Brevet FR2782556A1 — publié le 20000225

DISPOSITIF DE MESURE DE PRESSION A COMPENSATION THERMIQUE A LECTURE DIRECTE L'invention concerne des dispositifs de mesure de pression, tels que des manomètres, en particulier des baromètres, qui n'utilisent pas, de préférence, du mercure. De tels baromètres sont appelés quelquefois des sympiésomètres. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Différents types de baromètres sont utilisés dans les lieux de résidence. Le premier type est le baromètre anéroiïde qui fait usage d'un soufflet métallique qui entraîne un indicateur par l'intermédiaire d'un mécanisme de conversion. L'autre type de baromètre est le baromètre à mercure. Les baromètres à mercure peuvent être réalisés de façon très élégante, mais l'usage du mercure est à déconseiller étant donné sa toxicité. Un autre type de baromètre qui ne fait pas usage de mercure est quelquefois connu sous l'appellation de sympiésomètre, tel que par exemple le "Tendency barometer" distribué par Denis Dingens D.D. Stijlbarometers NV/SA à Bourg-Léopold en Belgique. Ce baromètre comprend un volume de gaz enfermé dans un renflement inversé, qui est partiellement rempli d'un liquide et est relié à un bras d'un tuyau en forme de "U" ou de "J". Un thermomètre à liquide est placé à côté du baromètre et la différence de niveau entre le liquide dans le thermomètre et le liquide dans le tuyau en forme de "U" donne une indication de la pression atmosphérique. Les lectures peuvent être corrigées dans une certaine mesure pour des variations de température par le choix judicieux des matériaux et la nature et le volume du gaz utilisé. Ce type de baromètre ne requiert pas l'usage de mercure, peut dès lors être déplacé plus facilement et présente un risque plus faible de pollution de l'environnement ou pour la santé humaine. En revanche, le baromètre n'est pas facile à lire, et il n'est pas non plus très précis. Le but de l'invention consiste à fournir un dispositif de mesure de pression, en particulier un manomètre ou un baromètre qui donne des valeurs précises et faciles à lire, et qui sont compensées pour des variations de la température ambiante, pour la pression de gaz ou de liquide mesurée à l'extérieur. Un autre but de l'invention consiste à fournir un dispositif de mesure de pression, en particulier un manomètre ou un baromètre, qui peut éviter les problèmes de transport et de toxicité allant de pair avec l'usage du mercure. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention comprend un dispositif de mesure de pression à compensation thermique comprenant: (A) un manomètre à liquide et un thermomètre à liquide, montés de façon à permettre une comparaison de la hauteur de leurs surfaces de liquide et réalisés de façon que l'amplitude du mouvement du niveau de liquide dans le manomètre et dans le thermomètre soit sensiblement égale pour une variation de température à pression constante d'un fluide externe, la hauteur du liquide dans le manomètre étant déterminée par la compression d'un volume de gaz à la pression du fluide externe, et (B) des moyens pour une lecture directe de la pression du fluide externe, compensé en température, en partant de la différence entre les positions relatives des niveaux de liquide respectivement dans le manomètre et le thermomètre. Tant le manomètre que le thermomètre restent fixes pendant la mesure de la pression du fluide externe. L'invention comprend également un dispositif de mesure de pression à compensation thermique comprenant: - (A) un manomètre à liquide et un thermomètre à liquide, montés de façon à permettre une comparaison de la hauteur de leurs surfaces de liquide et réalisés de façon telle que l'amplitude du mouvement du niveau du liquide dans le manomètre et dans le thermomètre soit sensiblement égale pour une variation de température à pression constante d'un fluide externe, la hauteur du liquide dans le manomètre étant déterminée par compression d'un volume de gaz à la pression du fluide externe, et - (B) des moyens de lecture directe de la pression du fluide externe, compensée en température, en partant de la différence des positions relatives des niveaux de liquide respectivement dans le manomètre et le thermomètre. Le baromètre et le thermomètre sont de préférence fixés de façon immobile sur une plaque de support. Ni le thermomètre ni le manomètre ne comprennent, de préférence, de matières toxiques, telle que du mercure. Les moyens de lecture directe peuvent comprendre une échelle coulissante avec un signe de référence, qui peut être amenée à coulissement en alignement avec le niveau de liquide soit dans le thermomètre, soit dans le manomètre. Cette échelle peut être pourvue d'une graduation afin de lire la pression du fluide externe de façon précise à partir du niveau liquide de l'autre élément, c'est-à-dire du manomètre ou du thermomètre. Les moyens de lecture directe peuvent également comporter des capteurs de lumière ou des capteurs de pression, connectés à des moyens électroniques appropriés et à un écran de visualisation et placés de façon à délivrer des signaux de sortie en rapport avec la hauteur du liquide dans le manomètre et respectivement le thermomètre. L'invention comprend également un baromètre à compensation thermique dans lequel le manomètre mesure la pression atmosphérique. Par ailleurs l'invention comprend également d'autres dispositifs de mesure de pression d'un fluide comprenant un manomètre, tels que des appareils de mesure de la pression artérielle, qui utilisent un sac gonflable afin d'exercer une pression sur le bras de la personne, ainsi que d'autres dispositifs pour mesurer la pression de liquide. L'invention sera décrite à présent de façon plus détaillée à l'aide des dessins annexés. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une vue en élévation schématique d'un baromètre conformément à un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 2 est une vue en élévation schématique d'une échelle tournante et coulissante conformément à un autre mode de réalisation de l'invention. La figure 3 est une représentation schématique d'une partie d'un baromètre avec lecture directe conformément à un autre mode de réalisation de l'invention. La figure 4 est une représentation schématique d'une partie d'un baromètre avec lecture directe conformément à un autre mode de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION EXEMPLAIRES L'invention sera décrite en rapport avec des modes de réalisation déterminés et des dessins, I'invention n'étant pas limitée à ceux-ci mais seulement par les revendications. L'invention sera décrite en particulier en rapport avec un baromètre, mais l'invention n'est pas limitée à ceci et concerne n'importe quel dispositif de mesure de la pression d'un fluide comprenant un manomètre, comme par exemple un dispositif de mesure de la pression artérielle d'un être humain, et qui doit être compensé en température. La figure 1 est une vue en élévation schématique d'un baromètre à compensation thermique (TCB) 1 suivant un mode de réalisation de l'invention. Le TCB 1 comprend un thermomètre à liquide 10 et un baromètre à liquide 20, montés sur une plaque de support dure et qui peuvent être placés l'un à côté de l'autre de façon que les surfaces de liquide 12 et 22 respectivement du thermomètre et du baromètre soient tournés vers le milieu de l'appareil. Le baromètre 20 comprend un manomètre 21 et un renflement 24 partiellement rempli d'un certain volume de gaz 28, par exemple de l'air, de l'azote, de l'argon, du néon, de l'hélium ou un autre gaz approprié. Le manomètre 21 est fixé de façon typique au fond du renflement 24 et peut comprendre un tuyau 25 en forme de "U" ou de "J" réalisé, de préférence, en un matériau transparent présentant un coefficient de dilatation faible, tel que du verre, et qui possède une ouverture étroite, typiquement de 1 à 3 mm. Le baromètre 20 peut être pourvu de bulles d'air (non représentées) à différents emplacements dans le tuyau 25. L'extrémité 26 du tuyau 25 qui est éloignée du renflement 24 est ouverte à l'atmosphère lorsque la pression atmosphérique doit être mesurée. Alternativement, il est possible de relier une source de pression d'un fluide externe à l'extrémité 26, par exemple un tuyau qui est relié sous pression au manchon gonflable d'un appareil de mesure de pression artérielle ou à n'importe quel fluide approprié. Une partie du renflement 24 et du tuyau 25 sont remplis d'un liquide approprié 27 avec une pression de vapeur faible, typiquement une huile, par exemple un liquide de silicone tel que du siloxane de phénylméthyle ou analogue. Le liquide 27 possède, de préférence, une pression de vapeur faible, de façon que celle-ci ne s'évapore pas, et qui, de préférence et dans des mesures acceptables, n'absorbe ni humidité ni un gaz quelconque provenant de l'atmosphère, ou qui réagit avec celle-ci, et qui, de préférence, n'est pas toxique ou pas exceptionnellement toxique pour l'environnement, lorsque le baromètre est jeté, ni pour les êtres humains qui passent un temps considérable dans le même espace que le baromètre. Le thermomètre 10 comprend un renflement 14 et un tuyau fermé réalisé, de préférence, en un matériau transparent présentant un coefficient de dilatation thermique faible, par exemple du verre. Un liquide 17 remplit le renflement 14 et s'écoule ensuite dans le trou du tuyau creux 15 lorsque le thermomètre mesure des températures dans une gamme appropriée, par exemple entre 0 C et 50 C pour des baromètres ménagers d'intérieur. Le liquide 17 peut être tout liquide approprié pour un thermomètre, par exemple de l'alcool. Les liquides 17, 27 respectivement du thermomètre 10 et du baromètre 20 peuvent être colorés avec des colorants appropriés, par exemple des colorants d'aniline, de préférence non toxiques, de façon à les rendre facilement lisibles. Comme montré sur la figure 1, le bras du côté intérieur du tuyau et du tuyau 15 sont droits et mutuellement parallèles sur la plus grande partie de la hauteur de l'appareil. A pression atmosphérique constante, des différences de températures engendrent des différences de niveau 22 du liquide 27 dans le baromètre 20, qui sont provoquées principalement par la dilatation du gaz 28 dans le renflement 24. Les variations de niveau peuvent être déterminées par le volume et la nature du gaz 28 dans le renflement 24, en particulier par son coefficient de dilatation thermique, et par la nature du liquide 27, y compris la pression de vapeur du liquide dans le renflement 24 et le coefficient de dilatation thermique de ce liquide, ainsi que le coefficient de dilatation thermique du matériau à partir duquel le renflement 24 et le tuyau 25 sont réalisés et le diamètre du trou du tuyau 25. De façon analogue, les variations de niveau de la surface 12 du liquide 17 dans le thermomètre 10, provoqué par des variations de température, dépendent du coefficient de dilatation thermique du liquide 17 et du matériau du renflement 14 et du tuyau 15, ainsi que du diamètre du trou du tuyau 15. Par un choix judicieux de tous ces paramètres, on peut obtenir qu'à pression constante les variations de hauteur des surfaces de liquide 12 et 22 respectivement du thermomètre 10 et du baromètre 20 soient sensiblement identiques pour chaque variation de température dans une gamme raisonnable. Ainsi, à condition qu'il n'y ait pas de grande différence en pression atmosphérique, les surfaces 12 et 22 des liquides 17 et 27 respectivement dans le thermomètre 10 et le baromètre 20 restent toujours pratiquement à la même position relative l'une par rapport à l'autre, indépendamment de la température ambiante. Une variation dans la position relative des surfaces de liquide 12 et 22 est dans ce cas une indication quant à la variation de la pression atmosphérique. Cette variation des positions relatives des niveaux de liquide 12 et 22 est une variation quantitative et sensiblement linéaire qui peut être utilisée afin de mesurer de façon précise la variation de pression atmosphérique. Un moyen 30 est placé à une position appropriée pour la lecture directe de la pression atmosphérique du niveau 22 du liquide dans le baromètre 20, qui a été compensé en température. Ce moyen 30 peut être une échelle coulissante 34, qui peut être graduée, de préférence, en unités de pression appropriées, telles que des millibars ou des millimètres de mercure. L'échelle 34 est de préférence placée entre le thermomètre 10 et le bras ouvert à l'atmosphère du baromètre 20. L'invention n'est cependant pas limitée à ce mode de réalisation. L'échelle 34 contient de préférence un signe de référence 32 placé, de préférence, à proximité du thermomètre 10 ou du baromètre 20. L'échelle 34 est de préférence coulissable le long d'une tige 36 suivant une direction parallèle aux tuyaux 15 et 25 du thermomètre 10 et respectivement du baromètre 20. La tige 36 peut consister en une barre ou un autre moyen approprié pour le guidage de l'échelle 34 présentant un frottement suffisant, de sorte que l'échelle 34 soit coulissante lorsque une force est utilisée, mais que celle-ci reste fixe lorsque la force est écartée. Les dimensions de l'échelle 34 et les autres dimensions du TCB 1 peuvent être sélectionnées de façon à obtenir la précision de mesure désirée. Afin d'étalonner le TCB 1 à l'origine, le baromètre 20 et le thermomètre 10 sont placés dans une atmosphère présentant une pression connue ou standard. Le signe de référence 32 de l'échelle 34 est amené au niveau de l'un des niveaux de liquide 12, 22 des liquides 17, 27 par le coulissement de l'échelle 34 le long de la tige 36. Le niveau de l'autre niveau de liquide 22, 12 des liquides 27, 17 est noté et la pression connue rapportée à l'échelle 34. Ce processus d'étalonnage est répété pour différentes pressions connues ou standard. Après étalonnage, l'échelle 34 contient des signes étalonnés et des signes intercalés à partir desquels chaque pression atmosphérique peut être lue. Pour l'utilisation du TCB 1 à différentes altitudes, il peut être nécessaire d'utiliser différents étalonnages de l'échelle 34. Une pluralité d'échelles 34 peut être prévue pour le TCB 1, de sorte que le TCB 1 puisse être adapté par l'acheteur à l'altitude de sa situation en déterminant l'échelle exacte 34 appropriée sur l'appareil. Pour des altitudes extrêmes, le TCB 1 est de préférence réalisé de façon à fonctionner de façon précise à de telles altitudes. Lorsqu'il fonctionne, le signe de référence 32 sur l'échelle 34 est amené à l'un des niveaux de liquide 12 ou 22 correspondant par le coulissement de l'échelle 34 le long de la tige 36. Ensuite, la pression atmosphérique est lue directement sur l'échelle 34 depuis la position de l'autre niveau de liquide 22, 12, sans que l'on doive se référer à d'autres échelles ou diagrammes. La température peut également être lue à partir du thermomètre 10. Comme montré sur la figure 1, l'échelle 34 est déplacée de façon que le point de référence 32 se trouve à la même hauteur que le niveau 12 du liquide dans le thermomètre 10. La pression est lue ensuite directement sur l'échelle 34 à l'emplacement 22 du liquide dans le baromètre 20. Pour un appareil TCB 1 d'environ un mètre de hauteur, I'échelle 34 peut être réalisée de façon que celle-ci présente une longueur de 25 cm à partir de l'endroit o la pression atmosphérique peut être lue facilement avec une précision de 0,5 millibar. La figure 2 est une représentation schématique d'une échelle 34 suivant un autre mode de réalisation de l'invention. Plusieurs échelles de pression 31 sont agencées sur une pièce cylindrique 34 qui est aussi bien pivotante que coulissante en longueur le long de la tige 36. Chaque échelle 31 est appropriée à (c'est-à- dire précise pour) une gamme déterminée d'altitudes et l'acheteur de l'appareil tourne le cylindre 34 jusqu'à l'échelle voulue 31 le long du baromètre 20 ou du thermomètre 10. Il est prévu un signe de référence ou une autre structure 32 à une position appropriée du cylindre 34 afin de placer le cylindre 34 sur la tige 36 par rapport à l'un des niveaux de liquide 12, 22 respectivement du thermomètre 10 ou du baromètre 20 afin de lire la pression atmosphérique. Les moyens de lecture directe 30 de la pression atmosphérique suivant la présente invention peuvent également donner une lecture numérique ou analogique. Ainsi qu'il est montré par exemple de façon schématique sur la figure 3, plusieurs capteurs de lumière 38 peuvent être placés sur une longueur appropriée et du côté éloigné du thermomètre et du baromètre 10, 20 à partir d'une source lumineuse. Les capteurs de lumière 38 sont placés de façon telle que l'éclairage général d'une chambre par exemple projette une ombre du liquide 17, 27 respectivement du thermomètre 10 et du baromètre 20 sur les capteurs de lumière 38. Des moyens de lecture électronique appropriés 37 balayent régulièrement les capteurs de lumière 38 afin de déterminer la position à laquelle l'ombre du liquide 17, 27 est jetée sur les capteurs de lumière 38. La lecture des capteurs de lumière donne une indication de la hauteur des niveaux de liquide 12, 22 respectivement dans le thermomètre et le baromètre , 20. La pression atmosphérique peut être calculée à partir de la différence de ces valeurs, par l'utilisation de moyens de traitement électronique appropriés 37 et être représentée sur un dispositif d'affichage analogique ou numérique approprié 39. Par exemple, une matrice de photocapteurs CCD à 1024 éléments standard peut être utilisée pour les capteurs de lumière 38. Pour mesurer une variation de pression maximale de 75 millibars (par exemple entre 975 et 1050 millibars), on obtient un affichage des mesures de pression avec une précision de 0,14 millibar, ce qui est largement suffisant pour un usage ménager normal. Les moyens de lecture directe 30 suivant l'invention peuvent également être donnés par des capteurs de pression 41, 42 comme représenté schématiquement sur la figure 4. A la base des pièces appropriées des tuyaux 15, 25 respectivement du thermomètre et du baromètre 10,20 se trouve un capteur de pression 41 en contact liquide avec le liquide 17 du thermomètre 10 et un capteur de pression 42 est en contact liquide avec le liquide 27 du baromètre 20. Ces capteurs de pression 41, 42 sont des capteurs de basse pression capables de donner une lecture précise des hauteurs de liquide respectivement dans le thermomètre 10 et le baromètre 20. De tels capteurs basse pression peuvent être obtenus auprès de Vega Griesshaber KG en Allemagne. La sortie des capteurs de pression 41, 42 est reliée à des moyens électroniques appropriés 37. Lorsque la sortie des capteurs de pression 41, 42 est constituée de valeurs analogiques, celles-ci peuvent être converties en valeurs numériques au moyen de convertisseurs analogique-numérique dans les moyens électroniques 37. Ces valeurs sont indicatives quant à la hauteur du liquide dans le thermomètre 10 ou le baromètre 20. Par le calcul de la différence en hauteur entre les liquides dans le thermomètre 10 et le baromètre 20, il est possible de déterminer la pression atmosphérique et de reproduire celle-ci sur un dispositif d'affichage analogique ou numérique approprié 39. Par l'agencement des capteurs de pression 41, 42 derrière le baromètre 20 et le thermomètre 10 ou bien à l'intérieur de l'élément le plus volumineux du baromètre 20 et du thermomètre , ces capteurs 41, 42 peuvent être cachés de la vue et ils ne dérangent pas l'apparence généralement élégante du TCB 1. L'invention est décrite à l'aide de modes de réalisation déterminés et des figures, mais l'homme du métier comprendra que des modifications et additions à l'invention, qui restent à I'intérieur de la portée de l'invention comme défini dans les revendications annexées, peuvent être apportées. Par exemple, le thermomètre et le manomètre ont été montrés avec des bras relativement droits, l'échelle 34 se déplaçant de façon linéaire par rapport à ceuxci, mais l'invention n'est pas limitée à ceci et des variations quant à la forme du baromètre et du thermomètre ne sont pas supposées modifier la nature de l'invention. Par exemple, tant le thermomètre que le manomètre pourraient être pourvus de bras courbes évoluant de façon parallèle et l'échelle 34 serait alors coulissante le long d'une trajectoire courbe qui suivrait celle du manomètre et du thermomètre. Par ailleurs, I'invention comprend tout dispositif de mesure de pression basé sur un manomètre. L'extrémité 26 du manomètre 21 peut être reliée à n'importe quelle source de pression de gaz ou de pression de liquide, pour autant que ce liquide soit non miscible avec le liquide 27 du manomètre 21. En particulier, l'invention comprend aussi l'utilisation du manomètre 21 suivant l'invention avec un thermomètre 10 pour la mesure à compensation thermique de la pression artérielle des êtres humains. Dans ce cas, le gaz présent dans le manchon gonflable5 placé autour du bras de la personne dont on mesure la pression est relié à l'extrémité 26 du baromètre 20. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de pression à compensation thermique comprenant: (A) un manomètre à liquide et un thermomètre à liquide, montés de façon à permettre une comparaison de la hauteur de leurs surfaces de liquide et réalisés de façon que l'amplitude du mouvement du niveau de liquide dans le manomètre et dans le thermomètre soit sensiblement égale pour une variation de température à pression constante d'un fluide externe, la hauteur du liquide dans le manomètre étant déterminée par la compression d'un volume de gaz à la pression du fluide externe, et (B) des moyens de lecture de la pression du fluide externe, compensé en température, en partant de la différence entre les positions relatives des niveaux de liquide respectivement dans le manomètre et le thermomètre. 2. Dispositif de mesure de pression à compensation thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de lecture (B) sont des moyens de lecture directe. 3. Dispositif de mesure de pression à compensation thermique selon l'une des revendications I et 2, dans lequel tant le manomètre que le thermomètre sont fixés de façon immobile sur une plaque de support. 4. Dispositif de mesure de pression à compensation thermique selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ni le thermomètre, ni le manomètre ne contient de matières toxiques telles que le mercure. 5. Dispositif de mesure de pression à compensation thermique selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les moyens de lecture contiennent une échelle coulissante présentant un signe de référence, qui peut être amené de façon coulissante sur une ligne avec le niveau de liquide dans le thermomètre ou avec le niveau de liquide dans le manomètre, l'échelle étant graduée de façon que la pression du fluide externe puisse être lue à partir du niveau de liquide du thermomètre ou du manomètre. 6. Dispositif de mesure de pression à compensation thermique suivant la revendication 5, dans lequel l'échelle glisse sur une tige. 7. Dispositif de mesure de pression à compensation thermique selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel les moyens de lecture contiennent une série d'échelles, chaque échelle étant appropriée à une gamme déterminée d'altitudes et étant graduée de façon que la pression du fluide externe puisse être lue à partir du niveau de liquide du thermomètre ou du manomètre. 8. Dispositif de mesure de pression à compensation thermique selon l'une des revendications là 7, dans lequel le manomètre contient un renflement partiellement rempli d'un gaz et un tuyau en forme de "J" ou de "U" du côté inférieur du renflement. 9. Dispositif de mesure de pression à compensation thermique selon la revendication 8, dans lequel le tuyau en forme de "J" ou de "U" se trouve à côté de et en parallèle avec le thermomètre. 10. Dispositif de mesure de pression à compensation thermique selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel les moyens de lecture sont placés entre Ir thermomètre et le baromètre. 11. Dispositif de mesure de pression à compensation thermique selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel ce dispositif de mesure de pression est un baromètre.