Brevet FR2656693A1 — publié le 19910705

PROCEDE DE CONTROLE DE L'ETANCHEITE D'UN OBJET, DE DETERMINATION DU DEBIT DE FUITE DE CET OBJET ET APPAREIL POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE La présente invention concerne un procédé de contrôle de l'étanchéité d'un objet comprenant au moins une cavité délimitée par une enveloppe, tel que par exemple une montre, un instrument de mesure, un capteur ou similaire et de détermination du débit de fuite sous une différence de pression donnée de cet objet, dans lequel on dispose l'objet dans une enceinte fermée, appelée enceinte de mesure, contenant un gaz à une pression déterminée et dans lequel on contrôle l'évolution de la pression dans ladite enceinte. Elle concerne également un appareil de contrôle de l'étanchéité d'un objet comprenant au moins une cavité délimitée par une enveloppe, tel qu'une montre, un instrument de mesure, un capteur ou similaire, et de détermination du débit de fuite sous une différence de pression donnée, comprenant une enceinte fermée, appelée enceinte de mesure, dans laquelle on dispose ledit objet à contrôler, et des moyens pour introduire un gaz sous une pression déterminée dans cette enceinte. On connaît déjà différents appareils de ce type décrits notamment dans les demandes de brevets japonais No. 53137181 et 55-63732. L'appareil décrit est conçu pour mesurer à pression constante une différence de volume par unité de temps au moyen d'un piston comparateur qui permet de maintenir à zéro la différence de pression entre un volume de référence et un volume d'essai. A cet effet, il comporte obligatoirement un détecteur différentiel de pression extrêmement sensible, pour la mise à zéro par le piston, ainsi qu'un ensemble piston et cylindre qui doit être conçu pour permettre de compenser le volume avec une résolution de l'ordre de quelques millimètres cubes par minute. Les inconvénients de cet appareil proviennent de ce qu'il comporte deux instruments de précision qu'il faut lire simultanément et de ce qu'il ne tient pas compte des effets de paramètres tels que les variations possibles du volume de l'objet testé (fluage) et de la température du gaz pendant la mesure. La présente invention se propose de pallier ces inconvénients en réalisant un appareil qui mesure à volume résiduel constant autour de l'objet testé et qui permet de déterminer avec une grande précision le débit de fuite de cet objet en déterminant le volume résiduel lors de la mise sous pression et en corrigeant la mesure en fonction de divers paramètres. A cet effet, le procédé de l'invention est caractérisé en ce que l'on engendre une augmentation de la pression simultanément dans ladite enceinte de mesure et dans une enceinte de référence, en ce que l'on détermine le volume résiduel V, et en ce que l'on calcule le débit de fuite en fonction dudit volume résiduel, ledit volume résiduel étant égal au volume de l'enceinte de mesure diminué du volume extérieur de l'objet à contrôler. Le volume résiduel V= peut être déterminé en appliquant la relation suivante basée sur la loi de Mariotte: PoVCylO - Pmes.Vcyl.mes Vx = Pmes - PO où PO est la pression initiale dans l'enceinte de mesure, Pmes est la pression dans l'enceinte de mesure à la fin de la phase de mise en pression, VcylO est le volume du dispositif de mise sous pression au début de la phase de mise sous pression, et Vcyl.mes est le volume du dispositif de mise sous pression à la fin de la phase de mise sous pression. On peut ensuite calculer le débit de fuite en fonction du volume résiduel en appliquant la relation suivante ou D est le débit de fuite sous la différence de pression utilisée, est la densité du gaz à la température ambiante et à la pression de 1 bar, Vr est le volume résiduel, V1 est le volume dans le cylindre après compression, aP1 est la diminution de la pression dans l'enceinte de mesure pendant le laps de temps ntl, et Atl est la durée de la mesure De préférence, pendant la mesure, l'on procède aux corrections dues à la variation de la température du gaz et au changement de volume de l'objet testé. Dans le cas de mesures sous haute pression, le volume résiduel est déterminé sous faible compression, la haute pression étant obtenue par injection de gaz sans faire varier les volumes. Pour la mise en oeuvre de ce procédé, l'appareil selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte de référence, des moyens pour mettre en communication simultanément ladite enceinte de mesure et ladite enceinte de référence avec lesdits moyens pour introduire le gaz sous pression, des moyens pour déterminer le volume résiduel Vr qui est égal au volume de l'enceinte de mesure diminué du volume extérieur de l'objet à contrôler, et des moyens pour calculer le débit de fuite en fonction dudit volume résiduel. La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'un exemple de réalisation et du dessin annexé dans lequel la fig. 1 représente un schéma de principe illustrant une construction préférée de l'appareil selon l'invention, la fig. 2 est un graphique illustrant le mode de fonctionnement de l'appareil de l'invention, et la fig. 3 représente une variante du fonctionnement de cet appareil. En référence à la fig. 1, l'appareil 10 représenté, qui est destiné au contrôle de l'étanchéité d'un objet, comporte essentiellement une enceinte étanche 11, pourvue d'un couvercle (non représenté) et appelée par la suite enceinte de mesure, dans laquelle on dépose un objet 12 dont on veut contrôler l'étanchéité et, le cas échéant, déterminer le taux de fuite. Cette enceinte de mesure est connectée, via une vanne 13 manuelle ou commandée, à un dispositif de mise sous pression 14 qui permet, par exemple par un piston 14' ou par tout autre moyen, de comprimer un volume déterminé d'un gaz. Dans l'exemple de réalisation représenté, le gaz est contenu dans le dispositif de mise sous pression 14 qui est connecté, par un conduit 15 et une vanne 16 manuelle ou commandée, à un réservoir de liquide 17 couplé à une pompe 17'. Entre la sortie de la vanne 13 et l'entrée dans l'enceinte étanche 11 est prévue une dérivation 18 sur laquelle sont montés dans cet ordre, une vanne 19, une chambre de référence 20 et un manomètre différentiel 21. Une vanne de purge 22 est raccordée à un conduit 23 entre la sortie du dispositif de mise sous pression 14 et la vanne 13. Une jauge de volume 24 est montée sur le dispositif de mise sous pression 14. L'enceinte étanche 11 est par ailleurs équipée d'une sonde de température 25, d'un micromètre de profondeur 26, d'un manomètre de précision 27 et d'un soufflet 28 de variation du volume de l'enceinte, ce dernier étant associé à un micromètre 29. Un calculateur 30, de préférence associé à un ou plusieurs organes d'affichage numérique ou analogique, est couplé électriquement au manomètre différentiel 21, à la jauge de volume 24, à la sonde de température 25, au micromètre de profondeur 26, au manomètre de précision 27 et au micromètre 29 dont il reçoit les informations sous forme de signaux électriques. L'appareil décrit ci-dessus est conçu pour fonctionner comme suit 1) On place l'objet à tester 12 dans l'enceinte étanche 11. 2) On amène le piston 14' dans une position initiale telle que, lorsqu'il sera en position finale, la surpression engendrée dans l'enceinte étanche 11 soit égale à la pression expérimentale souhaitée. Cette valeur expérimentale dépend du type d'objet à tester. 3) On enregistre la valeur VO du volume libre du dispositif de mise sous pression 14. Cette valeur est donnée par la sonde 24. 4) Le manomètre différentiel 21 étant à zéro, on enregistre la valeur de la pression atmosphérique indiquée par le manomètre de précision 27. A cet effet on a préalablement ouvert les vannes 13 et 19 de sorte que l'enceinte 11 communique avec l'enceinte de référence 20. 5) On ferme l'enceinte 11 et on bloque le couvercle. Les vannes 13 et 19 restent ouvertes de sorte que l'enceinte de référence 20 reste en communication avec 11 enceinte 11. 6) On avance le piston 14' pour atteindre la pression expérimentale prévue P1. A la fin de cette phase, dite de mise sous pression, on ferme les vannes 13 et 19. 7) On enregistre la valeur Vr du volume restant dans le cylindre du dispositif de mise sous pression 14. 8) On enregistre la pression P1 dans l'enceinte étanche 11 au moment de l'arrêt de la mise sous pression. 9) On contrôle l'évolution de la pression dans l'enceinte 11 au cours d'une période déterminée en comparant les pressions régnant respectivement dans l'enceinte de référence 20 et dans l'enceinte de mesure 11. La différence n P1 entre ces deux pressions, déterminée en fonction du temps, permet de constater l'importance d'une fuite. Selon cette importance, il est possible d'arreter prématurément une mesure. Dans le cas d'une grosse fuite, la valeur de 8 P1 est grande pour un temps de mesure relativement court. 10) On enregistre la variation T de la température dans l'enceinte étanche 11 au cours de la mesure. 11) On enregistre le changement de volume de l'objet en mesurant l'affaissement a h de l'objet au moyen de la sonde de profondeur 26. 12) Le calculateur détermine et, le cas échéant, affiche le débit de fuite dans les unités désirées compte tenu des corrections dues à la variation de la température et au changement de volume de l'objet pendant la mesure. Il peut également être conçu pour indiquer si l'objet à tester répond ou non aux conditions imposées. Ces conditions peuvent être différentes selon les catégories d'objets à tester. La figure 2 représente les courbes d'évolution de la pression dans l'enceinte lors du fonctionnement de l'appareil. En abscisse on représente le temps t, en ordonnée la pression P, par exemple en bars. La première phase I représente la période de mise sous pression, la deuxième phase II représente une période d'attente, la troisième phase III représente la période de mesure et la quatrième phase IV représente la suite de l'évolution de la pression après la période utilisée pour effectuer la mesure. La courbe A correspond à un objet sans fuite, donc parfaitement étanche à la pression de mesure qui est par exemple de 3 bars. Cette pression est linéairement croissante pendant la phase I et constante au cours des autres phases. La courbe B correspond à un objet présentant une fuite importante. Au cours de la phase I la pression dans l'enceinte augmente de façon linéaire, mais son maxima atteint à la fin de la phase I est inférieur à la pression théorique définie par la courbe A. Au cours des autres phases, elle est constante. La courbe C représente l'évolution de la pression dans l'enceinte lorsque l'objet présente une fuite faible. La phase I est identique à celle de la courbe A. La pression diminue au cours des phases II, III, IV. La diminution de pression au cours de la dernière phase est due à l'influence du fluage. La courbe D illustre l'influence d'une baisse de température. La courbe E représente la différence de pression P mesurée. La courbe F représente l'évolution de la pression à l'intérieur d'un objet à faible fuite. La figure 3 représente une variante dans laquelle la phase I est décomposée essentiellement en deux étapes IA et IB correspondant respectivement à deux mises sous pression successives, l'une ayant par exemple un maxima P1 de 3 bars et l'autre un maxima P2 de 60 bars. La courbe A' représente l'évolution de la pression dans l'enceinte pour un objet à fuites nulles jusqu'à la pression P1 et des fuites faibles au-delà de cette pression. La courbe B' représente la pression de l'enceinte pour un objet à fuites faibles pour P1 et P2. La courbe C' représente la pression dans l'objet. La présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites mais peut subir diverses modifications évidentes pour l'homme de l'art. Revendications 1. Procédé de contrôle de l'étanchéité d'un objet comprenant au moins une cavité délimitée par une enveloppe, tel que par exemple une montre, un instrument de mesure, un capteur ou similaire, et de détermination du débit de fuite sous une différente de pression donnée de cet objet, dans lequel on dispose l'objet dans une enceinte fermée, appelée enceinte de mesure, contenant un gaz à une pression déterminée et dans lequel on contrôle l'évolution de la pression dans ladite enceinte, caractérisé en ce que l'on engendre une augmentation de la pression simultanément dans ladite enceinte de mesure et dans une enceinte de référence, en ce que l'on détermine le volume résiduel Vr et en ce que l'on calcule le débit de fuite en fonction dudit volume résiduel, ledit volume résiduel étant égal au volume de l'enceinte de mesure diminué du volume extérieur de l'objet à contrôler. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on détermine le volume résiduel V~ en appliquant la relation suivante, basée sur la loi de Mariotte PoVcylO - Pmes.Vcylmes V = PiRes - Po Pmes - Po où PO est la pression initiale dans l'enceinte de mesure, Pmes est la pression dans l'enceinte de mesure à la fin de la phase de mise en pression, VcylO est le volume du dispositif de mise sous pression au début de la phase de mise sous pression, et Vcyl.mes est le volume du dispositif de mise sous pression à la fin de la phase de mise sous pression. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on calcule le débit de fuite en fonction du volume résiduel en appliquant la relation suivante ou D est le débit de fuite sous la différence de pression utilisée, est la densité du gaz à la température ambiante et à la pression de 1 bar, Vr est le volume résiduel, V1 est le volume dans le cylindre après compression, n P1 est la diminution de la pression dans l'enceinte de mesure pendant le laps de temps ti, et ss tl est la durée de la mesure. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, pendant la mesure, l'on procède aux corrections dues à la variation de la température du gaz et au changement de volume de l'objet testé. 5. Procédé selon la revendication 3 pour des mesures sous haute pression, caractérisé en ce que le volume résiduel est déterminé sous faible compression, la haute pression étant obtenue par injection de gaz sans faire varier les volumes. 6. Appareil de contrôle de l'étanchéité d'un objet comprenant au moins une cavité délimitée par une enveloppe, tel qu'une montre, un instrument de mesure, un capteur ou similaire, et de détermination du débit de fuite sous une différence de pression donnée, comprenant une enceinte fermée, appelée enceinte de mesure, dans laquelle on dispose ledit objet à contrôler, et des moyens pour introduire un gaz sous une pression déterminée dans cette enceinte, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte de référence, des moyens pour mettre en communication simultanément ladite enceinte de mesure et ladite enceinte de référence avec lesdits moyens pour introduire le gaz sous pression, des moyens pour déterminer le volume résiduel V- qui est égal au volume de l'enceinte de mesure diminué du volume extérieur de l'objet à contrôler et des moyens pour calculer le débit de fuite en fonction dudit volume résiduel.