Brevet FR2844353A1 — publié le 20040312

La présente invention se rapporte à un dispositif de mesure ainsi qu'à un procédé de mesure d'un faible écart de pression entre deux volumes d'air. Il est connu de mesurer des pressions absolues ou différentielles à l'aide de manomètres dont la précision peut être excellente. Leur utilisation est toutefois limitée généralement à des différences de pression d'une vingtaine de Pascal au minimum. Il est connu également de mesurer deux pressions par rapport à une troisième quand on dispose de plusieurs éléments en série dans un flux d'air, et que l'on a des exigences sur les 10 écarts de pression de chacun d'entre eux, ou que l'on souhaite réguler une pression intermédiaire à partir d'un autre élément qui pilote l'une des pressions extrêmes. Il est également connu d'utiliser un dispositif à fil chaud pour détecter une 15 vitesse d'air, la vitesse de l'air se traduisant par un refroidissement du fil qui peut être détecté par mesure de la résistance de celui-ci. Toutefois, de telles mesures mettent en oeuvre des appareils complexes et onéreux, nécessitant de procéder fréquemment à des calibrages pour 20 maintenir une précision satisfaisante, en particulier aux basses pressions et aux basses vitesses. De plus, ces différents dispositifs ne permettent généralement pas de procéder à des mesures très fines de faibles écarts de pression, en particulier en ventilation naturelle. Les chaudières gaz à tirage naturel, par exemple, ne fonctionnent que dans une fourchette très réduite 25 comprise entre 3 et 11 Pascal. Or, une pression d'un dixième de Pascal seulement sur une grille de 100 cm2 engendrant un débit de 10 m3/heure, il est par conséquent très important de pouvoir procéder à une mesure très fine d'un faible écart de pression. La demande de brevet FR 2 711 240 décrit un dispositif de détection d'un faible déséquilibre de pression entre deux volumes d'air, ce dispositif comprenant, d'une part, un organe d'étranglement disposé dans un conduit et engendrant, lorsqu'il est traversé par un flux d'air, des champs de vitesse d'air très différents de part et d'autre de ses extrémités, et d'autre part, deux détecteurs de vitesse positionnés de part et d'autre de l'organe d'étranglement. Ces détecteurs sont plus spécialement constitués par des filaments chauffés, dont la résistance varie en fonction de la température. Néanmoins, un tel dispositif, qui est apte à détecter de faibles déséquilibres de pression, ne permet pas de mesurer de façon fiable des écarts de pression de l'ordre d'un dixième de Pascal à quelques dizaines de Pascal. De plus, ce dispositif doit être associé nécessairement à une vanne d'obturation mettant en communication les deux volumes d'air et 10 permettant, par passage en position fermée, de recaler les valeurs zéro des fils chauds. La présente invention a pour but de résoudre les inconvénients cités précédemment, et pour cela concerne un dispositif de mesure d'un faible 15 écart de pression entre deux volumes d'air, ce dispositif comportant, entre ces deux volumes, un organe d'étranglement disposé dans un conduit et apte à engendrer, lorsqu'il est traversé par un flux d'air, des champs de vitesses très différents de part et d'autre de ses extrémités, caractérisé en ce qu'il comprend - deux filaments disposés respectivement de part et d'autre de l'organe d'étranglement, ces filaments étant destinés à être chauffés à une température n'excédant pas 1000C et possédant chacun une résistance électrique variant en fonction de la 25 température, - des moyens de filtration aptes à retenir la plupart des impuretés transportées par le flux d'air. Ainsi, la combinaison de deux filaments chauffés à une température 30 n'excédant pas 1 000C avec des moyens de filtration aptes à protéger ces filaments de la plupart des impuretés transportées par le flux d'air permet, outre le fait d'assurer que les filaments ne subiront aucune modification physico-chimique, d'une part, d'éviter le dépôt massif d'impuretés sur les filaments, et d'autre part, d'empêcher la modification physico-chimique des impuretés résiduelles déposées sur les filaments, comme le gommage, le collage, ou encore la combustion. Il en découle alors que ce dispositif permet de retarder grandement le phénomène de vieillissement et de dérive des caractéristiques, et qu'il est alors possible de mesurer très finement, au dixième de Pascal près, l'écart de pression existant entre les deux volumes d'air. Avantageusement, une enceinte est disposée autour du conduit et présente 10 des parois internes recouvertes par un matériau graisseux. De même, le conduit peut présenter une paroi externe recouverte par un matériau graisseux. En effet, les débits générés étant très faibles, il est possible de réaliser un " piège gras " permettant de filtrer la majorité des impuretés et permettant d'éviter toute perte de charge susceptible de fausser la mesure. 15 Avantageusement encore, chaque filament est réalisé à l'aide d'un fil long enroulé sur lui-même. Ceci permet d'augmenter la surface d'échange du filament, ce qui, d'une part, le rend moins sensible à une pollution locale, et d'autre part, augmente la variation de résistance et facilite donc la mesure puisque la variation de résistance, comme la résistance elle-même, est 20 proportionnelle à la longueur du filament. Préférentiellement, l'organe d'étranglement est profilé de façon à élargir le flux d'air le traversant. Ceci permet également d'augmenter la vitesse du flux d'air ayant traversé l'organe d'étranglement. 25 Dans un mode de réalisation préféré, chaque filament est placé dans un boîtier comportant au moins un orifice situé face à l'organe d'étranglement. Les filaments sont de ce fait protégés et leur intégration dans le conduit est grandement facilitée. La présente invention se rapporte également à un procédé de mesure d'un faible écart de pression entre deux volumes d'air, ce procédé comportant une première étape durant laquelle un conduit est disposé entre ceux-ci, ledit conduit comprenant deux filaments disposés de part et d'autre d'un organe d'étranglement, caractérisé en en ce qu'il comprend les étapes consistant: - à placer des moyens de filtration autour du conduit, - à chauffer très faiblement chaque filament à une température qui reste proche de la température ambiante durant une première période de temps, et à relever la valeur de leur résistance, - à chauffer chaque filament à une température n'excédant pas 10 100WC durant une seconde période de temps, et à relever la valeur de leur résistance, - à comparer l'évolution de la valeur de la résistance de chacun des deux filaments et à en déduire la mesure de l'écart de pression. Avantageusement, la première et la seconde période de temps sont de l'ordre de quelques secondes. Avantageusement encore, les deux filaments sont alimentés par un courant électrique dont l'intensité est, d'une part, de l'ordre de 1 milliampère durant 20 la première période de temps, et d'autre part, comprise entre 10 et 50 milliampères durant la seconde période de temps. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui est exposée ci-dessous en regard du dessin annexé dans lequel La figure 1 est une vue en coupe schématique d'un dispositif de mesure d'un faible écart de pression selon l'invention. La figure 2 est un diagramme récapitulant le fonctionnement du dispositif 30 représenté à la figure 1 au cours d'un cycle complet d'exploitation. La figure 3 est une vue partielle agrandie en coupe schématique du dispositif de mesure représenté à la figure 1 selon une première variante de réalisation de l'invention. La figure 4 est une vue en coupe schématique du dispositif de mesure représenté à la figure 1 selon une seconde variante de réalisation de l'invention. Le dispositif représenté à la figure 1 comprend un conduit 2 débouchant 10 dans deux volumes V0 et V1 à des pressions respectivement P0 et Pl. Un organe d'étranglement 3 constitué par une tubulure cylindrique est disposé dans le conduit 2. Bien entendu, la longueur de cette tubulure n'a pas été prise en considération pour la compréhension de l'invention. De part et d'autre de cet organe d'étranglement 3 sont disposés deux filaments F1 et F2, positionnés tous les deux sensiblement selon l'axe de la tubulure 3, à une distance de celle-ci comprise entre 2 et 8 fois le diamètre de ladite tubulure 3. Les deux filaments F1 et F2 sont chacun réalisés à l'aide d'un fil long enroulé sur lui-même, le fil possédant une longueur 20 respectivement de l'ordre de un à quelques centimètres après étirement, et de quelques millimètres après enroulement. Ces filaments F1 et F2 sont alimentés en courant électrique et leur résistance varie en fonction de la température. Comme indiqué dans la demande de brevet FR 2 711 240, lorsqu'un flux d'air, schématisé par les flèches en pointillés, s'établit par exemple depuis le volume V0 vers le volume V". l'organe d'étranglement 3 assure la mise en forme du jet d'air et l'accélération de ce jet. Si, par exemple, le diamètre de l'organe d'étranglement 3 est égal au quart du diamètre du conduit 2, la 30 vitesse est alors seize fois plus importante dans l'organe d'étranglement 3 que dans le reste du conduit 2. Le filament F2 disposé en aval de l'organe d'étranglement 3 va ainsi subir un jet d'air à une vitesse beaucoup plus importante que l'autre filament F1 disposé en amont, et va donc se refroidir plus et plus rapidement que ce dernier. Par conséquent, le suivi du décalage de la résistance de chacun des filaments F1 et F2 permet de déterminer l'existence et le sens d'un déséquilibre de pression entre les deux volumes V0 et V1. Le conduit 2 ainsi que les filaments F, et F2 sont logés dans une enceinte 4 présentant des parois internes enduites d'une couche d'un matériau graisseux 5. De même, le conduit 2 présente une paroi externe recouverte par une couche du même matériau graisseux 5. Ceci permet de constituer 10 des moyens de filtration aptes à retenir la majorité des impuretés, comme les poussières, transportées par le flux d'air évoluant entre les deux volumes d'air V0 et V1. La figure 2 représente un diagramme récapitulant le fonctionnement du 15 dispositif de mesure au cours d'un cycle complet d'exploitation. A l'issue de ce cycle, il est alors possible de mesurer des déséquilibres de pression de l'ordre de quelques dixièmes de Pascal, avec une résolution et une précision inférieure à 0, 1 Pascal. Une courbe A transcrit l'évolution de l'intensité électrique appliquée aux deux filaments F, et F2 au cours du 20 temps. Durant une période de temps tl, de l'ordre de 30 à 120 secondes environ, les filaments F1 et F2 ne sont pas alimentés. Le dispositif de mesure est donc au repos. Durant une première période de temps t2, d'une seconde environ, les filaments F1 et F2 sont alimentés par un courant de faible intensité de l'ordre d'un milliampère. Cette première mesure des résistances des filaments F1 et F2 est alors effectuée à température ambiante et permet de 30 caler la réponse de ceux-ci. Il est à noter que les filaments F, et F2 vont si peu s'échauffer que l'effet de refroidissement, découlant du passage du flux d'air sur ces derniers, est tout à fait négligeable. Un avantage important réside donc dans le fait que ce dispositif de mesure peut fonctionner en l'absence d'une vanne de pression telle que prévue dans la demande de brevet FR 2 711 240. Durant une seconde période de temps t3 suffisamment longue pour que 5 l'équilibre thermique des filaments F1 et F2 soit atteint, de l'ordre de 4 à 10 secondes en général, ces derniers sont alimentés par un courant dont l'intensité est comprise entre 1 5 et 45 milliampères environ. Les filaments F, et F2 sont alors chauffés à une température n'excédant pas 1000C. Une seconde mesure des résistances des filaments F1 et F2 est alors effectuée. Le flux d'air ayant été préalablement filtré, et la température des filaments F1 et F2 étant modérée durant les périodes de temps t2 et t3, le suivi du décalage de la résistance de chacun des filaments F1 et F2 permet, à l'aide d'abaques par exemple, de déduire de façon fiable la valeur de l'écart de 15 pression entre les deux volumes V0 et V1. Ce procédé peut alors être mis en oeuvre de facon itérative. L'utilisation potentielle d'un tel dispositif dans un appareil de suivi à long terme permet de définir un cycle arrêt/mesure qui minimise l'énergie 20 consommée et améliore la durée de vie de l'appareil. Le dispositif représenté à la figure 3 diffère de celui décrit précédemment uniquement par le fait que chaque filament F1, F2 est intégré dans un boîtier 6. Ce boîtier 6 présente un premier orifice 7, réalisé dans la paroi latérale 25 dudit boîtier 6 face à l'organe d'étranglement 3, et un second orifice 8, réalisé dans la partie supérieure du boîtier 6. Après avoir franchi l'organe d'étranglement 3, le flux d'air, schématisé par les flèches en traits continus, est donc amené à traverser l'orifice 7, puis à passer sur le filament F2 avant de s'échapper par l'orifice 8. 30 Le filament F2 et le boîtier 6 sont avantageusement constitués par une ampoule de grande série et de qualité constante, dont l'évolution de la valeur de la résistance est bien connue. Le verre de cette ampoule est alors perforé sur le côté et sur le dessus. Le filament F2 est ainsi parfaitement protégé et son intégration dans le conduit 2 est grandement facilitée. Le dispositif représenté à la figure 4 diffère de celui décrit précédemment 5 uniquement par le fait que l'organe d'étranglement 3 est profilé de façon à élargir le flux d'air le traversant. Ceci permet également d'augmenter la vitesse du flux d'air ayant traversé l'organe d'étranglement 3. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des exemples particuliers 10 de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de mesure d'un faible écart de pression entre deux volumes d'air (VO, V,), ce dispositif comportant, entre ces deux volumes, un organe d'étranglement (3) disposé dans un conduit (2) et apte à engendrer, lorsqu'il est traversé par un flux d'air, des champs de vitesses très différents de part et d'autre de ses extrémités, caractérisé en ce qu'il 10 comprend: - deux filaments (F1, F2) disposés respectivement de part et d'autre de l'organe d'étranglement, ces filaments étant destinés à être chauffés à une température n'excédant pas 1000C et possédant 15 chacun une résistance électrique variant en fonction de la température, - des moyens de filtration (5) aptes à retenir la plupart des impuretés transportées par le flux d'air. 2.- Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte (4) disposée autour du conduit (2) et présentant des parois internes recouvertes par un matériau graisseux (5). 3.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé 25 en ce que le conduit (2) présente une paroi externe recouverte par un matériau graisseux (5). 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque filament (F1, F2) est réalisé à l'aide d'un fil long enroulé 30 sur lui-même. 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'organe d'étranglement (3) est profilé de façon à élargir le flux d'air le traversant. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque filament (F1, F2) est placé dans un boîtier (6) comportant au moins un orifice (7) situé face à l'organe d'étranglement (3). 7.- Procédé de mesure d'un faible écart de pression entre deux volumes 10 d'air (V., V1), ce procédé comportant une première étape durant laquelle un conduit (2) est disposé entre ceux-ci, ledit conduit comprenant deux filaments (Fl, F2) disposés de part et d'autre d'un organe d'étranglement (3), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant: - à placer des moyens de filtration (5) autour du conduit, - à chauffer très faiblement chaque filament à une température proche de la température ambiante durant une première période de temps (t.), et à relever la valeur de leur résistance, - à chauffer chaque filament à une température n'excédant pas 20 1000C durant une seconde période de temps (t3), et à relever la valeur de leur résistance, - à comparer l'évolution de la valeur de la résistance de chacun des deux filaments et à en déduire la mesure de l'écart de pression. 8.- Procédé de mesure selon la revendication 7, caractérisé en ce que la première et la seconde période de temps (t2, t3) sont de l'ordre de quelques secondes. 9.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé 30 en ce que les deux filaments (Fl. F2) sont alimentés par un courant électrique dont l'intensité est, d'une part, de l'ordre de 1 milliampère durant la première période de temps (t2), et d'autre part, comprise entre 10 et 50 milliampères durant la seconde période de temps (t3).