Brevet FR2636422A1 — publié le 19900316

CAPTEUR EXTENSOMETRIQUE ETÂNCHE A EQUILIBRAGE DE PRESSION ET PROCEDE DE MESURE DE DEFORMATIONS. La présente invention concerne un capteur extensometrique étanche comprenant un corps d'épreuve allongé dont une extrémité est fixée a une pièce support et dont l'autre extrémité constitue la tête de mesure du capteur, des jauges extensométriques étant réparties sur la surface latérale du corps d'épreuve. L'invention concerne également un procédé de mesure des déformations de corps d'épreuve. Les capteurs extensométriques sont en général utilisés pour mesurer une grandeur physique telle que force, poids, déplacement, accélération, pression. La grandeur physique provoque la déformation d'une pièce dite corps d'épreuve (cylindre, lame fléchie, membrane, etc.) qui est un élément constitutif du capteur extensométrique. Des jauges extensométriques à fils résistants, connues sous le nom de jauges de contrainte, sont collées sur le corps d'épreuve pour détecter les déformations de ce dernier. Les déformations des jauges se traduisent par leurs variations de résistance et sont liées aux variations de la grandeur physique à mesurer. Grâce à un montage électrique approprié, l'interprétation des signaux électriques issus des jauges de contrainte permet de connattre la variation de la grandeur physique appliquée au capteur. La précision de mesure de tels capteurs peut être influencée par leur environnement atmosphérique. La présence des poussières, des agents corrosifs et de l'humidité constitue une cause non négligeable de l'imprécision des mesures. On pourrait envisager de protéger le capteur extensométrique en le plaçant dans un bottier étanche avec une extrémite du corps d'épreuve traversant le bottier. Nais cela entratnerait d'autres problèmes d'imprécision des mesures dus par exemple au frottement entre le corps d'épreuve et un éventuel organe de guidage solidaire du bottier pour guider 11 extrémité de mesure du corps d'épreuve à travers le bottier. Un autre problème à ne pas négliger concerne l'influence de la différence de pression à l'intérieur et à l'extérieur du bottier étanche sur la précision de mesure du capteur. La présente invention a pour objet de réaliser un capteur extensométrique étanche comportant des moyens minimisant la différence de pression à l'intérieur et à l'extérieur d'un boîtier d'étanchéité protégeant le corps d'épreuve. Un autre but de l'invention est de définir un procédé permettant de maintenir la pression à l'intérieur d'un bottier étanche sensiblement égale à la pression à l'extérieur du bottier. Selon l'invention, le capteur extensométrique comprend un corps d'épreuve allongé dont une extrémité est fixée à une pièce support et dont l'autre extrémité constitue la tête de mesure du capteur. Des jauges extensométriques sont réparties sur la surface latérale du corps d'épreuve. Un boîtier solidaire de la pièce support entoure de façon étanche au moins la partie du corps d'épreuve munie de jauges. Les signaux de mesure des jauges sont transmis à l'extérieur du bottier par des moyens appropriés traversant de façon étanche une ouverture de ce dernier. Le capteur comporte une membrane solidaire de l'extrémité ouverte du bottier et munie d'une ouverture laissant passer la texte de mesure et rendant étanche l'espace interne du bottier ainsi formé. Un moyen d'équilibrage de pression minimisant la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur du bottier est disposé a l'intérieur de celui-ci. Selon un mode de réalisation de l'invention, le moyen d'équilibrage de pression est constitué par un soufflet à paroi étanche dont le volume interne communique avec l'atmosphère extérieure au bottier par l'intermédiaire d'un tube traversant le bottier, de sorte que la variation volumique du soufflet causée par la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur du bottier implique une variation de volume interne du bottier et donc une variation de pression à l'intérieur de celui-ci tendant a réduire ladite différence de pression. Le soufflet est de préférence protégé par un cadre intérieur et un cadre extérieur délimitant son déplacement à l'intérieur du bottier et évitant une variation trop importante de son volume. Le tube du soufflet et les moyens de liaison électrique peuvent être coaxiaux à travers la me-me ouverture du bottier. Selon un mode avantageux de réalisation de l'invention, la membrane est réalisée en forme de soufflet entourant la partie supérieure du corps d'épreuve et constituant le moyen d'équilibrage de pression. La rigidité de la membrane est choisie de préférence tres inférieure à celle du corps d'épreuve, de sorte que son influence sur la mesure reste négligeable. Le capteur peut comporter un couvercle solidaire de la tête de mesure du corps d'épreuve qui fait saillie à travers une ouverture du couvercle qui protége la membrane. Dans le cas où l'atmosphère extérieure au bottier présente une humidité trop importante, le capteur peut comporter un tube dont une extrémité est montée de façon étanche sur l'ouverture de soufflet et dont l'autre extrémité communique avec un milieu gazeux de référence extérieur au bottier et présentant un degré hygrométrique inférieur à celui de I'atmosphère extérieure au bottier et une pression identique à cette dernière. Selon l'invention, on peut définir un procédé de mesure des déformations d'un corps d'épreuve au moyen de jauges extensométriques par le fait qu'on place le corps d'épreuve dans un bottier étanche et qu'on maintient la pression à l'intérieur du bottier sensiblement égale a la pression à l'extérieur du bottier. L'invention sera mieux comprise a l'étude de la description détaillée de trois modes de réalisation particuliers de l'invention faite a titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue schématique d'un deuxième mode de réalisation de l'invention; et la figure 3 est une vue schématique d'un troisieme mode- de réalisation de l'invention. Dans la description qui va suivre, sauf indication contraire, les éléments communs aux trois modes de réalisation comportent les mêmes références. Pour la clarté des dessins, le montage électrique permettant d'une part de recueillir des signaux électriques des jauges extensométriques et d'autre part de traiter ces signaux est volontairement omis. Tel qu'il est illustré sur la figure 1, le capteur extensométrique comporte un corps d'épreuve 1, un bottier étanche 2, un soufflet 3 et des jauges extensométriques 4. Le corps d'épreuve I de forme allongée comporte une portion cylindrique 5 verticale sur laquelle sont collées les jauges 4. Le bottier 2 comporte un fond 6 horizontal et une paroi latérale 7 sensiblement cylindrique et coaxiale au corps d'épreuve I. L'extrémité inférieure 8 du corps d'épreuve 1 est en forme de disque de diamètre plus grand que celui de la portion cylindrique 5 du corps d'épreuve 1. L'extrémité inférieure 8 du corps d'épreuve 1 est posée sur le fond 6 du bottier étanche 2. Une pièce de fixation annulaire 9 permet d'encastrer l'extrémité 8 du corps d'épreuve au fond 6 du bottier. La pièce de fixation 9 est assemblée au fond 6 du bottier par des vis 10. L'extrémité 8 du corps d'épreuve se trouve alors fixée au fond 6 du bottier par la pièce de fixation 9. La paroi 7 du bottier est rendue solidaire de la piece de fixation 9 par exemple par soudage. L'extrémité supérieure du corps d'épreuve 1 constitue la tête de mesure 11 du capteur. La texte de mesure 11 est séparée de la portion 5 du corps d'épreuve 1 par un collet 12. Une membrane annulaire 13, disposée horizontalement, est solidaire d'une part de l'extrémité supérieure de la paroi 7 du bottier 2 et d'autre part du collet 12 du corps d'épreuve 1. Le bottier 2, constitué par le fond 6, la pièce de fixation 9, la paroi verticale cylindrique 7 et la membrane 13, est étanche et enferme la partie du corps d'épreuve 1 inférieure au collet 12. La texte de mesure 11 fait donc saillie à l'extérieur du boîtier 2. La pièce de fixation 9 est munie d'une gorge annulaire 9a qui écrase un joint d'étanchéité 14 contre le fond 6 du bottier. Le soufflet 3 est disposé verticalement à l'intérieur du bottier étanche 2. Une plaque horizontale 15 est soudée à la paroi 7 du bottier et comporte une perforation 15a. Le soufflet 3 est fixé de façon étanche à la surface inférieure de la plaque 15 autour de la perforation 15a. Un tube 16 traverse de façon étanche une ouverture 7a de la paroi 7 du bottier. Une extrémité 16a du tube est solidaire de façon etanche de la plaque 15 autour de la perforation 15a. L'autre extrémité 16b du tube 16 se trouve à l'extérieur du bottier 2. Le volume interne du soufflet 3 se trouve ainsi en communication, par l'intermédiaire de la perforation 15a et du tube 16, avec l'atmosphère extérieure au bottier étanche 2 ou avec un milieu gazeux de référence extérieur au boîtier 2. Ledit milieu gazeux présente, de préférence, un degré hygrométrique inférieur à celui de l'atmosphère extérieure au bottier et une pression identique à cette dernière. Le soufflet 3 peut hêtre réalisé en néoprène, en matière plastique ou en métal suivant le volume à rattraper et la rigidité du corps d'épreuve 1. Pour plus de sécurité, le soufflet 3 comporte avantageusement un cadre intérieur 17 à un cadre extérieur 18 tous deux solidaires de la plaque 15. Une variation trop importante du volume du soufflet 3 causée par une variation trop importante de pression est ainsi limitée pour ne pas détériorer le soufflet 3. La membrane 13 peut être réalisée en un matériau métallique dont la rigidité est très inférieure à celle du corps d' épreuve pour que son influence soit négligeable sur la mesure. En fonctionnement, l'intérieur du bottier 2 est rempli d'un gaz ou d'un mélange gazeux ayant des caractéristiques, telles que humidité, pression et propreté, bien définies. Une charge symbolisée par la flèche 20 appliquée à la texte de mesure Il du corps d'épreuve 1 provoque une déformation de celui-ci et par conséquent des déformations des jauges 4 se traduisant par des variations des signaux électriques. Lorsque la pression P à l'extérieur du bottier 2 est égale à la e pression Pi à l'intérieur du bottier, il n'y a, dans ce cas, pas d'influence des pressions Pi et P sur la mesure de la charge 20 et e le dispositif de l'invention ne joue aucun celle. Au contraire, lorsque la pression extérieure e est inférieure à la pression intérieure Pi, la différence de pression provoque une diminution de volume du soufflet 3 et donc une augmentation du volume disponible à l'intérieur du bottier 2. L'augmentation de volume intérieur se traduit par une diminution de pression Pi à l'intérieur du bottier 2. Cette diminution de pression intérieure Pi minimise la différence de pression entre Pi et Pe et permet donc de compenser en partie l'effort du à la différence de pression s'exerçant sur la membrane 13. Le corps d'épreuve est donc moins sollicité par l'effort de la membrane 13 et la précision de la mesure se trouve améliorée. Lorsque la pression extérieure e est supérieure à la pression intérieure Pig le phénomène inverse se produit. Autrement dit le volume du soufflet 3 tend à augmenter et de ce fait le volume intérieur du bottier 2 se trouve diminué. La pression intérieure devient donc plus importante en raison de la diminution de volume intérieur. La différence de pression entre e et Pi se trouve ainsi réduite ainsi que l'effort exercé sur la membrane 13. La mesure par les jauges 4 sur le corps d'épreuve 1 d'une charge 20 exercée sur la texte de mesure 11 ne subit donc plus les perturbations dues à la différence de pression Pi et Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, la membrane et le soufflet n'en font qu'un et portent la référence 19. Le soufflet 19 constituant la membrane comporte deux parties 19a, 19b concentriques à section circulaire. Les deux parties 19a, 19b du soufflet 19 sont solidaires de manière étanche d'une plaque annulaire 19c. Le soufflet 19 est disposé verticalement dans le bottier 2 et concentriquement au corps d'épreuve 1. L'extrémité inférieure du soufflet 19 est constituée par la plaque annulaire 19c. Un couvercle 21 est constitué par une plaque 21a et un élément tubulaire 21b. La plaque 21a du couvercle 21 est munie au centre d'une ouverture 22 de diamètre sensiblement identique à celui de la tête de mesure 11. Le couvercle 21 est posé sur la surface supérieure du collet 12 avec la tête de mesure 11 du corps d'épreuve 1 traversant l'ouverture 22. Le couvercle 21 est rendu solidaire de la tête de mesure 11 par exemple par soudage au niveau de l'ouverture 22. L'extrémité supérieure de la paroi verticale 7 du bottier 2 comporte une portion annulaire horizontale 7b. L'extrémité supérieure de la partie 19b du soufflet 19 est solidaire de façon étanche de la partie annulaire 7b de la paroi 7 du bottier. L'extrémité supérieure de la portion 19a du soufflet est par exemple pincée entre la surface superieure du collet 12 du corps d'épreuve 1 et la surface inférieure de la plaque 21a du couvercle 21 pour réaliser une liaison étanche. L'élément tubulaire 21b, disposée verticalement, du couvercle 21 présente un diamètre plus grand que la section du bottier 2 formée par la paroi 7. Lorsque le couvercle 21 est mis en place, l'élément tubulaire 21b est cncentrique à la paroi 7 et forme avec cette derniere un passage annulaire 23. En fonctionnement, le volume interne du soufflet 19 communique avec l'atmosphère extérieur au bottier par l'intermédiaire du passage annulaire 23 et l'espace formé entre le couvercle 21 et la partie supérieure du soufflet 19. Le soufflet 19 fonctionne de la même façon que le soufflet 3 dans l'exemple précédent. Le couvercle 21 protège le soufflet 19 contre toutes sollicitations indésirables qui peuvent altérer le soufflet 19. Le capteur illustré sur la figure 3 diffère peu de ceux illustrés sur les deux premières figures. Dans ce mode de réalisation, la membrane est aussi réalisée sous la forme d'un soufflet 24 entourant la partie supérieure du corps d'épreuve 1. Un couvercle 21 est solidaire de la tête de mesure 11 du corps d'épreuve 1 de la même manière que dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2. La membrane 24, disposée verticalement, a son extrémité inférieure solidaire d'une partie annulaire 7b de la paroi verticale 7 du bottier 2. L'extrémité supérieure de la membrane 24 est solidaire de façon étanche du collet 12 du corps d'épreuve 1. L'élément tubulaire 21b du couvercle 21 a un diamètre sensiblement égal à celui de la paroi verticale 7 du bottier 2. L'extrémité inférieure de l'élément 21b du couvercle 21 se termine au-dessus de l'extrémité supérieure de la paroi verticale 7. Contrairement au mode de réalisation illustre sur la figure 2, le capteur comporte un soufflet supplémentaire 25 traversant la paroi verticale 7 par une ouverture 7a du bottier étanche 2. Le soufflet 25 est disposé horizontalement à l'intérieur du bottier 2. La capacité de variation de volume à l'intérieur du boîtier 2 se trouve ainsi augmentée grâce à la capacité de déformation des soufflets 24 et 25. Le dispositif permet donc des mesures avec une différence de pression plus grande que celle permise par les deux premières réalisations. Une application particulièrement intéressante de la présente invention est son utilisation dans le domaine du pesage. L'invention permet de minimiser l'influence causée par la variation de la pression sur les mesures. De plus elle permet de réaliser des capteurs extensométriques étanches. REVENDICATIONS 1. Capteur extensométrique comprenant un corps d'épreuve (1) allongé dont une extrémité (8) est fixée à une pièce support (6) et dont l'autre extrémité constitue la tête de mesure (11) du capteur, des jauges extensométriques (4) étant réparties sur la surface latérale du corps d'épreuve, et un bottier solidaire de la pièce support entourant de façon étanche au moins la partie du corps d'épreuve munie desdites jauges, des signaux de mesure des jauges étant transmis a l'extérieur du bottier par des moyens appropriés traversant de façon étanche une ouverture de ce dernier, caractérisé par le fait qu'il comporte une membrane (13, 19, 24) solidaire de l'extrémité ouverte du bottier et munie d'une ouverture laissant passer la tête de mesure et rendant étanche l'espace interne du boîtier ainsi formé, et qu'un moyen d'équilibrage de pression minimisant la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur du bottier est disposé à l'intérieur de celui-ci. 2. Capteur extensométrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen d'équilibrage de pression est constitué par un soufflet (3, 25) à paroi étanche dont le volume interne communique avec l'atmosphère extérieure au bottier par l'intermédiaire d'un tube (16) traversant le boîtier, de sorte que la variation volumique du soufflet causée par la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur du bottier implique une variation de volume interne du bottier et donc une variation de pression à l'intérieur de celui-ci tendant à réduire ladite différence de pression. 3. Capteur extensométrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le soufflet (3) est protégé par un cadre intérieur (17) et un cadre extérieur (18) délimitant son déplacement à l'intérieur du bottier et évitant une variation trop importante de son volume. 4. Capteur extensométrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le tube (16) du soufflet (3, 25) et les moyens de liaison électrique sont coaxiaux a travers la même ouverture (7a) du bottier. 5. Capteur extensométrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la membrane est en forme de soufflet (19) entourant la partie supérieure du corps d'épreuve et constituant le moyen d'équilibrage de pression. 6. Capteur extensométrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la rigidité de la membrane (13, 19, 24) est très inférieure a celle du corps d'épreuve, de sorte que son influence sur la mesure est négligeable. 7. Capteur extensométrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise par le fait qu'il comporte un couvercle (21) protégeant la membrane (19, 14) et solidaire de la tête de mesure (11) du corps d'épreuve (1) à travers une ouverture (22). 8. Capteur extensométrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le tube (16) du soufflet (3, 25) communique avec un milieu gazeux de référence extérieur au boîtier présentant un degré hygrométrique inférieur a celui de l'at;osphere extérieure au boîtier et une pression identique à cette dernière. 9. Procédé de mesure de déformations d'un corps d'épreuve (1) au moyen de jauges extensométriques (4), caractérisé par le fait que l'on place le corps d'épreuve dans un bottier étanche (2), et que l'on maintient la pression à l'intérieur du bottier sensiblement égale à la pression a l'extérieur du bottier.