Brevet FR2610109A1 — publié le 19880729

La présente invention est relative à un dispositif pour transformer une grandeur physique, notamment une grandeur mécanique, telle qu'une contrainte régnant dans un milieu solide ou liquide, en un signal électrique utilisable pour mesurer, traiter et/ou contrôler ladite contrainte. Ainsi qu'on le sait, toute contrainte physique dans un solide peut être transformée en une contrainte de pression dans un liquide, par l'intermédiaire d'un convertisseur hydraulique approprié ; dans un tel cas, la mesure des forces et des contraintes revient, en général, à mesurer la pression dans un fluide hydraulique du type huile de vérin, liquide pour frein et analogue. La présente invention apporte une solution à ce problème et elle vise essentiellement à transformer en une grandeur électrique la valeur des pressions s' exerçant dans un fluide. Jusqu a présent, pour opérer une telle transformation, on a fait appel à de nombreux dispositifs, parmi lesquels les plus classiques sont basés sur la mesure.de la déformation d'une membrane métallique résistante, par l'intermédiaire de jauges de contraintes collées ou réparties sur ladite membrane, cette dernière étant, sur l'une de ses faces exposée au fluide transmettant la pression et, sur son autre face, à la pression atmosphérique de référence au lieu considéré de la mesure. Si une telle mesure différentielle présente L'avant tage d'être extrêmement simple et d'une très bonne sensibilité, elle se heurte à des difficultés du fait que les membranes me- talliques utilises ne peuvent jamais présenter une élasticité totalement réversible, ce du fait que la déformation proprement dite provoque toujours de minimes modifications cristallines dans la structure du métal desdites membranes.En effet, ces modifications dans la texture du métal dépendent de l'importance et du nombre des différentes déformations que la membrane a subies, ces cycles de déformation ayant un caractère accumulatif chaque fois renforcé par les variations de température, s'il en existe, atteignant des maxima supérieurs à 100 C, et elles ont pour résultat un manque dè stabilité du capteur de mesure, ce qui se traduit par de fortes hystérésis, par une mauvaise constance de mesure d'une contrainte de valeur donnée, ainsi que par des dérives aléatoires dans le temps, notamment dérive de zéro et dérive de calibrage. A tous ces inconvénients majeurs, vient encore s'ajouter le fait que les caractéristiques électriques des jauges sont par ailleurs normalement sensibles à la température et que les dilatations des membranes s'exercent toujours dans le même sens. De ce fait, on est par conséquent amené à compenser les effets des variations de température, ce qui, dans la pratique, a pour effet d'introduire encore d'autres facteurs d'incertitude quant à la précision de la mesure effectuée avec les dispositifs du type rappelé ci-dessus. D'autre part, il existe également des systèmes de transformation en grandeur électrique d'une contrainte de pression, ces dispositifs faisant appel, non pas à une membrane métallique, mais à des corps de déformation en quartz, soit cristallin, soit amorphe, lesdits systèmes présentant l'avantage d'offrir une constance ou stabilité de mesure, mais présentant par ailleurs l'inconvénient d'être d'une fabrication complexe et coûteuse, n'excluant nullement le délicat problème que pose, compte tenu de leur sensibilité à la température, la variation dans le temps de cette dernière. La présente invention remédie aux inconvénients des dispositifs connus et elle vise la réalisation d'un transforma teur de contrainte mécanique qui non seulement ne présente pas des inconvénients des dispositifs connus de l'état de la technique passés en revue ci-dessus, mais procure par ailleurs de nombreux avantages, tant du point de vue technique de fonctionnement qu'au point de vue technique de fabrication. L'invention vise de plus un liquide hydraulique de composition particulière, apte a être utilisé avec avantage dans le dispositif conforme à l'invention, ainsi que son procédé de préparation. Selon une caractéristique essentiellè de l'invention, le dispositif transformateur de contrainte mécanique en grandeur électrique aisément mesurable à l'aide d'un système de mesure connu, est essentiellement constitué par une enceinte métallique étanche subdivisée, par une embase métallique indéfor mable percée d'un trou, en une cavité de mesure proprement dite de volume réduit et en une cavité de réserve servant de réservoir-tampon pour un liquide compressible remplissant les deux cavités, la cavité de mesure proprement dite étant elle-m.ême subdivisée en deux chambres par une membrane métallique électriquement reliée, par un conducteur isolé, à un dispositif électronique de mesure, et étant solidement assujettie, à sa périphérie, sur une bague isolante rigide solidarisée avec l'embase métallique indéformable, ladite membrane métallique constituant l'une des plaques d'un condensateur dont la capacité varie en fonction de la déformation de ladite membrane métallique soumise, sur son autre face, à la pression du liquide transmettant la contrainte mécanique à mesurer, l'autre plaque du condensateur étant formée par la surface plane indéformable de l'embase métallique qui est également électriquement reliée au dispositif électronique de mesure. Selon une autre caractéristique de l'invention, la membrane métallique est réalisée dans une feuille de faible épaisseur, en un métal bon conducteur de l'électricité, par exemple en cuivre. Selon une forme de réalisation possible de 1 'inven- tion, la membrane soumise aux contraintes à mesurer est réa- lisée en une plaque de matière plastique rigide qui est revêtue, sur sa face tournée vers l'embase du dispositif, d'une mince couche métallique réalisée par exemple en or. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre en regard du dessin annexé qui représente, schématiquement et simplement à titre d'exemple, un mode de réalisation du transformateur de contrainte mécanique. Sur ce dessin La Fig. 1 est une vue en coupe axiale du dispositif ayant en plan une structure circulaire ; La Fig. 2 est, à plus grande échelle, une vue en coupe axiale de la partie du dispositif qui est encadrée dans le cartouche (A) de la figure 1, et montrant plus parti culièrement une liaison verre-métal pour le passage étanche d'un conducteur, non représenté par raison de netteté à la Fig. 1. Dans la forme de réalisation qui est illustrée à la figure 1, le dispositif transformateur de contrainte mécanique en grandeur électrique, aisément mesurable à l'aide d'un système de mesure connu,-est essentiellement constitué par une enceinte métallique étanche désignée dans son ensemble sur le dessin par la référence 1 et subdivisée, par une embase métallique 2 circulaire indéformable, percée en son centre d'un trou 3, en une cavité de mesure proprement dite de volume ré- duit et en une cavité de réserve 4 en forme de cloche servant de réservoir-tampon pour un liquide compressible remplissant les deux cavités, la cavité de mesure proprement dite étant elle-même subdivisée en deux chambres 5 et 6 par une membrane métallique 7 électriquement reliée, par un conducteur 8 isolé (cf. figure 2), à un dispositif électronique de mesure connu, et étant solidement assujettie, à sa périphérie, sur une bague isolante rigide 9 solidarisée avec l'embase métallique indéformable 2, ladite membrane métallique 7 constituant l'une des plaques d'un condensateur dont la capacité varie en fonction de la déformation de ladite membrane métallique 7 soumise, sur son autre face, à la pression du liquide transmettant la contrainte mécanique à mesurer, l'autre plaque du condensateur étant formée par la surface plane supérieure de l'embase métallique 2 indéformable, qui est également électriquement reliée au dispositif électronique de mesure. La cloche 4 formant la capacité de réserve pour le liquide hydraulique utlisé comporte à son sommet, sur sa paroi frontale, un renfort 10 permettant la mise en place d'un ajutage 11 à robinet, ayant de préférence la forme d'un raccord rapide à soupape étanche, ledit ajutage permettant, comme l'ajutage homologue 12 solidarisé avec le capot 13, de faire le vide dans les cavités 6, 5 et 4 du dispositif, avant de remplir simultanément ces dernières avec le liquide hydraulique utilisé pour la transmission de la contrainte mécanique à mesurer. Le capot 13, réalisé massif, comporte un bord renforcé pourvu d'alésages taraudés pour la mise en place de vis de serrage 13' solidarisant ledit capot 13 avec 1 'embase 2 supportant de son côté la cloche 4. Dans une forme de réalisation avantageuse de 1 'i nven- tion, tous les éléments solidarisés entre eux sont fixés par collage, 1 'embase 2 étant notamment pourvue colle sur l'annea de contact et de fixation avec le capot 13. De même, la rondelle-joint 9 supportant la plaque métallique 7 est collée avec cette dernière, d'une part, mais également avec 1 'em- base 2, d'autre part. On obtient ainsi une liaison satisfaisante aux exigences de la pratique. Comme on peut le voir à plus grande échelle à la figure 2, la plaque métallique 7 est reliée, par un fil conducteur isolant 8 à l'une des bornes du dispositif électronique e mesure. Pour assurer un passage étanche du conducteur 8 à travers la paroi épaisse du couvercle 13 , il est prévu une liaison verre-métal, désignée par 14 à la figure 2. Quant au fil métallique 8, il est relié par soudure et collage à la plaque métallique 7, entre cette dernière et le joint périphérique rigide 9. Comme on l'a indiqué précédemment, le dispositif conforme à l'invention prévoit l'utilisation d'un liquide hydraulique de type particulier, destiné à remplir les cavités 4 et 5 du dispositif, la cavité 6 et le circuit partent de 12 sont remplis d'huile hydraulique ordinaire. Le liquide compressible, destiné à servir de diélectrique pour le condensateur de mesure, dont la variation de capacité identifie les variations des contraintes transmises à la plaque métallique 7, est caractérisé par le fait qu'il est essentiellement constitué par de l'huile de ricin de pureté pharmaceutique contenant, en suspension aussi homogène que possible, des particules de biotite. Comme on le sait, la biotite ou mica noir est un minéral cristallisant dans le système monoclinique et essentiellement caractérisé par sa structure feuilletée et ses propriétés diélectriques. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'huile de ricin utilisée renferme, pour 5 à 10 grammes environ, une quantité de particules de biotite de 100 à 200 milligrammes, de préférence de 100 à 150 mg, pour 5 centilitres de liquide. Selon une autre caractéristique de l'invention, les particules de biotite que l'huile renferme en suspension homogène présentent une granulométrie de 0,2 à 0,5 millimètre. Quant au procédé à mettre en oeuvre pour la préparation de l'huile diélectrique utilisée comme liquide hydraulique, il est caractérisé par le fait que l'on place dans un mortier, de préférence en porcelaine, des fragments de biotite, qu'on les broie finement, qu'on sasse lesdites particules dans un tamis à mailles de 0,5 mm et qu'après avoir renvoyé le refus de tamisage au stade du broyage, on verse les particules dans de l'huile de ricin à raison de 150 milligrammes de particules pour 5 centilitres d'huile et qu'on homogénéise le tout, avant utilisation, dans un mélangeur à lame, sous vide. Il va de soi que le dispositif transformateur de contrainte n'a été décrit et représenté qu'à titre purement explicatif, nullement limitatif, et que diverses modifications de détail pourraient être apportées à la forme de réalisation indiquée, sans que l'on sorte pour autant du domaine de 1 'inven- tion. REVENDICATIONS 1. Dispositif transformateur de contrainte mécanique en signal électrique, caractérisé par le fait qu'il est constitué par une enceinte métallique étanche subdivisée, par une embase métallique (2) circulaire indéformable, percée en son centre d'un trou (3), en une cavité de mesure proprement dite, de volume réduit, et en une cavité de réserve (4) en forme de cloche servant de réservoir-tampon pour un liquide compressible remplissant les deux cavités, la cavité de mesure proprement dite étant elle-même subdivisée en deux chambres (5 et 6) par une membrane métallique (7) électriquement reliée, par un conducteur (8) isolé (cf. figure 2), à un dispositif électronique de mesure connu, et étant solidement assujettie, à sa périphérie, sur une bague isolante rigide (9) solidarisée avec 1 'em- base métallique indéformable (2), ladite membrane métallique (7) constituant l'une des plaques d'un condensateur dont la capacité varie en fonction de la déformation de ladite membrane métallique (7) soumise, sur son autre face, à la pression du liquide transmettant la contrainte mécanique à mesurer, l'autre plaque du condensateur étant formée par la surface plane indéformable supérieure de l'embase métallique (2) qui est également électriquement reliée au dispositif électronique de mesure. 2. Dispositif transformateur de contrainte mécanique en signal électrique, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la membrane métallique (7) est réalisée dans une feuille de faible épaisseur, en un métal bon conducteur de l'électricité, par exemple en cuivre. 3. Dispositif transformateur de contrainte mécanique en signal électrique, selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la membrane (i) soumise aux contraintes à mesurer est réalisée en une plaque de matière plastique rigide qui est revêtue, sur sa face tournée vers 1 'embase (2) du dispositif, d'une mince couche métallique réalisée par exemple en or. 4. Dispositif transformateur de contrainte en signal électrique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la cloche (4), formant récipient-tampon pour le liquide hydraulique utlisé comporte, à son extrémité frontale, un renfort (10) permettant la mise en place d'un ajutage (11) à contrôlé par un clapet et ayant, de préférence, la forme d'un raccord rapide de grande étanchéité, ledit ajutage permettant, comme 1' ajutage homologue (12) solidaire du capot (13), de faire le vide dans les cavités (6, 5 et 4) du dispositif, avant de remplir simultanément ces dernières avec le liquide hydraulique utilisé. 5. Dispositif transformateur de contrainte en signal électrique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le capot (13), réalisé massif, comporte un bord renforcé pourvu d'alésages taraudés pour la mise en place de vis de serrage (13') solidarisant le capot (13) avec 1 'em- base (2) supportant de son côté la cloche (4). 6. Dispositif transformateur de contrainte en signal électrique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que tous les éléments solidarisés entre eux sont fixés par collage, 1 'embase (2) étant notamment pourvue de colle sur l'anneau de contact et de fixation avec le capot (13). 7. Dispositif transformateur de contrainte en signal électrique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la bague ou rondelle-joint (9) supportant la plaque métallique (7), est collée non seulement avec cette dernière, d'une part, mais également avec 1 'embase rigide (2), d'autre part. 8. Dispositif transformateur de contrainte mécanique en signal électrique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la plaque métallique (7) est reliée, par un fil conducteur isolant (8) à l'une des bornes du dispositif électronique de mesure. 9. Dispositif transformateur de contrainte mécanique en signal électrique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il est prévu une liaison verremétal (14) pour le passage du fil conducteur (8) à travers la paroi du capot (13). 10. Dispositif transformateur de contrainte mécanique en signal électrique selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le fil métallique (8) est relié par soudure et collage a la plaque métallique (7), entre cette dernière et le joint périphérique rigide (9). 11. Dispositif transformateur de contrainte mécanique en signal électrique selon l'une des revendications 1 a 10, caractérisé par le fait que le liquide compressible qu'il renferme est constitué par de l'huile de ricin de pureté pharmaceutique renfermant, en suspension aussi homogène que possible, des particules de biotite. 12. Dispositif transformateur de contrainte mécanique en signal électrique selon l'une des revendications 1 a 11, caractérisé par le fait que l'huile de ricin qu'il contient renferme, pour 5 a 10 grammes environ, une quantité de particules de biotite de 100 a 200 milligrammes, de préférence de 100 a 150 mg. 13. Dispositif transformateur de contrainte mécanique en signal électrique selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que les particules de biotite contenues dans l'huile présentent une grosseur de 0,2 à 0,5 millimetre.