Brevet FR2745379A1 — publié le 19970829

Description. L'invention concerne un convertisseur de différence de pression de mesure comprenant un système de protection de surcharge pour un mécanisme de mesure avec au moins un capteur dans lequel le mécanisme de mesure est relié à des moyens de traitement des valeurs de mesure par des passages électriques étanches à la pression, et le mécanisme de mesure est sollicité par un fluide de pression (fluide de transmission de pression) séparé dans l'espace du fluide de procédé. De tels appareils sont connus soit par une utilisa- tion préalable soit par des publications. Leur structure méca- nique de base est décrite de manière détaillée dans les documents GB-2 065 893 et EP-0 143 702. Indépendamment du type de conversion des signaux mécaniques de différentes pres- sions/pressions en des grandeurs électriques équivalentes selon ces publications antérieures, il est prévu un corps central es- sentiellement cylindrique avec des moyens d'étanchéité appro- priés entre deux capuchons de même type, en forme de coupelle. Ces capuchons sont reliés l'un à l'autre par de nombreux gou- jons précontraints mécaniquement, disposés radialement et vis- sés; la précontrainte mécanique des goujons est choisie pour éviter une perte de pression au niveau du corps central pour la charge de pression statique maximale autorisée. Du fait de cette précontrainte mécanique nécessaire sur le plan des principes, et qui varie d'un appareil à l'autre, on arrive à une précontrainte mécanique du corps cen- tral produisant un décalage dépendant de la précontrainte ou d'une déformation de la courbe caractéristique dépendant de la précontrainte, de la membrane de mesure ou de surcharge qui oc- cupe le plan médian du corps central. En outre, les joints né- cessaires doivent être adaptés dans leur composition en fonction du fluide de procédé et sont en outre soumis à l'usure. Chaque capuchon comporte du côté du corps central, une cavité reliée par les canaux usuellement en forme de per- çage aux branchements par des brides. La distance moyenne des canaux est prédéterminée au niveau des branchements des brides par les normes. Le corps central comporte de manière asymétrique un col auquel est fixée une partie de tête; celle-ci est munie selon le document GB-2 065 893 de moyens pour la conversion de la valeur de mesure, pour le traitement et l'affichage. Le grand nombre de points de jonction étanchent à la pression, nécessaires dans les appareils de mesure de pres- sion connus, nécessite dans les proportions considérables, un usinage de précision avec enlèvement de copeaux pour un grand nombre de pièces. En outre, selon le document WO-88/02107, on connaît un appareil de mesure de pression composé d'un corps de base cylindrique muni d'un côté de brides tangentielles entre les- quelles se trouve le capteur de pression. Cet appareil comporte certes un nombre plus faible de points de jonction étanchent à la pression, mais pour une association mécanique fixe des moyens d'affichage par rapport à la position de l'appareil, le mode de montage est défini. Un problème particulier de tels appareils de mesure équipés d'un système de protection de surcharge est que le cap- teur de différence de pression sensible doit être protégé con- tre l'endommagement en cas de chute de pression unilatérale, pour laquelle la pression statique constitue la différence de pression, ce problème étant celui de la liaison électrique des éléments de capteur et des moyens de traitement des valeurs de mesure en aval. Pour cela on connaît selon le document Hartmann & Braun, Nomenclature 10/15-6.21, édition Octobre 1992 un conver- tisseur de mesure dans lequel la capsule de mesure qui entoure le mécanisme de mesure est suspendue de manière centrale à une membrane de surcharge périphérique, ayant une symétrie de rota- tion et qui est mobile axialement. Le mécanisme de mesure monté de manière mobile sur la membrane de surcharge ou le boîtier, nécessite des lignes de liaison souples et dont la souplesse est effectivement sollicitée; et pour chaque ligne de liaison il faut au moins deux passages électriques étanches à la pres- sion, dont l'un sort du mécanisme de mesure et l'autre sort du boîtier entourant la chambre de pression. En particulier pour des convertisseurs de diffé- rence de pression de mesure à correction automatique, équipés en plus du capteur de différence de pression également d'un capteur de pression absolue et d'un capteur de température pour compenser les erreurs de mesure dépendant de la pression et de la température, il faut des câblages électriques importants qui en outre diminuent la fiabilité. La présente invention a pour but dans le cas d'un convertisseur de différence de pression de mesure, protégé en surcharge, correspondant au type défini ci-dessus, de réduire le nombre des passages électriques étanches à la pression et d'éliminer dans une large mesure des lignes de liaison souples, sollicitées en permanence. A cet effet, l'invention concerne un convertisseur du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que tous les cap- teurs du mécanisme de mesure sont montés sur un unique passage électrique multipolaire en formant avec celui-ci un ensemble intégral. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: - le mécanisme de mesure monté sur le passage est logé dans une cavité du boîtier du mécanisme de mesure, de manière pendu- laire et sans contrainte, la cavité étant fermée par le pas- sage à la manière d'un bouchon, - le fluide de pression qui transmet la pression du procédé est fourni au mécanisme de mesure dans la cavité de manière à ce que, ce dernier, baigne dans le fluide, par l'intermédiaire d'un canal de mesure et le fluide de pression qui transmet la seconde pression de procédé nécessaire pour obtenir une dif- férence de pression, est appliqué au capteur de différence de pression par le passage, - la cavité est logée dans un disque séparateur appartenant au système de protection de surcharge. La présente invention sera décrite ci-après de ma- nière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation re- présenté dans l'unique figure dans laquelle: Les composants principaux du convertisseur de dif- férence de pression de mesure sont représentés en coupe. Le convertisseur de différence de pression de me- sure se compose d'un ensemble central formé de deux disques sé- parateurs 6, 7 entre lesquels se trouve une membrane de surcharge 8 soudée de préférence de manière étanche à la pres- sion. Les surfaces des disques séparateurs 6, 7 tournées vers la membrane de surcharge 8 ont une forme essentiellement con- cave et entourent avec la membrane de surcharge 8, les chambres de fluide de pression, intérieures 22, 23 situées des deux cô- tés de la membrane de surcharge 8. Les surfaces extérieures des disques séparateurs opposées à la membrane de surcharge 8 ont une forme essentiellement concave et sont soudées chaque fois à une membrane de séparation 11, 12 en formant une chambre de fluide sous pression extérieure 27, 28 respective. Les disques séparateurs 6, 7 ont chaque fois un canal central pour le fluide sous pression, reliant la chambre de fluide sous pres- sion intérieure 22, 23 respective à la chambre de fluide sous pression 27, 28 extérieure correspondante; l'élément de volume formé de la chambre intérieure 22, 23 et de la chambre exté- rieure 27, 28 correspondante ainsi que du canal de fluide sous pression, est rempli d'un fluide sous pression essentiellement incompressible. L'ensemble central est monté entre les capuchons 18 et 19 en formant des chambres de pression 24, 25 pour fournir la pression de procédé. Il est en outre prévu un mécanisme de mesure 1, 2, 3 composé des capteurs pour la différence de pression 1, la pression absolue 3 et la température 2; ce mécanisme de mesure est relié par un câble de liaison 26 au moyen de traitement des valeurs de mesure 17. Les moyens de traitement 17 peuvent être complétés de moyens assurant l'affichage. Le mécanisme de me- sure 1, 2, 3 est monté comme ensemble intégral, fermé sur un passage électrique 4. Un tel montage ne comporte aucune liaison électrique sollicitée de manière dynamique. Pour la fixation mécanique, il est prévu une cavité 5 dans un boîtier entourant le mécanisme de mesure 1, 2, 3; le mécanisme de mesure 1, 2, 3 est fixé de manière pendulaire et sans contrainte dans ce boîtier. De manière détaillée il est prévu que le mécanisme de mesure 1, 2, 3 monté dans le passage électrique 4, pénètre sans contact dans la cavité 5; la cavité est fermée à la manière d'un couvercle ou d'un bouchon par le passage électrique 4. De manière avantageuse, les contraintes mécaniques du boîtier du mécanisme de mesure sont absorbées par le passage électrique 4 de sorte que le mécanisme de mesure 1, 2, 3 puisse basculer le cas échéant dans la cavité 5 sans être en con- trainte. Pour appliquer les pressions de procédé au méca- nisme de mesure 1, 2, 3, chaque disque séparateur 6, 7 comporte un canal de mesure 20, 21 excentré, traversé par le fluide sous pression; ce canal est relié au moins indirectement au méca- nisme de mesure 1, 2, 3. Selon une réalisation particulière de l'invention, il est prévu une forme asymétrique pour l'extension axiale des disques séparateurs 6, 7; le disque 6 le plus épais comporte la cavité 5 du mécanisme de mesure 1, 2, 3. Le canal de mesure 21 du disque séparateur 6 constitue une liaison directe de la chambre intérieure 22 correspondante et de l'intérieur de la cavité 5 de sorte que le mécanisme de mesure 1, 2, 3 est baigné de fluide sous pression dans la cavité 5. Pour relier le méca- nisme de mesure 1, 2, 3 au canal de mesure 20 du disque sépara- teur 7, il est prévu un tube 13 traversant le passage 4. Le premier côté du capteur de différence de pression 1 est chargé par le fluide sous pression entourant le capteur à la pression du procédé venant dans la chambre de pression 24 du capuchon 18. Le second côté du capteur de différence de pression 1 est relié par le tube 13, par une bride 14 soudée au disque sépara- teur 7 et recevant la pression de procédé de la chambre de pression 25 du capuchon 19. Le capteur de pression absolue 3 est complètement baigné par le fluide sous pression entourant le disque séparateur 6; il mesure la pression absolue régnant dans la chambre de pression 24. Le capteur de température 2 me- sure la température à proximité immédiate du capteur de pres- sion absolue 3 et du capteur de différence de pression 1. Le mécanisme de mesure est rempli chaque fois par des ajutages de remplissage 15, 16 associés à une chambre de pression avec du fluide fonctionnant comme fluide sous pression (ou fluide de transmission de pression). Il peut en outre être prévu de placer des goujons 9, 10 dans les canaux de fluide de pression, en formant un in- tervalle annulaire. Les goujons 9, 10 sont soudés aux côtés tournés vers la membrane de surcharge 8, aux disques sépara- teurs 6, 7. Cet intervalle annulaire entre les perçages et les goujons évite qu'en cas d'explosion à l'intérieur du convertis- seur de mesure, les flammes dans les chambres de pression 24, 25 remplies de gaz de procédé et fermées par les capuchons 18 et 19 ne puissent passer. Les capteurs 1, 2, 3 sont fixés sur le passage 4 et ne se déplacent pas avec la membrane de surcharge 8. Cela sup- prime toutes les liaisons électriques mobiles entre les cap- teurs 1, 2, 3 et les moyens de traitement des valeurs de mesure 17. En outre, il suffit d'un seul passage électrique 4 étanche à la pression. Les liaisons électriques peuvent ainsi être li- mitées au minimum à l'intérieur du mécanisme de mesure 1, 2, 3 et le nombre de points d'étanchéité est réduit. La membrane de surcharge 8 se compose d'un simple rond plan. Les tensions asymétriques supplémentaires dans la membrane de surcharge 8 par jonction, transformation ou soudage sont ainsi évitées. De plus aucune force n'est transmise par la membrane de surcharge 8 aux capteurs 1, 2, 3 comme cela est le cas pour des convertisseurs de mesure dans lesquels les cap- teurs 1, 2, 3 forment un ensemble monobloc avec la membrane de surcharge 8 ou dans lesquels les capteurs 1, 2, 3 sont soudés à la membrane de surcharge à l'aide d'un passage. Le capteur de pression absolue 3 détecte la pres- sion statique du fluide de procédé. Le signal de pression sta- tique compense les défauts dépendants de la pression pour le capteur de différence de pression 1. Les défauts ou erreurs dé- pendant de la température pour les capteurs de différence de pression 1 sont compensés par le signal du capteur de tempéra- ture 2. Le calcul de la compensation est assuré par un proces- seur appartenant au moyen de traitement des valeurs de mesure 17. Le signal de la pression, statique est également corrigé et le cas échéant il est émis par une ligne de transmission de si- gnaux, non représentée. L'ensemble composé du passage 4 et des capteurs 1, 2, 3 se contrôle facilement avant son montage final. En outre, la saisie de la température à proximité des capteurs 1, 2 est avantageuse pour éviter les erreurs dynamiques de température. NOMENCLATURE 1 Capteur de différence de pression 2 Capteur de température 3 Capteur de pression absolue 4 Passage Cavité 6,7 Disques séparateurs 8 Membrane de surcharge 9,10 Goujons 11, 12 Membranes de séparation 13 Tube 14 Bride ,16 Ajutages de remplissage 17 Moyen de traitement des valeurs de mesure 18,19 Capuchons ,21 Canal de mesure 22,23 Chambres intérieures de fluide sous pression 24,25 Chambres de pression 26 Câble de liaison 27, 28 Chambres extérieures de fluide sous pression R E V E N D I C A T IONS 1 ) Convertisseur de différence de pression de mesure compre- nant un système de protection de surcharge pour un mécanisme de mesure avec au moins un capteur dans lequel le mécanisme de me- sure est relié à des moyens de traitement des valeurs de mesure par des passages électriques étanches à la pression, et le mé- canisme de mesure est sollicité par un fluide de pression (fluide de transmission de pression) séparé dans l'espace du fluide de procédé, caractérisé en ce que tous les capteurs (1, 2, 3) du mécanisme de mesure sont montés sur un unique passage électrique (4) multipolaire en formant avec celui-ci un ensemble intégral. 2 ) Convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mécanisme de mesure (1, 2, 3) monté sur le passage (4) est logé dans une cavité (5) du boîtier du mécanisme de mesure, de manière pendulaire et sans contrainte, la cavité (5) étant fer- mée par le passage (4) à la manière d'un bouchon. 3 ) Convertisseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fluide de pression qui transmet la pression du procédé est fourni au mécanisme de mesure (1, 2, 3) dans la cavité (5) de manière à ce que, ce dernier, baigne dans le fluide, par l'intermédiaire d'un canal de mesure (21) et le fluide de pres- sion qui transmet la seconde pression de procédé nécessaire pour obtenir une différence de pression, est appliqué au cap- teur de différence de pression (1) par le passage (4). 4 ) Convertisseur selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la cavité (5) est logée dans un disque séparateur (6) apparte- nant au système de protection de surcharge.