Brevet FR2728343A1 — publié le 19960621

DISPOSITIF DE TEST D'ETANCEEITE DE BOITIER L'invention concerne un dispositif de test d'étanchéité de boîtier. Ce dispositif permet de mesurer de façon quantitative le taux de fuite d'un boîtier afin d'éprouver son étanchéité, son herméticité, son intégrité. I1 a été conçu pour le problème suivant, mais peut s'appliquer à des sujets variés . le problème de départ était de quantifier par une méthode simple et rapide, non destructive, le taux de fuite de boîtiers à grande cavité ne résistant pas à la surpression requise par un test à l'Hélium. On connaît dans la technique deux familles de méthodes normalisées a) Test de fuite fine à l'Hélium (présenté par exemple dans le MILSTD883C, méthode 1014 diffusée par NAVAL PUBLICATION AND FORMS CENTER, PHILADELPHIA-USA) et ses variantes (test au fluorocarbone, au krypton MILSTD883C, Méthode 1014). Ce type de test à l'Hélium présente les avantages suivants - il donne une valeur quantitative, - il est précis, - il est fiable jusqu'aux faibles taux de fuite (10 9 atmcm7/s), - il fonctionne sur des petits boîtiers dits hermétiques, - il permet une mesure par batch. Cependant un test à l'Hélium présente les inconvénients suivants - mise sous pression forte des boîtiers, - nécessité d'un préconditionnement préalable, - tous les matériaux ne réagissent pas de la même manière avec l'air et l'Hélium. b) Test des bulles (présentée par exemple dans le MILSTD883C, méthode 1014) et une variante quantitative présentée dans la norme CEI nO 68-217 publiée par le Bureau Central de la Commission Electrotechnique Internationale (1 rue de Varembé, Genève, Suisse). Ces tests des bulles présentent les avantages d'être simples et rapides. Cependant, ils sont : - imprécis, - soumis à l'influence de l'interprétation d'un opérateur, - sensibles aux perturbations extérieures, - limités à des taux de fuite supérieurs à 10-5, 10 - et pour certains, nécessitent une remise à zéro entre deux mesures. La figure 1 représente un dispositif de test connu dans la technique et publié dans la norme CEI cité précédemment. Ce dispositif comporte une cuve 1A contenant un liquide 2A dans lequel est immergé un boîtier au-dessus duquel se trouver un entonnoir 3A en contact avec le liquide. L'entonnoir 3A est surmonté d'un tube 4A dans lequel remonte le liquide. Lorsque les bulles sortent du boîtier 9A, elles montent dans l'entonnoir 3A et le tube 4A et font baisser le niveau de liquide dans le tube 4A. Une échelle graduée permet de mesurer le volume des bulles qui sont sorties du boîtier 9A.Ce dispositif présentent les inconvénients suivants - l'entonnoir doit être à un niveau constant par rapport au niveau du liquide de la cuve, - les bulles finissent par ne plus remonter jusqu'en haut du tube 4, - le dispositif est sensible à la température du liquide et à la température extérieure, - la lecture est difficile à faire - une remise à zéro est nécessaire. On connaît également un dispositif tel que décrit dans la Demande de Brevet français nO 89 12893 permettant une mesure directe du taux de fuite d'un boîtier. Cependant, ce dispositif présente l'inconvénient de nécessiter trois capteurs de mesure. L'invention concerne un système permettant de n'avoir que deux capteurs et de fournir un système de circulation du fluide dont le fonctionnement est plus souple. L'invention concerne donc un système de mesure d'étanchéité de boîtier comprenant une première cuve étanche contenant un liquide, un dispositif collecteur en forme d'entonnoir dont la grande ouverture est en contact avec le liquide et dont la petite ouverture est reliée à une première extrémité d'un tube capillaire, des détecteurs placés sur la longueur du tube capillaire détectent le passage du liquide et/ou le passage de bulles contenues dans ce liquide ; caractérisé en ce que la deuxième extrémité du tube capillaire est reliée à une deuxième cuve étanche reliée par un dispositif de mesure de la différence de pression existant entre la première et la deuxième enceinte et en ce que le système comporte des moyens de réalisation de vide pour établir dans la deuxième enceinte une pression inférieure à celle existant dans la première enceinte. De plus, ce système est conçu de telle manière qu'il comporte un système de mesure, caractérisé en ce qu'il comporte : - un premier capteur détectant le front avant de chaque bulle - un deuxième capteur détectant les fronts avant et arrière de chaque bulle - une horloge de temps fournissant à chaque instant une information de temps - un circuit de calcul enregistrant pour chaque bulle le temps de passage (tl) du front avant devant le premier capteur, le temps de passage (t2) du front avant devant le deuxième capteur, le temps de passage (t3) du front arrière devant le deuxième capteur, et calculant à partir de ces temps le volume de la bulle en appliquant la formule L.s.d2(t3-t2)/4(t2-tl) L étant la distance entre les deux capteurs et d le diamètre intérieur du tube capillaire. Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre et dans les figures annexées qui représentent : - la figure 1, un dispositif de mesure d'étanchéité de boîtier connu dans la technique - la figure 2, un exemple de réalisation d'un dispositif de test d'étanchéité de boîtier selon l'invention ; - la figure 3, un exemple de dispositifs de détecteurs placés sur le tube capillaire du dispositif de la figure 2 - la figure 4 expliquant la détection des bulles par un couple optoélectronique émetteur/détecteur ;; - les figures 5a, 5b, 6 et 7 présentant le circuit de mise en forme des signaux délivrés par les détecteurs - les figures 8 et 9, un circuit de traitement des informations délivrées par les détecteurs pour stockage en mémoire - la figure 10, un système de régulation utilisé dans le dispositif de la figure 2 - la figure 11, un exemple de réalisation de l'invention ; invention - la figure 12, un exemplede réalisation détaillé du dispositif de l'invention. En se reportant à la figure 2, on va donc décrire un exemple de réalisation selon l'invention. Ce système comporte - une cuve 1 qui contient un liquide 4 - un dispositif collecteur 2 en forme d'entonnoir dont l'ouverture la plus grande est en contact avec la surface supérieure du liquide. Selon un mode de réalisation préféré, la partie conique du dispositif collecteur 2 est quasiment immergée dans le liquide - un tube 3 qui est de préférence un tube capillaire est relié à la plus petite ouverture du dispositif collecteur 2 - une autre cuve 7 reliée au tube capillaire 3 et qui est donc reliée à la cuve 1 par le tube capillaire 3 - un dispositif de mesure de différence de pression 8 (pressostat) relié aux deux cuves et mesurant la différence de pression existant entre les deux cuves - une pompe à vide 9 reliée par des canalisations 12, 13 aux deux cuves et permettant de réduire la pression dans les deux cuves - des vannes 10 et 11 raccordées aux canalisations 12, 13 et permettant d'ajuster les pressions dans les deux cuves de manière différente en utilisant l'indication du pressostat 8 - un clapet de sécurité ou une vanne de fermeture 16 permet de remettre à l'air les cuves 1 et 7 - deux détecteurs 5, 6 situés en deux emplacements distincts du tube capillaire permettant de détecter le passage de bulles d'air dans le tube capillaire. Le fonctionnement du système est le suivant Un boîtier 20 dont on veut tester l'étanchéité est placé sous le dispositif collecteur 2 de telle façon qu'il soit entièrement sous la grande ouverture de la partie conique du collecteur 2 et que les bulles s'échappant du boîtier 20 soient entièrement collectées par le collecteur. La pompe à vide 9 et les vannes 10, 11 permettent d'établir une différence de pression entre les deux cuves 1 et 7. Par exemple, pour cela la pompe vide établit un vide de valeur déterminé dans les deux cuves. Ensuite, par ouverture de la vanne 10, on diminue le vide dans la cuve 1. La pression PB dans la cuve 7 devient inférieure à la pression PA dans la cuve 1. Le pressostat 8 permet d'ajuster la différence de pression à une valeur déterminée par une action sur la vanne 11. Du fait de la différence de pressions PA-PB entre les deux cuves, le liquide 4 est aspiré par le tube capillaire 3 vers la cuve 7 et le liquide 4 circule dans le tube capillaire. Le niveau de liquide dans la cuve 1 diminue lorsque le liquide passe dans la cuve 7.La pression PA dans la cuve 1 diminue tandis qu'elle augmente dans la cuve PB. Une sonde 21 de mesure de vide, reliée à la cuve 1, agit sur la vanne progressive 10 pour maintenir constante la pression PA de la cuve 1. Le pressostat 8 détecte une variation de la différence de pressions PA-PB et peut agir par des moyens non représentés sur la vanne 11 pour maintenir constante la différence PA-PB. Lorsque l'on place un boîtier 20 sous le collecteur, les bulles d'air résultant d'une ou plusieurs fuites d'étanchéité du composant sont collectées par le collecteur 20. Ces bulles atteignent le tube capillaire 3 et sont ensuite entraînées par le liquide 4 dans le tube capillaire. Leur passage peut être détecté par les détecteurs 5 et 6. De façon préférée, le tube capillaire 3 est transparent (tube en verre), les détecteurs 5 et 6 sont alors des détecteurs optoélectroniques détectant de manière optique le passage des bulles. Comme cela est représenté par la figure 3, les détecteurs 5 et 6 permettent de détecter le passage des bulles en deux emplacements du tube séparés d'une distance L; Le liquide 4 contenu dans le tube 3 circule selon le sens indiqué par la flèche F. Le liquide entraîne ainsi la bulle 40, par exemple, qui passe successivement par les positions 40, 40', 40". Lorsque la bulle est dans la position 40, le détecteur 5 détecte le front avant de la bulle. Puis lorsqu'elle est en position 40', le détecteur 6 détecte le front avant de la bulle. Et enfin, lorsqu'elle est en position 40", le détecteur 6 détecte le front arrière de la bulle. Les instants auxquels les détecteurs effectuent les détections précédentes sont notées de la manière suivante - tl = détection du front avant par le détecteur 5 - t2 = détection du front avant par le détecteur 6 - t3 = détection du front arrière par le détecteur 6. Lorsqu'une bulle passe devant les détecteurs 5 et 6, le dispositif fournit trois temps tl, t2, t3. A partir de ces trois temps, du diamètre d intérieur du tube capillaire, et de la distance L entre capteurs, le dispositif détermine le volume V de la bulle : V = L.s.d2.(t3 - t2)/(t2 - tel).4 Pour que la mesure soit précise, il est nécessaire que la plus petite bulle passant dans le tube capillaire ait au minimum une longueur supérieure au diamètre du capillaire (dans la configuration actuelle 0,5 mm).Or certaines bulles peuvent avoir une longueur Cas de grosses fuites (la longueur des bulles est supérieure à d) Pendant la durée de l'essai, le fluide est en circulation continuelle et chaque bulle fait l'objet d'une mesure. Cas de petites fuites (la longueur des bulles est inférieure à d) L'essai comporte deux phases : - stockage des bulles sous l'entonnoir : le fluide est au repos et les bulles s'échappant du boîtier 20 sont stockées dans l'entonnoir du collecteur 2. - en fin d'essai le fluide est remis en circulation pour permettre la mesure de la bulle résultante qui est la somme de toutes les bulles stockées. Le volume de la bulle globale a donc, comme cela a été décrit précédemment, la valeur V1 = L.s.d2.(t3-t2)/(t2-tl).4 (1) Cependant, selon une autre méthode on peut également, pour chaque bulle dont le diamètre est inférieur au diamètre du capillaire ou pour une bulle globale (résultant d'un stockage dans l'entonnoir) obtenir le volume de la bulle en appliquant la formule V2 = 4in/3 (((t3-t2).L/2(t2-tl)]1) (2) Pour cela l'invention prévoit des moyens pour calculer la longueur de chaque bulle et pour comparer cette longueur au diamètre du capillaire de façon à pouvoir appliquer l'une ou l'autre des formules (1) ou (2) de calcul du volume de la bulle indiquées précédemment. Plus simplement, on connaît le volume d'une bulle dont le diamètre correspond au diamètre intérieur d du capillaire : VO = 4s (d/2)3/3 et cette valeur Vo est une constante. Dans ces conditions, selon l'invention, le système calcule le volume de chaque bulle selon l'une des formules (1) ou (2). Par exemple, on utilise la formule (1) et on compare le volume V1 obtenu à VO Si V1 > VO, on conserve ce volume V1 Si V1 La figure 4 représente un exemple de réalisation des détecteurs 5 et 6. Chaque détecteur est constitué d'un émetteur (diode électroluminescente) et d'un récepteur (photo-transistor). L'émetteur et le récepteur sont diamétralement opposés par rapport au tube capillaire 3 dans lequel circule le fluide 4 véhiculant les bulles d'air. Au passage d'une bulle, le signal généré dans le photo-transistor diminue. Cela est dû au fait que le fluide focalise le faisceau faisant conduire davantage le récepteur. En présence d'une bulle d'air (front avant), la tension V diminue (de 1 volt par exemple) et remonte à la valeur V en présence de fluide (front arrière). Sans précaution, le signal V obtenu contient généralement des composantes parasites telles que représentées en figure 5a dont la durée et l'amplitude peuvent être importantes et pouvant donc fausser le contenu des compteurs d'adressage. il est donc nécessaire de placer derrière ce récepteur un montage à hystérésis ou à seuil pour n'avoir qu'un front de descente et un front de montée en supprimant tous les rebonds. Le montage utilisé est tel que celui de la figure 6 et comporte un amplificateur différentiel permettant de comparer la tension à une valeur dérivée de la tension de sortie. La caractéristique de transfert de ce type de montage permet d'obtenir un signal de sortie dont le profil est donné figure 7. Derrière le montage à hystérésis de la figure 6, le temps de basculement dépendra de la longueur de la bulle. L'écriture dans les mémoires ne doit pas excéder une impulsion d'horloge sur le front avant ou sur le front arrière. De plus cette impulsion doit être synchrone de l'horloge. Le circuit générant les ordres d'écriture est celui de la figure 8. Les circuits de détection fournis par les détecteurs sont exploités à l'aide d'un circuit tel que représenté en figure 9. Ce circuit comporte pour chaque détecteur 5, 6 une chaîne de circuit comportant en série - deux amplificateurs à hystérésis 50, 60 tels que celui de la figure 6 - deux circuits de sélection de front avant et de front arrière 51, 61 - deux circuits de commande d'inscription 52, 62 - deux compteurs de nombre de bulles 54, 64 avançant d'un pas à chaque sélection d'un front avant d'une bulle. De plus, des mémoires 55, 65, 66 permettant d'enregistrer les temps de détection tl, t2, t3. La mémoire 55 est adressée par le compteur 54, la position du compteur représentant une adresse mémoire. A la détection d'un front avant de bulle elle enregistre une indication d'horloge H (temps tl) fournie par une horloge 70. La mémoire 65 est adressée par le compteur 64 et fonctionne de la même manière pour le détecteur 6 et enregistre une indication d'horloge t2. La mémoire 66 est adressée également par le compteur 64 et à la détection d'un front arrière de bulle, elle enregistre une indication d'horloge t3. Au terme d'un temps de mesure fourni par un circuit non représenté ou par une position déterminée d'un compteur, les contenus des compteurs 54, 64 et des mémoires 55, 65, 66 sont transmis à un circuit de traitement 70 qui calcule le volume de chaque bulle et qui totalise les différents volumes calculés. Le circuit de traitement calcule le volume de chaque bulle selon les méthodes expliquées précédemment en se référant à la figure 3 et en utilisant les formules (1) et (2). Le circuit de traitement possède en outre des moyens pour choisir pour chaque bulle, la formule (1) ou (2) en effectuant une comparaison par rapport au volume VO En se reportant à la figure 10, on va maintenant décrire un système d'établissement des dépressions dans les cuves 1 et 7. Ce système utilise la même pompe à vide 9 pour établir des dépressions différentes et stabilisées dans les deux cuves, à travers une électrovanne 16 commandée en début de cycle. La cuve principale 1 recevant le boîtier est soumise à une dépression P1 (en atm) assurant une surpression (P1) dans le boîtier 20. La dépression P2 dans la cuve 7, supérieure à P1, permet d'entraîner le fluide 4 véhiculant les bulles dans le capillaire où elles seront détectées par les capteurs 5 et 6. La circulation démarre lorsqu'une électrovanne, non représentée, placée en série avec le capillaire est ouverte. L'écart de dépression P2 - P1 fixe la vitesse de circulation du fluide dans le capillaire. La pompe à vide 9 est raccordée aux cuves 1 et 7 par des vannes trois voies 10 et 11. Le rôle d'une telle vanne est d'ouvrir la cuve vers l'air ambiant selon la dépression réalisée dans la cuve. Si la dépression augmente, la vanne s'ouvre automatiquement, si la dépression diminue, la vanne se ferme automatiquement. Ces ouvertures ou fermetures sont linéaires en fonction du signal analogique fourni par la mesure de dépression. La vanne 3 voies est de préférence une vanne progressive. La puissance d'aspiration de la pompe 9 ne peut pas être compensée par la vanne progressive (diamètre de mise à l'air trop petit). On insère entre chaque vanne progressive 10 et 11 et la pompe à vide 9, un diaphragme ou robinet pointeau 14, 15 de manière à créer une perte de charge Apl, Zp2 entre chaque cuve et l'entrée de la pompe. Ces apî et dp2 sont réglables manuellement par l'action sur les robinets pointeaux. Entre les cuves 1 et 7 est monté un pressostat différentiel 8 (de dP max = 400 mbar) à sortie analogique 4 - 20 mA. Cette information de courant est transformée en tension pour commander la vanne progressive 11 montée sur la cuve 7 et qui régule la dépression dans cette dernière, donc la circulation de fluide entre les 2 cuves. A titre d'exemple de réalisation, les deux cuves 1 et 7 sont raccordées entre elles par un tube capillaire 3 de longueur 250 mm et calibré à 0,5 mm +/0,01 mm de diamètre intérieur. Sur ce capillaire, deux manchons "téflon" maintiennent les capteurs de détection des bulles. La distance L entre ces capteurs est réglable et est fixée à 14 cm. Un entonnoir semi-conique en "pyrex", servant à la collecte des bulles est immergé dans le liquide de la cuve 1. L'entonnoir a une base de dimension 100 x 240 mm et couvre complètement le boîtier 20 à mesurer. I1 est relié au capillaire 3 à son extrémité par l'intermédiaire d'une jonction type rotule. La figure 11 représente un exemple de réalisation détaillé du dispositif de l'invention en ce qui concerne les cuves et les moyens d'établissement des différences de pression entre les cuves. On retrouve sur cette figure : - les cuves 1 et 7 - le capillaire 3 - le pressostat 8 - les vannes progressives 10, 11 - les robinets pointeaux 14, 15 - etc Selon une variante de l'invention, représentée en figure 12, le dispositif collecteur 2 peut être mobile verticalement et être asservi au niveau du liquide de la cuve 1. Cela se fait soit par un mécanisme d'asservissement non représenté, soit naturellement par flottement du collecteur 2 sur le liquide 4. Le tube capillaire est alors relié à l'entonnoir par un tube souple 22. REVENDICATIONS 1. Système de mesure d'étanchéité de boîtier comprenant une première cuve étanche contenant un liquide, un dispositif collecteur en forme d'entonnoir dont la grande ouverture est en contact avec le liquide et dont la petite ouverture est reliée à une première extrémité d'un tube capillaire, des détecteurs placés sur la longueur du tube capillaire détectent le passage du liquide et/ou le passage de bulles contenues dans ce liquide ; caractérisé en ce que la deuxième extrémité du tube capillaire est reliée à une deuxième cuve étanche reliée par un dispositif de mesure de la différence de pression existant entre la première et la deuxième enceintes, en ce que le système comporte des moyens de réalisation de vide pour établir dans la deuxième enceinte une pression inférieure à celle existent dans la première enceinte. 2. Système de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif collecteur est immergé dans le liquide. 3. Système de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de réalisation de vide comportent une pompe à vide (PV) reliée aux deux enceintes par deux vannes (VA, VB). 4. Système de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte : - un premier capteur détectant le front avant de chaque bulle - un deuxième capteur détectant les fronts avant et arrière de chaque bulle - une horloge de temps fournissant à chaque instant une information de temps - un circuit de calcul enregistrant pour chaque bulle le temps de passage (tl) du front avant devant le premier capteur, le temps de passage (t2) du front avant devant le deuxième capteur, le temps de passage (t3) du front arrière devant le deuxième capteur, et calculant à partir de ces temps le volume de la bulle en appliquant la formule V1 = L. it.d2/4 (t3 - t2)/4(t2 - tl) L étant la distance entre les deux capteurs et d le diamètre intérieur du tube capillaire. 5. Système de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs mémoires pour mémoriser le volume de plusieurs bulles. 6. Système de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un compteur de bulles et une mémoire totalisatrice de volumes de bulles. 7. Système de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de commande des moyens de réalisation de vide agissant en fonction de la valeur indiquée par le dispositif de mesure de différence de pression. 8. Système de mesure selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le dispositif de commande reçoit une indication de nombre de bulles du compteur de bulles et agit en fonction de ce nombre de bulles. 9. Système de mesure selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le dispositif de commande reçoit une indication de volume de bulles de la mémoire totalisatrice et agit en fonction de ce volume de bulles. 10. Système de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube capillaire est transparent aux ondes lumineuses et que les capteurs sont des capteurs optoélectroniques. 11. Système de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il compare le volume V1 de la bulle obtenue et le compare à une constante dont la valeur est [4s(d/2)3]/3 et si le volume n'est pas supérieur à cette constante, des moyens de calcul calculent un volume de bulle selon la formule V2 = 4in/3 ([(t3-t2).L/2(t2-tl)jlj 12. Système de mesure selon la revendication 11, caractérisé en ce que si le volume V1 n'est pas supérieur à la constante, des moyens permettent de stocker plusieurs bulles dans le collecteur (2). 13. Système de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que la position du collecteur est asservie au niveau du liquide (4) dans la cuve (1) et qu'un tube souple (22) relie le collecteur (2) au tube capillaire (3).