Brevet FR3007134A1 — publié le 20141219

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne le domaine des systèmes de mesure de pression ceux notamment comprenant un capteur de pression à membrane déformable. ETAT DE LA TECHNIQUE Un système de mesure de pression comprend classiquement un capteur de pression permettant de délivrer un signal électrique représentatif d'une pression détectée et un circuit électronique d'amplification qui permet d'amplifier le signal électrique issu du capteur afin d'obtenir un signal de sortie. Le circuit électronique permet d'amplifier le signal issu du capteur. Les plages haute et basse de la tension du signal de sortie permettent de signaler une défaillance. Par exemple, le circuit électronique peut amplifier le signal électrique issu du capteur tout en gardant des plages comme des zones de détection de défaillance. Toutefois, en sortie du capteur, le signal électrique croit de manière linéaire en fonction de la pression de sorte que le signal de sortie Vs, version amplifiée du signal issu du capteur Ve, peut atteindre la zone haute de tension dédiée aux défaillances en cas de suppression alors que le système de mesure de pression n'est pas défectueux. Il existe par conséquent un besoin de pouvoir discriminer un cas de surpression d'un cas de défaillance du capteur. PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention propose de discriminer un cas de surpression d'un cas de défaillance du capteur. A cet effet, l'invention propose un système de mesure de pression comprenant : un capteur de pression comprenant : une membrane déformable sur laquelle est disposée un pont résistif apte à délivrer une tension de pont représentative d'une déformation de la membrane déformable provoquée par une pression appliquée sur ladite membrane déformable ; un système de limitation des déformations de la membrane déformable apte à limiter la tension de pont en cas de surpression ou de dépression au niveau de la membrane déformable ; un circuit électronique d'amplification connecté au pont résistif apte à délivrer une tension de sortie fonction de la tension de pont ; le système de limitation et le circuit électronique étant conjointement configurés pour que la tension de sortie permette de distinguer un cas de défaillance du capteur de pression et/ou du circuit électronique d'un cas de surpression ou de dépression au niveau de la membrane déformable. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - le système de limitation et le circuit électronique sont conjointement configurés pour que : en fonctionnement nominal, la tension de sortie varie linéairement entre deux valeurs Vs_min et Vs_max pour une pression au niveau de la membrane déformable comprise entre Pmin et Pmax ; et en cas de surpression au niveau de la membrane déformable, la tension de sortie croit pour saturer à une tension de saturation Vs_sat_max pour une pression au niveau de la membrane déformable supérieur à Pmax ; - le système de limitation et le circuit électronique sont en outre conjointement configurés pour qu'en cas de dépression, la tension de sortie décroit pour saturer à une tension de saturation Vsatmin pour un différentiel de pression (au niveau de la membrane) inférieur à Pmin ; - la membrane déformable comprend une première partie et une seconde partie entourant la première partie, la seconde partie présentant une épaisseur supérieure à l'épaisseur de la première partie de manière à définir un espace libre, la membrane étant suspendue au-dessus de l'espace libre ; - le système de limitation comprend une butée inférieure apte à limiter les déformations de la membrane déformable, ladite butée inférieure étant disposée au-dessous de la membrane déformable ; - le système de limitation comprend en outre une butée supérieure apte à limiter les déformations de la membrane déformable, ladite butée supérieure étant disposée au-dessus de la membrane déformable ; - la butée inférieure comporte des ilots qui s'étendent dans l'espace libre vers la membrane à partir d'une surface plane de la butée inférieure, les ilots formant une structure en relief de sorte qu'en cas de contact entre les ilots et la première partie de la membrane, la surface de contact entre les ilots et la première partie de la membrane soit faible par rapport aux dimensions de la première partie de la membrane ; - le système de limitation comporte un évidement central traversant, le système de mesure étant alors apte à mesure une pression de manière différentielle. - le système de limitation est en matériau choisi parmi les matériaux suivants : verre ; quartz ; alumine ; céramique ; alliages ; Si ; SiC ; saphir. L'invention permet qu'en cas de surpression le système de limitation permet de « stopper » le déplacement de la membrane ce qui a pour conséquence de limiter la tension de pont du capteur de pression et ainsi de circonscrire la tension de sortie Vs du système de mesure de pression. L'invention repose ainsi sur un ajustement conjoint du circuit électronique d'amplification et d'un dimensionnement du capteur de pression et notamment du système de déformation (en fonctionnement nominal) afin de circonscrire la tension de sortie Vs dans une zone allouée à la surpression et par conséquent de la différencier d'une tension de saturation du circuit électronique révélatrice d'une défaillance du capteur et/ou du circuit électronique. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre un système de mesure de pression selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 illustre un système de mesure de pression selon un second mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 illustre un schéma électrique d'un système de mesure de pression selon l'invention ; - la figure 4 illustre un fonctionnement du système de mesure de pression selon le premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 illustre un fonctionnement du système de mesure de pression selon le second mode de réalisation de l'invention ; - la figure 6 illustre un mode de réalisation d'un système de limitation des déformations d'une membrane déformable d'un système de mesure de pression conforme à l'invention. Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En relation avec les figures 1 et 2 un système de mesure de pression, selon un premier et un second modes de réalisation, comprend un capteur de pression 1, 1' apte à délivrer une tension Ve représentative d'une pression détectée et un circuit électronique 2 d'amplification connecté au capteur de pression 1, 1'. Le circuit électronique 2 est apte à délivrer une tension de sortie Vs fonction de la tension Ve issue du capteur de pression 1, 1'. Le capteur de pression 1, 1' comprend notamment une membrane déformable 11 sur laquelle est disposée un pont résistif 10 qui permet de délivrer la tension Ve dite tension de pont. Cette tension de pont Ve est donc représentative d'une pression P, P' appliquée sur la membrane 11 déformable (au-dessus ou au- dessous de la membrane). La figure 3 illustre un schéma électrique des systèmes de mesure selon les premier et second modes de réalisations illustrés sur les figures 1 et 2 respectivement. Le pont résistif 10 est notamment constitué de quatre éléments résistifs R1, R2, R3, R4 constitués par quatre jauges de contraintes qui permettent de traduire la déformation de la membrane 11 déformable en variations de résistances électriques. Revenant aux figures 1 et 2, le système de mesure de pression 1, 1' comprend en outre un système 12, 12' de limitation des déformations de la membrane 11 apte à limiter la tension de pont Ve en cas de surpression ou de dépression au niveau de la membrane déformable du capteur de pression 1, 1'. En particulier, le système 12, 12' de limitation et le circuit 2 électronique sont conjointement configurés pour que la tension de sortie Vs permette de distinguer un cas de panne du capteur de pression 1 et/ou du circuit électronique 2 d'un cas de surpression ou de dépression au niveau du capteur de pression 1. Le capteur de pression 1 (et donc le pont résistif) est alimenté par une tension d'alimentation de pont V1 et le circuit électronique d'amplification est alimenté par une tension d'alimentation du circuit électronique V2. En régime nominal, le circuit électronique 2 amplifie la tension de pont Ve afin que la tension de sortie Vs varie entre une valeur comprise entre Vsmin et Vsmax pour des valeurs de pression au niveau de la membrane déformable comprises dans une plage [Pmin-Pmax]. Dans le cas d'un capteur de pression 1 absolu, une pression P est appliquée au-dessus de la membrane 11 déformable, dite pression supérieure P. Dans ce cas, une surpression au niveau de la membrane déformable 11 correspond à une pression supérieure Psupérieure à un seuil Pmax. Dans le cas d'un capteur de pression 1, 1' différentiel une pression supérieure P est appliquée au-dessus de la membrane 11 déformable et une autre pression P' est appliquée en dessous de la membrane 11 déformable dite pression inférieure. Dans ce cas, une surpression au niveau de la membrane 11 correspond à un différentiel de pression P-P'>Pmax et une dépression au niveau de la membrane 11 correspond à un différentiel P-P' La membrane 11 et la butée inférieure 12 sont connectés au substrat support 13 par scellement anodique ou au moyen d'une liaison moléculaire ou atomique avec ou sans couche intermédiaire, ou par frittage ou par brasage. De manière complémentaire, la butée inférieure 12, en relation avec la figure 1, est de forme générale trapézoïdale, la grande base étant disposée sur le substrat 13 support et la petite base est disposée directement en dessous de la membrane 11 en particulier sous sa seconde partie 11 b, cette petite base définie une surface plane de la butée. Dans le cas d'un capteur de pression différentiel la butée inférieure 12 comprend un évidement 120 central traversant typiquement en forme de cône. La figure 4 illustre un fonctionnement du système de mesure de pression selon le premier mode de réalisation (avec une butée inférieure 12). Sur cette figure 3, la tension de sortie Vs (volts) est fonction de la pression P (bar) appliquée sur la membrane 11 du capteur de pression 1, la tension de sortie Vs est donnée par la relation suivante Vs = G x Ve + offset avec G un coefficient d'amplification et offset un décalage d'échelle. Toujours en relation avec la figure 4, le fonctionnement nominal définit une première zone Z1 (pour Vs comprise entre Vsmin et Vsmax), le cas de surpression définit une seconde zone Z2 dite zone de surpression (pour Vs comprise entre Vsmax et Vsat_max pour une pression P entre Pmax et Psurpression_max), certaines défaillances du capteur de pression 1 et/ou d'un circuit électronique définissent une zone de défaut haute : troisième zone Z3 (pour Vs comprise entre une tension Vdéfaut_haut et la tension d'alimentation V2), et d'autres défaillances du capteur de pression 1 et/ou d'un circuit électronique définissent une zone de défaut bas de tension : quatrième zone Z4 (pour Vs comprise entre 0 et Vdéfaut_bas). Selon le second mode de réalisation, en relation avec la figure 2, en plus des éléments constituant du système de mesure de pression 1 selon le premier mode de réalisation, le système de mesure de pression 1' selon le second mode de réalisation comprend un système de limitation apte, outre à limiter une pression appliquée au-dessus de la membrane, à limiter une pression P' (pression inférieure) appliquée au-dessous de la membrane 11 (notamment dans le cas d'un système de mesure pression différentielle). En particulier, le système de limitation 12' permet de détecter outre les cas de surpression, les cas de dépression lorsque le différentiel P-P' est négatif. Selon ce second mode de réalisation, le système de limitation comprend outre la butée inférieure 12, une butée supérieure 12' disposée au-dessus de la membrane déformable 11. La butée supérieure 12' présente des évidements 120' en son centre et est connectée à la membrane 11 au moyen d'un scellement anodique ou au moyen d'une liaison moléculaire ou covalente avec ou sans couche intermédiaire, ou par frittage ou par brasage. Le système de limitation 12, 12' est de préférence constitué dans un matériau identique à celui de la membrane 11 ou en alliages, du saphir, de l'alumine, de la céramique, du quartz ou du verre. Il peut de même être constitué dans un matériau identique à celui du substrat support 13. La figure 5 illustre un fonctionnement du système de mesure de pression selon le second mode de réalisation (avec les butée inférieure 12 et supérieure 12'). Sur cette figure 5 la tension Vs (volts) est fonction du différentiel de pression P-P' (bar) appliqué sur la membrane 11 du capteur de pression 1, la tension de sortie Vs est donnée par la relation suivante Vs = G x Ve + offset avec G un coefficient d'amplification et offset un décalage d'échelle. Sur cette figure 5 outre la première zone Z1, la seconde zone Z2, la troisième zone Z3 et la quatrième zone Z4, une cinquième zone Z5 dite zone de dépression pour Vs comprise entre Vsat_min et Vsmin pour un différentiel de pression P'-P En conséquence, le système de limitation 12, 12' et le circuit électronique sont conjointement configurés pour que - en fonctionnement nominal, la tension de sortie Vs varie linéairement entre deux valeurs Vsmin et Vsmax pour la plage de pression prédéterminée [Pmin- Pmax] ; - en cas de surpression, la tension de sortie Vs croit pour saturer à une tension de saturation Vs_sat_max pour une pression (ou différentiel de pression) au niveau de la membrane déformable supérieure à Pmax ; - en cas de défaillance du capteur de pression 1 et/ou du circuit 2 électronique, la tension de sortie Vs atteint une tension Vdéfaut_haut (Z3) ou Vdéfaut_bas (Z4) du circuit électronique telle qu'une défaillance du capteur de pression 1 et/ou du circuit électronique n'est pas considérée comme un cas de surpression ou de dépression au niveau du capteur de pression 1 ; en cas de dépression, la tension de sortie décroit pour varier entre deux valeurs Vsat_min et Vs_min (Z5) pour un différentiel de pression P'- P La figure 6 illustre un mode de réalisation d'une butée inférieure utilisée dans le système de mesure pression selon les premier et second modes de réalisation dans lequel la butée comporte des ilots 121-128 qui s'étendent dans l'espace libre 3 vers la membrane 11 à partir d'une surface plane de la butée inférieure 12. De tels ilots 121-128 forment une structure en relief de sorte qu'en cas de contact entre les ilots 121-128 et la première partie lla de la membrane 11, la surface de contact entre les ilots 121-128 et la première partie 11a de la membrane 11 soit faible par rapport aux dimensions de la seconde partie 11 b de la membrane 11. Les ilots ainsi formés permettent une circulation optimale du fluide dans l'espace entre la membrane 11 et la butée inférieure 12 dans le cas d'un système de mesure apte à mesurer une pression de manière différentielle. Les ilots 121-128 comportent avantageusement des facettes inclinées qui sont orientées selon des angles aigus supérieurs à zéro degré par rapport à la surface plane de la butée inférieure. Ils sont notamment en forme de mésa. Les ilots 121-128 permettent également de minimiser les erreurs dues à la variation de densité du fluide (en cas de variation de températures au cours de l'utilisation du système de mesure de pression par exemple de -50°C à 180 °C) dans l'espace situé entre la butée inférieure 12 et la membrane 11. Les ilots ont une hauteur comprise préférentiellement entre 10pm et 50pm, et une largeur à la base comprise entre 20pm et 200pm. Par ailleurs, les ilots 121-128 sont dimensionnés pour que la première partie de la membrane et les ilots soient espacés d'une distance comprise entre 5 et 30 15 lin de préférence 10 pin Comme mentionné ci-dessus, il existe un écart entre la butée inférieure 12 et la membrane 11. Cet écart représente la distance maximale de déformation de la membrane 11. De cette manière, une déformation plus importante que cet écart met alors la membrane 11 en appui contre la butée inférieure 12 ce qui empêche une 20 surdéformation liée à une surpression. C'est en particulier contre les ilots que la membrane 11 vient en appui dans le cas d'une surpression appliquée sur le capteur de pression 1. De manière avantageuse, la valeur de cet écart peut être choisie en fonction des paramètres de résistance à la déformation de la membrane 11 (dépendant 25 notamment de son épaisseur et du matériau qui la constitue) avec un écart seuil à partir duquel la membrane risque de se détériorer. De cette façon, il est possible d'ajuster les paramètres de la butée inférieure 12 en fonction de l'application visée. 30 REVENDICATIONS1. Système de mesure de pression comprenant : un capteur de pression (1) comprenant : une membrane déformable (11) sur laquelle est disposée un pont (10) résistif apte à délivrer une tension de pont (Ve) représentative d'une déformation de la membrane déformable (11) provoquée par une pression (P, P') appliquée sur ladite membrane déformable ; un système (12, 12') de limitation des déformations de la membrane déformable (11) apte à limiter la tension de pont (Ve) en cas de surpression ou de dépression au niveau de la membrane déformable ; un circuit (2) électronique d'amplification connecté au pont résistif apte à délivrer une tension de sortie (Vs) fonction de la tension de pont (Ve) ; le système (12, 12') de limitation et le circuit électronique (2) étant conjointement configurés pour que la tension de sortie (Vs) permette de distinguer un cas de défaillance du capteur de pression (1) et/ou du circuit (2) électronique d'un cas de surpression ou de dépression au niveau de la membrane déformable. 2. Système de mesure de pression selon la revendication 1, dans lequel le système de limitation et le circuit électronique sont conjointement configurés pour que : en fonctionnement nominal, la tension de sortie (Vs) varie linéairement entre deux valeurs Vs_min et Vs_max pour une pression au niveau de la membrane déformable comprise entre Pmin et Pmax ; en cas de surpression au niveau de la membrane déformable, la tension de sortie (Vs) croit pour saturer à une tension de saturation Vs_sat_max pour une pression au niveau de la membrane déformable (11) supérieur à Pmax. 3. Système de mesure de pression selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le système de limitation et le circuit électronique sont en outre conjointement configurés pour qu'en cas de dépression, la tension de sortie (Vs) décroit pour saturer à une tension de saturation Vsatmin pour un différentiel de pression au niveau de la membrane inférieur à Pmin. 4. Système de mesure de pression selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la membrane déformable (11) comprend une première partie (11a) et une seconde partie (11b) entourant la première partie (11a), la seconde partie (11b) présentant une épaisseur supérieure à l'épaisseur de la première partie (11a) de manière à définir un espace libre (3), la membrane étant suspendue au-dessus de l'espace libre (3). 5. Système de mesure de pression selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le système de limitation (12, 12') comprend une butée inférieure (12) apte à limiter les déformations de la membrane déformable (11), ladite butée inférieure (12) étant disposée au-dessous de la membrane déformable (11). 6. Système de mesure pression selon la revendication précédente, dans lequel le système de limitation comprend en outre une butée supérieure (12') apte à limiter les déformations de la membrane déformable (11), ladite butée supérieure (12') étant disposée au-dessus de la membrane déformable (11) 7. Système de mesure pression selon l'une des revendications 3 à 5, dans lequel la butée inférieure comporte des ilots (121-128) qui s'étendent dans l'espace libre (3) vers la membrane (11) à partir d'une surface plane de la butée inférieure (12), les ilots (121-128) formant une structure en relief de sorte qu'en cas de contact entre les ilots (121-128) et la première partie (11a) de la membrane (11), la surface de contact entre les ilots (121-128) et la première partie (11a) de la membrane (11) soit faible par rapport aux dimensions de la première partie (11b) de la membrane (11). 8. Système de mesure de pression selon l'une des revendications 3 à 5, dans lequel le système de limitation (12, 12') comporte un évidement (120, 120') central traversant, le système de mesure étant alors apte à mesurer une pression de manière différentielle. 9. Système de mesure de pression selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le système de limitation (12, 12') est en matériau choisi parmi les matériaux suivants : verre ; quartz ; alumine ; céramique ; alliages ; Si ; SiC ; saphir.