Brevet FR3093562A1 — publié le 20200911

Description Titre de l'invention : système et méthode de détection d'un flux de produit fluide ou pâteux par thermistance et circuit de lubrification en graisse associé Domaine technique de l'invention 100011 L'invention se rapporte à la détection d'un flux de produit fluide ou pâteux, et de façon non exclusive à un détecteur de lubrification, destiné à être placé dans un circuit de lubrification d'un ou plusieurs composants à lubrifier, et notamment dans un circuit de lubrification destiné à alimenter en lubrifiant les composants à lubrifier de façon intermittente. Elle est particulièrement adaptée à un circuit de lubrification destiné à alimenter en graisse des composants à lubrifier. Technique antérieure [0002] Certains composants d'installations industrielles, de machines ou de véhicules né- cessitent une lubrification en graisse. Une telle lubrification est réalisée de façon intermittente, par exemple à intervalles réguliers ou bien en fonction de paramètres d'utilisation du composant (durée d'utilisation, température...) ou de paramètres environnementaux (température ambiante). Elle peut être réalisée par une intervention manuelle locale d'un opérateur de maintenance injectant de la graisse dans le composant, ou de façon distante et le cas échéant automatisée, par l'intermédiaire d'un circuit de lubrification, clans lequel peut circuler de la graisse depuis un réservoir jusqu'au composant à lubrifier. [0003] Un tel circuit nécessite des détecteurs pour déterminer si le passage de fluide, en l'occurrence le passage de graisse, vers le composant à lubrifier, a bien eu lieu. Les causes de dysfonctionnement de la lubrification peuvent en effet être nombreuses : rupture du conduit de graissage, bouchon dans le circuit, panne de pompe, erreur humaine, etc... Les solutions couramment retenues pour détecter un passage de graisse mettent en oeuvre une pièce mobile dans le conduit de circulation de la graisse, cette pièce mobile étant rappelée vers une position de repos par un ressort, et entraînée par la graisse vers une position active au moment de l'écoulement, le déplacement de cette pièce étant détecté par tout moyen approprié, et notamment par détection électromagnétique. Mais des dispositions doivent alors être prises pour parfaitement contrôler le mouvement de la pièce mobile, et notamment son retour à la position de repos, quel que soit l'état de la graisse, produit pâteux dont les propriétés mécaniques sont fortement variables avec la température. Ces dispositions amènent à une sophistication qui rend onéreux les détecteurs utilisant le déplacement d'une pièce dans le flux de graisse. 2 100041 On connaît par ailleurs des systèmes de mesure d'un flux de produit fluide, comportant un ou plusieurs sondes de mesure statiques, c'est-à-dire sans pièce en mouvement, disposées dans un conduit de passage du produit fluide. Il a été ainsi proposé, clans le document US2017/0254686, de positionner au moins une thermistance de mesure dans un conduit. La thermistance de mesure est fixée sur une plaque de circuit imprimé positionnée à l'intérieur d'une sonde métallique ayant la forme générale d'une vis creuse, pourvue d'un filetage, qui est introduite dans le conduit par un trou radial également fileté. Le positionnement du thermistor, et notamment son orientation par rapport à l'axe de l'écoulement du fluide dans le conduit, est toutefois difficile à maîtriser avec une fixation par vissage. Le volume intérieur cylindrique offert par une sonde devant être vissée dans le trou radial du conduit est faible et impose une miniaturisation importante des composants électroniques. Exposé de l'invention [0005] L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique et à proposer une détection d'un flux de produit fluide ou pâteux, notamment un flux de graisse, qui s'affranchisse de pièces mobiles et soit facile à industrialiser. [0006] Pour cc faire est proposé, selon un premier aspect de l'invention, un système de détection d'un flux de produit fluide ou pâteux, comportant : un corps rigide dans lequel est formé un conduit tubulaire de passage du flux de produit fluide ou pâteux, délimitant un milieu ambiant de mesure, et un transducteur de mesure statique apte à capter et convertir en signal électrique des variations d'une grandeur physique variant au passage du flux de produit fluide ou pâteux, le transducteur statique étant positionné dans le conduit. Le corps comporte deux tronçons séparés, chacun des deux tronçons formant une portion tubulaire du conduit tubulaire, les deux tronçons étant fixés l'un à l'autre. Le système de détection comportant un support supportant le transducteur de mesure et positionné entre les deux tronçons. Le positionnement du support entre les deux tronçons permet une maîtrise de la position, et notamment de l'orientation de la thermistance de mesure, dans le conduit. [0007] Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux, le support est une plaque. Les surfaces de référence pour le positionnement relatif du support et des deux tronçons du corps sont planes. Suivant un mode de réalisation, le support est une carte de circuit imprimé. Le support a donc une double fonction mécanique et électrique. [0008] Suivant un mode de réalisation, le support comporte au moins une lumière de passage positionnée dans le conduit pour permettre le flux de produit fluide ou pâteux. De préférence, on prévoit au moins deux lumières de passage entre lesquelles est positionnée la thermistance de mesure, de sorte que la thermistance de mesure soit po- 3 sitionnéc de façon centrale dans le flux de produit fluide ou pâteux. [0009] Suivant un mode de réalisation, le système de détection comporte en outre un ensemble d'un ou plusieurs joints d'étanchéité positionnés entre le support et chacun des deux tronçons du corps . De préférence, l'ensemble d'un ou plusieurs joints d'étanchéité comporte au moins un joint annulaire entourant le conduit tubulaire, et de préférence au moins deux joints annulaires entourant le conduit tubulaire, un des deux joints annulaires étant positionné entre chacun des deux tronçons du corps et le support, les deux joints annulaires ayant de préférence des dimensions ou des rigidités différentes. Le ou les joints annulaires peuvent être des joints toriques. Suivant un mode de réalisation, l'ensemble d'un ou plusieurs joints d'étanchéité comporte au moins un premier joint d'appui, pincé entre le support et un premier des deux tronçons, le support n'ayant pas de contact direct avec le premier des deux tronçons. L'écrasement du joint d'appui permet d'assurer l'étanchéité, alors qu'un jeu fonctionnel est ménagé entre le support et le premier tronçon. De préférence, le support comporte au moins une gorge annulaire de positionnement entourant le joint d'appui et dans laquelle pénètre une portion d'extrémité annulaire du premier des deux tronçons. La portion annulaire d'extrémité du premier des deux tronçons et la gorge annulaire de positionnement forment ensemble une chicane qui s'oppose à une migration du joint d'appui sous l'effet de la pression régnant dans le conduit, et contribue le cas échéant au maintien du support. [0010] De préférence, l'ensemble d'un ou plusieurs joints d'étanchéité comporte au moins un deuxième joint d'appui, pincé entre le support et un deuxième des deux tronçons, le support n'ayant pas de contact direct avec le deuxième des deux tronçons. Le jeu fonctionnel de montage entre le support et les deux tronçons est alors réparti entre le support et chacun des deux tronçons. [0011] Alternativement, on peut prévoir que le support est en appui direct contre le deuxième des deux tronçons. Le jeu fonctionnel de montage est alors constitué entre le support et le premier des deux tronçons. [0012] Suivant un mode de réalisation, le système de détection comporte en outre une pièce intermédiaire guidée en translation par rapport au corps parallèlement à un axe du conduit tubulaire, la pièce intermédiaire étant disposée entre un joint de l'ensemble d'un ou plusieurs joints d'étanchéité et l'un des tronçons du corps, ledit joint étant en appui contre le support, la pièce intermédiaire étant mise en appui contre le joint par un élément élastique, le support étant au contact de la pièce intermédiaire et de l'autre des tronçons du corps. Le jeu fonctionnel de montage est alors absorbé par le mouvement de la pièce intermédiaire, l'élément élastique assurant une pression de maintien maîtrisée sur le support. [0013] En pratique, on peut prévoir qu'au moins un des deux tronçons du corps comporte au moins une portée radiale de maintien d'un joint de l'ensemble d'un ou plusieurs joints d'étanchéité; une telle portée est destinée à empêcher un échappement du joint sous l'effet de la pression régnant dans le conduit. [0014] Suivant un mode de réalisation, le transducteur de mesure statique est un transducteur thermoélectrique de mesure, de préférence une thermistance de mesure. [0015] Dans la mesure où les variations de température observées dans le conduit peuvent être liées au passage d'un flux de produit fluide ou pâteux, mais également à une variation de la température ambiante, on prévoit le support est positionné de manière telle qu'une partie intérieure du support est positionnée dans le conduit et supporte le transducteur de mesure et qu'une partie extérieure du support est située hors du conduit, et en ce qu'il comporte en outre un transducteur thermoélectrique de compensation positionné dans un milieu ambiant de référence à l'extérieur du conduit et supporté par la partie extérieure du support. Le cas échéant, la partie intérieure du support peut comporter un amincissement localisé au niveau du transducteur de mesure, pour minimiser l'inertie thermique. De préférence, le système de détection comporte en outre un circuit électronique de mesure intégrant le transducteur thermoélectrique de mesure et le transducteur thermoélectrique de compensation. Le transducteur thermoélectrique de compensation est ainsi à même de suivre les variations de la température ambiante d'un milieu de référence, ce qui permet par un traitement judicieux des signaux de discriminer les variations du signal électrique du transducteur thermoélectrique de mesure qui sont liées au passage du produit fluide ou pâteux ce celles qui sont liées aux fluctuations de la température ambiante. De préférence, le corps comporte une cavité de logement du transducteur thermoélectrique de compensation, sans communication fluidique avec le conduit, et constituant le milieu ambiant de référence, la cavité de logement étant de préférence fermée. [0016] Le système de détection est particulièrement adapté à une graisse et à un conduit de graissage apte à être intégré à un circuit de lubrification en graisse d'un ensemble d'un ou plusieurs composants mécaniques d'une installation industrielle, d'une ou plusieurs machines ou d'un véhicule. [0017] Suivant un autre aspect de l'invention, celle-ci a trait à un circuit de lubrification en graisse d'un ensemble d'un ou plusieurs composants d'une installation industrielle, d'une ou plusieurs machines ou d'un véhicule, comportant un système de détection tel que décrit précédemment, le conduit de graissage du système de détection étant intégré au circuit de lubrification en graisse. [0018] Suivant un autre aspect de l'invention, est proposé un système de détection d'un flux de produit fluide ou pâteux, comportant : - une thermistance de mesure ayant un coefficient de température négatif, la thermistance de mesure étant apte à être positionnée dans un milieu ambiant de mesure ayant une température ambiante donnée et à présenter, par rapport au milieu ambiant de mesure, une résistance thermique qui varie en fonction de la présence ou de l'absence d'un flux de produit fluide ou pâteux dans le milieu ambiant de mesure, un circuit de détection de variations temporelles d'une différence de potentiel de mesure entre une borne de la thermistance de mesure et un potentiel de référence, et un circuit d'alimentation de la thermistance de mesure régulé en courant, piloté par un dipôle électrique de compensation comportant une ou plusieurs thermistances de compensation ayant un coefficient de température négatif identique branchées en série ou en parallèle, la ou les thermistances de compensation étant aptes à être positionnées dans un milieu ambiant de référence à la température ambiante donnée, de manière à délivrer un courant d'alimentation de la thermistance de mesure ayant une intensité qui est inversement proportionnelle à la résistance du dipôle électrique de compensation. [0019] La puissance dissipée dans la thermistance de mesure peut être exprimée comme une puissance électrique fonction de la résistance électrique de la thermistance de mesure. Elle peut également être exprimée comme une puissance thermique fonction de la résistance thermique entre la thermistance de mesure et le milieu ambiant. Ainsi, les variations de résistance thermique lors des variations du flux de produit fluide ou pâteux se traduisent par des variations de tension électrique aux bornes de la thermistance de mesure. Mais la résistance électrique d'une thermistance varie exponentiellement avec l'inverse de la température ambiante. Utiliser une thermistance de mesure sans compensation thermique n'est donc pas réalisable en pratique, car la sensibilité de la mesure diminue fortement lorsque la température augmente. [0020] La compensation selon l'invention vise à moduler le courant d'alimentation de la thermistance de mesure en vue de stabiliser en fonction de la température la différence de potentiel entre la borne de la thermistance de mesure et le potentiel de référence. En choisissant un circuit d'alimentation piloté par une ou plusieurs thermistances de compensation, on réalise cette compensation de manière particulièrement simple. [0021] De préférence, le coefficient de température négatif de la thermistance de mesure et le coefficient de température négatif de la ou les thermistances de compensation sont appariés de manière telle que, dans une plage de la température ambiante 1 a tuh donnée comprise entre -40°C et 105 °C, la différence entre la tension de mesure VM ( T a ni st a t 6 constatée pour unc première valeur P Air t de la résistance thermique et la tension de mesure Tain t, d constatée pour une deuxième valeur de la résistance thermique d)' comprise entre 20% et 90% de la première valeur .s- t a t de la résistance thermique, est en valeur absolue comprise entre 50% et 150% de la différence entre la tension de mesure Vm ( 300K)stat constatée à 25°C pour la première valeur P tifs- r a t de la résistance thermique et la tension de mesure V,,1 ( 300K) d y n constatée à 25°C pour la deuxième valeur de la résistance thermique m ci)- n . En particulier, cette performance peut être obtenue lorsque le coefficient de température négatif 13M de la thermistance de mesure et le coefficient de température négatif r3c de la ou les thermistances de compensation sont appariés de telle sorte que : [0022] P (- 0,65 - 0,85 M 100231 De préférence : 100241 100251 De préférence : 100261 /3 - 0,7 [0027] Suivant un mode de réalisation de l'invention, le circuit de détection de variations d'une différence de potentiel de mesure entre une borne de la thermistance de mesure et un potentiel de référence est un circuit différentiateur, de préférence de premier ordre [0028] Pour une mise en oeuvre pratique, on peut notamment prévoir en outre un circuit c star constatée à 25°C pour la première valeur 19 N'Es tat de la résistance thermique et la tension de mesure Vm (300K) n constatée à 25°C pour la deuxième valeur de la résistance thermique p dyn . En particulier, cette performance peut être obtenue lorsque le coefficient de température négatif 13M de la thermistance de mesure et le coefficient de température négatif [3c de la ou les thermistances de compensation sont appariés de telle sorte que : [0033] 13 ,-, 0,65 =Rote cH- 76 ) [0078] La puissance électrique P fonction de la résistance électrique M dissipée dans la thermistance de mesure 32 s'exprime en [0079] la traversant : [MATH 5] c R M et du courant [0080] n r 2 9 [0081] - R Ati =Rtit dans le milieu ambiant dans le conduit 29 Cette puissance est dissipée rempli de graisse selon une dépend de la résistance thermique unitaire (exprimée en K/W) et de de température thermiquement R c loi qui la différence 'i. entre la thermistance de mesure et le milieu ambiant. Or la résistance thermique unitaire dans le conduit 29 rempli de graisse est relativement élevée et varie fortement en fonction de la présence ou non d'un écoulement de graisse. 100821 En l'absence de mouvement, la variation de température entre la température de la thermistance Istar et la température ambiante ramb étant désignée Tsrar , et la résistance thermique unitaire msfar , on peut écrire : [0083] [MATH 6] A Tstar - Stara m = P m - R A 2 -`1 stat P \Istar [0084] La thermistance de compensation 36 est quant à elle positionnée dans la cavité 35, hors du conduit 29 où se trouve la thermistance de mesure 32, à proximité de cette dernière, de sorte à être exposée à la même température ambiante. La thermistance de compensation 36 est toutefois plus volumineuse que la thermistance de mesure 32, et présente une surface d'échange thermique plus importante avec le milieu ambiant. De plus, la valeur R est beaucoup plus faible que la valeur R , d'un facteur supérieur à 10, voire de l'ordre de 100, de sorte que l'échauffement de la thermistance de compensation 36 est très faible, et que l'on peut considérer que la thermistance de compensation 36 se trouve toujours à la température ambiante. [0085] L'équation [MATH 6] peut donc s'exprimer plus précisément de la façon suivante : [0086] [MATH 7] T 3 tdt = Tstar b=PMP, = R + a ReKT.b) - a( ") tat ' [0087] [MATH 8] tstat [0088] R 2 ( ° A/ ( I n st a t +0) 2° C(11 aim I, TO)) A Tsta t - R .e to [0089] On peut donc, pour une température ambiante Ta rit b donnée, exprimer la tension obtenu en l'absence de mouvement de graisse, de la manière suivante : [0090] [MATH 9] R w(T 'mj, + T star} Kranib),,- Rc(T,,,,, ) p Pet ,,,, d k. Tsfut- TO)- 23 !irai Tot) R1 ( IN 5' I 1 0 I ce CC 1 C:Iforr:b 77)) 701 100911 De façon similaire, en présence de mouvement de graisse, la variation de température entre la température de la thermistance cl y n et la température ambiante lart? étant désignée 1cdvn 16 et la résistance thermique unitaire p d). . on peut écrire : [0092] [MATH 10] [0093] T jy, = T - t.P R a 0 R 100951 11 s'ensuit que, pour une valeur donnée 1 a In b de la température ambiante, la tension aux bornes de la thermistance de mesure 32 prend une valeur \/ KTarv2}c)stat en l'absence de mouvement de graisse dans le conduit, et une valeur différente Vm K T a trz ~dvn en présence d'un mouvement de graisse. [0096] La variation de tension m (Tamb) Iy Vm( Tat)-2k) st't ( n constitue donc une indication d'un mouvement de graisse. [0097] Cette variation de tension est toutefois une fonction non constante de la température ambiante 1.amh . Or, pour que le circuit de détection des variations temporelles de la tension V , puisse fonctionner sur une gamme importante de température ambiante, il est nécessaire que les variations de la différence V 31 (Turnb) yri -VM(T4I rn h> star en fonction de la température ambiante soient faibles. 100981 En pratique, il s'avère que l'on peut choisir opportunément le rapport k entre la sen- sibilité 100941 'MATH Ill Rbi b) /arnti 41 R ( T L', ) v (T R e ty- I ( R C é 2 , L R o - L iy,-( +73 pi - ( T a m d)11 c LLY,1 R - (T '', de la thermistance de compensation 36 et la sensibilité 17 M de la thermistance de mesure 32, pour minimiser ces variations. On peut, par une méthode itérative, déterminer les variations de la différence de tension VM ( T a nt b)dyn VM(Ta rn ) s (en ordonnées) en fonction de la température ambiante 1. atuh (en abscisse) pour une gamme de températures ambiantes donnée (entre -40°C et 100°C), pour différentes valeurs du rapport k - Les résultats d'un tel calcul numérique itératifs ont été illustrés sur le graphe de la figure 10, où l'axe des abscisses représente T a ni b (en abscisse) et l'axe des ordonnées représente la différence de tension VM ( T a rn b)dyn- V AI T a rn [0099] Les courbes se croisent pour une valeur de la température ambiante 1'a 7i71, à la température de référence TOE On observe que les courbes sont relativement plates pour des valeurs de k comprises entre 0,72 et 0,77. En pratique, on retiendra comme coefficients k valables, les coefficients qui permettent d'assurer que, dans une plage de la température ambiante donnée comprise entre -40°C et 105 °C, la différence entre la tension de mesure VM ( Ta b) s ta t constatée pour une première valeur sra t de la résistance thermique et la tension de mesure \JIM ( Ta n7 d y n constatée pour une deuxième valeur de la résistance thermique M dy n comprise entre 20% et 90% de la première valeur P m sr a t de la résistance thermique, est en valeur absolue comprise entre 50% et 150% de la différence entre la tension de mesure 18 Vm { 300K >sia constatée à 25°C pour la première valeur /9 AIstar de la résistance thermique et la tension de mesure ( 300K > dyn constatée à 25°C pour la deuxième valeur de la résistance thermique p M d), ri 101001 'MATH 121 101011 0,2 . p