Brevet FR2575289A1 — publié le 19860627

Indicateur électrique de pression pouvant être utilisé pour la mesure absolue d'un liquide ou d'un gaz, notam ment pour la surveillance de la pression de pneus de véhicules automobiles ETAT DE LA TECHNIQUE L'invention part d'un indicateur de pression pour engendrer des signaux électriques, avec une membrane déformable en fonction de la pression portant au moins un élément détecteur, et qui ferme une chambre de pression de référence par rapport à un fluide se trouvant sous pression Dans un tel indicateur connu de pression à semi-conducteur, avec des ponts de résistance piezo-résistifs intégrés, les éléments détecteurs sont rapportés dans la zone de bordure d'une membrane qui est obtenue à partir d'un semi-conducteur de silicium par électro-érosion, par attaque chimique, ou bien par un autre procédé, et qui ferme une chambre de pression de référence par rapport à un fluide se trouvant sous pression (US-PS 4 079 508). Pour mesurer les pressions absolues, la chambre de pression de référence est alors fermée sous vide. Dans le cas de tels indicateurs de pression et d'indicateurs de pression analogues, qui pour la mesure de la pression comportent une chambre de pression de référence remplie de gaz ou d'air à une pression prédéfinie ou mise sous vide, les signaux émis par le détecteur de pression ou bien par un commutateur à pression, sont faussés dès que la chambre de pression de référence est non-étanche. Une fuite dans la chambre de pression de référence ne peut, dans le cas de ces indicateurs de pression, être détectée que par une mesure ultérieure lors d'une opération d'entre tien de l'indicateur de pression. Grâce à la présente invention, on cherche à surveiller l'étanchéité de la chambre de pression de référence pendant la mise en oeuvre du détecteur de pression et lorsque le circuit d'exploitation est raccordé. Conformément à l'invention, ce but est atteint en ce qu'une seconde membrane ferme la chambre de pression de référence pour-permettre la surveillance des fuites par rapporte à une pression de référence, et que cette seconde membrane porte au moins un élément détecteur de contrôlequi, en cas de fuites dans la chambre de pression de référence délivre un signal correspondant. AVANTAGES DE L'INVENTION L'indicateur de pression conforme à l'invention défini ci-dessus présente l'avantage qu'avec le circuit d'exploitation qui lui est raccordé un accroissement ou une chute de pression peut être surveillé à chaque instant dans la chambre de pression de référence. Comme dans le cas d'une fuite dans la chambre de pression de référence, la pression de référence se modifie par rapport à la pression de contrôle, que la seconde membrane sépare de la pression de référence, un signal de fuite correspondant est délivré par le détecteur de contrôle, ce signal étant capté par le circuit d'exploitation et affiché.Il faut considérer comme un autre avantage que la solution proposée est susceptible d'être appliquée non seulement à ce que l'on appelle des détecteurs de pression à semi-conducteurs mais à tous les systèmes de détecteurs de pression qui fonctionnent avec une chambre de pression de référence Du fait de la surveillance permanente de la chambre de pression de référence, un tel indicateur de pression peut également être mis en oeuvre sur des installations de sécurité telles que par exemple pour une surveillance de la pression des pneus de véhicules automobiles. D'autres caractéristiques de l'invention permettent d'envisager d'autres formes avantageuses et des améliorations de l'indicateur de pression défini ci-dessus. I1 est particulièrement avantageux que la seconde membrane ferme la chambre de pression de référence par rapport à une chambre dans laquelle règne la pression de contrôle, la chambre de pression de contrôle étant alors avantageusement disposée à l'intérieur de la chambre de pression de référence. Une telle réalisation de l'indicateur de pression est alors particulièrement avantageuse lorsque le détecteur de contrôle avec la seconde membrane est constitué par une puce semiconductrice sur laquelle les éléments détecteurs sont intégrés sur la zone de bordure de la membrane sous la forme de ponts de résistance piézo-résistifs intégrés. Une autre forme avantageuse de l'indicateur de pression défini ci-dessus consiste en ce que, poLir la surveillance des fuites de plusieurs indicateurs de pression, la chambre de pression de référence de chacun des indicateurs de pression, est fermée par la seconde membrane par rapport à une pression de controle commune, cette pression de contrôle étant de préférence la pression atmosphérique.Un tel indicateur de pression est, de pfé- rence, également réalisé sous la forme d'un indicateur de pression capacitif avec un signal de mesure à haute fréquence, la première membrane de la chambre de pression de référence portant une électrode d'un détecteur de pression capacitif, tandis que la seconde membrane porte une seconde électrode pour un détecteur de contrôle capacitif Les deux électrodes coopèrent alors avec une électrode médiane commune disposée dans la chambre de pression de référence entre les deux électrodes précitées. DESSINS Trois exemples de réalisation de l'invention sont représentés sur les dessins ci-joints et vont être exposés plus en détail dans la description ci-apres. - La figure 1 montre, selon une représentation agrandie, un indicateur de pression conforme à l'invention avec, en coupe transversale, une capsule pour la chambre de pression de référence. - La figure 2 montre un indicateur de pression à semi-conducteur avec respectivement une membrane pour une chambre de pression et pour une chambre où règne la -pression atmosphèrique. - La figure 3 montre un indicateur de pression capacitif avec un détecteur de mesure et un détecteur de contrôle dans la chambre de pression de référence. - La figure 4 montre le schéma de branchement équivalent à l'indicateur de pression selon la figure 3. DESCRIPTION DES EXEMPLES DE REALISATION Sur la figure 1, un indicateur de pression désigné par 10 est représenté en coupe transversale à une échelleagrandie, cet indicateur de pression pouvant être utilisé pour la mesure de la pression absolue d'un liquide ou d'un gaz. L'indicateur de pression 10 comprend essentiellement un détecteur de mesure 12 constitué d'une première puce semi-conductrice 11, par exemplé en silicium, sur la surface de laquelle sont disposés quatre éléments détecteurs piézo-résistifs 12a sous la forme d'un circuit de ponts de résistance. Les éléments détecteurs 12a dont deux seulement sont visibles sur la figure 1, se trouvent au bord d'une membrane 13 susceptible d'être déformée par des efforts extérieurs, et qui est réalisée par attaque du matériau semiconducteur dans une zone ronde ou elliptique sur la face arrière de la puce semi-conductrice 11. La puce sèmi-conductrice 11 est solidaire d'une plaque de substrat 14 en y étant, par exemple, soudée avec apport de métal de façon étanche à la pression avec une piste conductrice annulaire 15, ou bien collée ou bien liée d'une autre façon. La zone elliptique sous la membrane 13 constitue une chambre 16 qui par l'intermédiaire d'un perçage 17 dans la plaque 14 est en communication avec un fluide, par exemple de l'air, se trouvant sous pression, un gaz ou bien un liquide.Pour amener le fluide sous pression, une tubulure 18 est placée sur la face arrière de la plaque 14 sur le perçage 17, tubulure par l'intermédiaire de laquelle, le fluide sous pression arrive à la membrane 13 en direction de la-flèche. Au-dessus de la puce semi-conductrice 11, se trouve une chambre de pression de référence 19 qui est fermée vers l'extérieur par une capsule métallique 20. La chambre de pression de référence 19 est fermée par la membrane 13 aussi bien que par la plaque 14 par rapport au fluide sous pression ou bien par rapport à l'extérieur. Pour pouvoir mesurer avec l'indicateur de pression 10, la pression absolue du fluide, la chambre de pression de référence 19 est sous vide. Pour obtenir le vide la capsule 20 est, par exemple, soudée avec apport de métal de façon étanche à la pression sous vide, avec une autre piste conductrice annulaire 21 sur la plaque 14. Cette pisteconductrice 21 peut être, tout comme la piste conductrice 15 lors de la mise en oeuvre de l'indicateur de pression 10, mise à un potentiel de référence, en raccordement du circuit en pont du détecteur de mesure 12, étant également de préférence reliée au potentiel de référence par l'intermédiaire de l'une de ses pistes conductrices. Un autre raccord du détecteur de mesure 12 est relié par l'intermédiaire d'un fil de raccordement 22 à une broche de contact 23 fixée dans une traversée de verre 24 de façon étanche à la pression dans la plaque 14. Poùr surveiller le vide dans la chambre de pression de référence 19-, l'indicateur de pression 10 est muni d'une deuxième membrane 25 qui ferme la chambre de pression de référence 19 par rapport à une pression de contrôle. Cette deuxième membrane 25 est constituée par un détecteur de contrôle 26. Elle porte quatre éléments détecteurs de controle piézo-résistifs réunis. en un circuit en pont, elle ferme la chambre de pression de référence 19 par rapport à une chambre de pression de contrôle 27. Le détecteur de contrôle 26 avec la deuxième membrane 25 est constitué par une deuxième puce semi-conductrice 28 qui est disposée à l'intérieur de la chambre de pression de référence 19 sur la plaque 14.La chambre de pression de contre 27 est, alors, constituée par un évidement formé à l'extérieur à partir de la face arrière de la puce semi-conductrice 28 dans la zone de la seconde membrane 25. Cette chambre est fermée de façon étanche à la pression vers le bas par la plaque porteuse 14 du fait que la deuxième puce semi-conductrice 28 est égale- ment reliée à une piste conductrice annulaire 29, transmet-tant un potentiel de référence, de la plaque conductrice 14, en étant collée.ou bien soudée avec apport de métal. Comme les deux puces semi-conductrices 11 et 28 tout comme la capsule 20 sont soudées sous vide avec apport de métal à la plaque 14, la chambre de pression de contrôle 27 est également sous vide.Les éléments détecteurs de contrôle 26a sont d'une part au potentiel- de référence et d'autre part par l'intermédiaire d'un fil de raccordement, reliés à une autre broche de contact 31 qui est montée également de façon étanche à la pression dans une traversée de verre 32 sur la plaque 14. Lors de la mise en oeuvre de l'indicateur de pression 10,- les raccordements des éléments détecteurs 12a et 26a sont reliés à un circuit d'exploitation, le détecteur de mesure 12. détectant la pression absolue dans la chambre de mesure 16, tandis que le détecteur de contrôle 26 détecte la pression dans la chambre de pression de référence 19. Lorsque l'indicateur de pression 10 est intact, la chambre de pression de référence 19,-aussi bien que la chambre de pression de contrôle 27 sont sous vide, de sorte que la deuxième membrane 25 n'est pas fléchie. Les signaux délivrés par les éléments détecteurs de contrôle 26a, par exemple un signal 0, sont captés dans le circuit d'exploitation ainsi raccordé en tant que valeur de consigne et mémorisés. La première membrane 13 est par contre fléchie par le fluide se trouvant sous pression dans la chambre 16 et les éléments détecteurs 12a délivrent un signal électrique dépendant de cette pression, et qui est exploité par l'intermédiaire du circuit d'exploitation ainsi raccordé. Aussitôt qu'alors de l'air ou du gaz pénètre dans la chambre de pression de référence 19 par une fuite, le signal de mesure délivré par les éléments détecteurs 12a est faussé. Mais comme la chambre de pression de contrôle 27 du détecteur de contrôle 26 est séparée de la chambre de pression de référence 19 par la deuxième membrane 25, la deuxième membrane 25 est alors, danssle cas d'une telle fuite, pressée par la différence de la pression régnant sur ses deux côtés et- les éléments détecteurs de contrôle 26a délivrent alors un signal s'écartant de la normale (zéro). Cette modification du signal est détectée par le circuit d'exploitation et le défaut de l'indicateur de pression 10 est affiché.La surveillance de l'indicateur de pression peut ainsi être effectuée aussi bien de façon continue pendant le fonctionnement ou respectivement lors de la mise en circuit de 1'indicateur de pression 10. La figure 2 montre, selon un autre exemple de réalisation, un indicateur de pression 40 avec une chambre de pression de référence 41, qui est fermée vers le haut par une première membrane 42 d'un détecteur de mesure 47 et vers le bas par une deuxième membrane 43 de détecteur de contrôle 48. Les membranes 42 et 43 sont respectivement constituées d'une puce semi-conductrice 44 et 45 par attaque du matériau semi-conducteur sur sa face arrière. Les deux puces semiconductrices sont fixées sous vide de façon étanche à la pression sur les côtés opposés l'un à l'autre d'une plaque porteuse 46, qui, dans la zone de la chambre de pression de référence 41 sous vide, comporte un évidement correspondant. La membrane supérieure 42 ferme la chambre de pression de référence 41 vis-à-vis du fluide se trouvant sous pression tandis que la membrane inférieure 43 ferme la chambre de pression de référence 41 vis-à-vis d'une pression de contrôle. Le fluide sous pression ainsi que la pression de référence sont séparés l'un de l'autre en dehors de la chambre de pression de référence 41 par la plaque porteuse 46. Sur la membrane supérieure 42, sont disposés des éléments détecteurs 47a du détecteur de mesure 47 pour la mesure de la pression du fluide et sur la membrane inférieure 43 sont disposés des éléments détecteurs de contrôle 48a du détecteur de contrôle 48 pour la surveillance des fuites de la chambre de pression de référence 41. L'indicateur de pression 40 peut, par exemple, être utilisé pour la surveillance de la pression des pneus sur des pneus de véhicules, du fait qu'il est incorporé avec la plaque porteuse 46 dans un bottier, qui peut être vissé à l'-instar d'une valve de gonflage, dans un perçage fileté d'une jante de roue. En conséquence, quatre indicateurs de pression 40 sont utilisés pour les quatre pneus du véhicule. Pour la surveillance des fuites des quatre indicateurs de pression, la chambre de pression de référence 41 de chaque indicateur de pression 40 est fermée par sa deuxième membrane 43 par rapport à la pression de l'atmosphère extérieure, qui dans ce cas, constitue une pression de contrôle commune pour les quatre chambres de pression de référence. Lors du-rac- cordement de l'indicateur de pression 40 à son circuit d'exploitation, des signaux électriques sont respectivement délivrés par les éléments détecteurs 47a, ces signaux étant dépendants de la pression d'air régnant.dans les pneus. Par contre, des signaux électriques identiques sont respectivement délivrés par les éléments détecteurs de contrôle 48a à partir des quatre indicateurs de pression 40, car la pression atmosphérique est respectivement la même pour ces quatre indicateurs de pression 40.Si, maintenant, une fuite survient sur l'un des indicateurs de pression 40 dans la chambre de pression de référence 41, l'air peut pénétrer dans cette chambre de pression de référence 41. De ce fait, il y a également modification des signaux électriques qui sont délivrés par les éléments détecteurs 47a et les éléments détecteurs de contrôle 48a de l'indicateur de pression 40 au circuit d'exploitation. Le circuit d'exploitation détecte alors que les signaux électriques des éléments détecteurs de contrôle 48a de l'indicateur de pression défectueux 40 diffèrent de ceux des autres indicateurs de pression intacts et il déclenche un affichage de défaut correspondant. Sur la figure 3, un indicateur de pression capacitif 50 est représenté en coupe transversale à une échelle agrandie, la chambre de pression de référence 51 de cet indicateur étant également fermée vers le haut par une première membrane 52 et vers le bas par une deuxième membrane 53. La première membrane 52 porte dans ce cas sur la face interne de la chambre de pression de référence 51, une électrode de grande surface 54 tandis que la deuxième membrane 53 porte également sur la face interne de la chambre de pression de référence 51 une électrode de grande surface 55. Ces deux électrodes 54 et 55 coopèrent avec une électrode médiane communie 56 qui est disposée dans la-chambre de pression de référence 51 entre les deux électrodes 54 et 55.L'électrode médiane 56 est alors constituée par une couche électriquement conductrice rapportée sur une plaque porteuse 57 en matériau isolant. La plaque porteuse 57 a, dans son milieu, un trou 58 à travers lequel s'établit un contact entre les couches électriquement conductrices se trouvant des deux côtés de la plaque porteuse 57 La chambre de pression de référence 51 est subdivisée en son milieu par la plaque porteuse 57, une chambre 59 fermée par la première membrane 52 étant constituée au-dessus de la plaque porteuse 57 tandis qu'une chambre 60 fermée par la deuxième membrane 53 est constituée au-dessous de cette plaque. Les deux chambres 59 et 60 sont alors reliées ensemble par l'-intermédiaire du trou 58.La première membrane 52 ferme la chambre de pression de référence 51 vers l'extérieur par rapport à un fluide sous pression tandis que la deuxième membrane 53 ferme la chambre de pression de référence 51 par rapport à une pression de con trôle. Cet indicateur de pression 50 peut, également, être mis en oeuvre pour la surveillance des fuites de plusieurs indicateurs de pression du fait que la chambre de pression de référence 51 de chaque indicateur de pression 50 est fermée par sa deuxième membrane 53 par rapport à une pression de contrôle commune, de préférence, la préssion atmosphérique Pa. Sur la figure 4, est représenté le schéma de branchement d'un tel indicateur capacitif de pression 50. L'électrode 54 constitue alors avec l'électrode médiane 56 un détecteur de mesure agissant comme un condensateur 61 tandis que la deuxième électrode 55 constitue avec l'électrode médiane 56 un détecteur de contrôle agissant comme un condensateur 62.Si l'électrode 56 est mise au potentiel de référence et si une .tension de mesure à haute fréquence est respectivement appliquée aux électrodes 54 et 55 des détecteurs 61 et 62, la capacité des condensateurs 61 et 62 peut être déterminée par l'intermédiaire d'un circuit de mesure du circuit d'exploitation ainsi raccorde. Dans le cas d'une modification de la pression sur la membrane supérieure 52, la distance de l'électrode supérieure 54 à l'électrode médiane 56 est modifiée et en conséquence, la capacité du condensateur de mesure 61 est également modifiée. Comme la pression d'air Pa est la même sur. tous les indicateurs de pression 50 surveillés, la distance de l'électrode inférieure 54 à l'électrode médiane 56 et.donc la capacité du détecteur de contrôle 62 sera la même pour tous les indicateurs de pression 50 à surveiller. Si, par contre, une fuite survient sur l'une des chambres de pression de référence 51 placées sous vide, la capacité du détecteur de contrôel 62 sur l'indicateur de pression défectueux 50 se modifie. Ceci est détecté et affiché par le circuit d'exploitation relié aux indicateurs de pression 50. Dans l'exemple dd réalisation selon la figure 3, les membranes 52 et 53 sont constituées par des structures en forme de cuvette 63 et 64 en matière isolante et sont fixées de façon étanche à la pression sur les faces opposées l'une à l'autre de la plaque porteuse 5i. L'invention n'est toutefois pas limitée aux exemples de réalisation représentés, car au lieu du vide, la chambre de pression de référence peut, également, être remplie avec un gaz sous pression ou bien avec de l'air comprimé. Pour obtenir un signal net en cas de fuite dans le chambre de pression de référence, il est toutefois avantageux qu'entre la pression dans la chambre de pression de référence sur l'un des côtés de la membrane du détecteur de contrôle, et la pression de contrôle sur l'autre côté de cette membrane, il y est une différence suffisante. Cette différence de pression se produit, soit selon la figure 1, seulement lors d'une fuite dans la chambre de pression de référence, ou bien, elle peut, selon les figures 2 et 3; être prévue pour des indicateurs de pression intacte et disparaltre en cas de fuite. Le signal du détecteur de contrôle dans le cas d'une pression identique sur les deux faces d'une membrane doit, dans tous les cas, se différencier nettement du signal qui intervient pour une différence importante de pression sur les deux faces de la membrane. REVENDICATIONS 10) Indicateur de pression pour engendrer des signaux électriques, avec une membrane déformable en fonction de la pression portant au moins un élément détecteur, et qui ferme une chambre de pression de référence par rapport à un fluide se trouvant sous pression, indicateur de pression caractérisé en ce qu'une seconde membrane (25, 43, 53) ferme la chambre de pression de référence (19, 41, 51) pour permettre la surveillance des fuites par rapport à une pression de référence, et que cette seconde membrane (25, 43, 53) porte au moins un élément détecteur de contrôle (-26a, 47a, 55) qui, en cas de fuites dans la chambre de pression de référence (19, 41, 51) délivre un signal correspondant. 20) Indicateur de pression selon la revendication 1, cara-ctérisé en ce qu'un détecteur de contrôle (26) avec la seconde membrane (25) ferme la chambre de pression de référence (19) par rapport à une chambre de pression de contrôle (27). 30) Indicateur de pression selon la revendication 2, caractérisé en ce que le détecteur de contrôle (26) est disposé avec la chambre de pression de contrôle (27) dans la chambre de pression de référence (19). 40) Indicateur de pression selon la revendication 3, caractérisé en ce que le détecteur de contrôle (26) avec la seconde membrane (25) et avec l'un au moins des éléments détecteurs de contrôle (26a) est constitué d'une puce semi-conductrice (28). 50) Indicateur de pression selon la revendication 4, caractérisé en ce que la puce semi-conductrice (28) portant au moins un élément de détecteur de contrôle (26) comporte au voisinage de la membrane (25) un évidement et est fixée sur une plaque porteuse (14) de façon que l'évidement soit fermé de façon étanche à la pression par la plaque porteuse (14) pour constituer la chambre de pression de contrôle (27). 60) Indicateur de pression selon la revendication 5, caractérisé en ce que, à côté de la puce semiconductrice (28) du détecteur de contrôle (26), est disposée sur la plaque porteuse (14), une autre puce semi-conductrice (11) d'un détecteur de mesure (12), qui comporte également au voisinage de sa membrane (13) un évidement (16) fermé de façon étanche par la plaque porteuse (14), cet évidement étant toutefois relié par un perçage (17) dans la plaque porteuse (14) avec le fluide se trouvant sous pression, et les deux puces semi-conductrices (11, 28) étant disposées à l'intérieur d'une capsule fermée de façon étanche à la pression par la plaque porteuse (14) pour constituer la chambre de pression de référence (19-). 70) Indicateur de pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour surveiller les fuites de plusieurs indicateurs de pression (40, 50), la chambre de pression de référence (41, 51) de chacun des indicateurs de pression (40, 50) est fermée par sa- seconde membrane (43, 53) par rapport à une pression contrôle commune, de préférence par rapport à la pression atmosphérique. 80) Indicateur de pression selon la revendication 7, caractérisé en ce que la première membrane (52) de la chambre de pression de référence (51) porte une électrode (54) pour un détecteur de mesure capacitif (61) tandis que la seconde membrane (53) porte une seconde électrode (55) pour un détecteur de contrôle capacitif (6-2), et que ces deux membranes coopèrent avec une électrode médiane commune perforée (56) disposée dans la chambre de pression de référence (51) entre les deux électrodes (54, 55). 90) Indicateur de pression selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'électrode médiane (56) est constituée par une plaque porteur (57) comportant un trou (58) et portant de chaque côté une couche électriquement conductrice. 100) Indicateur de pression selon la revendica tion 9, caractérisé en ce que la chambre de pression de référence (51) est constituée par une chambre (59), au-dessus de la plaque porteuse (57), et qui est fermée par la première membrane (52) et d'une chambre au-dessous de la plaque porteuse (57) et qui est fermée par la deuxième membrane (53), ces chambres étant reliées ensemble par l'intermédiaire des trous