Brevet FR3075368A1 — publié le 20190621

L'invention concerne un capteur de pression. L'invention concerne plus particulierement un capteur de pression, notamment pour la mesure d'une pression de fluide au sein d'un stockage, comprenant un corps muni d'une zone sensible a la pression destinoe a etre exposoe a la pression a mesurer, la zone sensible otant deformable et comprenant un materiau conducteur electrique ou magnotique, le capteur comprenant un organe electronique de mesure de la contrainte ou la pression subie par la zone sensible. Les capteurs de pression industriels destines aux hautes pressions (par exemple pression superieure a 100 bar) restent relativement complexes et coOteux pour les applications nocessitant une application a grande ochelle (quelques dizaines de milliers de pieces par exemple). Une part importante du coOt est hoe aux exigences motrologiques qui obligent a mener une caracterisation du capteur en pression et en temperature. Ces operations sont a la fois longues en coOteuses. Par ailleurs, la plupart des solutions de capteurs comprennent une partie analogique et une partie digitale qui conduit a une consommation electrique relativement elevee quand l'objectif est d'equiper des objets mobiles dont l'electronique est alimentoe par pile. Pour cette raison it est generalement fait un compromis entre la reactivito du capteur et sa duree de vie. Ceci peut etre ponalisant pour les applications dont l'autonomie doit etre de plusieurs annees sans changement de pile. Ainsi, les capteurs industriels prosentent generalement une incertitude faible qui est utile dans certaines applications, mais cette precision un impact fort sur le coOt, en particulier le coOt de l'etalonnage. Une part importante de coOt est hoe a la caracterisation en temperature de chaque capteur. Celle-ci est difficilement envisageable dans une solution faible coOt et pourrait etre ovitee (modele fixe au moins pour la dependance en temperature) si ('incertitude requise est moins stricte. Dans les applications gaz, les objets complets doivent etre testes sous pression, ce test est partiellement redondant avec les tests metrologiques, et permettraient directement d'assurer la caracterisation en pression. Un but de la prosente invention est de pallier tout ou partie des inconvonients de l'art anterieur relevos ci-dessus. 2 A cette fin, le capteur selon l'invention, par ailleurs conforme a la definition generique qu'en donne le preambule ci-dessus, est essentiellement caracterise en ce que l'organe electronique de mesure est configure pour mesurer une grandeur capacitive fonction de la position relative entre une premiere electrode constituoe 5 par la zone sensible et une seconde electrode conductrice fixe situoe sur le corps. Ceci permet une mesure de pression reposant sur une solution de detection capacitive de deplacement d'une zone sensible (membrane metallique ou autre) dont la calibration combinoe aux essais de pression permet une precision comparable aux manometres a tube de bourdon. 10 Par ailleurs, des modes de realisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caracteristiques suivantes : - la zone sensible comprend une paroi du corps, - la paroi du corps formant la zone sensible est obtenue par usinage du corps, 15 - le capteur comporte une chambre situoe entre la zone sensible et la seconde electrode, - la chambre est otanche et remplie d'un volume de gaz, notamment un gaz inerte, - l'organe electronique de mesure comprend un oscillateur configure pour 20 convertir grandeur capacitive mesuree en une valeur numerique, - le capteur comporte une troisieme electrode solidaire du corps, l'organe electronique de mesure est configure pour mesurer la grandeur capacitive par rapport a une valeur de reference definie par la troisieme electrode, - les premiere seconde et troisieme electrodes ont la meme capacito 25 electrique, - le capteur comprend une liaison electrique entre une masse metallique de reference adjacente a la seconde electrode et une portion du corps conductrice de l'electricite, - l'organe electronique de mesure est monte sur un circuit imprime, 30 - moins la seconde electrode est formoe sur le circuit imprime, - au moins une partie des composants electronique sont au moins partiellement noyos dans une resine assurant maintien et otancheite, 3 - le capteur comporte des au moins un raccord electrique relie a l'organe electronique de mesure ou un controleur electronique, ledit au moins un raccord etant configure pour permettre le transfert de donnees, notamment le au moins un raccord fait saillie au travers de la resine le cas echeant. 5 L'invention concerne egalement un robinet pour reservoir(s) de fluides sous pression ou un reservoir ou ensemble de reservoirs de fluide sous pression comprenant un tel capteur. L'invention peut concerner egalement tout dispositif ou procede alternatif comprenant toute combinaison des caracteristiques ci-dessus ou ci-dessous. 10 D'autres particularites et avantages apparaltront a la lecture de la description ci-apres, faite en reference aux figures dans lesquelles : - la figure 1 represente une vue en coupe transversale, schematique et partielle, illustrant un premier exemple de realisation possible d'un capteur selon ('invention, 15 - la figure 2 represente une vue des dessous, schematique et partielle, d'un detail de la figure 1 illustrant une geometrie possible des electrodes d'une partie circuit imprime du capteur. Le capteur 1 de pression, notamment pour la mesure d'une pression de fluide au sein d'un stockage (bouteille) comprend comprenant un corps 2 muni 20 d'une zone 3 sensible a la pression destinee a etre exposee a la pression a mesurer. La zone 3 sensible etant deformable et comprenant un materiau conducteur electrique ou magnetique. Par exemple, la zone sensible est une paroi mince du corps 2 metallique du capteur (epaisseur par exemple comprise entre 0,05mm et 25 2mm). Cette paroi est par exemple usinee dans le corps 2 metallique du capteur. Cette paroi 3 peut etre egalement encastree sur son pourtour (circulaire par exemple). Le capteur 1 comprend un organe 6 electronique de mesure de la contrainte ou la pression subie par la zone 3 sensible. L'organe 6 electronique de 30 mesure est configure pour mesurer une grandeur capacitive fonction de la position relative entre une premiere electrode constituee par la zone 3 sensible deformable et une seconde electrode 4 conductrice fixe situee sur le corps 2. 4 C'est-a-dire qu'il y detection de fawn capacitive du deplacement d'une membrane (paroi 3). La paroi 3 comprend de preference une face debouchant dans une cavito soumise a la pression P a mesurer. L'autre face de la paroi 3 peut deboucher dans une chambre 5 a une 5 pression ogale ou proche de la pression atmosphorique et dans laquelle peut etre mesure le deplacement de la paroi 3. La mesure du deplacement de la paroi 3 peut en particulier etre realisee par un circuit 6 de mesure comprenant par exemple un oscillateur permettant une conversion directe de capacito mesuree en une valeur numerique (signal 10 numerique). La paroi 3 sensible a la pression constitue une premiere electrode. Une seconde electrode 4 est formoe sur le capteur 1. La seconde electrode 4 comprend par exemple une plage conductrice situoe sur un circuit imprime 8 place en regard et a faible distance de la paroi 3 sensible. 15 L'organe 6 electronique de mesure la capacito electrique entre ces deux electrodes 3, 4. Cette capacito peut etre inversement proportionnelle au deplacement de la paroi 3 sensible. Le capteur 1 comporte de preference une troisieme electrode 7 mise en regard d'une partie non mobile ou faiblement mobile du capteur 1. 20 La troisieme electrode 7 est par exemple une portion circulaire proche de l'encastrement de la paroi 3 sensible mais operant exactement dans les memes conditions (en particulier pour la temperature). La troisieme electrode 7 peut ainsi servir de reference et peut permettre de detecter et oliminer les variations autres que celle de la mesure elle-meme. 25 De preference, les electrodes 3, 4 de mesure et ('electrode 7 de reference ont les memes ou sensiblement les memes surfaces. De cette fawn ces electrodes 3, 4, 7 ont les memes valeurs de capacito electrique. Une liaison electrique est de preference realisee entre une masse de reference 10 conductrice (electrode de masse situoe sur le circuit de mesure) et le 30 corps 2 motallique du capteur 1. Ceci peut etre realise via par exemple a une plage 10 motallisee en contact avec le corps 2 du capteur 1. 5 Comme illustre aux figures, l'organe 6 de mesure, la seconde electrode 4, la troisieme electrode 7 et la masse 10 de reference peuvent etre avantageusement situos sur un circuit imprime 8, par exemple des plages concentriques de formes circulaires (cf. figure 2). Comme illustre a la figure 2, 5 chaque electrode 4, 7 peut etre formoe par une plage conductrice circulaire sur une face (inferieure). L'autre face (superieure) du circuit imprime 8 peut comporter les autres composants electrique (l'organe 6 electronique de mesure, une puce electronique, microprocesseur(s), raccord(s) electriques...). La liaison entre le corps 2 du capteur 1 (suppose motallique) et le circuit 10 imprime peut etre realisee par contact direct, avec oventuellement soudage ou collage conducteur, pour que ('electrode 10 de masse soit en contact electrique avec le corps 2. Afin d'assurer la protection de l'ensemble vis-a-vis des diverses agressions, les composants/circuits peuvent etre recouverts d'un resine 9 assurant a la fois 15 otancheite, maintien mocanique et robustesse de l'ensemble. Les signaux electriques produits permettant la lecture de la mesure de pression peuvent etre disponibles au niveau de conducteurs traversant la resine 9. Pour augmenter la precision du dispositif (peut etre sensible a la temperature), le circuit de mesure peut incorporer une mesure de temperature (un 20 capteur de temperature) permettant de compenser/corriger (par exemple au premier ordre) les effets de la variation de temperature sur la mesure de pression. A cet effet, le circuit de mesure peut comprendre un micro controleur ayant un circuit de mesure capacitif (organe electronique de mesure), un circuit de mesure de temperature, et un circuit de communication (filaire et/ou sans fil). 25 Le capteur peut fonctionner de la fawn docrite ci-dessous. Sous l'effet de la pression P, la paroi 3 formant la zone sensible (qui est par exemple une plaque/membrane circulaire se deforme/flochit en se rapprochant de l'electrode 9 de mesure. La paroi est dimensionnoe pour se deformer tout en restant dans le domaine de deformation elastique et selon une loi connue fonction 30 de Ia goomotrie et du materiau utilise. Cette flexion roduit Ia distance entre Ia paroi 3 (premiere electrode) et a seconde electrode 4 (faible deplacements de l'ordre de quelques centiemes de mm a 1mm par exemple). Ceci provoque une augmentation de Ia capacito 6 electrique entre la paroi 3 et la seconde electrode 4, et donc une difference mesurable par rapport a la troisieme electrode 7 de reference. Les mesures de capacito de l'ordre du pF (pico Farad) peuvent etre realisees via un processeur de faible consommation onergetique. 5 La troisieme electrode 7 de reference est concue pour fonctionner dans les memes conditions que la seconde electrode 4 de mesure mais avec une influence de la pression P nulle ou beaucoup plus faible. Ainsi les principales sources de derive de la mesure sont eliminees grace a la configuration particuliere des electrodes 3, 4, 7. 10 Afin d'assurer un fonctionnement fiable, le dispositif peut etre noye dans un materiau qui peut etre « coule » tel qu'une resine qui se solidifie assurant fixation mocanique et protection contre la migration d'humidite, sans pour autant ponetrer dans la chambre 5 comprise entre la premiere 3 et seconde electrode 4. Cette chambre 5 peut avantageusement fen-nee hermetiquement et remplie d'un gaz 15 neutre comme l'azote ou l'argon pour minimiser le risque de presence d'humidito et de fuite. Lors de la premiere utilisation du capteur 1, et en particulier lors de la premiere pressurisation, par exemple lorsque le capteur est monte sur un reservoir pressurise (notamment sur un robinet) et testa en pression, le 20 comportement en fonction de la pression pourra etre identifio et enregistre dans une memoire du circuit de mesure, a minima sous forme d'une loi de variation affine. L'influence de la temperature (notamment ambiante) pourra etre caracterisee un fois pour toutes au prealable et appliquee a tous les capteurs 1 prosentant la meme geometric. 25 L'utilisation d'une troisieme electrode 7 de reference et donc d'une capacito de reference dont la valeur est physiquement fixe et permet de crecaler la mesure, compensant ainsi les derives fonction du temps et/ou de la temperature. Le capteur possede ainsi une tres bonne precision qui est stable dans le temps. 30 Le capteur permet une mesure de pression faible coOt et faible consommation permettant d'envisager une installation en « premiere monte » sur des objets. La tres faible consommation intrinseque d'une mesure de capacito (qui peut etre assuree en quasi continu pour avec un courant de quelques micro 7 Amperes, par exemple en utilisant un microcontroleur de type EFM8SB1) permet d'envisager la realisation d'une sonde de mesure de pression telealimento par l'onergie d'une onde radioolectrique (par REVENDICATIONS1. Capteur de pression, notamment pour la mesure d'une pression de fluide au sein d'un stockage, comprenant un corps (2) muni d'une zone (3) sensible a la pression destinoe a etre exposoe a la pression a mesurer, la zone (3) sensible otant deformable et comprenant un materiau conducteur electrique ou magnotique, le capteur comprenant un organe (6) electronique de mesure de la contrainte ou la pression subie par la zone (3) sensible, caracterise en ce que l'organe (6) electronique de mesure est configure pour mesurer une grandeur capacitive fonction de la position relative entre une premiere electrode constituoe par la zone (3) sensible et une seconde electrode (4) conductrice fixe situoe sur le corps (2). 2. Capteur selon la revendication 1, caracterise en ce que la zone (3) sensible comprend une paroi du corps (2). 3. Capteur selon la revendication 2, caracterise en ce que la paroi du corps (2) formant la zone (3) sensible est obtenue par usinage du corps (2). 4. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caracterise en ce qu'il comporte une chambre (5) situoe entre la zone (3) sensible et la seconde electrode (3). 5. Capteur selon la revendication 4, caracterise en ce que la chambre (5) est otanche et remplie d'un volume de gaz, notamment un gaz inerte. 6. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 a 5, caracterise en ce que l'organe (6) electronique de mesure comprend un oscillateur configure pour convertir grandeur capacitive mesuroe en une valeur numerique. 7. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 a 6, caracterise en ce qu'il comporte une troisieme electrode (7) solidaire du corps (2) et en ce que l'organe (6) electronique de mesure est configure pour mesurer la grandeur capacitive par rapport a une valeur de reference definie par la troisieme electrode (7). 8. Capteur selon la revendication 7, caracterise en ce que les premiere (3) seconde (4) et troisieme (7) electrodes ont la meme capacito electrique. 9 9. Capteur selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caracterise en ce qu'iI comprend une liaison electrique entre une masse (10) motallique de reference adjacente a Ia seconde electrode et une portion du corps (2) conductrice de l'electricite. 5 10.Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 a 9, caracterise en ce que l'organe (6) electronique de mesure est monte sur un circuit imprime (8). 11.Capteur selon Ia revendication 10, caracterise en ce qu'au moins Ia seconde electrode (4) est formoe sur le circuit (8) imprime. 10 12.Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 a 11, caracterise en ce qu'au moins une partie des composants electronique (6) sont au moins partiellement noyos dans une resine (9) assurant maintien et otancheite. 15