Brevet FR2733834A1 — publié le 19961108

DISPOSITIF POUR CONTROLER UN OBJET CREUX PAR COMPRESSION OU DEPRESSION DU GAZ CONTENU Dispositif pour contrôler les caractéristiques de volume d'un objet creux par la variation de pression du gaz contenu dans cet objet. Dans l'industrie de production, il est fréquemment nécessaire de contrôler si un objet creux est étanche par rapport à l'extérieur, ou si plusieurs cavités d'un même objet sont étanches entre elles, ou encore si un objet creux comporte bien toutes les pièces qui en garnissent l'intérieur, si un récipient est correctement vide ou correctement rempli etc ... Pour résoudre les 2 premiers problèmes, on utilise habituellement un système très répendu qui consiste à gonfler (remplir) la cavité avec de l'air sous pression au travers d'un détenteur et à stopper le gonflage au bout d'un certain temps pour pouvoir apprécier par mesure comment évolue la pression. Ce système n'est pas très rapide, nécessite un temps de stabilisation plus ou moins important et ne peut contrôler que l'étanchéité (la fuite) vers l'extérieur ou vers une autre cavité.Cette méthode nécessite également le filtrage de l'air, la déshumidification et la récupération des condensats. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. Précisions préalables - Le dispositif peut fonctionner avec n'importe quel gaz pourvu qu'il ne soit pas corrosif pour les points d'étanchéité. - Le dispositif peut fonctionner dans n importe quelle pression ambiante pouvu qu'elle soit compatible avec les accessoires qui y sont attachés (tuyaux, fils, appareillage, etc...) non compris dans l'invention. - Pour le présent exposé, on retiendra l'air à la pression atmosphérique comme gaz ambiant qui est le système traditionnel. Le dispositif comporte selon une première caractéristique une chambre creuse dont le volume est déterminé à la construction en fonction de la pression à atteindre, d'un piston dont la forme peut être quelconque pourvu que son mouvement de pénétration dans la chambre ait pour conséquence de faire varier le volume et donc la pression, une étanchéité absolue entre le piston et la chambre, un orifice permettant de faire communiquer la chambre creuse et l'objet creux à contrôler, une étanchéité absolue à l'endroit de la connexion entre la chambre et l'objet à contrôler. Si l'objet à contrôler comporte des orifices, génant le contrôle, ceux-ci doivent bien entendu être obturés comme cela se fait habituellement pour d'autres systèmes. Le dispositif peut fonctionner dans les 2 sens soit en entrant le piston, soit en sortant le piston. La manoeuvre du piston entrant dans la chambre a pour conséquence de diminuer le volume de l'ensemble ainsi connecté et donc de faire augmenter la pression selon la relation physique générale PV=nRT=cte dans laquelle si V diminue, P augmente. La manoeuvre inverse, piston sortant de la chambre, a pour conséquence de faire diminuer la pression selon la même relation physique PV = nRT = cte dans laquelle si V augmente, P diminue. Dans la relation PV = nRT P = pression absolue V = volume de la cavité totale contenant le gaz n = nombre de môles du dit gaz contenu dans la cavité R = constante des gaz, invariable pour un gaz donné T = température absolue Dans les situations ici considérées, n = cte, R = cte, T = cte, d'où nRT = cte. En fonction de la vitesse de déplacement du piston, la pression varie avec la même rapidité pourvu que les orifices de connexion ne présentent pas une perte de charge significative dans l'écoulement du gaz entre la chambre et l'objet. Une répétition d'allers et retours rapides du piston par rapport à un même objet creux a pour conséquence de faire augmenter "T" la température et donc d'introduire une variation directe dans la relation PV = nRT = cte dans laquelle nRT augmente, donc la constante augmente. L'exploitation de la variation de pression se fait avec un appareillage de mesure traditionnel qui n'est pas compris dans l'invention. Un orifice situé soit dans la paroi de la chambre, soit dans le piston, soit à la connexion entre la chambre et l'objet, soit à un endroit prévu de l'objet ou d'un bouchon sur l'objet permet de raccorder ledit appareillage pour effectuer la mesure. Si l'objet creux a une fuite, qu'elle soit voulue ou non, la pression se rééquilibrera d'elle même par rapport au volume global incluant celui situé de l'autre côté de la fuite (si c'est l'atmosphère, le volume sera infini). En fonction de la dimension de la fuite et de la différence de pression de part et d'autre de l'orifice de fuite, l'évolution de la pression sera plus ou moins rapide et pourra être analysée. Si l'objet creux est occupé par une masse de matière quelconque, et si la course du piston est répétitive d'un contrôle à un autre, le volume ainsi constitué pourra être différent d'un contrôle à un autre et la pression sera le reflet du taux d'occupation de la masse de matière dans le volume. Si les parois de l'objet creux sont plus ou moins déformables, de façon voulue ou non, la pression variant, l'objet se déformera de façon à ce que son élasticité propre s'équilibre avec les forces dûes à la pression qui s'applique sur ses parois. Ainsi, pour une course répétitive du piston, un objet pourra réagir différemment d'un autre identique, le volume variera et donc la pression résultante sera le reflet de la réaction de l'objet. Si l'objet creux peut présenter des déformations augmentant ou diminuant ainsi sa contenance, pour une course répétitive du piston, on pourra observer des niveaux de pression différents d'un contrôle à l'autre et donc identifier les objets déformés. Selon des modes particulièrs de réalisation - La chambre peut avoir toute forme et toute dimension adaptées et combinées à la dimension de l'objet à contrôler y compris un volume nul et un volume négatif. - La chambre peut être équipée d'une chambre d'extension qui peut être ajustable pour obtenir une pression précise pour une course de piston répétitive. - Le piston peut avoir toute forme, toute dimension et toute course adaptées et combinées pourvu que son action soit de réduire ou d'augmenter le volume constitué par la chambre et l'objet connectés. - L'étanchéité peut être réalisée selon toute méthode existante (joints, membranes). - La prise de mesure de pression peut se trouver à n' importe quel endroit de l'ensemble constitué chambre + piston + objet à contrôler + bouchons éventuels. La figure 1 représente le cas le plus classique avec une chambre dont la contenance volumique est Vc0 équipé d'un piston de section S et raccordé à un objet à contrôler dont la contenance volumique est Vt. Un exemple non exhaustif de bouchonnage d'un orifice de l'objet est représenté. La prise de mesure de pression est représentée de façon également non exhaustive sur une paroi de la chambre. La figure 2 reprend le même cas que la figure 1 mais en représentant le piston en position rentrée. Dans ce cas, la contenance volumique de la chambre est Vcl. La figure 3 représente une 1ère variante du cas classique dans laquelle la contenance volumique Vc de la chambre est nulle. La chambre est connectée à l'objet à tester et le piston plonge directement dans la cavité de l'objet à contrôler. Pour un exemple non exhaustif, la prise de pression est représentée sur le piston. La figure 4 reprend le même cas que la figure 3 mais en représentant le piston en position rentrée. La figure 5 représente une 2ème variante du cas classique dans laquelle la contenance volumique Vc de la chambre est négative, c'est à dire que la chambre occupe une partie de la cavité de l'objet à tester. Dans l'exemple, la chambre est de forme complexe et le piston se déplace à cheval dans, et hors de la chambre. Pour un exemple non exhaustif, le piston est représenté en position rentrée et la prise de pression est représentée sur le bouchonnage d'un orifice de l'objet. La figure 6 reprend le même cas que la figure 5 mais en représentant le piston en position sortie c'est à dire provoquant une dépression. La figure 7 représente le cas le plus complet dans lequel la chambre est équipée d'un piston avec plongeur et d'une chambre d'extension réglable. Pour un exemple non exhaustif, la prise de mesure est effectuée dans une paroi de la chambre. La figure 8 représente le même cas que la figure 7 mais avec isolement de la chambre d'extension en fin de course du piston. Cette fonction d'isolement permet de réduire la quantité de gaz qui doit réagir à l'évènement contrôlé dans l'objet. Cette particularité de la figure 8 rend le dispositif adaptable à toutes les configurations de conditions de pression ou de dimensions de objet à contrôler couvertes par les dimensions du piston en regard de sa course, de la contenance volumique de la chambre, de la contenance volumique de l'objet à contrôler, et des différents volumes dits "morts" ou de "respiration" que l'on retrouve inévitablement dans les accessoires rattachés au dispositif (raccords, tuyaux, appareillage ...) non compris dans l'invention. Pour l'ensemble des figures, le fonctionnement peut être envisagé dans les 2 sens : en compression ou en dépression. Pour l'ensemble des figures, les notions de tuyautages, de raccordements, d'étanchéités et d'appareillages de mesures sont implicites car faisant partie des règles de l'art et connues de tout utilisateur. En référence aux figures 1 et 2, le dispositif est constitué d'une chambre (6) de volume (7) égal à Vc équipée d'un piston (8) de section S relié à la chambre par une étanchéité (9). La chambre est connectée par son orifice (10) à l'aide d'un système d'étanchéité (12) à un orifice (11) de l'objet à contrôler dont le volume (2) est égal à Vt. Les éventuels orifices (3) en nombre quelconque non utilisés sont obturés par des bouchons (4) équipés d'étanchéités (5). Lorsque le piston (8) est sorti (cote A/Fig.l), le volume de l'ensemble ainsi constitué est occupé par un gaz, à une pression établie PO. Lorsque le piston (8) est poussé (cote B/Fig.2) à l'intérieur de la chambre (6), le volume (7) est diminué de la quantité de volume occupée par le piston (8) et la pression du gaz contenu dans l'ensemble constitué s'établie à concurrence à la pression P1.La relation de physique générale des gaz PV = nRT établit le lien entre les 2 états décrits précédemment. Ainsi, en figure 2 : Vcl = VcO - S x (A-B) et Vt = cte, on peut donc écrire que : (VcO+Vt) x PO = nRT = (Vcl+Vt) x P1, qui après développement nous montre la relation asymptotique constante entre la course C = A-B du piston et la variation de pression Sp=PO/[(Vc0+Vt)/C.S-l]. Donc pour une course A-B constante du piston par rapport à des objets de contenances Vt constante, on obtiendra une pression P1 constante. Seuls les évènements issus de l'objet (1) engendreront des variations de P1. En référence aux figures 3 et 4, le dispositif est constitué d'une chambre (6) de volume nul équipée d'un piston (8) de section S relié à la chambre par une étanchéité (9). La chambre est connectée à l'aide d'un système d'étanchéité (12) à un orifice (11) de l'objet à contrôler dont le volume (2) est égal à VtO. Les éventuels orifices de l'objet en nombre quelconque non utilisés seraient obturés par des bouchons équipés d'étanchéités. Lorsque le piston (8) est sorti (cote A/Fig.3), le volume de l'ensemble ainsi constitué est occupé par un gaz, à une pression établie PO. Lorsque le piston (8) est poussé (cote B/Fig.4) à l'intérieur de l'objet (1) le volume (2) est diminué de la quantité de volume occupée par le piston (8) et la pression du gaz contenu dans l'ensemble constitué s'établie à concurrence à la pression P1.La relation de physique générale des gaz PV = nRT établit le lien entre les 2 états décrits précédemment. Ainsi, en figure 4 : Vtl = Vto - S x (A-B), on peut donc écrire que VtO x PO = nRT = Vtl x P1, qui après développement nous montre la relation asymptotique constante entre la course C = A-B du piston et la variation de pression Sp = Po/[Vt/CS-lj. Donc pour une course A-B constante du piston par rapport à des objets de contenances Vt constante, on obtiendra une pression P1 constante. Seuls les évènements issus de l'objet (1) engendreront des variations de P1. En référence aux figures 5 et 6, le dispositif est constitué d'une chambre (6) de volume négatif égal à -Vc équipée d'un piston (8) de section S relié à la chambre par une étanchéité (9). La chambre est introduite dans 1' orifice (11) de l'objet à contrôler dont le volume (2) est égal à Vt et connectée à l'aide du système d'étanchéité (12). Les éventuels orifices (3) en nombre quelconque non utilisés sont obturés par des bouchons (4) équipés d'étanchéités (5). Lorsque le piston (8) est rentré à l'intérieur de l'objet (1) (cote A/Fig.5), le volume de l'ensemble ainsi constitué est occupé par un gaz, à une pression établie Po. Lorsque le piston (8) est sorti (cote B/Fig.6) de l'intérieur de l'objet (1), le volume (2) est augmenté de la quantité de volume qu'occupait le piston (8) et la pression du gaz contenu dans l'ensemble constitué s'établie à concurrence à la pression P1.La relation de physique générale des gaz PV = nRT établit le lien entre les 2 états décrits précédemment. Ainsi, en figure 5 : Vto = Vt-Vc-S x (A-B) et figure 6 : Vtl = Vt-Vc, on peut donc écrire que : Vto x Po = nRT = Vtl x P1, qui après développement nous montre la relation asymptotique constante entre la course C = A-B du piston et la variation de pression Sp = -PO/[(Vt-Vc)/cs + 1]. Donc pour une course A-B constante du piston par rapport à des objets de contenances Vt constante, on obtiendra une pression P1 constante. Seuls les évènements issus de l'objet (1) engendreront des variations de P1. En référence à la figure 7, le dispositif est constitué d'une chambre (6) de volume (7) égal à Vc équipée d'un piston (8) de section S relié à la chambre par une étanchéité (9). La chambre (6) est reliée (14) à une chambre d'extension (15) dont le volume (16) égal à Ve, peut être réglée au moyen du système (18) agissant sur une paroi (17). La chambre (6) est connectée par son orifice (10) à l'aide d'un système d'étanchéité (12) à un orifice (11) de l'objet à contrôler dont le volume (2) est égal à Vt. Les éventuels orifices (3) en nombre quelconques non utilisés sont obturés par des bouchons (4) équipés d'étanchéités (5). La course du piston (8) fait varier la pression P. La relation de physique générale des gaz PV = nRT établit le lien entre les 2 différents états comme décrits précédemment pour les autres figures. Ainsi, le volume total est-il ajustable : Vc + Ve (réglable) + Vt. Donc comme pour les autres figures, pour une course A-B constante du piston par rapport à des objets de contenances Vt constante, on obtiendra une pression P1 constante. Seuls les évènements issus de l'objet (1) engendreront des variations de Pl. En référence à la figure 8, le dispositif est constitué d'une chambre (6) de volume (7) égal à Vc équipée d'un piston (8) de section S relié à la chambre par une étanchéité (9). La chambre (6) est reliée (14) à une chambre d'extension (15) dont le volume (16) égal à Ve, peut être réglée au moyen du système (18) agissant sur une paroi (17). Un clapet (20) embarqué sur le piston (8) obture en fin de course du piston par le système d'étanchéité (22) l'orifice (21) de jonction avec la chambre d'extension (15).La chambre (6) est connectée par son orifice (10) à l'aide d'un système d'étanchéité (12) à un orifice (11) de l'objet à contrôler dont le volume (2) est égal à Vt. Les éventuels orifices (3) en nombre quelconques non utilisés sont obturés par des bouchons (4) équipés d'étanchéités (5).La course du piston (8) fait varier la pression P.La relation de physique générale des gaz PV = nRT établit le lien entre les 2 différents états comme décrits précédemment pour les autres figures. En fin de course du piston (8) la chambre d'extension (15) est isolée par le clapet (20). Ainsi, le volume total de départ est égal à Vc + Ve + Vt comme pour la figure 7, alors que le volume total en fin de course du piston est fractionné (Vc + Ve + Vt) - Ve donc égal à Vc + Vt. La variation de pression s'établit donc ainsi : jusqu'à obturation 6p=Po/[(Vc+Ve+Vt)/cs-11 et après obturation Gp=Po/[(Vc+Vt/cs-l]. Cette variante constitue donc une amplification de la variation de pression engendrée par les évènements issus de l'objet (1) après obturation. Pour l'ensemble des figures 1 à 7, les situations de départ et d'arrivée peuvent être inversées, le raisonnement se faisant alors en dépression au lieu de compresssion et inversement. Pour la figure 8, la fonction clapet n'est pas réversible. Le dispositif selon l'invention est principalement destiné à l'industrie et aux laboratoires. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour contrôler les caractéristiques d'un objet creux par compression ou dépression du gaz contenu dans cet objet, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une chambre (6) enfermant un volume (7) de contenance Vc, d'un piston (8) de section S et de course A-B fermant la chambre par une étanchéité (9), d'un orifice (13) destiné à prendre des mesures, d'un orifice (10) de connexion équipé d'une étanchéité (12) se connectant par mouvement à l'orifice (11) d'un objet creux (1) de volume (2) d'une contenance Vt. La course A-B du piston (8) à pour conséquence de faire varier le volume global (Vc + Vt) constitué par la chambre (6) et l'objet (1) connectés. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérise en ce que la chambre (6) est reliée (14) à une chambre d'extension (15) dont le volume (16) égal à Ve est réglable par une paroi mobile (17) appropriée et totalement étanche (19). 3) Dispositif selon les revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'iI utilise la pression ambiante du gaz dans lequel il est situé et ne nécessite aucun apport de gaz pressurisé ou dépressurisé. 4) Dispositif selon les revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il met en évidence des évènements dimensionnels de l'objet contrôlé. 5) Dispositif selon les revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il met en évidence les fuites de l'objet à contrôler (dimension infinie). 6) Dispositif selon les revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il met en évidence les réactions dimensionnelles à la variation de pression de l'objet contrôlé. 7) Dispositif selon les revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il met en évidence l'occupation de la cavité de l'objet contrôlé par des corps ou des masses étrangères ou rapportées. 8) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que la chambre d'extension est isolée de l'ensemble (1) et (6) par un clapet (20) qui se ferme en fin de course du piston pour amplifier la variation de pression. 9) Dispositif selon les revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le dispositif fonctionne aussi bien en compression qu'en dépression.