE SURVEILLANCE DE L'ETAT DE REMPLISSAGE EN GAZ D'UNE ENCEINTE. L'invention est relative à un dispositif de surveillance de l'état de remplissage en'gaz dune enceinte par le contrôle de la conformité des valeurs. de pression et de température à des valeurs de référence. On sait que la pression des gaz varie en fonction de la température. C'est pourquoi si l'on veut vérifier qu'une enceinte à température variable est remplie correctement, notamment qu'elle ne présente pas de fuite, il faut mesurer la pression et la température et effectuer un calcul ou consulter un tableau afin de déterminer si, pour la température mesurée, la pression est convenable. A titre d'exemple d'enceinte dont il faut surveiller l'état de remplissage on mentionne ici les bouteilles destinées à gonfler les rampes pneumatiques d'évacuation des avions qui sont remplies d'azote comprimé et d'anhydride carbnique (CO2) liquide. Une telle bouteille est appelée à supporter d'importantes variations de température en raison notamment des différences de température entre les différents points du globe que l'avion est amené à visiter. Pour la surveillance de ces bouteilles on utilise jusqu'ici un manomètre, un thermomètre et un tableau de correspondance. L'invention vise à simplifier l'opération de surveillance sans augmenter le coût du dispositif. Pour obtenir ce résultat on peut envisager de remplacer, d'une part, les manomètres et thermomètres par des jauges de mesure de pression et de température qui délivrent des signaux électriques et, d'autre part, le tableau à consulter, par des moyens de calcul qui, à partir des signaux de pression et de température, fournissent une valeur qui est comparée à une référence et du résultat de cette comparaison dépend l'état-allumé ou non-d'un voyant ou d'une alarme. A la place des moyens de calcul on peut aussi utiliser une mémoire morte remplissant le mme rôle qu'un tableau de correspondance. Mais la simplification de la surveillance serait obtenue par une augmentation du coût en circuits électroniques. En effet, il faudrait prévoir, notamment, des convertisseurs analogiques-numé- riques pour convertir les signaux fournis par les capteurs ainsi que des moyens de calcul ou des mémoires. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte un circuit électrique à résistances dont une au moins a une valeur qui varie avec la pression et une autre a une valeur qui varie avec la température, l'agencement du circuit et les valeurs des résistances étant tels que le signal de sortie du circuit a une valeur déterminée quand le couple pression/température correspond à des valeurs de référence, c'est-à-dire quand l'état de remplissage en gaz de l'enceinte est correct. Pour produire un signal d'alarme, ou un signal indiquant un remplissage correct ou incorrect, on peut faire appel à un simple comparateur pour comparer le signal fourni par le circuit à ladite valeur déterminée. Dans une réalisation le circuit est constitué par un pont de Wheatstone dans une branche duquel une résistance sensible à la pression est en série avec la résistance sensible à la température. Par exemple le pont de Wheatstone comporte, dans chacune de ses branches, une résistance sensible à la pression et ces résistances sont disposées sur une membrane déformable sous l'effet de la pression et montées de façon telle que deux résistances sur des branches opposées du pont ont une longueur qui augmente avec la pression et les deux autres résistances sont montées pour que leurs longueurs diminuent quand la pression augmente. I1 est vrai qu'on connaît déjà un circuit à quatre jauges de contrainte formant les branches d'un pont de Wheatstone dans lequel un élément résistif à forte variation avec la température est en série avec l'une des jauges. Mais dans ce circuit connu la résistance dont la valeur varie en fonction de la température est utilisée pour que, dans la branche de mesure du pont, pour une pression nulle on obtienne un signal nul quelle que soit la température, cette résistance sensible à la température étant ainsi utilisée pour compenser l'effet des variations de température sur les jauges de contrainte. Dans le dispositif selon l'invention la valeur de la résistance variant avec la température est choisie pour, qu'au contraire, le signal de la branche de mesure varie, de façon prédéterminée, avec la température pour une pression nulle. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaî- tront avec la description de certains de ses modes de réalisation, celle-ci étant effectuée en se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels : -la figure 1 est un schéma d'un capteur de pression faisant partie du dispositif de surveillance selon l'invention, -la figure 2 est un schéma d'un pont de Wheatstone faisant également partie dudit dispositif de surveillance, -. la figure 3 est un schéma d'ensemble du circuit du dispositif de surveillance, -les figures 4,5 et 6 sont des diagrammes illustrant le fonctionnement du dispositif de surveillance. L'exemple que l'on va décrire en relation avec les figures se rapporte à la surveillance de la pression dans une bouteille contenant de l'anhydride carbonique liquide et de l'azote en vue de gonfler, en cas de besoin, une rampe de secours permettant l'éva- cuation des passagers d'un avion. Il est nécessaire, pour d'évidentes raisons de sécurité, que la bouteille n'ait pas de fuites, c'est-à-dire que pour une température donnée, la pression reste constante. Mais comme la pression varie avec la température la simple connaissance de la pression n'est pas suffisante pour déterminer si la bouteille présente ou non des fuites. I1 faut en outre connaître la température et déterminer quelle doit tre la pression convenable à cette température. La figure 4 est un diagramme sur lequel on a porté en abscisses la température 0 et en ordonnées la pression P. La droite 10 en trait plein représente les variations de la pression P en fonction de la température 0 lorsque le contenu de la bouteille correspond aux normes. La droite 11 en traits interrompus représente la variation de la pression P en fonction de la température 0 lorsque le contenu de la bouteille est insuffisant. Le dispositif de contrôle selon l'invention permet d'engendrer un signal VS de valeur S (figure 5) sensiblement constante lorsque la pression et la température varient. Le signal Vs représente directement l'état de remplissage de la bouteille. Un signal VS de valeur inférieure à S-signifie un état de remplissage insuffisant, et si le signal Vs est supérieur à S la bouteille est trop gonflée, ce qui pourrait également tre dangeureux. Le dispositif de contrôle comporte un capteur de pression 12 (figure 1) à jauges de contrainte. Un tel capteur est formé d'un corps cylindrique 13 à l'intérieur 14 duquel règne la pression à mesurer et qui est fermé à une extrémité par une membrane 15 sur laquelle sont déposées quatre résistances électriques respectivement 16,17, 18 et 19 dont chacune est formée de brins 20 de direction radiale reliés par de courts éléments 21 qui leurs sont perpendiculaires. Lorsque dans l'enceinte 14 règne la pression à mesurer la membrane 15, dont la périphérie est encastrée, c'est-à-dire fixée au corps 13, subit une déformation dite en S telle que ses parties voisines du centre subissent une élongation radiale tandis que les parties voisines de la périphérie sont soumises à un raccourcissement en direction radiale. La zone d'élongation est séparée de la zone de raccourcissement par une ligne circulaire 22 de contrainte nulle. Les résistances 16 et 18 sont dans la zone d'allongement tandis que les résistances 17 et 19 sont dans la zone de raccourcissement. Du point de vue électrique ces résistances sont disposées dans un pont de Wheatstone 25 représenté sur la figure 2. Une première borne 26 de la diagonale d'alimentation du pont 25 est reliée au pôle positif (+) d'une source d'alimentation continue 27 (figure 3), la seconde borne (-) de cette source étant reliée à l'autre extrémité 28 de la diagonale d'alimentation du pont. Les résistances 16 et 18 qui subissent un allongement quand la pression augmente sont disposées dans des branches opposées du pont 25. De mme, les résistances 17 et 19 dont la longueur diminue quand la pression augmente sont aussi sur des diagonales opposées du pont. Cette disposition, connue en elle mme, permet d'amplifier le déséquilibre du pont lors de l'application d'une pression, c'est-à-dire de fournir un signal amplifié dans la branche de mesure, entre les bornes 30 et 31. Dans l'exemple, la résistance 18 est disposée entre les bornes 26 et 31, la résistance 16 entre les bornes 28 et 30, la résistance 17 entre les bornes 26 et 30 et la résistance 19 entre les bornes 28 et 31. Toutefois, la résistance 19 est en série avec une résistance 32 formée d'un fil de constantan, qui est connectée, d'une part, à la borne 31 et, d'autre part, à une borne 33 à laquelle est reliée l'extrémité de la résistance 19. La résistance 17 est en série avec une résistance 34, formée par un fil de nickel, dont une borne est connectée directement à la borne 30 et l'autre borne est reliée à une borne 35 à laquelle est raccordée une extrémité de la résistance 17. Les fils résistants 32 et 34 sont disposés de façon telle qu'ils aient la mme température que les éléments 16,17,18 et 19 ; toutefois, leur position est telle que la pression n'occasionne pas d'allongement ou de raccourcissement de ces fils. Ceux-ci sont disposés par exemple sur le corps 13 ou sur la ligne 22 de contrainte nuile. Le signal recueilli aux bornes 30 et 31 de la diagonale de mesure du pont 25 est amplifié par l'amplificateur 36 (figure 3) et le signal amplifié est appliqué sur une entrée 37 d'un comparateur double 38 présentant des entrées 39 et 40 sur lesquelles sont appliqués des signaux de référence respectivement Smin et Smax (voir aussi figure 5). Le signal de sortie du comparateur 38 est utilisé pour exciter sélectivement trois voyants, respectivement 411, 412, 413. Le voyant 411 est allumé lorsque le signal VS à la sortie de l'amplificateur 36 est compris entre les valeurs Smin et Smax. Le voyant 413 est excité quand le signal Vs est supérieur à Smax et le voyant 412 est allumé lorsque le signal Vs est inférieur à Smin. Ainsi le dispositif de surveillance selon l'invention permet de vérifier l'état de remplissage d'une bouteille, ce remplissage pouvant tre trop faible ou mme trop important. Dans une variante simplifiée le comparateur 38 compare Vs à une seule valeur de référence Smin. On peut également prévoir un seul voyant qui est allumé (ou éteint) quand Vs est compris entre Smin et Smax et est éteint (ou allumé) quand Vs est supérieur à Smax ou inférieur à Smin. Dans un exemple les résistances 16,17,18 et 19 ont chacune une valeur de l'ordre de sud00 ohms et le fil 34 en nickel a une résistance de l'ordre de 80 ohms. Dans ce dernier cas, également à titre d'exemple, le fil 34 a une longueur de 0,80 mètre étant constitué d'un fil présentant une résistance de 100 ohms par mètre. Le pont 25 a la mme structure que celui habituellement utilisé avec un capteur de pression 12 du type de celui décrit en relation avec la figure 1. I1 en diffère cependant par les deux points suivants : en premier lieu le mode d'utilisation, un tel pont n'étant utilisé jusqu'à présent que pour mesurer la pression, alors qu'avec l'invention on l'utilise pour surveiller un couple pression/tempé- rature. En second lieu cette utilisation différente amène à choisir une valeur de résistance 34 sensible à la température qui n'a ni la mme fonction, ni la mme valeur que dans les ponts de Wheatstone 25 connus. La figure 6 permet de mieux comprendre cette différence. En l'absence des résistances 32 et 34 le signal VS (éventuel- lement amplifié) obtenu aux bornes de la diagonale de mesure du pont 25 varie avec la température selon la droite 45 du diagramme de la figure 6 sur lequel on a porté en abscisses la température 0 et en ordonnées le signal Vs pour une pression nulle (appelé signal Vs à zéro de mesurande). Cette droite 45 n'est pas perpendiculaire à l'axe des ordonnées, c'est-à-dire que le signal Vs varie avec la tempé rature. Cette variation, pratiquement inévitable, est due notamment au fait que la résistivité du matériau composant les jauges varie avec la température avec un coefficient d'environ 50 ppm par degré. Pour l'utilisation habituelle du pont 25, c'est-à-dire pour mesurer une pression, on choisit une longueur de fil 34 par exemple en nickel avec un coefficient de variation de la résistivité en fonction de la température de l'ordre de 4000 ppm par degré, tel'que la droite 45 change de pente et devienne perpendiculaire à l'axe des ordonnées. Ainsi le signal Vs varie en fonction de la température selon la droite 46, c'est-à-dire qu'il est pratiquement indépendant de la température. Etant donné que les valeurs des résistances 16 et 18 et celles des résistances 17 et 19 ne peuvent tre strictement égales le signal VS n'est généralement pas nul en l'absence de la résistance 32. C'est pourquoi on choisit une longueur de fil de constantan 32 permettant de conférer une valeur nulle au signal VS, le constantan ayant une résistivité qui ne varie pratiquement pas avec la température. Ainsi avec les fils 32 et 34 la courbe de variation de Vs en fonction de la température 0 est représentée par l'axe des abscisses 47. II est à noter que pour les réglages on choisit non seulement les longueurs des fils 32 et 34 mais également la position de la diagonale de mesure qui peut tre, comme dans l'exemple, entre les bornes 30 et 31, mais aussi entre les bornes 33 et 35, ou entre les bornes 31 et 35, ou encore entre les bornes 30 et 33. Avec l'invention au lieu d'utiliser le fil 34 pour s'opposer aux effets de la température, on amplifie au contraire l'effet de la température sur le signal VS et on choisit une longueur de fil 34 pour que la courbe de variation du signal Vs en fonction de la température soit représentée par la droite 48. Ainsi le signal Vs est fonction à la fois de la pression et de la température et la pente de la droite 48, c'est-à-dire la valeur de la résistance 34, est choisie pour que le signal Vs reste constant quand l'état de remplissage des bouteilles ne varie pas c'est-à-dire, en première approximation, lorsque le rapport P/T (T étant la température absolue), reste constant. En variante à la place d'un fil de nickel 34 on utilise un fil de cuivre ou un autre élément résistif sensible à la température. Le dispositif décrit simplifie considérablement la surveillance de l'état de remplissage de bouteilles et il est d'une réalisation peu onéreuse. REVENDICATIONS 1. Dispositif de surveillance de l'état de remplissage en gaz d'une enceinte par le contrôle de la conformité des valeurs de pression et de température à des valeurs de référence, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit électrique (25) à résistances dont une au moins (16 à 19) a une valeur qui varie avec la pression et une autre (34) a une valeur qui varie avec la température, le montage et les valeurs des résistances étant tels que le signal de sortie (Vs) de ce circuit ait une valeur déterminée (S) quand le couple pression (P)/température (4) correspond à des valeurs conformes auxdites valeurs de référence. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de sortie (Vs) du circuit (25) est pratiquement constant lorsque le rapport pression/température absolue est constant. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen comparateur (38) pour émettre un signal d'une première valeur quand le signal de sortie (Vs) est compris entre deux valeurs prédéterminées et un signal d'une seconde valeur quand le signal de sortie est en dehors de ces valeurs prédé- terminées. 4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen comparateur (38) pour émettre un signal d'une première valeur lorsque le signal de sortie (Vs) du circuit (25) est compris entre deux valeurs de référence (Smin et Smax), un signal d'une seconde valeur lorsque le signal de sortie est inférieur à la plus petite (Smin) des valeurs de référence et un signal d'une troisième valeur lorsque le signal de sortie est supérieur à la plus grande (Smax) des valeurs de référence. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le circuit (25) est constitué par un pont de Wheatstone dans une branche duquel une résistance (17) sensible à la pression est en série avec la résistance (34) sensible à la température. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le pont de Wheatstone (25) comporte dans chacune de ses branches une résistance sensible à la pression, ces résistances étant disposées sur une membrane (15) déformable sous l'effet de la pression et montée de façon telle que deux résistances (16, 18) sur des branches opposées du pont ont une longueur qui augmente avec la pression, les deux autres résistances (I7, 19) étant montées pour que leur longueur diminue quand la pression augmente. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la résistance (34) sensible à la température est constituée par un fil de nickel. 8. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la résistance sensible à la température est constituée par un fil de cuivre. 9. Application du dispositif selon l'une quelconque des revendcations précédentes à la surveillance de l'état de remplissage d'une bouteille de gonflage d'une rampe d'évacuation pour avion.