Brevet FR2901875A1 — publié le 20071207

La présente invention concerne un dispositif indicateur d'une grandeur physique. L'invention trouve une application avantageuse dans le domaine général de la mesure de la pression de fluides, et plus spécialement de fluides industriels ou médicaux contenus dans des bouteilles. Les dispositifs indicateurs d'une grandeur physique quelconque sont le plus souvent constitués d'un boîtier comprenant, d'une part, un capteur de mesure de ladite grandeur physique, et, d'autre part, un afficheur d'une valeur de la grandeur physique mesurée par le capteur de mesure. io Avec les dispositifs indicateurs connus, se pose très souvent le problème de leur fiabilité vis-à-vis des chocs extérieurs. Cette question est particulièrement sensible lorsqu'il s'agit de grandeur ayant un fort caractère sécuritaire, comme la pression d'un fluide contenu dans une bouteille. Aussi, un but recherché par l'invention est de proposer un dispositif 15 indicateur qui permettrait d'obtenir une protection élevée des composants qui le constituent, en particulier, le capteur de mesure et sa zone sensible. Ce but est atteint, conformément à l'invention, grâce à un dispositif indicateur d'une grandeur physique, comprenant un boîtier auquel est raccordé un capteur de mesure de ladite grandeur physique et dans lequel est 20 disposé un afficheur d'une valeur de la grandeur physique mesurée par ledit capteur de mesure, remarquable en ce qu'un élément de maintien et de protection tel qu'une résine remplit un volume intérieur dudit boîtier. Ainsi, on obtient non seulement une meilleure protection du capteur de mesure lui-même, mais également celle des composants internes au boîtier. 25 L'injection de résine dans le boîtier présente bien d'autres avantages encore comme cela sera expliqué plus loin. La protection du capteur de mesure contre les chocs, notamment frontaux, peut encore être renforcée par la mise en oeuvre d'une caractéristique avantageuse du dispositif de l'invention qui consiste en ce qu'il 30 présente, situés successivement dans des plans sensiblement parallèles, au moins, ledit couvercle transparent, ledit afficheur et ledit capteur de mesure. On comprend que, dans cette architecture, le capteur de mesure se trouve protégé par l'empilement des composants qui le séparent du couvercle transparent, ce qui le met à l'abri de chocs, dits frontaux, exercés perpendiculairement aux plans sensiblement parallèles. Un autre problème connu concerne la fiabilisation du raccordement du capteur de mesure au boîtier du dispositif indicateur. Les solutions usuelles actuellement utilisées pour raccorder le capteur au boîtier sont le vissage, le collage, le clipsage ou sertissage et l'usage d'un contre-écrou. Cependant, ces solutions connues présentent toutes des limites en terme de fiabilité. En effet, le vissage est sensible aux vibrations et présente une tenue mécanique faible s'il est réalisé avec des matériaux io plastiques, le collage a une mauvaise tenue dans le temps et aux solvants, le clipsage ou le sertissage présentent également une tenue mécanique faible et une mauvaise étanchéité, les contre-écrous sont très encombrants et peuvent se dévisser sous l'effet des vibrations. Une solution optionnelle proposée (additionnelle ou indépendante) par 15 l'invention pour résoudre ce problème additionnel de fiabilité peut consister en ce que ledit boîtier comprend un insert de raccordement auquel est fixé, par exemple par soudage, ledit capteur de mesure. Dans ce contexte, l'invention peut prévoir alors que ledit boîtier est surmoulé sur ledit insert. On notera d'ailleurs que dans un montage 20 traditionnel avec un boîtier plastique, le surmoulage du boîtier sur le capteur est impossible du fait que le capteur ne peut en général être chauffé au risque de détériorer la zone sensible du capteur. De préférence, le surmoulage du boîtier est réalisé avant le soudage du capteur sur l'insert. 25 La présence de l'insert intermédiaire offre une possibilité de protection supplémentaire du capteur si, comme le prévoit l'invention, une zone sensible du capteur de mesure est disposée à l'intérieur dudit insert. On verra plus loin en effet que ladite zone sensible se trouve alors protégée par l'insert contre les chocs latéraux appliqués perpendiculairement à l'insert. 30 Actuellement, les afficheurs parmi les plus utilisés comprennent un écran d'affichage de caractères ou graphiques commandé par une carte électronique qui convertit l'information analogique fournie par le capteur de mesure en une information numérique apte à être affichée sur l'écran. Les écrans à cristaux liquides sont un exemple très répandu de ce type d'afficheurs. Cependant, en cas de choc, il peut se produire que le verre de l'écran d'affichage se casse et rompe tout ou partie des connexions alimentant les segments dont est constitué chaque caractère de l'afficheur. L'affichage disparaît soit totalement, soit partiellement en affichant alors des signes incompréhensibles ou même une valeur de mesure fausse. Dans le cas de dispositifs indicateurs de pression de bouteilles de fluides, ce manque d'information, ou pire une information fausse, peut mettre en cause gravement io la sécurité. Par exemple, si l'affichage correct est 200 bar et que les caractères 20 disparaissent, seul le 0 restant affiché, l'utilisateur peut croire à l'absence de pression alors qu'une pression de 200 bar existe effectivement et constitue un danger potentiel. Dans d'autres applications, c'est au contraire 15 l'absence de gaz, alors que l'afficheur indique une pression non nulle, qui est dangereuse. Aussi, encore un autre but, optionnel indépendant des précédents, recherché par l'invention est de proposer un dispositif indicateur d'une grandeur physique qui permettrait de fournir à l'utilisateur la garantie que 20 l'indication affichée par le dispositif est fiable. Ce but est atteint, conformément à une particularité optionnelle (de façon additionnelle ou indépendante à l'invention), du fait que ledit afficheur comprenant un écran d'affichage de caractères alpha-numériques ou graphiques commandé par une carte électronique, une ligne de connexion 25 électrique à ladite carte électronique peut être disposée sur ledit écran, ladite connexion électrique étant apte à se rompre en cas de rupture de l'écran d'affichage. De manière pratique, la ligne de connexion est intégrée à l'afficheur au même titre que les segments d'affichage. Elle peut cependant également être 30 rapportée sur ou derrière l'écran. Comme on le verra en détail plus loin, la rupture de la connexion électrique suite à la rupture de l'écran est détectée par la carte électronique qui met alors l'afficheur hors service et/ou prévient l'utilisateur par d'autres moyens. On est alors certain que l'afficheur ne fournit de valeurs de la grandeur que lorsque la ligne de connexion est intègre, les valeurs affichées peuvent donc être considérées comme fiables. L'invention peut comprendre par ailleurs l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - ladite ligne de connexion électrique est une ligne conductrice unique connectée à ladite carte électronique, - ladite ligne de connexion électrique est une ligne conductrice constituée d'une pluralité de lignes élémentaires reliées entre elles par ladite io carte électronique, - ledit boîtier est surmoulé sur ledit insert, - ledit insert comprend une gorge d'immobilisation en translation par rapport au boîtier, - ledit insert présente un profil apte à immobiliser ledit insert en rotation 15 par rapport au boîtier, - ledit profil est hexagonal. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. 20 La figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif indicateur de pression conforme à l'invention. La figure 2 est une vue en coupe du dispositif de la figure 1 rempli d'une résine. La figure 3 est une vue en coupe du dispositif de la figure 2 montrant 25 un compartiment d'alarme sonore. La figure 4 est une vue de détail en coupe de l'insert du dispositif des figures 1 à 3. La figure 5 est une vue de face d'un afficheur du dispositif indicateur des figures 1 à 4 selon un premier mode de réalisation. 30 La figure 6 est une vue de face d'un afficheur du dispositif indicateur des figures 1 à 4 selon un second mode de réalisation. La figure 7 est une vue en coupe schématique d'un robinet/détendeur comportant un dispositif indicateur de pression selon les figures 1 à 6. Dans la suite de la description, on se limitera pour des raisons de clarté de la présentation au cas d'un dispositif indicateur de pression, tel que ceux qui équipent les détendeurs et robinets/détendeurs des bouteilles de fluides industriels ou médicaux. Mais il est toutefois bien entendu que l'invention n'est s pas limitée à ce type unique d'indicateur et qu'elle s'étend à des indicateurs d'autres grandeurs physiques, notamment la température, souvent associée à la pression dans le domaine des fluides. Le dispositif indicateur 10 de pression représenté en coupe sur la figure 1 comprend un boîtier 100 auquel est raccordé un capteur 200 de io pression et dans lequel est disposé un afficheur 300 de la valeur de la pression mesurée par le capteur 200. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, le capteur 200 de pression présente un zone 210 sensible à la pression comportant des composants, tels que des jauges de contrainte, aptes à fournir à une carte électronique 310, 15 située entre l'afficheur 300 et le capteur 200, un signal électrique représentatif de la pression mesurée. Ce signal électrique est traité par ladite carte électronique 310 de manière à permettre l'affichage de la valeur de la pression mesurée et/ou d'une autonomie restante en durée, par exemple sous forme numérique sur un écran à cristaux liquides de l'afficheur 300. La carte 20 électronique 310 est alimentée par une pile 320 placée à l'intérieur du boîtier 100 entre l'afficheur 300 et le capteur 200. Le capteur 200 de pression comporte un filetage 220 destiné à raccorder l'ensemble du dispositif indicateur 10 de pression à un détendeur ou à un robinet/détendeur. Le capteur 200 se présente sous la forme d'un 25 corps creux de sorte que la zone sensible 210 soit en communication avec l'entrée haute pression, par exemple, du détendeur ou du robinet/détendeur. Comme l'indique la figure 1, le boîtier 100 est constitué d'un corps 110 sensiblement cylindrique et d'un couvercle 120 sensiblement circulaire et coaxial au corps 110, et fixé au corps 110 du boîtier par exemple par clipsage. 30 Le couvercle 120 est situé en regard de l'afficheur 300. Le corps 110 de boîtier ainsi que le couvercle 120 peuvent être réalisés en matériaux plastiques à la condition que le matériau plastique du couvercle 120 soit transparent afin de rendre visible l'écran de l'afficheur 300 de l'extérieur du boîtier 100. Sur la figure 3, on peut voir que le dispositif indicateur 10 de pression comporte en outre une alarme sonore 400 destinée notamment à avertir les utilisateurs d'une bouteille de fluide incorporant ledit indicateur 10 de pression que la bouteille est vide ou sur le point de se vider. L'orifice 410 de sortie de l'alarme sonore 400 débouche sur une cavité résonnante 420, laquelle présente une chicane 421 prévue pour protéger l'ensemble du dispositif d'alarme contre d'éventuelles atteintes extérieures. Une membrane 422 de io protection contre l'humidité, mais transparente aux sons, referme la cavité résonnante 420. L'architecture retenue pour le dispositif indicateur 10 de pression, telle que représentée à la figure 1 par exemple, fait apparaître un empilement constitué du couvercle 120, de l'afficheur 300, de la carte électronique 310, 15 de la pile 320 et de la zone sensible 210, ces éléments étant situés dans des plans sensiblement parallèles, perpendiculaires à l'axe X-X du corps 110 du boîtier 100. Cette disposition est particulièrement avantageuse du fait que la zone sensible 210 du capteur se trouve protégée de chocs ou d'enfoncements extérieurs qui seraient appliqués au couvercle 120. La pression est ainsi 20 toujours contenue, sans risque d'explosion pour l'utilisateur. D'autre part, même si l'un des constituants de l'ensemble d'affichage est détérioré ou détruit, l'information de pression reste toujours disponible au niveau de la zone sensible 210 et peut être transmise par exemple par voie radio à un récepteur extérieur au dispositif indicateur 10 de pression devenu hors 25 d'usage. Selon le mode de réalisation des figures 2 et 3, une résine 130 remplit l'intérieur du boîtier 100 de manière à enrober tous les composants internes, à l'exception de la zone sensible 210 et l'alarme sonore 400 qui doivent être épargnées, comme le montrent respectivement les figures 2 et 3. 30 La résine est injectée dans le boîtier 100 à travers un orifice 140 de remplissage visible sur la figure 2, un rebord 150 étant ménagé sur le corps 110 du boîtier pour retenir la résine qui fera office de bouchon afin d'obturer l'orifice 140 à la fin du remplissage. La figure 2 montre plus particulièrement que le remplissage de résine s'effectue alors que le boîtier est incliné, ceci afin d'évacuer d'éventuelles bulles qui se formeraient devant l'afficheur 300. La résine injectée présente de nombreux avantages : - elle bloque tous les composants internes qui se trouvent donc parfaitement maintenus en position et ne peuvent acquérir aucun jeu, - elle scelle hermétiquement le corps 110 du boîtier et le couvercle 120 sans avoir recours à un joint, -elle assure l'étanchéité des composants internes au boîtier 100 en io obstruant les seuls points d'entrée possibles qui sont l'orifice 140 d'injection et la zone périphérique de clipsage du couvercle 120 sur le corps 110 de boîtier, - elle augmente notablement la tenue aux chocs des composants, en particulier le verre de l'écran de l'afficheur 300, fragile par nature. La résine peut être de type uréthane, polyuréthane ou époxy 15 transparente. La figure 4 est une vue de détail qui montre que le capteur 200 de pression est raccordé au corps 110 du boîtier 100 au moyen d'un insert 500 auquel le capteur 200 est soudé. L'insert 500 est métallique et le corps 110 du boîtier en matériau plastique est surmoulé sur cet insert. 20 Une gorge 510 est prévue sur le pourtour de l'insert 500 pour coopérer avec une nervure 111 formée lors du surmoulage sur le corps 110 et assurer l'immobilisation en translation de l'insert. De même, un profil extérieur 520 est donné à l'insert 500 de manière à empêcher toute rotation de l'insert autour de son axe. Ce profil est, par 25 exemple, hexagonal. Ce profil peut aussi servir pour visser ou dévisser l'ensemble du dispositif indicateur 10 de pression sur un détendeur ou robinet/détendeur au moyen d'une simple clé. Enfin, la figure 4 montre une configuration d'assemblage particulièrement avantageuse dans laquelle la zone sensible 210 du capteur 30 200 est disposée à l'intérieur de l'insert 500, c'est-à-dire en retrait du bord 501 de l'insert, et se trouve donc protégée de chocs latéraux perpendiculaires à l'axe X du boîtier 100, représentés par la flèche F. Ce type de montage avec un insert intermédiaire offre également d'autres avantages : - assemblage de pièces individuelles très simple, - excellente tenue mécanique, - étanchéité parfaite sans pièce dédiée, - facilité d'adapter le capteur 200 en termes de diamètre et de filetage sans changer l'insert 500. Les figures 5 et 6 montrent un afficheur 300 à cristaux liquides équipé d'une ligne dite d'intégrité, destinée à fournir une information sure quant à la io fiabilité des indications de pression affichées, en cas de détérioration du verre de l'écran de l'afficheur. La ligne d'intégrité de la figure 5 consiste en une ligne 330 de connexion unique à la carte électronique disposée sur l'écran de l'afficheur 300, cette ligne traversant tout l'écran dans toutes ses directions de manière à 15 pouvoir rompre la connexion en cas de rupture de l'écran lui-même. La ligne 330 constitue un interrupteur entre les contacts A et B dont l'état est surveillé en permanence par la carte électronique. Si l'interrupteur équivalent est fermé, la ligne 330 n'est pas interrompue et l'écran est considéré comme intact, ses indications sont donc considérées comme 20 fiables. Par contre, en cas de rupture du verre de l'écran entraînant une rupture de la ligne 330, l'état ouvert de l'interrupteur équivalent est détecté par la carte électronique et l'afficheur 300 est mis hors service. Cependant, une valeur fiable de la pression peut toujours être fournie par un canal radio par exemple, car la mise hors service de l'afficheur n'a pas 25 d'influence en général sur le fonctionnement du capteur 200 de pression lui-même. Le câblage de l'écran étant souvent complexe, il peut être nécessaire d'interrompre la ligne de connexion pour laisser d'autres connexions alimentant les segments de l'afficheur. Dans ce cas, la ligne 340 d'intégrité 30 est constituée de lignes élémentaires 341, 342 reliées par la carte électronique. Une combinaison de plusieurs lignes précitées peut être envisagée. La figure 7 illustre une application de l'invention à un robinet/détendeur dans laquelle le dispositif indicateur 10 de pression débouche dans une portion 600 de circuit haute pression en amont d'un clapet 610 de détente et de la portion basse pression 620 du robinet/détendeur.5 REVENDICATIONS 1. Dispositif indicateur (10) d'une grandeur physique, comprenant un boîtier (100) auquel est raccordé un capteur (200) de mesure de ladite grandeur physique et dans lequel est disposé un afficheur (300) d'une valeur représentative de la grandeur physique mesurée par ledit capteur de mesure, caractérisé en ce qu'un élément de maintien et de protection tel qu'une résine io (130) remplit un volume intérieur dudit boîtier (100). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente, situés successivement dans des plans sensiblement parallèles, au moins, un couvercle transparent (120) dudit boîtier (100), ledit afficheur (300) et ledit capteur (200) de mesure. 15 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend également, entre ledit afficheur et ledit capteur de mesure, une carte électronique (310) pour ledit afficheur et un élément (320) d'alimentation pour ladite carte électronique. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en 20 outre une alarme sonore (400) et une cavité résonnante (420) associée. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite cavité résonnante (420) comporte une chicane (421). 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que ladite cavité résonnante (420) est fermée par une membrane (422) de 25 protection. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ledit capteur (200) de mesure et ladite alarme sonore (400) sont épargnés par ladite résine (130). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en 30 ce que ladite résine (130) est du type uréthane, polyuréthane ou époxy transparente. 2901875 Il 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit afficheur (300) comprenant un écran d'affichage de caractères ou graphiques commandé par une carte électronique (310), une ligne (330 ; 340) de connexion électrique à ladite carte électronique est disposée sur ledit 5 écran, ladite connexion électrique étant apte à se rompre en cas de rupture de l'écran. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit boîtier (100) comprend un insert (500) de raccordement auquel est fixé, par exemple par soudage, ledit capteur (200) de mesure. io 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la zone sensible (210) du capteur (500) de mesure est disposé à l'intérieur dudit insert (500). 12. Elément robinet/détendeur pour bouteille de gaz sous pression, définissant un circuit de gaz comportant, en série, une portion de circuit haute 15 pression, un clapet de détente et une portion de circuit basse pression, caractérisé en ce qu'un dispositif indicateur (10) de pression conforme au dispositif indicateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 débouche dans ladite portion de circuit haute pression. 13. Bouteille de gaz équipée d'un ensemble robinet/détendeur selon la 20 revendication 12.