Brevet FR2911796A1 — publié le 20080801

Dispositif de surveillance du niveau de colmatage d'un filtre La présente invention concerne un dispositif de surveillance du niveau de colmatage d'un filtre, tel qu'un filtre à huile ou à carburant, en particulier dans un moteur d'avion. Les filtres utilisés couramment pour la dépollution de circuits de fluides tels que de l'huile ou du carburant, comprennent en général un élément filtrant, tel qu'une membrane, disposé dans le circuit du fluide de manière à être traversé par ce fluide et retenir les particules indésirables véhiculées par celui-ci. Avec le temps, sous l'effet de l'augmentation de la quantité de particules retenues par l'élément filtrant, les filtres ont tendance à se colmater, ce qui se traduit par une détérioration de leurs performances et augmente la perte de charge à la traversée du filtre. Lorsqu'un filtre atteint un niveau de colmatage ne lui permettant plus de remplir correctement sa fonction, il doit être remplacé. Pour cela, il est utile de disposer d'informations sur le niveau de colmatage du filtre. Les solutions proposées traditionnellement consistent à fixer un seuil critique de colmatage en termes de différence de pression entre l'amont et l'aval, et à détecter le franchissement de ce seuil grâce à des moyens de conversion de cette différence de pression en un déplacement d'un élément mobile destiné à activer un interrupteur de type mécanique. L'utilisation d'interrupteurs mécaniques présente des inconvénients, en raison des frottements liés aux déplacements des moyens mécaniques, de leur sensibilité à l'environnement (rouille, corrosion, coincements, etc.). Par ailleurs, ce type de solution ne fournit qu'une information binaire, à savoir le franchissement ou non d'un seuil d'alarme, mais ne permet pas de suivre le niveau de colmatage sur une période donnée. Enfin, dans les systèmes connus, les moyens de surveillance du colmatage sont souvent intégrés dans le filtre, ce qui rend difficile leur réparation ou leur remplacement. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace à ces problèmes, tout en évitant les inconvénients de la technique connue. Elle propose à cet effet un dispositif de surveillance du colmatage d'un filtre, par exemple d'un filtre d'huile ou de carburant, comprenant un corps cylindrique comportant des orifices d'admission des pressions en amont et en aval du filtre, débouchant de part et d'autre d'un piston monté coulissant à étanchéité dans le corps cylindrique, et un moyen élastique de rappel pour solliciter le piston dans le même sens de déplacement que la pression aval, caractérisé en ce que le piston est relié à une tige cylindrique s'étendant librement à l'intérieur d'un tube à extrémité fermée, autour duquel sont montées deux bobines de fil électroconducteur placées dans un boîtier formant une culasse magnétique, la tige du piston étant en matériau amagnétique et portant un noyau magnétique dont la position à l'intérieur du tube est déterminée à partir de la tension électrique aux bornes d'un circuit électronique raccordé aux deux bobines. L'association du piston et du moyen élastique de rappel permet d'effectuer la conversion de la différence des pressions amont et aval dans le filtre en un déplacement sans contacts d'une tige cylindrique, et plus particulièrement d'un noyau magnétique porté par cette tige. L'ensemble constitué par les deux bobines logées dans leur boîtier magnétique et reliées au circuit électronique forme un détecteur sans contacts de la position du noyau magnétique. Selon une autre caractéristique de l'invention, les deux bobines du boîtier sont raccordées par un montage push-pull à une source d'alimentation en tension alternative de fréquence fixe, et la position du noyau dans le tube est déterminée par le rapport VmNa, Vm étant la tension au point milieu entre les bobines et Va étant la tension d'alimentation. Le moyen élastique de rappel du piston est avantageusement réglé ou taré pour que le rapport VmNa soit égal à 0,5 quand le noyau est dans une position médiane centrée entre les deux bobines, correspondant à un niveau d'alarme de colmatage du filtre. La valeur 0,5 du rapport VmNa se trouve au centre d'une zone de détection linéaire. Le choix de faire correspondre cette valeur au niveau d'alarme de colmatage permet donc d'effectuer des mesures quantitatives fiables de part et d'autre de ce niveau de colmatage. Dans un premier mode de réalisation, le moyen élastique de rappel du piston est un ressort taré monté entre le piston et une extrémité du corps. La forme du piston est choisie pour délimiter deux chambres de pression, reliées respectivement à la pression en amont et à la pression en aval du filtre, l'étanchéité entre ces deux chambres étant assurée par tout moyen approprié, comme par exemple un joint torique monté dans le corps et coopérant avec une partie du piston, ou porté par le piston et coopérant avec la surface interne du corps. Dans un deuxième mode de réalisation, le moyen élastique de rappel du piston est un soufflet métallique étanche reliant le piston à une extrémité du corps cylindrique et délimitant dans le corps une chambre amont reliée à la pression en amont du filtre et une chambre aval reliée à la pression en aval du filtre. Un tel soufflet assure à la fois le rappel élastique du piston et l'étanchéité entre les deux chambres, en évitant les inconvénients inhérents au premier mode de réalisation, notamment les frottements des joints d'étanchéité et l'hystérésis caractérisant ces joints d'étanchéité. Avantageusement, le soufflet métallique est en appui, à son extrémité opposée au piston, sur un embout vissé dans le corps cylindrique, la position vissée de l'embout étant déterminée pour faire coïncider la position médiane du noyau entre les bobines avec une valeur de la différence des pressions en amont et en aval du filtre correspondant à un niveau d'alarme de colmatage. Le réglage de la position vissée de l'embout permet ainsi de calibrer le dispositif afin que la position médiane du noyau entre les bobines, qui correspond au milieu de la zone linéaire du capteur de position, coïncide avec une différence des pressions appliquées au piston correspondant au niveau d'alarme de colmatage. Selon une autre caractéristique de l'invention, le tube à extrémité fermée est constitué d'un matériau à forte résistivité. Avantageusement, l'ensemble des deux bobines placées dans leur boîtier magnétique est doublé par un deuxième ensemble identique également monté autour du tube pour fournir une information redondante sur la position du noyau. L'utilisation de deux détecteurs identiques à des fins de redondance permet la détection d'une éventuelle défaillance de l'un des détecteurs pour procéder à sa réparation ou à son remplacement, tout en conservant l'information de position du noyau magnétique. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention ; la figure 2 est une vue schématique du circuit électronique équipant le premier mode de réalisation ; la figure 3 est une vue schématique en coupe axiale d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention. la figure 4 est une vue schématique en coupe axiale d'un troisième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention. On se réfère d'abord à la figure 1, dans laquelle le dispositif selon l'invention comprend un corps tubulaire 10 en deux parties solidaires 12 et 14. La première partie 12 comprend notamment une plateforme 16, pouvant servir à monter ce dispositif sur un filtre (non représenté), un module de connexion électrique 18, et une trappe d'accès 62. La deuxième partie 14 forme un espace interne cylindrique ouvert du côté opposé à la première partie 12 et se prolonge dans cette première partie par un tube à extrémité fermée 20, appelé parfois doigt de gant, qui traverse un orifice de la plateforme 16. L'extrémité opposée de la deuxième partie 14 est fermée hermétiquement par un embout cylindrique 22 dont on peut régler la position axiale par vissage d'une partie filetée 56 dans une surface filetée correspondante 58 de la partie 14, et qui comporte un orifice cylindrique 24 d'admission de la pression aval du filtre. Cette partie 14 comporte également un orifice 26 d'admission de la pression amont du filtre, qui est formé sur sa surface cylindrique. Un piston 28 est monté coulissant dans la partie 14 et délimite deux chambres de pression, respectiveiment aval 30 et amont 32, l'orifice 24 d'admission de la pression aval du filtre débouchant dans la chambre aval 30 et l'orifice 26 d'admission de la pression amont du filtre débouchant dans la chambre amont 32. Le piston 28 est sollicité par un ressort de rappel 34 qui prend appui sur l'embout 22 et sur une face interne 36 de ce piston, de sorte que la poussée du ressort sur le piston s'additionne à la poussée due à la pression de fluide dans la chambre de pression aval 30. Ce piston 28 est en outre pourvu d'un joint torique 38 afin de garantir l'étanchéité entre les deux chambres 30 et 32, et porte une tige cylindrique 42 en matériau amagnétique qui s'étend librement à l'intérieur du tube 20 et qui porte un noyau magnétique 44 coulissant librement dans le tube 20. La course du piston 28 est limitée, en direction de l'embout 22, par un siège annulaire 40 formé sur cet embout 22. En direction de la plateforme 16, la course de ce piston est limitée par butée sur l'extrémité de la partie 14 et par une butée 54 formée à l'extrémité fermée du tube 20 et destinée à s'opposer au déplacement axial de l'extrémité de la tige 42. Les caractéristiques du piston 28 et de son ressort 34 sont choisies de sorte qu'une certaine gamme de valeurs de la différence entre les pressions amont et aval corresponde à une plage prédéterminée de positions axiales du piston 28, et donc du noyau 44. Deux bobines 46 et 48 de fil électroconducteur sont montées côte à côte autour du tube à extrémité fermée 20. Ces bobines, qui sont reliées selon un montage push-pull, c'est-à-dire en opposition, à un circuit électronique 60 (figure 2), sont intégrées dans deux demi coquilles sensiblement cylindriques de matériau magnétique formant un boîtier 50. Un disque 52 en matériau magnétique est également monté autour du tube 20 et disposé entre les deux bobines, à l'intérieur du boîtier 50. Comme le montre la figure 2, le circuit électronique 60, qui est relié aux deux bobines 46, 48, est alimenté par une source 64 délivrant une tension alternative Va, par exemple de fréquence égale à 3,5 kHz. La tension Vm prise au point de raccord 68 des deux bobines dépend de la position du noyau 44 dans l'entrefer des bobines. Lorsque le noyau se trouve dans une position médiane centrée entre les deux bobines 46 et 48, le rapport des tensions Vm/Va est égal à 0,5. Ce rapport varie proportionnellement au déplacement du noyau tant que ce déplacement n'excède pas une certaine valeur, typiquement de l'ordre de 1 mm, de part et d'autre de cette position centrale. Le dispositif selon l'invention doit être soumis à un réglage avant toute utilisation, afin de faire correspondre la position centrale précitée du noyau 44 à un niveau choisi d'alarme de colmatage du filtre. Ce réglage consiste à placer le dispositif dans des conditions correspondant au niveau d'alarme de colmatage choisi, et à régler la position axiale de l'embout 22 par vissage de manière à ce que le noyau 44 se trouve dans la position médiane centrée entre les deux bobines 46 et 48. Il s'agit donc de soumettre les deux chambres 30, 32 respectivement à des pressions de fluide telles que leur différence corresponde à une différence de pression entre l'amont et l'aval caractéristique d'un filtre atteignant le niveau d'alarme de colmatage, et à visser l'embout 22 dans la partie filetée 58 jusqu'à ce que le noyau 44 ait atteint la position médiane choisie comme référence. En fonctionnement, les deux orifices 24, 26 d'admission des pressions, respectivement aval et amont, sont raccordés au filtre à surveiller, de sorte que la chambre aval 30 contient du fluide à la pression aval, tandis que la chambre amont 32 et le tube 20, qui prolonge cette chambre 32 et dans lequel coulisse la tige 42, contiennent du fluide à la pression amont. La différence des pressions de fluide entre les deux chambres 30, 32 détermine la position axiale du piston 28, et donc la position du noyau 44 dans l'entrefer des deux bobines 46, 48. Ainsi, au fur et à mesure que le filtre se colmate, le noyau est déplacé axialement dans l'entrefer des bobines, ce qui fait varier la tension Vm. Lorsque le filtre atteint le niveau d'alarme de colmatage pour lequel le dispositif a été préréglé, le noyau arrive dans sa position médiane de référence, centrée entre les deux bobines, ce qui se traduit par une valeur du rapport VmNa égale à 0,5. Le mode de réalisation des figures 1 et 2 présente de nombreux avantages. Ces avantages sont notamment inhérents à l'absence de contact entre certaines des pièces mobiles. En effet, la tige 42 coulisse dans le tube 20, prolongeant la chambre amont 32, en étant entourée d'une fine couche de fluide provenant de cette chambre amont et limitant les frottements de la tige 42 dans le tube 20. II en résulte une plus grande endurance thermique et vibratoire du dispositif dont la durée de vie estimée est ainsi supérieure à un million d'heures de fonctionnement. Un tel dispositif est en outre capable de fonctionner dans une 25 gamme de températures particulièrement étendue, typiquement comprise entre -65 C et +200 C. Le capteur de position à bobines et noyau magnétique se caractérise par une excellente linéarité du rapport des tensions VmNa dans une plage de déplacements du noyau, typiquement de l'ordre de plus ou moins 1 mm 30 autour d'une position médiane. Les propriétés mécaniques du ressort sont choisies de sorte que cette plage de déplacement autour de la position médiane soit suffisante pour couvrir toute la gamme des niveaux de colmatage qu'un filtre est susceptibe d'atteindre en pratique. Un tel capteur permet donc non seulement de signaler lorsque le filtre surveillé atteint un certain niveau d'alarme de colmatage, mais aussi de suivre l'évolution du colmatage au-delà de ce niveau d'alarme, ce qui offre la possibilité de retarder au maximum le remplacement du filtre sans risque de détérioration des équipements raccordés au filtre. Le mode de réalisation présenté facilite par ailleurs l'échange ou la réparation du dispositif, du fait de l'intégration de ce dispositif dans un corps indépendant du filtre et capable d'être aisément monté sur le filtre et d'en être facilement retiré. La trappe d'accès 62 offre en outre un moyen aisé de retirer le boîtier 50 monté autour du tube 20 et contenant le capteur de déplacement, afin de remplacer ou réparer ce capteur. Ce premier mode de réalisation présente néanmoins une limite du fait de l'hystérésis inhérente au joint d'étanchéité 38, qui perturbe le déplacement du piston en dessous d'une certaine valeur de la différence des pressions amont et aval, et empêche donc de quantifier le niveau de colmatage du filtre tant que ce filtre n'est pas suffisamment colmaté. La figure 3 représente un deuxième mode de réalisation dans lequel la combinaison du piston 28 avec le ressort 34 et le joint torique 38 du premier mode de réalisation sont remplacés par un soufflet métallique étanche 70, qui peut être fabriqué par exemple par hydroformage, et qui porte un piston 72 et est guidé par une partie creuse cylindrique 74 d'un embout 80. Une extrémité 76 de cet embout 80 constitue une butée s'opposant au déplacement du piston 72 au-delà d'un certain niveau de compression du soufflet 70, l'autre extrémité de cet embout 80 comportant un orifice central 82 d'admission de la pression aval du filtre et un épaulement annulaire 78 supportant le soufflet 70. La surface externe de cet embout 80 comporte un filetage analogue à celui de l'embout 22 du premier mode de réalisation. Le principe de fonctionnement de ce mode de réalisation est identique à celui du premier mode de réalisation. Le soufflet 70 est choisi de manière analogue au ressort 34 de ce premier mode, afin de faire correspondre la plage des positions axiales utiles du noyau à une gamme utile de différence des pressions amont et aval. De même, le réglage de l'embout 80 par vissage pour calibrer la position de référence du noyau 44 est analogue au réglage de l'embout 22 du premier mode de réalisation. Outre les avantages déjà évoqués à propos du premier mode de réalisation, ce deuxième mode offre une fiabilité accrue grâce au soufflet 70, qui permet d'éviter de recourir à un joint d'étanchéité dont la fixation pose immanquablement des difficultés. La figure 4 représente un troisième mode de réalisation, analogue au deuxième mode, mais dans lequel un deuxième module 47, 49, 51, 53 de détection de la position de la tige 42, qui est identique au premier module 46, 48, 50, 52, est monté autour du tube 20, et un deuxième noyau 44 identique au premier noyau est porté par la tige 42, à des fins de redondance. Le dispositif représenté comporte ainsi deux boîtiers 50, 51 identiques, comprenant chacun deux bobines, respectivement 46, 48 et 47, 49, séparées par un disque magnétique 52, respectivement 53. Les deux boîtiers 50, 51 sont eux-mêmes maintenus séparés par une rondelle élastique 84 montée autour du tube 20. La présence de deux capteurs de position redondants permet de détecter une défaillance éventuelle de l'un des deux capteurs afin de 25 procéder à sa réparation ou à son remplacement. Dans les différents modes de réalisation représentés aux dessins, le niveau d'alarme de colmatage choisi étant défini par une différence de pression entre l'amont et l'aval égale à 0,8 bar tandis que cette différence se situe aux environs de 0,2 bar pour un filtre non colmaté, le dispositif est 30 capable de suivre l'évolution du colmatage jusqu'à une différence de pression de l'ordre de 1,8 bar. Dans le cas du premier mode de réalisation, l'hystérésis de l'ordre de 0,2 bar limite l'utilisation du dispositif à une gamme de différences de pression supérieures à 0,6 bar. Cette limitation n'est pas présente dans le second mode de réalisation dans lequel les problèmes d'hystérésis sont quasirnent négligeables (hystérésis inférieure à 0,05 bar). REVENDICATIONS 1. Dispositif de surveillance du colmatage d'un filtre, par exemple d'un filtre d'huile ou de carburant, comprenant un corps cylindrique (10) comportant des orifices (26, 24) d'admission des pressions en amont et en aval du filtre, débouchant de part et d'autre d'un piston (28, 72) monté coulissant à étanchéité dans le corps cylindrique (10), et un moyen élastique de rappel (34, 70) pour solliciter le piston (28, 72) dans le même sens de déplacement que la pression aval, caractérisé en ce que le piston (28) est relié à une tige cylindrique (42) s'étendant librement à l'intérieur d'un tube à extrémité fermée (20), autour duquel sont montées deux bobines de fil électroconducteur (46, 48) placées dans un boîtier (50) formant une culasse magnétique, la tige (42) du piston étant en matériau amagnétique et portant un noyau magnétique (44) dont la position à l'intérieur du tube (20) est déterminée à partir de la tension électrique aux bornes d'un circuit électronique (60) raccordé aux deux bobines (46, 48). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux bobines (46, 48) du boîtier (50) sont raccordées par un montage push- pull à une source d'alimentation (64) en tension alternative de fréquence fixe, et en ce que la position du noyau (44) dans le tube (20) est déterminée par le rapport Vrn/Va, Vm étant la tension au point milieu (68) entre les bobines et Va étant la tension d'alimentation. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen élastique de rappel (34, 70) du piston (28, 72) est réglé ou taré pour que le rapport VmNa soit égal à 0,5 quand le noyau (44) est dans une position médiane centrée entre les deux bobines (46, 48). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la position médiane du noyau (44) correspondant au rapport VmNa=0,5 est un niveau d'alarme de colmatage du filtre. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lemoyen élastique de rappel du piston est un ressort taré (34) monté entre le piston (28) et une extrémité du corps (10). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moyen élastique de rappel du piston (72) est un soufflet métallique étanche (70) reliant le piston (72) à une extrémité du corps cylindrique (10) et délimitant dans le corps (10) une chambre amont (32) reliée à la pression en amont du filtre et une chambre aval (30) reliée à la pression en aval du filtre. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le soufflet métallique (70) est en appui, à son extrémité opposée au piston (72), sur un embout (80) vissé dans le corps cylindrique (10), la position vissée de l'embout (80) étant déterminée pour faire coïncider la position médiane du noyau (44) entre les bobines avec une valeur de la différence des pressions en amont et en aval du filtre correspondant à un niveau d'alarme de colmatage. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le tube à extrémité fermée (20) est constitué d'un matériau à forte résistivité. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'ensemble des deux bobines (46, 48) placées dans leur boîtier magnétique (50) est doublé pair un deuxième ensemble identique (47, 49, 51) également monté autour du tube (20) pour fournir une information redondante sur la position d'un deuxième noyau (44) porté par la tige (42). 10. Filtre, par exemple d'huile ou de carburant, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif de surveillance du colmatage selon l'une des revendications 1 à 9. 11. Turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif de surveillance du colmatage d'un filtre selon l'une des revendications 1 à 9.