Brevet FR2807514A1 — publié le 20011012

DESCRIPTION "Capteur de mesure d'une grandeur physique" La présente invention concerne un capteur de mesure d'une grandeur physique. On connaît d'après le FR-A-2 772 913 un capteur de mesure comprenant un organe d'influence monté pour se déplacer sous l'effet des variations de la grandeur physique à mesurer, par exemple une pression. Un composant sensible aux déplacements de l'organe d'influence est monté sur une plaquette, par exemple une plaquette de circuit imprimé, qui est supportée dans le corps d'une manière qui est réglable à des fins de calibrage. Pour le calibrage, on soumet le capteur à un niveau prédéterminé de la grandeur physique à mesurer et on positionne la plaquette de façon que le composant fournisse le signal de sortie voulu pour ce niveau de la grandeur physique. Ce capteur de mesure présente l'avantage d'avoir une structure très simple et particulièrement peu coûteuse. Il nécessite par contre, pour son calibrage, de régler avec précision la position de la plaquette portant le composant. En outre, le calibrage n'est réalisé que pour un seul point. Le but de l'invention est de réaliser un capteur du genre indiqué au début dont le calibrage soit plus facile à réaliser industriellement et dont le signal de sortie soit plus précis. Suivant l'invention, le capteur de mesure d'une grandeur physique, comprenant un corps, un organe d'influence monté pour se déplacer dans le corps sous l'effet des variations de la grandeur à mesurer, et un composant subissant une influence variable en fonction des déplacements de l'organe d'influence, le composant étant monté sur une plaquette fixée dans le corps et supportant des raccordements du composant, est caractérisé en ce que le composant est d'un type susceptible d'un calibrage préalable de la courbe de réponse définissant le signal de sortie du capteur en fonction de la grandeur physique à mesurer. Ainsi, on peut conserver la structure très simple connue du FR-A-2 772 913 antérieur, dont le montage peut également être très simple, mais on n'a plus l'obligation de réaliser des manipulations d'ordre mécanique pour régler la position de la plaquette en vue d'un calibrage. Le calibrage s'effectue en modifiant la courbe de réponse du composant. En utilisant certains composants disponibles dans le commerce, le calibrage peut concerner par exemple deux points différents de la courbe de réponse et ainsi définir par exemple une courbe linéaire parfaitement déterminée. L'invention a l'avantage de proposer un calibrage qui prend en compte à la fois les tolérances sur la partie mécanique du capteur qui convertit la grandeur physique à mesurer en un déplacement de l'organe d'influence, les tolérances sur le positionnement du composant sensible par rapport à l'organe d'influence, et même les tolérances sur la courbe de réponse du composant puisque cette courbe de réponse est fixée à volonté par la personne ou l'automate opérant le calibrage. D'une manière générale, l'invention procure ainsi un capteur ayant, grâce à sa capacité d'étalonnage, une excellente précision, et qui est très bon marché à la fabrication grâce à sa structure simple et à son mode d'étalonnage s'intégrant aisément dans un processus industriel. Par sa précision et son coût, un tel capteur est particulièrement approprié pour des applications "grand public", par exemple comme organe de sécurité ou de régulation dans un circuit de chauffage central ou de production d'eau chaude domestique. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci- après, relative à des exemples non-limitatifs. Aux dessins annexés - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un capteur de pression selon l'invention; - les figures 2 et 3 sont des vues en coupe suivant II-II et respectivement III-III de la figure 1; - la figure 4 est une vue en coupe axiale d'un capteur de débit selon l'invention, au repos, selon IV- IV de la figure 5; - la figure 5 est une vue de dessus du capteur de la figure 4; - la figure 6 est une vue analogue à la figure 4 mais montrant le capteur activé par un débit de fluide; et - la figure 7 est une vue en coupe axiale d'un troisième mode de réalisation du capteur. Dans l'exemple représenté aux figures 1 à 3, le capteur comprend un corps 1 de forme générale cylindrique comprenant une embase 2 et un corps principal 3. L'embase 2 a une configuration tubulaire se terminant, du côté opposé au corps principal 3, par un embout fileté extérieurement 4, vissable de manière étanche dans un raccord 6 d'une enceinte 7 qui n'est représentée qu'en trait mixte. Dans le présent exemple relatif à un capteur de pression, l'enceinte 7 contient le fluide dont la pression est à mesurer. L'enceinte 7 peut par exemple être constituée par une tuyauterie d'un circuit d'eau chaude dans une installation de chauffage central. A son extrémité adjacente au corps principal 3, l'embase 2 est terminée par une lèvre de sertissage 8 ayant une extrémité 9 rabattue contre une face arrière 11 d'une collerette de sertissage 12 du corps principal 3. Une membrane d'étanchéité 13 est pincée de manière étanche, sur tout son pourtour, entre la face avant 14 de la collerette 12 et un épaulement intérieur 16 de l'embase 2. La lèvre de sertissage 8 est raccordée au bord radialement extérieur de l'épaulement 16. Le liquide présent dans l'enceinte 7 peut ainsi pénétrer dans l'embase 2 sans dépasser la limite formée par la membrane d'étanchéité 13. Le corps principal 3 présente une cavité axiale de forme générale cylindrique 17. Du côté de l'embase 2, la cavité axiale 17 est fermée par la membrane 13. Un organe mobile 18, analogue à un piston, est monté mobile dans la cavité 17. L'organe mobile 18 est fixé d'une manière non-représentée, par exemple par collage, à la face de la membrane 13 tournée vers le corps principal 3 et donc opposée à la face en contact avec le fluide. Un ressort de compression 19 est inséré axialement entre l'organe mobile 18 et un fond 21 de la cavité 17, opposé à la membrane 13. Ainsi, la pression exercée par le fluide sur la membrane 13 tend à déplacer l'organe mobile 18 vers le fond 21 de la cavité 17 à l'encontre de l'action de rappel du ressort de compression 19. Sur sa face tournée vers le fond 21 de la cavité 17, l'organe mobile 18 porte rigidement un organe d'influence 22 constitué par un aimant permanent. Par ailleurs, le capteur comprend un composant 23 qui est monté dans la cavité 17 face à l'aimant permanent 22. L'aimant 22 se trouve en position centrale sur la face de l'organe mobile 18 tournée vers le fond 21 de la cavité. Dans l'exemple décrit où l'organe d'influence 22 est un aimant permanent, le composant 23 est typiquement un détecteur à effet Hall. Le composant 23 est monté sur une plaquette 24 fixée dans le corps principal 3. S'agissant d'un composant électrique 23 dans l'exemple décrit, la plaquette est une plaquette de circuit imprimé. La plaquette de circuit imprimé 24 est montée selon un plan sensiblement parallèle à l'axe 26 de la cavité 17, lequel correspond à la direction de déplacement de l'équipage mobile comprenant l'organe d'influence 22, l'organe mobile 18 et la partie de la membrane 13 à laquelle l'organe mobile 18 est fixé. La plaquette de circuit imprimé 24 possède une forme allongée parallèlement à l'axe 26 et présente une extrémité 27 dirigée vers l'organe mobile 18 et plus particulièrement vers l'organe d'influence 22. Le composant 23 est fixé sur la plaquette de circuit imprimé 24 au voisinage de l'extrémité 27 et sur la face 28 de la plaquette qui est tournée vers l'axe 26. Ainsi, l'axe 26 traverse le composant 23, comme le montre plus particulièrement la figure 2. Pour son montage dans le corps 1, la plaquette de circuit imprimé 24 est engagée dans une fente 29 (voir aussi figure 3) ayant une forme générale rectangulaire aplatie correspondant au profil de la plaquette 24. La fente 29 est formée dans une paroi de fermeture 31 du corps principal 3. La paroi 31 ferme la cavité 17 du côté opposé à l'organe mobile 18 et porte en particulier la face de fond 21 mentionnée précédemment. La plaquette 24 comprend ainsi une région 241 engagée dans la fente 29, une région 242 faisant saillie dans la cavité 17 et portant le composant 23, et une région 243 dépassant de la paroi 31 du côté opposé à la cavité 17 dans un évidement 32 ménagé dans l'extrémité du corps principal 3 du côté opposé à l'embase 2. Le corps principal 3 comporte en outre dans la paroi 31 un alésage taraudé 33 qui s'étend perpendiculairement au plan de la plaquette 24 depuis l'extérieur du corps principal 3 jusqu'à travers une face de la fente 29. Une vis de serrage 34 vissée dans l'alésage 33 possède une tête 36 accessible de l'extérieur du corps principal 3, et une extrémité de serrage 37 qui vient s'appuyer contre la face 28 de la plaquette 24. La vis 34 immobilise ainsi la plaquette 24 dans la fente 29 dans une position choisie à volonté le long d'une direction de coulissement parallèle à l'axe 26 et à la direction de déplacement de l'organe mobile 18 et de l'organe d'influence 22. Le composant comprend, en association avec un organe sensible au champ magnétique, un circuit électronique permettant de programmer la courbe de réponse déterminant le signal de sortie électrique du composant en fonction de l'influence qu'il subit de la part de l'organe d'influence. Le composant 23 est par exemple un circuit intégré HAL 800 UT disponible auprès de MICRONAS INTERMETALL et qui offre une courbe de réponse linéaire. Le calibrage consiste à réaliser deux situations différentes d'influence sur le composant 23 et à enregistrer dans une mémoire du circuit électronique du composant les deux tensions respectives que l'on souhaite obtenir pour ces deux situations. Dans l'application à l'exemple des figures 1 à 3 de mise en #uvre de la présente invention, le calibrage consiste à établir successivement deux pressions différentes contre la membrane 13, et à programmer la tension respectivement désirée en sortie pour chacune de ces deux pressions. Le calibrage ainsi réalisé compense à lui seul les tolérances sur la surface utile de la membrane 13, le poids apparent de l'organe 18 car le calibrage peut être réalisé avec le capteur placé dans l'orientation de service, la raideur du ressort 19, l'aimantation de l'aimant 22, le positionnement de la plaquette 24, et la sensibilité du composant 23. Le composant 23 comporte des broches 38 qui traversent des trous correspondants formés dans la plaquette 24. Les broches 38 sont raccordées par des soudures 39 à des plages conductrices 41 formées sur la face 42 de la plaquette 24 opposée à la face 28 portant le composant 23. Dans l'exemple représenté où le composant 23 est un détecteur à effet Hall, celui-ci comporte par exemple trois broches 38, à savoir deux pour son alimentation et une pour le signal fourni. I1 y a ainsi trois plages 41 (figure 3) qui consistent en trois lignes conductrices isolées l'une de l'autre et s'étendant chacune de la broche correspondante située dans la zone 242 de la plaquette 24 à la zone 243 située dans l'évidement 32 en parcourant toute 1a longueur de la zone 241 située dans la fente 29. L'une des broches 38 peut également servir à introduire les signaux de programmation des deux niveaux de tension précités lors du calibrage. L'évidement 32 est destiné à recevoir un connecteur électrique (non-représenté) comportant trois contacts individuels raccordés chacun à l'une des plages 41. Par conséquent, dans l'exemple préféré qui est représenté, la plaquette de circuit imprimé 24 ne sert qu'à supporter le composant 23 dans le corps 1 et à raccorder électriquement le composant 23 avec l'extérieur. Le fond 21 de la cavité 17 porte une jupe axiale 44 qui entoure la région 242 de la plaquette 24. L'extrémité libre 27 de 1a plaquette 24 est axialement en retrait par rapport à l'extrémité libre 46 de la jupe 44. L'extrémité libre 46 forme butée pour une région annulaire 47 de l'organe mobile 18 qui entoure l'aimant 22. Lorsque la pression régnant dans le fluide atteint ou dépasse le maximum pour lequel le capteur est opérationnel, la région annulaire 47 de l'organe mobile 18 vient s'appuyer contre l'extrémité libre 46 de la jupe 44. Ceci empêche l'organe mobile 18 ou tout élément qu'il porte, tel que l'organe d'influence 22, de venir même indirectement en contact avec la plaquette de circuit imprimé 24 ou tout élément qu'elle porte et en particulier avec le composant 23. En outre, la jupe 44 est entourée par une partie du ressort hélicoïdal 19 et contribue au centrage du ressort 19. La jupe 44 empêche toute interférence mécanique entre les spires du ressort 19 et la région 242 de la plaquette de circuit imprimé 24 ainsi qu'avec le composant 23. La région annulaire 47 de l'organe mobile 18 constitue le sommet d'un bossage 48 servant au centrage de l'extrémité adjacente du ressort 19. De préférence, le corps principal 3 est réalisé en matière isolante telle qu'une matière plastique dure pour éviter tout risque que les plages 41 de la plaquette 24 soient mises en court-circuit par la face adjacente de la fente 29. Comme représenté à la figure 3, cette face peut cependant présenter des rainures 49 recevant chacune l'une respective des plages 41. Les rainures 49 protègent les plages 41 de la pression mécanique exercée indirectement par la vis d'immobilisation 34, et de la friction pendant les opérations de montage. L'embase 2 peut être réalisée en métal propice à la déformation de la lèvre 8 pour le sertissage sur la collerette 12 du corps principal 3. Il est préférable que l'embase 2, le corps principal 3 et l'organe mobile 18 soient réalisés en matériaux amagnétiques pour éviter toute interaction indésirable avec l'aimant 22. En fonctionnement, l'organe mobile 18 prend le long de l'axe 26 une position qui est fonction de la pression régnant dans le fluide occupant l'enceinte 7. La membrane d'étanchéité 13 se déforme de manière correspondante. Le détecteur à effet Hall 23 fournit, sur l'une des plages 41, un signal qui dépend de la distance entre l'organe d'influence 22 et le détecteur 23. Grâce au calibrage, ce signal est dans une relation de proportionnalité connue avec la pression régnant dans le fluide. L'exemple représenté aux figures 4 à 6 ne sera décrit que pour ses différences par rapport au précédent. Le capteur 51 est un capteur de débit monté dans un corps tubulaire 53 destiné à être traversé par le fluide dont le débit est à mesurer. Le corps 53 est destiné à être inséré suivant un axe vertical dans un trajet du fluide de manière que l'écoulement soit ascendant à travers le corps 53, comme illustré par une flèche 52 à la figure 6. A chacune de ses extrémités, le corps 53 est muni de moyens de raccordement étanche, non davantage représentés, avec l'extrémité correspondante du reste du trajet du fluide (non représenté). Un insert fixé dans le conduit 55 défini par le corps 53 comprend un guide tubulaire axial 56 s'étendant entre deux douilles 57, 60 serties dans 1e conduit 55 et solidaires du guide 56. La douille supérieure 60 présente un alésage tronconique 62 évasé ver le haut. L'organe mobile 58 comprend une tige 54 guidée en coulissement axial dans le guide 56 , et un épanouissement 63 engagé dans l'alésage tronconique. L'écoulement passe à l'intérieur de la douille 57, autour du tube 56 puis dans la fente annulaire entre l'épanouissement 63 et l'alésage 62. L'organe mobile 58 est rappelé vers le bas par son propre poids et par un ressort de compression 59 inséré entre la base du tube 56 et une rondelle d'arrêt 61 portée par la tige 54 au voisinage de son extrémité inférieure. Suivant un principe classique pour la mesure d'un débit, plus le débit à mesurer est grand et plus l'organe mobile 58 est déplacé axialement vers le haut, c'est à dire vers la région la plus large de l'alésage 62, correspondant à une plus grande section de passage pour le fluide autour de l'épanouissement 63, sous l'action des forces hydrodynamiques créées par l'écoulement, et à l'encontre du rappel exercé vers le bas par le poids de l'équipage mobile et par la force du ressort de rappel 59. La face supérieure de l'épanouissement 63 porte un organe d'influence 72 constitué par un aimant permanent, axialement en regard du composant sensible 23 monté sur la plaquette 24 à l'intérieur d'un doigt 73 qui protège le composant 23 et la plaquette 24 de tout contact avec le fluide. Le doigt 73 est monté à travers un raccord latéral 74 du corps tubulaire 53. Un joint torique 76 inséré entre le doigt 73 et le pourtour intérieur du raccord 74 assure l'étanchéité de ce montage en empêchant le fluide traversant le corps 53 de fuir vers l'extérieur du corps 53 à travers le raccord 74. Le doigt 73 est entièrement fermé au-delà du joint 76 du côté de l'intérieur du corps tubulaire 53. Le doigt 73 est réalisé en matériau amagnétique, par exemple en matière plastique, pour ne pas empêcher l'aimant permanent 72 d'influencer le composant 23. Le doigt 73 pointe radialement dans le trajet de l'écoulement en étant adjacent à l'extrémité supérieure de la douille 60 définissant l'alésage 62. L'aimant 72 est recouvert d'un capuchon 77 en matériau amagnétique qui bute contre le doigt 73 (situation représentée à la figure 6) lorsque l'organe mobile 58 est en position de déplacement maximum, correspondant au moins au débit maximum pour lequel le capteur est opérationnel. Dans la position de repos ou de débit minimal représentée à la figure 4, la base de l'épanouissement 63 repose contre une surface de butée 78 formée à la jonction entre la douille 60 et un bras 79 de liaison avec le tube 56. Le composant 23 et la plaquette 24 peuvent être semblables à ceux décrits en référence aux figures 1 à 3. Toutefois, le composant 23 a été tourné de 90 par rapport à la plaquette 23 pour prendre sur celle-ci une configuration couchée, de manière que sa face sensible soit là encore en regard de l'organe d'influence 72. Le calibrage s'effectue en réalisant deux débits différents prédéterminés à travers le corps tubulaire 53 et en programmant les tensions de sortie respectivement voulues pour ces deux débits. L'exemple de la figure 7 ne sera décrit que pour ses différences par rapport à celui des figures 1 à 3. Le capteur est destiné à mesurer une pression différentielle. La membrane 13 sépare deux chambres 87 et 97 formées dans un boîtier 81 muni d'un raccord tubulaire 82, 83 pour chacune des chambres, respectivement. La chambre supérieure 97 baigne le ressort de rappel 19 ainsi que la jupe 44, le composant 23 et la région 242 de la plaquette 24. L'organe mobile 88, portant l'organe d'influence 22, n'est plus un piston mais une coupelle dont le fond plat est rendu solidaire de la membrane 13 du côté supérieur de celle- ci. Le corps 93 du capteur, au lieu de définir un alésage de coulissement 17, s'épanouit pour former la partie supérieure 81 du boîtier. La fente 28 recevant la plaquette 24 est équipée d'une garniture d'étanchéité 94 entourant la plaquette 24. Un tel capteur peut fonctionner en capteur de différence de pression, pour mesurer la différence de pression entre deux espaces reliés respectivement aux raccords 82 et 83 du capteur, en capteur de débit en reliant les raccords 82 et 83 respectivement à l'entrée et au col d'un venturi, ou encore en pressostat. Le calibrage du capteur s'effectue d'une manière analogue à celle décrite précédemment, en réalisant deux niveaux prédéterminés de la grandeur à mesurer et en programmant le niveau de tension attendu en sortie pour chacune d'elles. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés. La plaquette pourrait porter des raccordements autres qu'électriques, par exemple optiques. Le composant pourrait être d'une type différent pourvu qu'il comporte ou soit associé à une fonction de calibrage telle que logicielle ou électronique. L'invention est applicable à de nombreux appareils comportant une fonction de conversion d'une grandeur physique en un déplacement et de ce déplacement en un signal statique. L'invention n'exclut pas une fonction ou une opération de réglage de la position de la plaquette dans le corps, par exemple pour un pré-calibrage grossier. REVENDICATIONS 1- Capteur de mesure d'une grandeur physique, comprenant un corps (1, 51, 81), un organe d'influence (22, 72) monté pour se déplacer dans le corps sous l'effet des variations de la grandeur à mesurer, et un composant (23) subissant une influence variable en fonction des déplacements de l'organe d'influence (22, 72), 1e composant (23) étant monté sur une plaquette (24) fixée dans le corps et supportant des raccordements du composant, caractérisé en ce que le composant (23) est d'un type susceptible d'un calibrage préalable de sa courbe de réponse définissant son signal de sortie en fonction de la grandeur physique à mesurer. 2- Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant (23) est d'un type à courbe de réponse linéaire, définissable par calibrage pour deux valeurs de la grandeur physique. 3- Capteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le composant (23) est monté au voisinage d'une extrémité (27) de la plaquette (24) dirigée vers l'organe d'influence (22, 72). 4- Capteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la plaquette (24) est immobilisée par freinage dans une fente (29) du corps (1). 5- Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'une (28) des faces (28, 42) de la plaquette (24) reçoit l'appui d'une extrémité (37) d'une vis d'immobilisation (34) à travers l'une des faces de la fente (29). 6- Capteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la plaquette (24) est montée selon un plan sensiblement parallèle à la direction (26) de déplacement de l'organe d'influence (22). 7- Capteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le corps comporte une jupe (44) dirigée vers l'organe d'influence (22) et dont l'extrémité (39) forme de préférence butée limitant la course de l'organe d'influence (22), la jupe (44) séparant la plaquette (24) et le composant (23), situés radialement à l'intérieur, et un ressort de rappel (19) de l'organe d'influence, le ressort étant radialement à l'extérieur de la jupe (44). 8- Capteur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'organe d'influence (22) est fixé au moins indirectement à une membrane séparant deux chambres pour se déplacer en fonction de la différence de pression entre les deux chambres (87, 97). 9- Capteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la plaquette est montée selon un plan sensiblement perpendiculaire à la direction de déplacement de l'organe d'influence (72). 10- Capteur selon l'une des revendications 1 à 5 ou 9, caractérisé en ce que la plaquette est montée à l'abri du contact avec le fluide dans un doigt (73) saillant radialement vers l'axe (26) de déplacement de l'organe d'influence (72). 11- Capteur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la plaquette (24) est une plaquette de circuit imprimé. 12- Capteur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'organe d'influence (22, 72) est magnétique et le composant (23) est un détecteur à effet Hall. 13- Capteur selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'organe d'influence (22, 72) fait partie d'un équipage mobile (18, 58) chargé par un ressort de rappel (19-, 59), lequel sollicite l'équipage mobile (18, 58) en direction opposée au composant (23). 14- Capteur selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'organe d'influence (22) se déplace sous l'action d'une pression d'un fluide. 15- Capteur selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le capteur est un capteur de débit. 16- Capteur selon 'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le capteur est un capteur pressostatique. 17- Capteur selon' l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que 1e capteur est un capteur de pression.