Brevet FR2745378A1 — publié le 19970829

l Description. L'invention concerne un convertisseur de différence de pression de mesure comprenant un système de protection de surcharge pour un mécanisme de mesure dans lequel le boîtier du5 mécanisme de mesure est entouré essentiellement de manière sy- métrique par deux disques séparateurs reliés solidairement avec interposition d'une membrane de surcharge, et entourés par une paire de capuchons en formant deux chambres de pression pour fournir les pressions de procédé, dans lequel:10 - les faces des disques séparateurs tournées vers la membrane de surcharge sont réalisées avec une forme essentiellement concave en formant des chambres intérieures de fluide sous pression, - les disques séparateurs sont traversés perpendiculairement au plan de la membrane de surcharge en formant chaque fois un canal de fluide sous pression, - chaque chambre de pression est rendue étanche par une mem- brane de séparation mobile axialement, par rapport à la ron- delle de séparation, de forme essentiellement concave, en constituant chaque fois une chambre extérieure de fluide sous pression, - chaque fois la chambre de fluide sous pression, intérieure, appartenant à un disque séparateur est reliée par le canal de fluide sous pression à la chambre extérieure de fluide sous pression et ces chambres sont remplies d'un fluide sous pres- sion essentiellement incompressible. De tels appareils sont décrits de manière détaillée soit par leur utilisation connue, soit sous la forme de publi- cation. Leur structure mécanique de base est décrite de manière détaillée dans les documents GB-2 065 893 et EP 0 143 702. In- dépendamment du type de conversion des signaux mécaniques de différences de pression/pression en des grandeurs électriques équivalentes, selon ces publications antérieures, il est prévu un corps central essentiellement cylindrique inclut avec des moyens d'étanchéité appropriés entre deux capuchons de même type, en forme de coupelle. Ces capuchons sont reliés l'un à l'autre par de nombreux goujons précontraints mécaniquement, disposés radialement; 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 au- torisée. 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-10 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 brides. La distance moyenne de ces 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 étanches à la pression nécessaires dans les appareils de mesure de pression connus, nécessite dans les proportions considérables, un usi- nage de précision avec enlèvement de copeaux pour un grand nom- bre 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 tangentes entre lesquelles 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 est celui du système de protection contre la surcharge appliqué au capteur de pression différentielle, sensible, en cas de chute unilatérale de la pression, lorsque la pression statique constitue la pression différentielle car il faut protéger ce capteur de pression contre les endommagements. Pour cela, selon le document Hartmann & Braun, liste 10/15-6.21, édition octobre 92, on connaît un convertis- seur de mesure dans lequel la capsule de mesure comprenant le mécanisme de mesure est suspendue centralement, de manière mo- bile axialement à une membrane de surcharge, périphérique, sy- métrique en rotation. Toutefois, en pratique, un tel système de protection contre la surcharge de défauts de mesure dépendant de la pression statique, notamment pour de faibles pressions différentielles, fait que les déformations croissantes du boî- tier en fonction de la pression statique, et qui se développent par l'intermédiaire de la membrane de surcharge au mécanisme de mesure, sont commandées très largement de manière individuelle en fonction du mécanisme de mesure, pour les tolérances, du fait des procédés de jonction thermique. La présente invention a ainsi pour but de dévelop- per le système de protection de surcharge d'un convertisseur de mesure de pression différentielle correspondant au type défini ci-dessus pour éviter les influences parasites par des con- traintes radiales dépendant de la pression absolue dans les moyens du système de protection agissant sur le mécanisme de mesure. Ce problème est résolu selon l'invention en ce que: - le mécanisme de mesure est monté mobile de manière pendulaire dans une cavité du boîtier du mécanisme de mesure et y est logé sans contrainte et, - chaque disque séparateur comporte un canal de mesure tué dans une position excentrée et traversé par du fluide sous pres- sion, ce canal étant relié au moins indirectement au méca- nisme de mesure. Selon des développements avantageux de l'inven- tion: - les disques séparateurs ont une forme asymétrique dans leur extension axiale, - le disque séparateur le plus épais comporte la cavité du mé- canisme de mesure et, - le mécanisme de mesure est relié au disque séparateur qui l'entoure de la chambre intérieure de fluide sous pression, directement par le canal de mesure et par le canal de mesure du second disque séparateur par un tube. - le canal de fluide sous pression de chaque disque séparateur est muni chaque fois d'un goujon qui en formant un intervalle annulaire est relié au moins d'un côté aux disques sépara- teurs correspondants. La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans le dessin dans lequel l'unique figure montre en coupe, les composants principaux d'un convertisseur de mesure de pression différen- tielle décrite. Le convertisseur de pression de mesure différen- tielle se compose d'un ensemble central formé de deux disques de séparation 6, 7 entre lesquels se trouve une membrane de surcharge 8 de préférence soudée de manière étanche à la pres- sion. Les surfaces des disques de séparation 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 intérieures 22, 23 de pression, se trouvant de chaque côté de la membrane de surcharge 8. Les surfaces extérieures des dis- ques de séparation, opposées à la membrane de surcharge 8, de forme essentiellement concave sont chacune soudées à une mem- brane de séparation 11, 12 en formant chaque fois une chambre de fluide sous pression 27, 28 extérieure. Les disques de sépa- ration 6, 7 ont un canal central de fluide sous pression pour relier les chambres intérieures correspondantes 22, 23 avec les chambres extérieures correspondantes 27, 28 pour le fluide sous pression; chaque volume formé d'une chambre intérieure 22, 23 et de la chambre extérieure 27, 28 correspondante pour le fluide sous pression et le canal associé de fluide sous pres- sion sont remplis d'un fluide sous pression essentiellement in- compressible. L'ensemble central est monté entre les capuchons 17 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 de capteurs pour la pression différentielle 1, la pression absolue 3 et la température de capteur 2; ce méca- nisme est relié par un câble de liaison 26 à des moyens de traitement 17 des valeurs de mesure. Les moyens de traitement des valeurs de mesure 17 peuvent être complétés par des moyens assurant l'affichage des valeurs de mesure. Le mécanisme de me- sure 1, 2, 3 constitue un ensemble intégral, fermé sur lui- même, et monté dans un passage électrique 4. Pour la fixation mécanique, il est prévu une cavité dans un boîtier de mécanisme de mesure 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 ma- nière détaillée il est prévu que le mécanisme de mesure 1, 2, 3 monté sur le passage électrique 4 plonge sans contact dans la cavité 5; cette cavité 5 est fermée comme un couvercle ou 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 le cas échéant basculer dans la cavité 5 tout en restant hors contraintes. Pour fournir les pressions de procédé au mécanisme de mesure 1, 2, 3, chaque disque de séparation 6, 7 est muni d'un canal de mesure 20, 21, excentré, traversé par le fluide de pression; ce canal est relié au moins indirectement au mé- canisme de mesure 1, 2, 3. Selon une réalisation particulière de l'invention, les disques de séparation 6, 7 sont de forme asymétrique pour leur extension axiale et le disque 6 le plus épais comporte la cavité 5 recevant le mécanisme de mesure 1, 2, 3. Le canal de mesure 21 du disque séparateur 6 constitue une liaison directe pour la chambre de fluide sous pression 22, intérieure, corres- pondante, avec l'intérieur de la cavité 5 de sorte que le méca- nisme de mesure 1, 2, 3 est rincé par le fluide de pression dans la cavité 5. Pour relier le mécanisme de mesure 1, 2, 3 au canal de mesure 20 dans le disque séparateur 7, un tube 13 tra- verse le passage 4. Le premier côté du capteur de différence de pression 1 est chargé par le fluide sous pression entourant le capteur et donnant la pression du procédé à partir de la cham- bre 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 séparateur 7 et reçoit la pression de procédé de la chambre de pression 25 du capuchon 19. Le capteur de pression absolue 3 est complètement baigné dans le fluide sous pression qui entoure le disque séparateur 6 et il mesure la pression absolue dans la chambre de pression 24. Le capteur de pression 2 mesure la température à proximité immédiate du capteur de pression absolue 3 et du capteur de différence de pression 1. Le mécanisme de mesure est rempli chaque fois par un fluide constituant le fluide de pression par un branchement de remplissage 15, 16 prévu dans une chambre de pression. Selon un développement de l'invention, les goujons 9, 10 sont placés dans les canaux de fluide sous pression en formant un intervalle annulaire. Les goujons 9, 10 sont soudés aux disques de séparation 6, 7 du côté tourné vers la membrane de surcharge 8. Cet intervalle annulaire entre le perçage et les goujons évite qu'en cas d'explosion à l'intérieur du con- vertisseur de mesure, des flammes passent dans les chambres de pression 24, 25 remplies du gaz de procédé et entourées par les capuchons 18, 19. 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 toute liaison électrique mobile entre les capteurs 1, 2, 3 et les moyens de traitement 17 des valeurs de mesure. En ou- tre, il suffit d'un seul passage électrique 4 étanche à la pression. Cela permet de limiter au minimum les liaisons élec- triques à l'intérieur du mécanisme de mesure 1, 2, 3 et d'avoir moins de zones d'étanchéité. La membrane de surcharge 8 se compose d'un simple rond plan. De plus, on évite les tensions asymétriques dans la membrane de surcharge 8, par des procédés d'assemblage de transformation ou de soudage. En outre, aucun effort n'est transmis par la membrane de surcharge 8 aux capteurs 1, 2, 3 comme cela est le cas pour les convertisseurs de mesure dans lesquels les capteurs 1, 2, 3 forment avec la membrane de sur- charge 8, un ensemble intégral ou dans lesquels les capteurs 1, 2, 3 sont soudés par l'intermédiaire d'un passage à la membrane de surcharge. Lors de chocs de pression provoqués par exemple par la chute brusque dans la chambre de pression 25, la pression du gaz de procédé dans la chambre de pression 24 provoque la dé- formation de la membrane de séparation 11 en direction de la chambre de pression 25 opposée, jusqu'à ce que sa surface du côté du disque de séparation s'applique contre la surface de la membrane de séparation 6. Le volume de la chambre de fluide sous pression 27, extérieure, correspondante est alors réduit à zéro. Le fluide sous pression contenu dans la chambre de fluide sous pression 27 extérieure traverse alors la barrière de flam- mes formée par l'intervalle annulaire restant entre le canal de fluide sous pression et le goujon 9 logé dans celui-ci, vers la chambre de fluide sous pression intérieure 22 correspondante; la membrane de surcharge 8 est ainsi déformée en direction de20 la rondelle de séparation 7. De manière efficace, la pression de la membrane de séparation 11 est transmise par la barrière de flammes agissant comme élément d'amortissement vers la membrane de surcharge 8 puis par un canal de mesure 21, séparé vers les capteurs 1, 2, 3; la chambre de fluide sous pression 22 fonctionne alors comme accumulateur tampon. Cela signifie que les chutes de pression agissent tout d'abord sur la membrane de surcharge 8 puis seulement par l'intermédiaire des canaux de mesure 21 sur le capteur de différence de pression 1, sensible. Le capteur de pression absolue 3 détecte la pres- sion statique du fluide de procédé. Le signal pour la pression statique compense les défauts du capteur de différence de pres- sion 1, et qui dépendent de la pression. Les erreurs dépendant de la température pour le capteur de différence de pression 1, sont compensées par le signal du capteur de température 2. Le calcul des compensations se fait avec un processeur appartenant aux moyens de traitement des valeurs de mesure 17. Le signal de la pression statique est également corrigé et en cas de néces- sité, il est émis par des lignes de transmission de signaux, non représentées. L'ensemble formé du passage 4 et des capteurs 1, 2, 3 se contrôle facilement avant son montage définitif. En outre, la saisie de la température à proximité des capteurs 1 et 2 est avantageuse pour éviter des erreurs de température de type dy- namique. 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 dans lequel le boîtier du mécanisme de mesure est entou- ré essentiellement de manière symétrique par deux disques sépa- rateurs reliés solidairement avec interposition d'une membrane de surcharge, et entourés par une paire de capuchons en formant deux chambres de pression pour fournir les pressions de procé- dé, dans lequel:10 - les faces des disques séparateurs tournées vers la membrane de surcharge sont réalisées avec une forme essentiellement concave en formant des chambres intérieures de fluide sous pression, - les disques séparateurs sont traversés perpendiculairement au plan de la membrane de surcharge en formant chaque fois un canal de fluide sous pression, - chaque chambre de pression est rendue étanche par une mem- brane de séparation mobile axialement, par rapport à la ron- delle de séparation, de forme essentiellement concave, en constituant chaque fois une chambre extérieure de fluide sous pression, - chaque fois la chambre de fluide sous pression, intérieure, appartenant à un disque séparateur est reliée par le canal de fluide sous pression à la chambre extérieure de fluide sous pression et ces chambres sont remplies d'un fluide sous pres- sion essentiellement incompressible, caractérisé en ce que - le mécanisme de mesure (1, 2, 3) est monté mobile de manière pendulaire dans une cavité (5) du boîtier du mécanisme de me- sure et y est logé sans contrainte et, - chaque disque séparateur (6, 7) comporte un canal de mesure (20, 21) situé dans une position excentrée et traversé par du fluide sous pression, ce canal étant relié au moins indirec- tement au mécanisme de mesure (1, 2, 3). 2 ) Convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que - les disques séparateurs (6, 7) ont une forme asymétrique dans leur extension axiale, - le disque séparateur (6) le plus épais comporte la cavité (5) du mécanisme de mesure (1, 2, 3) et, - le mécanisme de mesure (1, 2, 3) est relié au disque sépara- teur (6) qui l'entoure de la chambre intérieure de fluide sous pression (22), directement par le canal de mesure (23) et par le canal de mesure (22) du second disque séparateur (7) par un tube (13). 3 ) Convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que - le canal de fluide sous pression de chaque disque séparateur (6, 7) est muni chaque fois d'un goujon (9, 10) qui en for- mant un intervalle annulaire est relié au moins d'un côté aux disques séparateurs (6, 7) correspondants. _