Brevet FR2602588A1 — publié le 19880212

La présente invention est relative à un procédé et à un appareil pour mesurer le volume interne de pièces creuses, de forme intérieure compliquée, comportant intérieurement des portions de volumes en cul de sac, des conduits taraudés, des étranglements ou autres. La nécessité d'un tel procédé et d'un appareil pour sa mise en oeuvre est particulièrement ressentie aussi bien dans l'industrie aérospatiale, que dans l'industrie automobile, ou l'industrie atomique ou autres. Il n'est pas possible, pour mesurer leur volume intérieur, de remplir de telles pièces creuses avec un liquide, car celui-ci ne peut remplir toutes les anfractuosités telles que les taraudages, ou peut former des bulles ou des poches. Inversement il n'est pas possible de recueillir la totalité du liquide en raison de l'adhérence de celui-ci sur les parois. Enfin, dans certains cas, le liquide im prégneraitcertaines matières, ce qui pourrait leur être préjudiciable Il a déjà été suggéré d'utiliser un gaz pour déterminer un volume, ou la capacité d'un récipient ou d'une enceinte, clos ou fermé. Le brevet français nO 1.419.342 décrit par exemple un dispositif de mesure de volume d'un récipient, comprenant des moyens pour introduire une masse connue d'un gaz traceur radio-actif dans le récipient, et des moyens de détection disposés dans celui-ci pour mesurer la densité de ce gaz. Ce dispositif est destiné à mesurer à tout moment le volume d'un liquide ou d'un gaz dans un récipient, indépendamment de son orientation et dans lequel la force de gravité est voisine de zéro. A la différence du dispositif décrit dans ce brevet précité, la présente invention a pour but de fournir un appareil pour mesurer le volume intérieur de pièces creuses de forme compliquée, comme indiqué plus haut, en tant qu'appareil de mesure utilisable pour toutes sortes de pièces par exemple dans un laboratoire de recherche, un bureau d'études, un atelier d'essais ou autre, cet appareil étant de conception simple, peu coûteux et fournissant en lecture directe des informations permettant par un calcul simple d'obtenir avec précision la mesure recherchée par application de la loi de Mariotte. L'invention a en conséquence pour objet un appareil pour mesurer le volume intérieur d'un corps creux caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte entièrement remplie d'un liquide, un tube vertical gradué communiquant par son extrémité inférieure avec ladite enceinte et adapté pour être relié par son autre extrémité au volume à mesurer, des moyens de mesure manométriques de la pression à l'intérieur de ladite enceinte, et des moyens pour modifier et régler le volume intérieur de celle-ci. Suivant une autre caractéristique de l'invention, lesdits moyens de mesure manométriques sont constitués par un second tube vertical gradué communiquant par son extrémité inférieure avec l'intérieur de ladite enceinte et dont l'autre extrémité est ouverte sur l'atmosphère. Dans une variante, lesdits moyens de mesure manométriques sont constitués par un manomètre à grande définition. L'invention a également pour objet un procédé pour calculer le volume intérieur d'un corps creux de forme intérieure compliquée au moyen de l'appareil tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend les phases suivantes : On introduit dans le volume V à mesurer une quantité connue Avo d'un gaz neutre, on mesure l'augmentation de pression et on en déduit le volume V par application de la loi de Mariotte P.V = Cste. La description qui va suivre en regard des dessins annexés à titre d'exemple non imitatif, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. La figure 1 est une vue en élévation latérale et en coupe de l'appareil suivant l'invention. La figure 2 montre une variante. En se référant à la figure 1, l'appareil suivant l'invention comprend une enceinte fermée 1 qui peut de façon commode présenter par exemple une forme cylindrique comportant un tube vertical transparent 2 gradué par exemple en ml, fixé par son extrémité inférieure 4 de façon étanche en communication avec le volume intérieur de l'enceinte 1 au moyen d'un bouchon 5, à travers sa paroi supérieure. Un second tube vertical transparent 6 est fixé sur la paroi supérieure de l'enceinte, le tube 6 ayant une hauteur supérieure à celle du premier tube 2 et étant gradué par exemple en cm et en mm,son extrémité supérieure étant ouverte sur l'atmosphère, et constituant ainsi un dispositif de mesure manométrique. Un plongeur 7 constitué par une forte tige ayant une partie filetée 8 s'étend à travers un trou correspondant 9 de la paroi de l'enceinte avec sa partie filetée 8 engagée dans un filetage complémentaire 10 d'un bossage 11 solidaire de l'enceinte 1. L'agencement étant tel que lorsqu'on fait tourner l'extrémité externe de la tige sa partie interne avance à l'intérieur de l'enceinte. D'une façon avantageuse l'extrémité externe de la tige 7 présente une tête moletée 12. De préférence, et comme représenté à la figure 1, il est prévu un second dispositif de plongeur, identique au premier excepté en ce que sa tige de plongeur 7a présente un diamètre beaucoup plus petit que celui du plongeur 7. Ce second plongeur faisant office de vernier. L'enceinte 1 est complètement remplie d'un liquide 13, qui peut être de l'eau, avantageusement coloré afin que son niveau puisse être facilement observé à travers les tubes 2 et 6 lorsqu'il monte dans ceux-ci. de volume intèrieurVo - Enfin, un tube souple 14/est relié à l'extrémité supérieure du tube 2 et comporte un embout 15 destiné à être relié à une ouverture d'un corps creux 16 dont le volume intérieur V doit être mesuré. Avant de raccorder le corps creux 16 au tube 2 et après avoir reculé le plongeur 7, on remplit l'enceinte 1 d'eau (ou de tout autre liquide ayant une densité d connue ) jusqu'à la graduation inférieure du tube 2. On observe alors un faible décalage entre les niveaux du liquide 13 dans les deux tubes 2 et 6, qui est dû aux capillarités différentes de ceux-ci. Cette différence reste constante. On décrira maintenant le procédé de mesure du voulume V au moyen de l'appareil Première phase Le volume V n'est pas raccordé. Les deux tubes 2 et 6 sont à la pression atmosphérique. En agissant sur le ou les plongeurs, on affiche un niveau haut final dans le tube 2 que l'on se fixe arbitrairement (par exemple 0,8 ml). On note - sur le tube 2 n3 ml - sur le tube 6 h3 mm de liquide Deuxième phase Le volume V n'est toujours pas raccordé. En agissant sur le ou les plongeurs, on affiche un niveau bas de départ dans le tube 2 (par exemple 0,3 ml). On note - sur le tube 2 n1 ml - sur le tube 6 h1 mm de liquide Troisième phase On raccorde le volume V. Du fait du raccordement on emprisonne de l'air dans le volume étanche V + Vo, la pression augmente légèrement et le niveau dans le tube 2 baisse. Une action légère sur un plongeur le ramène à n1 et l'on note - sur le tube 2 n1 ml - sur le tube 6 h2 mm de liquide Si Vo est le volume d'air entre l'orifice du corps 16 et n3 dans le tube 2 et EVo = n3 - n1, le volume (V + Vo + AVo) se trouve à la pression Patm + d(h2 - h1) Quatrième phase On agit sur le ou les plongeurs pour amener le niveau dans le tube 2 à n3.On note - sur le tube 2 n3 ml - sur le tube 6 h4 mm de liquide Le volume (V + Vo) se trouve alors à la pression Patm+d(h4 - h3). Cinquième phase On ramène les niveaux dans le tube 2 et dans le tube 6 au niveau de départ, avant de débrancher V. EXPRESSION DU VOLUME V + Vo On a (V + Vo + ssVo) /Patm +dE2 h1)]= (V + Vo) (Patm + h4 - h3) (1) ou encore V + Vo = AvO Patm+d(h2 h h1) (2) d(h4 - h3)- d(h2 - h1) La Patm doit être exprimée en mm d'eau. On la lit sur un baromètre en millibars. On rappelera que 100 Patm mm H2O = Patm mb x (3) Le volume V + Vo est connu en ml (ou cm3) si EVo est exprimé en ml, on a A Vo = n3 - n1 (4) La formule d'exploitation pratique sera donc On remarquera que le volume Vo se détermine en faisant V = 0, c'est-à-dire en bouchant l'extrémité du tube raccord et en opérant comme pour une mesure normale. Il peut être déterminé une fois pour toutes et constitue l'étalonnage de l'appareil. ESTIMATION DE L'ERREUR : Si le liquide utilisé est de l'eau On a : d = 1 et Patm x 100 + h2 h 9,81 (V + Vo) = (n3 -nl) (h4 - h3) - (h2 - h1) A la suite des premières manipulations, les erreurs apparues peuvent se détailler ainsi Patm lue à 1 mb près ou 10 mm H20 h2 - h1 à 2 mm H20 près Le numérateur de la fraction dont l'ordre de grandeur est de 10000 mm d'H2O est donc connu à 1,2 1000 h4 - h3 : déterminé à 3 mm d'H20 près h2 - h1 : déterminé à 2 mm d'H20 près Le dénominateur, dont l'ordre de grandeur est de 1 m d'H20, est donc connu à 5 1000 n3 - n1 est lu à 0,002 ml près. Son ordre de grandeur est de 0,4 ml.Il est connu à 5 1000 Le terme V + Vo peut donc déterminer avec une erreur de 5 + 5 + 1,2 1,1 % 1000 Bien entendu il est indispensable de réaliser une étanchéité parfaite entre les volumes V et Vo. Une grande partie des dispersions possibles dans les mesures pouvant être imputée à de légères fuites. Il est également indispensable que les manipulations s'effectuent à température constante et d'éviter des expositions à des sources de chaleur perturbatrices telles que radiateurs, pose de la main sur la capacité à mesurer, exposition au soleil, etc. On notera que les compressions du gaz, ou air, n'engendrent que des élévations de température négligeables. On a représenté à la figure 2 une variante dans laquelle le tube manométrique 6 est remplacé par un manomètre 17 à grande définition, moins encombrant. On comprend qu'il est également possible d'ajouter à l'appareil des capteurs à jauges d'un type connu fournissant des signaux de sortie pouvant être traités par des moyens électroniques également connus. REVENDICATIONS 1. Appareil pour mesurer le volume intérieur d'un corps creux, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte (1) entièrement remplie d'un liquide (13), un tube vertical gradué (2) communiquant par une extrémité avec ladite enceinte (1) et adapté pour être relié par son autre extrémité au volume (V) à mesurer, des moyens (6, 17) de mesure manométriques de la pression à l'intérieur de ladite enceinte, et des moyens (7, 7a) pour modifier et régler le volume intérieur de celle-ci. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure manométriques sont constitués par un second tube vertical (6) gradué communiquant par une extrémité avec l'intérieur de ladite enceinte (1) et dont l'autre extrémité est ouverte sur l'atmosphère. 3. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure manométriques sont constitués par un manomètre (17) à grande définition. 4. Procédé pour mesurer le volume intérieur de forme compliquée d'un corps creux au moyen d'un appareil tel que défini suivant les revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on introduit dans le volume (V) à mesurer une quantité connue (t Vo) d'un gaz neutre, on mesure l'augmentation de pression et on en déduit le volume (V) par application de la loi de Mariotte.