| JP01150833 | PRESSURE SENSOR AND ITS MOUNTING METH0D |
| JP2001064041 | ANODE BONDING |
| JP04217374 | SEMICONDUCTOR PRESSURE DETECTOR |
Avisse, Jean-bernard (49 Chemin Saint Genès Castelneau De Médoc, F-33480, FR)
| 1. | Capteur de pression (2) comprenant un élément de détection de pression (21) agencé pour recevoir une pression à mesurer et la détecter, et un circuit imprimé (22) relié à l'élément de détection de pression (21) par une liaison électrique, caractérisé en ce que ladite liaison électrique comprend au moins une languette conductrice souple (29) dont une première extrémité (290) est connectée au circuit imprimé (22) et une seconde extrémité (291) est simplement en appui sur un contact électrique correspondant (213a) de l'élément de détection de pression (21), et en ce que la face d'appui (294) de ladite seconde extrémité (291) sur le contact électrique correspondant (213a) est polie. |
| 2. | Capteur de pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou chaque contact électrique (213a, 213b) est positionné, sur l'élément de détection de pression (21), en un endroit qui est relativement insensible à la pression à mesurer. |
| 3. | Capteur de pression selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément de détection de pression (21) comprend une membrane (211) agencée pour recevoir, sur une première face, la pression à mesurer et pour se défléchir sous l'effet de cette pression, et au moins une jauge de contrainte (R1R4) qui est située sur une seconde face de la membrane (211), opposée à la première, pour se défléchir avec la membrane sous l'effet de ladite pression et qui est connectée au ou à chaque contact électrique (213a, 213b). |
| 4. | Capteur de pression selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'élément de détection de pression (21) comprend un support (210) comportant une partie centrale mince, constituant la membrane (211), et un pourtour rigide (216), et en ce que le ou chaque contact électrique (213a, 213b) est disposé sur le pourtour rigide (216) à une distance suffisante de la membrane (211) pour tre relativement insensible à la pression à mesurer. |
| 5. | Capteur de pression selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la première extrémité (290) de la ou chaque languette conductrice souple (29) est emmanchée sur une première extrémité d'une broche conductrice correspondante (250) dont une seconde extrémité est connectée au circuit imprimé (22). |
| 6. | Capteur de pression selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une première chambre (26), sous vide, dans laquelle est disposé l'élément de détection de pression (21), et une seconde chambre (27) contenant le circuit imprimé (22), et en ce qu'il comprend en outre une plaque hermétique (25) entre les première et seconde chambres et au moins un élément conducteur (250) traversant la plaque hermétique (Z5) et connecté, à une première extrémité, à la ou une languette conductrice souple (29) et, à une seconde extrémité, au circuit imprimé (22). |
| 7. | Capteur de pression selon la revendication 6, caractérisé en ce que le ou chaque élément conducteur (250) est sous la forme d'une broche conductrice, et en ce que la première extrémité (290) de la ou chaque languette conductrice souple (29) est emmanchée sur la première extrémité de l'élément conducteur (250). |
| 8. | Capteur de pression selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément de détection de pression (31) et le circuit imprimé (32) sont disposés dans une chambre commune (36) à l'intérieur du capteur de pression. |
| 9. | Capteur de pression selon la revendication 8 sauf lorsqu'elle dépend de la revendication 5, caractérisé en ce que la première extrémité de la ou chaque languette conductrice souple (39) est fixée directement au circuit imprimé (32). |
| 10. | Capteur de pression selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que ladite chambre commune (36) est sous vide. |
| 11. | Capteur de pression selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le ou les composants électriques du circuit imprimé (32) sont situés sur une face en regard de l'élément de détection de pression (31). |
| 12. | Capteur de pression selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend un connecteur électrique (23) permettant de connecter un appareil électrique au capteur de pression. |
| 13. | Capteur de pression selon la revendication 12, caractérisé en ce que le connecteur électrique (23) comprend au moins une broche conductrice (231) dont une extrémité est connectée au circuit imprimé (22) par engagement dans un manchon de connexion correspondant (220). |
| 14. | Capteur de pression selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend un corps (20,24,230) dans lequel sont fixés l'élément de détection de pression (21) et le circuit imprimé (22), ledit corps comprenant une ouverture (20a) permettant l'entrée, dans le capteur de pression, d'un fluide dont la pression est à mesurer. |
| 15. | Capteur de pression selon la revendication 14 lorsqu'elle dépend au moins de la revendication 4, caractérisé en ce que l'ouverture (20a) comprend un conduit (201) agencé pour diriger le fluide essentiellement vers une surface (217) du pourtour rigide (216) de l'élément de détection de pression (21), un espace libre (218) étant prévu entre une surface du corps et l'élément de détection de pression (21) pour permettre au fluide d'arriver ensuite au contact de la membrane (211). |
| 16. | Capteur de pression selon la revendication 15, caractérisé en ce que le corps (20,24,230) comprend une saillie (202) entrant dans un évidement (215) de l'élément de détection de pression (21) défini par le pourtour rigide (216) et la membrane (211), et le conduit (201) comprend un premier trou (203) ayant une extrémité ouverte (200) pour recevoir le fluide et une extrémité fermée et un second trou (204), communiquant avec le premier trou (203) au niveau ou à proximité de l'extrémité fermée de celuici et faisant un angle avec le premier trou (203), le second trou (204) étant formé au moins en partie dans la saillie (202) et débouchant dans l'espace libre (218) essentiellement vers ladite surface (217) du pourtour rigide (216) de l'élément de détection de pression (21). |
| 17. | Capteur de pression selon la revendication 3 ou selon l'une quelconque des revendications 4 à 16 lorsqu'elle dépend au moins de la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément de détection de pression (21) comprend quatre jauges de contrainte (R1R4) montées en pont de Wheatstone, et ladite liaison électrique comprend deux languettes conductrices souples (29) servant à transmettre un signal d'alimentation électrique aux jauges de contrainte (R1R4) depuis le circuit imprimé (22) et deux autres languettes conductrices souples (29) servant à transmettre un signal électrique de sortie des jauges de contrainte (R1R4) au circuit imprimé (22). |
| 18. | Capteur de pression selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que la ou chaque languette conductrice souple (29) est conçue en cuivre au béryllium. |
| 19. | Capteur de pression selon la revendication 3 ou selon l'une quelconque des revendications 4 à 18 lorsqu'elle dépend au moins de la revendication 3, caractérisé en ce que la membrane (211) de l'élément de détection de pression (21) est conçue en cuivre au béryllium. |
| 20. | Capteur de pression selon la revendication 4 ou selon l'une quelconque des revendications 5 à 18 lorsqu'elle dépend au moins de la revendication 4, caractérisé en ce que le support (210) de l'élément de détection de pression (21) est conçu en cuivre au béryllium. |
| 21. | Capteur de pression selon la revendication 20, caractérisé en ce que l'élément de détection de pression (21) comprend un substrat isolant (214) sur le support (210), lequel substrat isolant (214) supporte la ou les jauges de contrainte (R1R4) et le ou les contacts électriques (213a, 213b). |
| 22. | Capteur de pression selon la revendication 14 ou selon l'une quelconque des revendications 15 à 21 lorsqu'elle dépend au moins de la revendication 14, caractérisé en ce qu'au moins une partie du corps (20, 24) destinée à tre en contact avec le fluide est conçue en cuivre au béryllium. |
| 23. | Capteur de pression selon la revendication 22, caractérisé en ce que le corps comprend un corps de prise de pression (20) sur lequel est fixé l'élément de détection de pression (21) et comprenant ladite ouverture (20a), et en ce que le corps de prise de pression (20) est conçu en cuivre au béryllium. |
| 24. | Utilisation d'un capteur de pression selon l'une quelconque des revendications 19 à 23 pour mesurer la pression d'un fluide cryogénique. |
| 25. | Utilisation selon la revendication 24, caractérisée en ce que ledit fluide est à une température cryogénique lorsqu'il est reçu par le capteur de pression. |
| 26. | Utilisation selon la revendication 24 ou 25, caractérisée en ce que le capteur de pression (2A, 2B) est monté à l'intérieur (2E) d'un moteur de fusée ou directement sur une paroi (2C) du moteur de fusée, et sert à mesurer la pression d'au moins un ergol fluide cryogénique utilisé par le moteur de fusée, tel que de l'oxygène liquide ou de l'hydrogène liquide. |
| 27. | Capteur de pression absolu (3) comprenant un corps (30,34, 330), un élément de détection de pression (31) et un circuit imprimé (32) relié électriquement à l'élément de détection de pression (31), caractérisé en ce que l'élément de détection de pression et le circuit imprimé sont disposés dans une chambre commune (36), sous vide, à l'intérieur du corps. |
| 28. | Capteur de pression caractérisé en ce qu'il est conçu, au moins en partie, en cuivre au béryllium. |
| 29. | Capteur de pression selon la revendication 28, dont au moins une partie destinée à tre en contact avec un fluide dont la pression est à mesurer est conçue en cuivre au béryllium. |
| 30. | Capteur de pression selon la revendication 28 ou 29, caractérisé en ce qu'il comprend : une membrane (211) agencée pour recevoir, sur une première face, un fluide dont la pression est à mesurer et pour se défléchir sous l'effet de cette pression, et au moins une jauge de contrainte (R1R4) disposée sur une seconde face de la membrane (211), opposée à la première, de façon à se défléchir avec la membrane sous l'effet de ladite pression, et en ce que la membrane (211) est conçue en cuivre au béryllium. |
| 31. | Capteur de pression selon la revendication 28 ou 29, caractérisé en ce qu'il comprend : un support (210) comprenant une partie centrale mince (211) et un pourtour rigide (216), la partie centrale mince faisant office de membrane agencée pour recevoir, sur une de ses faces, un fluide dont la pression est à mesurer et pour se défléchir sous l'effet de cette pression, et un circuit de jauge (s) de contrainte (212) disposé sur le support (210) de telle sorte qu'au moins une jauge de contrainte (R1R4) du circuit de jauge (s) de contrainte soit déformée avec la membrane (211) sous l'effet de ladite pression, et en ce que le support (210) est conçu en cuivre au béryllium. |
| 32. | Capteur de pression selon la revendication 31, caractérisé en ce que le circuit de jauge (s) de contrainte (212) comprend un substrat isolant (214) disposé sur le support (210) et supportant luimme une ou plusieurs jauges de contrainte (212). |
| 33. | Capteur de pression selon la revendication 31 ou 32, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un corps de prise de pression (20) duquel est solidaire le support (210) et dans lequel est formé un conduit (201) apte à recevoir le fluide et à le diriger vers le support (210), et en ce que le corps de prise de pression (20) est conçu en cuivre au béryllium. |
| 34. | Capteur de pression selon la revendication 31 ou 32, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un corps (20,24,230) à l'intérieur duquel sont disposés le support (210) et le circuit de jauge (s) de contrainte (212), le corps comprenant une ouverture (20a) permettant l'entrée du fluide dans le capteur de pression, et en ce qu'au moins une partie du corps (20, 24,230) destinée à tre en contact avec le fluide est conçue en cuivre au béryllium. |
| 35. | Capteur de pression selon la revendication 31 ou 32, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen d'amenée de fluide (20,201) pour amener le fluide dont la pression est à mesurer vers le support (210), le moyen d'amenée de fluide étant agencé pour diriger le fluide essentiellement vers une surface (217) du pourtour rigide (216), et un moyen de communication (218) faisant communiquer ladite surface (217) du pourtour rigide (216) et ladite face de la membrane (211) pour permettre au fluide d'arriver ensuite au contact de ladite face de la membrane (211). |
| 36. | Capteur de pression selon la revendication 35, caractérisé en ce que le moyen d'amenée de fluide comprend un corps de prise de pression (20) duquel est solidaire le support (210) et dans lequel est formé un conduit (201) apte à recevoir le fluide et à le diriger vers ladite surface (217) du pourtour rigide (216). |
| 37. | Capteur de pression selon la revendication 36, caractérisé en ce que le corps de prise de pression (20) est conçu en cuivre au béryllium. |
| 38. | Capteur de pression selon l'une quelconque des revendications 35 à 37, caractérisé en ce que le moyen de communication comprend un espace libre (218) situé entre le support (210) et le moyen d'amenée de fluide (20,201). |
| 39. | Capteur de pression selon la revendication 38 lorsqu'elle dépend au moins de la revendication 36, caractérisé en que le corps de prise de pression (20) comprend une saillie (202) entrant dans un évidement (215) du support (210) défini par le pourtour rigide (216) et la membrane (211), et le conduit (201) comprend un premier trou (203) ayant une extrémité ouverte (200) pour recevoir le fluide et une extrémité fermée et un second trou (204), communiquant avec le premier trou (203) au niveau ou à proximité de l'extrémité fermée de celuici et faisant un angle avec le premier trou, le second trou (204) étant formé au moins en partie dans la saillie (202) et débouchant dans l'espace libre (218) essentiellement vers ladite surface (217) du pourtour rigide (216) du support (210). |
| 40. | Utilisation du cuivre au béryllium pour fabriquer un capteur de pression destiné à mesurer la pression d'un fluide cryogénique ou à tre placé dans un environnement cryogénique. |
| 41. | Moteur de fusée conçu pour utiliser un ou plusieurs ergols fluides cryogéniques tels que de l'oxygène liquide ou de l'hydrogène liquide, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un capteur de pression (2A, 2B) tel que défini dans l'une quelconque des revendications 19 à 23 et 28 à 39 pour mesurer la pression d'au moins un ergol fluide cryogénique, et en ce que ledit au moins un capteur de pression est agencé pour que, lorsqu'il reçoit ledit au moins un ergol fluide cryogénique, ce dernier soit encore à température cryogénique. |
| 42. | Moteur de fusée conçu pour utiliser un ou plusieurs ergols fluides cryogéniques tels que de l'oxygène liquide ou de l'hydrogène liquide, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un capteur de pression (2A, 2B) pour mesurer la pression d'au moins un ergol fluide cryogénique, et en ce que ledit au moins un capteur de pression est agencé pour que, lorsqu'il reçoit ledit au moins un ergol fluide cryogénique, ce dernier soit encore à température cryogénique. |
| 43. | Moteur de fusée selon la revendication 42, caractérisé en ce que le ou chaque capteur de pression (2A, 2B) comprend un élément de détection de pression (21) et un circuit imprimé (22) reliés entre eux par l'intermédiaire d'au moins une languette conductrice souple (29) dont une première extrémité (290) est connectée au circuit imprimé (22) et une seconde extrémité (291) est simplement en appui sur un contact électrique correspondant (213a) de l'élément de détection de pression (21), et en ce que la ou chaque languette conductrice souple (29) a une fréquence propre au moins égale à environ 12 kHz. |
| 44. | Moteur de fusée selon la revendication 42, caractérisé en ce que le ou chaque capteur de pression (2A, 2B) comprend un élément de détection de pression (11) et un circuit imprimé (12) reliés entre eux par l'intermédiaire d'au moins un fil électrique (151) dont les extrémités sont fixées, par exemple par soudure ou brasure, respectivement à l'élément de détection de pression (11) et au circuit imprimé (12). |
| 45. | Moteur de fusée selon l'une quelconque des revendications 41 à 44, caractérisé en ce que ledit au moins un capteur de pression (2A, 2B) est monté à l'intérieur (2E) du moteur de fusée ou directement sur une paroi (2C) du moteur de fusée. |
DESCRIPTION DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Il est connu de vérifier, pendant le fonctionnement d'un moteur de fusée, la pression d'ergols fluides circulant dans le moteur à l'aide de capteurs de pression, afin de détecter d'éventuelles anomalies.
La figure 1 illustre un capteur de pression selon la technique antérieure, pouvant servir à une telle application. Le capteur de pression de la figure 1, désigné par le repère 1, comporte un corps de prise de pression 10 sur lequel est monté un élément de détection de pression 11.
L'élément de détection de pression 11 comprend une pièce de support 110 définissant, dans sa partie centrale, une membrane déformable 111 et supportant un circuit de jauges de contrainte 112. La membrane déformable 111 est agencée pour qu'une de ses faces, 11 la, communique avec une entrée de fluide 100 du corps de prise de pression 10 via un conduit 101.
Les jauges de contrainte du circuit 112 consistent généralement en des résistances électriques extensométriques, c'est-à-dire des conducteurs électriques dont la valeur de résistance varie lorsqu'ils sont déformés. Le circuit de jauges de contrainte 112 est formé d'un film métallique gravé 113 et d'un substrat isolant 114 qui supporte le film gravé 113 et repose, lui-mme, sur la pièce de support 110.
Un circuit imprimé 12, comprenant des composants électriques d'amplification et/ou de réglage, est relié électriquement au circuit de jauges de contrainte 112.
Un connecteur électrique 13, comportant un corps 130 et des
broches conductrices 131 reliées au circuit imprimé 12 via des fils conducteurs 140, permet la connexion du capteur à un système électronique extérieur (non représenté) de collecte de données.
Le capteur de pression 1 présente en outre un corps de protection 14 et une plaque interne hermétique 15, qui définissent, avec le corps de prise de pression 10, une chambre sous vide 16 contenant l'élément de détection de pression 11 avec ses jauges de contrainte. La plaque hermétique 15 sépare et isole la chambre sous vide 16 d'une seconde chambre 17 dans laquelle est disposé le circuit imprimé 12. La liaison électrique entre le circuit imprimé 12 et le circuit de jauges de contrainte 112 est réalisée au moyen de broches conductrices 150 qui traversent la plaque hermétique 15 et de fils électriques 151 qui sont fixés, à leurs extrémités, aux broches 150 et au circuit de jauges de contrainte 112. Plus particulièrement, une extrémité de chaque fil 151 est attachée, par une soudure ou brasure 152, à un plot d'entrée ou de sortie du circuit de jauges de contrainte 112.
Le corps de prise de pression 10, le corps de protection 14, le corps 130 du connecteur 13 et la pièce de support 110 sont généralement conçus en acier inoxydable.
Le capteur de pression tel qu'illustré à la figure 1 est un capteur absolu. Il mesure en effet la pression d'un fluide par référence à la pression du vide. D'autres capteurs de pression, dits relatifs, existent, qui mesurent la pression en utilisant comme référence la pression atmosphérique. Dans ces derniers capteurs, la plaque hermétique est absente, et l'élément de détection de pression et le circuit imprimé sont agencés dans une chambre commune, soumise à la pression atmosphérique.
Le capteur de pression 1 fonctionne de la manière suivante : Un fluide dont la pression est à mesurer pénètre dans le conduit 101 du corps de prise de pression 10 via l'entrée 100, et arrive en contact avec la surface 111a de la membrane 111. La pression du fluide entraîne une déflexion de la membrane 111, ce qui a pour effet de déformer également une partie du circuit de jauges 112 disposé, de façon solidaire, sur la pièce de support 110. La résistance électrique des jauges est ainsi modifiée. En appliquant, par l'intermédiaire du circuit imprimé 12,
une tension d'alimentation au circuit de jauges 112, on obtient, au niveau des plots de sortie de celui-ci, une tension électrique représentative du différentiel de pression entre la face 11 la de la membrane 111 et la face supérieure du circuit de jauges 112.
Le signal de tension recueilli au niveau des plots de sortie est transmis, via des fils 151 et des broches 150, au circuit imprimé 12, où il est corrigé et éventuellement amplifié. La correction du signal vise à compenser certains défauts pouvant apparaître lors de la fabrication du capteur, qui tendent à décaler ce signal par rapport à une ou plusieurs valeurs de référence ou à le faire dériver. Le signal corrigé et éventuellement amplifié qui est produit par le circuit imprimé 12 peut tre transmis au système précité de collecte de données via le connecteur électrique 13.
Le capteur de pression 1 présente l'inconvénient d'tre relativement cher à fabriquer. En particulier, il nécessite des opérations délicates pour souder ou braser les fils conducteurs 151 sur l'élément de détection de pression 11, sans détériorer le circuit de jauges de contraintes 112 et la membrane 111. Il convient de noter, à cet égard, que les couches 113, 114 formant le circuit de jauges de contrainte 112 sont très minces et donc relativement fragiles, de sorte qu'une grande attention doit tre portée lors de la soudure ou du brasage pour éviter d'éventuels dommages.
Les opérations de soudure et brasage des fils conducteurs 151 sur l'élément de détection de pression 11 sont d'autant plus critiques dans le cas où le capteur est destiné à tre utilisé dans un environnement à fortes vibrations. Il est alors nécessaire de fixer les fils conducteurs 151 sur le circuit de jauges de contrainte 112 d'une manière telle que lesdits fils puissent supporter les vibrations lorsque le capteur sera en fonctionnement. Ce travail est techniquement possible, mais il augmente significativement le coût du capteur.
D'autre part, en tant que capteur de pression absolu, le capteur de pression 1 illustré à la figure 1 est compliqué et coûteux à fabriquer en ce sens qu'il nécessite la réalisation de deux chambres distinctes 16,17 et d'une plaque hermétique 15 pour les isoler. La plaque hermétique 15 doit, en outre, tre traversée de manière hermétique par des broches
conductrices 150, ce qui augmente la difficulté.
Un autre inconvénient du capteur de pression 1 réside dans le fait qu'il est mal adapté pour mesurer des pressions de fluides cryogéniques. Or, la plupart des moteurs de fusée utilisent des ergols du type oxygène et hydrogène liquides, qui, par nature, sont des fluides très froids. L'acier inoxydable dans lequel est conçu le capteur de pression 1 ne permet pas à ce dernier de recevoir directement de tels fluides, car ce matériau présente une très mauvaise conductibilité thermique. Au contact d'un fluide cryogénique, l'acier inoxydable subit des chocs thermiques qui peuvent tre dommageables pour le capteur, et notamment pour la partie sensible de celui-ci, comprenant la membrane 111 et les jauges du circuit 112. En outre, la membrane 111 qui supporte le circuit de jauges de contrainte 112 n'est pas capable d'harmoniser rapidement la température des différentes jauges de contrainte une fois reçue la pression à mesurer.
Les jauges de contrainte, selon leur position sur l'élément de détection de pression 11, ne sont pas à la mme température au moment de la mesure de pression. Il s'ensuit un déséquilibre du circuit des jauges de contrainte, qui nuit gravement à l'efficacité et la fiabilité du capteur puisqu'il fausse la mesure.
Il est bien connu, pour résoudre ces problèmes, de relier le capteur de pression au moteur de fusée au moyen d'une longue canalisation, qui conduit vers le capteur une partie des ergols prélevée dans le moteur. Lorsqu'ils arrivent dans le capteur de pression, les ergols ne sont plus à température cryogénique, car ils se sont réchauffés lors, notamment, de leur trajet dans la canalisation. La figure 2 représente schématiquement un capteur de pression 1A relié à un moteur de fusée 1B par une canalisation 1C dans laquelle s'écoule un ergol. La capteur de pression 1A est monté sur une platine de support 1D comprenant des dispositifs de découplage thermique. Au niveau de l'extrémité de la canalisation connectée au moteur (cf. le repère A), la température de l'ergol est cryogénique. Au niveau de l'entrée du capteur de pression (cf. le repère B), la température est plus élevée, de l'ordre de-40°C, voire plus.
Cette solution pour mesurer la pression d'ergols cryogéniques n'est pas satisfaisante car elle nécessite !'emploi de longues et
nombreuses canalisations (une pour chaque capteur de pression utilisé par le moteur) qui complique la structure d'ensemble et entraîne des coûts de fabrication et de contrôle importants et un manque de fiabilité.
OBJECTIFS ET RESUME DE L'INVENTION Un premier objectif de la présente invention consiste à concevoir un capteur de pression à coût réduit.
Cet objectif est atteint, selon un premier aspect de l'invention, par un capteur de pression comprenant un élément de détection de pression agencé pour recevoir une pression à mesurer et la détecter, et un circuit imprimé relié à l'élément de détection de pression par une liaison électrique, caractérisé en ce que ladite liaison électrique comprend au moins une languette conductrice souple dont une première extrémité est connectée au circuit imprimé et une seconde extrémité est simplement en appui sur un contact électrique correspondant de l'élément de détection de pression, et en ce que la face d'appui de la seconde extrémité de la ou chaque languette conductrice souple sur le contact électrique correspondant est polie.
Ainsi, les fils conducteurs et les brasures et soudures utilisées dans la technique antérieure pour relier le circuit imprimé et l'élément de détection de pression sont remplacés, dans l'invention, par des languettes conductrices souples qui viennent simplement en appui sur des contacts électriques de l'élément de détection de pression, sans y tre fixées.
L'assemblage du capteur est, de ce fait, facilité. Malgré l'absence de liaison solidaire entre la seconde extrémité de chaque languette conductrice souple et l'élément de détection de pression, un bon contact électrique est obtenu du fait que la face d'appui de cette seconde extrémité est polie.
L'élément de détection de pression selon l'invention détecte la pression reçue par exemple en modifiant une valeur électrique, telle qu'une valeur de résistance, d'un ou plusieurs composants électriques de l'élément de détection de pression.
La ou les languettes conductrices souples selon l'invention peuvent servir à alimenter électriquement l'élément de détection de pression à partir du circuit imprimé et/ou à transmettre au circuit imprimé
un signal électrique de détection de pression délivré par l'élément de détection de pression. En variante, la ou les languettes conductrices souples peuvent, éventuellement en plus des fonctions indiquées ci- dessus, servir à transmettre au circuit imprimé un signal électrique produit par une ou plusieurs sondes de température situées sur l'élément de détection de pression.
Avantageusement, le ou les contacts électriques sont positionnés, sur l'élément de détection de pression, en un endroit qui est relativement insensible à la pression à mesurer. Ils restent par conséquent sensiblement fixes par rapport à l'ensemble du capteur, de sorte que les extrémités d'appui des languettes correspondantes ne bougent pas, ou bougent peu, lorsqu'une pression à mesurer est appliquée à l'élément de détection de pression. La souplesse des languettes a donc pour principale fonction de compenser les tolérances d'assemblage lors du montage du capteur, ainsi que les différences de dilatations thermiques entre les différents éléments du capteur pendant le fonctionnement de ce dernier.
Typiquement, l'élément de détection de pression comprend une membrane agencée pour recevoir, sur une première face, la pression à mesurer et pour se défléchir sous l'effet de cette pression, et au moins une jauge de contrainte située sur une seconde face de la membrane, opposée à la première, pour se défléchir avec la membrane sous l'effet de ladite pression et connectée au (x) contact (s) électrique (s).
L'élément de détection de pression peut en outre comprendre un support comportant une partie centrale mince, constituant la membrane, et un pourtour rigide, le ou les contacts électriques étant de préférence disposés sur le pourtour rigide à une distance suffisante de la membrane pour tre relativement insensibles à la pression à mesurer.
Afin de rendre la liaison entre l'élément de détection de pression et le circuit imprimé démontable, la première extrémité de la ou chaque languette conductrice souple peut tre simplement emmanchée sur une première extrémité d'une broche conductrice correspondante dont une seconde extrémité est connectée au circuit imprimé.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le capteur de pression comprend une première chambre, sous vide, dans laquelle est disposé l'élément de détection de pression, et une seconde chambre
contenant le circuit imprimé. Il est en outre prévu, entre les première et seconde chambres, une plaque hermétique traversée par au moins un élément conducteur connecté, à une première extrémité, à la ou une languette conductrice souple et, à une seconde extrémité, au circuit imprimé. L'élément conducteur est constitué, par exemple, par la broche conductrice précitée.
Selon un second mode de réalisation de l'invention, l'élément de détection de pression et le circuit imprimé sont disposés dans une chambre commune à l'intérieur du capteur de pression. Cette chambre commune est mise sous vide si l'on souhaite faire fonctionner le capteur selon l'invention en tant que capteur absolu. Dans ce second mode de réalisation, le ou les composants électriques du circuit imprimé sont de préférence situés sur une face en regard de l'élément de détection de pression. En outre, la ou chaque languette conductrice souple peut tre connectée au circuit imprimé soit par fixation de sa première extrémité directement sur le circuit imprimé, soit, comme indiqué plus haut, par emmanchement de cette première extrémité sur une première extrémité d'une broche conductrice correspondante dont une seconde extrémité est connectée au circuit imprimé.
Le capteur de pression selon l'invention peut comprendre un connecteur électrique permettant de connecter un appareil électrique au capteur et comprenant au moins une broche conductrice dont une extrémité est connectée au circuit imprimé par engagement dans un manchon de connexion correspondant.
Typiquement, le capteur de pression comprend un corps, dans lequel sont fixés l'élément de détection de pression et le circuit imprimé, lequel corps comprend une ouverture permettant l'entrée, dans le capteur, d'un fluide dont la pression est à mesurer.
Avantageusement, la ou les languettes conductrices souples selon l'invention sont conçues en cuivre au béryllium. Le cuivre au béryllium permet un bon contact électrique, et facilite l'usinage et le formage des languettes lors de la fabrication du capteur. Il présente en outre de très bonnes caractéristiques mécaniques.
Un second objectif de la présente invention consiste à concevoir un capteur de pression absolu à coût réduit.
Cet objectif est atteint, selon un second aspect de l'invention, par un capteur de pression absolu comprenant un corps, un élément de détection de pression et un circuit imprimé relié électriquement à l'élément de détection de pression, caractérisé en ce que l'élément de détection de pression et le circuit imprimé sont disposés dans une chambre commune, sous vide, à l'intérieur du corps.
Ainsi, la chambre spécifique utilisée dans la technique antérieure pour loger le circuit imprimé et la plaque hermétique servant à isoler cette chambre d'une autre chambre contenant l'élément de détection de pression sont supprimées. Le fait, selon l'invention, de prévoir une chambre unique pour l'élément de détection de pression et le circuit imprimé permet de simplifier la structure du capteur et de réduire son encombrement. Outre l'avantage en terme de coût, le capteur de pression absolu selon ce second aspect de l'invention présente l'intért de mieux résister aux vibrations extérieures car il est composé d'un nombre inférieur de pièces.
Un troisième objectif de la présente invention consiste à concevoir un capteur de pression mieux adapté à la mesure de pression de fluides cryogéniques.
Cet objectif est atteint, selon un troisième aspect de l'invention, par un capteur de pression caractérisé en ce qu'il est conçu, au moins en partie, en cuivre au béryllium.
Le cuivre au béryllium présente en effet un bon comportement dans une plage de température allant d'environ-260°C à environ 150°C et dans une plage de pression allant jusqu'à environ 500 bars. Ce matériau permet donc la fabrication de capteurs de pression destinés à tre placés dans des conditions extrmes de température et de pression, et capables, notamment, de recevoir des fluides cryogéniques, c'est-à-dire des fluides dont la température est inférieure à environ-100°C, voire mme à environ-150°C.
En outre, à la différence de l'acier inoxydable utilisé dans la technique antérieure, le cuivre au béryllium possède une très bonne conductibilité thermique, ce qui réduit le risque de chocs thermiques dans le capteur.
Le cuivre au béryllium n'est d'autre part pas attaqué par
l'oxygène liquide et l'hydrogène liquide, qui sont des fluides cryogéniques souvent utilisés en tant qu'ergols dans des moteurs de fusée, de sorte que le capteur de pression selon ce troisième aspect de l'invention présente un intért particulier lorsqu'il s'agit de mesurer la pression de tels ergols.
Le capteur de pression selon ce troisième aspect de l'invention comprend typiquement une membrane agencée pour recevoir, sur une première face, un fluide dont la pression est à mesurer et pour se défléchir sous l'effet de cette pression, et au moins une jauge de contrainte disposée sur une seconde face de la membrane, opposée à la première, de façon à se défléchir avec la membrane sous l'effet de ladite pression. La membrane est avantageusement conçue en cuivre au béryllium.
La très bonne conductivité thermique du cuivre au béryllium permet à la partie sensible du capteur, comprenant la membrane et la ou les jauges de contrainte, d'atteindre très rapidement la température du fluide lorsque celui-ci arrive au contact de la première face de la membrane. Elle garantit également une rapide homogénéisation de la température de la ou des jauges de contrainte, si bien que la mesure de pression n'est pas, ou est peu, perturbée par des différences de températures indésirables sur cette ou ces jauges de contrainte. Par ailleurs, le cuivre au béryllium confère de bonnes propriétés mécaniques à la membrane.
De façon plus précise, le capteur de pression selon ce troisième aspect de l'invention peut comprendre un support comprenant une partie centrale mince et un pourtour rigide, la partie centrale mince faisant office de membrane agencée pour recevoir, sur une de ses faces, un fluide dont la pression est à mesurer et pour se défléchir sous l'effet de cette pression, et un circuit de jauge (s) de contrainte disposé sur le support de telle sorte qu'au moins une jauge de contrainte du circuit de jauge (s) de contrainte soit déformée avec la membrane sous l'effet de ladite pression.
Le support est avantageusement conçu en cuivre au béryllium.
Le capteur de pression peut également comprendre un corps à l'intérieur duquel sont disposés le support et le circuit de jauge (s) de contrainte, le corps comprenant une ouverture permettant l'entrée du fluide dans le capteur de pression. Avantageusement, au moins une partie
du corps destinée à tre en contact avec le fluide est conçue en cuivre au béryllium.
Plus spécifiquement, le capteur de pression peut comprendre un corps de prise de pression duquel est solidaire le support et dans lequel est formé un conduit apte à recevoir le fluide et à le diriger vers le support. Ce corps de prise de pression est avantageusement conçu en cuivre au béryllium.
Afin de renforcer encore la résistance aux chocs thermiques du capteur de pression selon ce troisième aspect de l'invention, le moyen d'amenée de fluide que constituent le corps de prise de pression et le conduit précités peut tre agencé pour diriger le fluide dont la pression est à mesurer essentiellement vers une surface du pourtour rigide du support, et un moyen de communication, faisant communiquer ladite surface du pourtour rigide et ladite face de la membrane, peut tre prévu pour permettre au fluide d'arriver ensuite au contact de ladite face de la membrane. Ce moyen de communication peut typiquement comprendre un espace libre situé entre le support et le moyen d'amenée de fluide.
Ainsi, en formant un chemin indirect pour le fluide vers la partie sensible (membrane et circuit de jauge (s) de contrainte) du capteur de pression, le moyen d'amenée de fluide et le moyen de communication empchent ledit fluide d'arriver brutalement sur cette partie sensible. Une diffusion thermique se produit dans le support dès que le fluide arrive au contact du pourtour rigide, de sorte que la température de la partie sensible se rapproche de celle du fluide avant l'arrivée du fluide sur la partie sensible.
Pour, en pratique, obtenir cet effet de diffusion thermique, le corps de prise de pression peut comprendre une saillie entrant dans un évidement du support défini par le pourtour rigide et la membrane, et le conduit peut comprendre un premier trou ayant une extrémité ouverte pour recevoir le fluide et une extrémité fermée et un second trou, communiquant avec le premier trou au niveau ou à proximité de l'extrémité fermée de celui-ci et faisant un angle avec le premier trou, le second trou étant formé au moins en partie dans la saillie et débouchant dans l'espace libre essentiellement vers ladite surface du pourtour rigide du support.
Un quatrième objectif de la présente invention consiste à concevoir un moteur de fusée simplifié.
Cet objectif est atteint, selon un quatrième aspect de l'invention, par un moteur de fusée conçu pour utiliser un ou plusieurs ergols fluides cryogéniques tels que de l'oxygène liquide ou de l'hydrogène liquide, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un capteur de pression pour mesurer la pression d'au moins un ergol fluide cryogénique, et en ce que ledit au moins un capteur de pression est agencé pour que, lorsqu'il reçoit ledit au moins un ergol fluide cryogénique, ce dernier soit encore à température cryogénique.
Typiquement, le ou les capteurs de pression sont montés à l'intérieur du moteur de fusée ou directement sur une paroi du moteur de fusée.
Ainsi, le moteur de fusée selon l'invention ne nécessite pas le recours aux systèmes de conduits compliqués de la technique antérieure pour déporter le ou les capteurs de pression loin du moteur.
Selon ce quatrième aspect de l'invention, le ou chaque capteur de pression peut comprendre un élément de détection de pression et un circuit imprimé reliés entre eux par l'intermédiaire d'au moins une languette conductrice souple dont une première extrémité est connectée au circuit imprimé et une seconde extrémité est simplement en appui sur un contact électrique correspondant de l'élément de détection de pression.
Dans ce cas, la ou chaque languette conductrice souple a de préférence une fréquence propre au moins égale à environ 12 kHz afin de lui permettre de bien résister aux vibrations du moteur.
En variante, il est possible de relier l'élément de détection de pression et le circuit imprimé au moyen d'au moins un fil électrique dont les extrémités sont fixées, par exemple par soudure ou brasure, respectivement à l'élément de détection de pression et au circuit imprimé.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Dans les dessins annexés : - la figure 1, déjà commentée, montre un capteur de pression selon la technique antérieure ;
- la figure 2, déjà commentée, montre schématiquement un capteur de pression selon la technique antérieure relié à une partie de moteur de fusée ; - la figure 3 est une vue en coupe partielle d'un capteur de pression selon un premier mode de réalisation de la présente invention ; - la figure 4 est une vue en perspective éclatée et en coupe du capteur de pression selon le premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 montre un circuit de jauges de contrainte utilisé dans le capteur de pression selon l'invention ; - la figure 6 montre schématiquement des capteurs de pression selon l'invention montés sur et dans un moteur de fusée ; - la figure 7 montre un capteur de pression selon un second mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 8 montre un dispositif de réglage du capteur de pression selon le second mode de réalisation de l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE PLUSIEURS MODES DE REALISATION DE L'INVENTION Les figures 3 et 4 représentent un capteur de pression selon un premier mode de réalisation de l'invention.
Ce capteur de pression, désigné par le repère 2, comprend un corps de prise de pression 20 dans lequel est formée une ouverture 20a, un élément de détection de pression 21, un circuit imprimé 22, un connecteur électrique 23, un corps de protection 24, et une plaque, ou traversée, hermétique et électriquement isolante 25.
L'ouverture 20a se compose d'une entrée de fluide 200 et d'un conduit 201 permettant d'amener un fluide dont la pression est à mesurer depuis l'entrée de fluide 200 vers l'élément de détection de pression 21.
Le corps de protection 24 est formé d'une partie supérieure 240 et d'une partie inférieure 241 fixées entre elles. Le corps de protection 24 et la plaque hermétique 25 définissent, avec le corps de prise de pression 20, une première chambre 26 contenant l'élément de détection de pression 21, et, avec le connecteur électrique 23, une seconde chambre 27 logeant le circuit imprimé 22. Le circuit imprimé 22 est fixé sur un
rebord 242 prévu sur la paroi interne de la partie supérieure 240 du corps de protection 24. La plaque hermétique 25, conçue typiquement en verre ou céramique, est également fixée à la paroi interne de la partie supérieure 240 du corps de protection 24, et isole la première chambre 26 de la seconde chambre 27. En pratique, la première chambre 26 est mise sous vide par des moyens conventionnels.
Le connecteur électrique 23 est constitué, comme montré à la figure 4, d'un corps 230, d'une plaque électriquement isolante 232 fixée à la paroi interne du corps 230, et de broches conductrices 231 parallèles à l'axe du corps 230 et traversant la plaque isolante 232. La plaque isolante 232 est réalisée, par exemple, en verre ou en céramique. Le corps 230 du connecteur 23 est ouvert en partie supérieure pour permettre la connexion électrique d'un appareil de collecte de données (non représenté) au capteur, et est fixé, en partie inférieure, à la partie supérieure 240 du corps de protection 24. Les broches conductrices 231 sont connectées électriquement, à leurs extrémités inférieures, au circuit imprimé 22 par engagement dans des manchons de connexion 220.
Le corps de prise de pression 20, le corps de protection 24 et le corps 230 du connecteur 23 constituent le corps d'ensemble du capteur.
Chacun des corps 20,24,230 est typiquement fabriqué en métal. Les liaisons entre ces éléments peuvent tre réalisées par soudure, brasure ou collage.
L'élément de détection de pression 21 est soudé ou brasé sur le corps de prise de pression 20, comme montré sur la figure 3 au niveau du repère 28. L'élément 21 se compose d'une pièce de support 210, de préférence monobloc, et d'un circuit de jauges de contrainte, ou de déformation, 212 disposé sur la face supérieure de la pièce de support 210, en regard de la plaque hermétique 25, et solidaire de ladite face supérieure. La pièce de support 210 a une forme générale parallélépipédique, présentant en son centre un évidement 215 (cf. figure 4). Cette pièce de support 210 est formée, plus particulièrement, d'une partie centrale mince 211 constituant le fond de l'évidement 215 et faisant office de membrane souple, et d'un pourtour plus épais et rigide 216.
En référence aux figures 4 et 5, le circuit de jauges de contrainte 212 comporte un mince substrat électriquement isolant 214
conçu par exemple en silice, et, sur ledit substrat 214, quatre résistances R1 à R4 montées en pont de Wheatstone, des contacts électriques 213a servant de plots d'alimentation du circuit, et des contacts électriques 213b servant de plots de sortie.
Le circuit 212 est obtenu en formant le mince substrat isolant 214 sur la pièce de support 210, en déposant ensuite, par une technique de pulvérisation, un film métallique mince 213 du type, par exemple, en nichrome ou or, de quelques centaines d'Angström d'épaisseur, sur le mince substrat isolant 214, puis en gravant le film métallique 213 pour parvenir au motif souhaité.
Les résistances R1 à R4 sont situées sur la membrane 211, ou, plus précisément, sur une partie centrale du substrat 214 formée sur la membrane 211. Les contacts électriques 213a, 213b sont en revanche positionnés à une certaine distance de la membrane 211, sur le pourtour 216 du support 210, c'est-à-dire sur une partie du support 210 qui, par sa structure rigide, est relativement insensible à la pression à mesurer. De ce fait, lorsqu'un fluide dont la pression est à mesurer arrive au contact de la face inférieure de la membrane 211, via le conduit 201, le pont de Wheatstone R1-R4 se déforme en mme temps que la membrane 211, tandis que les contacts électriques 213a, 213b restent fixes, ou quasiment fixes, par rapport au corps de prise de pression 20. En pratique, il a été observé qu'une distance de 1 mm entre les contacts électriques 213a, 213b et la périphérie de la membrane 211, pour un diamètre de membrane de l'ordre de 6 mm, permettait d'obtenir un découplage suffisant, en terme de déformation, entre les éléments R1-R4 et 213a- 213b.
La membrane 211, la partie centrale du substrat 214 située sur la membrane 211, et les jauges R1-R4 constituent une partie dite sensible de l'élément de détection de pression 21, c'est-à-dire une partie qui est perturbée par la pression à mesurer. Le pourtour 216, la partie périphérique du substrat 214 située sur le pourtour 216, et les contacts électriques 213a, 213b constituent une partie dite insensible ou relativement insensible de l'élément de détection de pression 21.
La déformation des jauges R1-R4 sous l'effet de la pression reçue par la membrane 211 entraîne une modification de la résistance
d'ensemble du pont de Wheatstone. La valeur de résistance du pont de Wheatstone est proportionnelle à la différence entre la pression au niveau de la surface supérieure du circuit de jauges de contrainte 212 (c'est-à- dire la pression, nulle, du vide régnant dans la chambre 26) et la pression au niveau de la surface inférieure de la membrane 211 (c'est-à-dire la pression de fluide à mesurer). Le signal de sortie du circuit de jauges 212, que l'on peut recueillir sous forme d'une tension électrique entre les contacts électriques 213b, est proportionnel à ladite valeur de résistance et donc à la pression de fluide.
Ce signal de sortie est corrigé par le circuit imprimé 22, de manière connue, pour compenser les décalages et les dérives dues aux défauts de fabrication. Le circuit imprimé 22 comprend, à cet effet, des résistances passives dont les valeurs sont choisies lors d'une étape de réglage du capteur. Eventuellement, un circuit de compensation de température peut également tre prévu sur le circuit imprimé 22, en association avec une sonde de température (non représentée) sur l'élément de détection de pression 21, de façon à compenser les conséquences de variations de température au niveau du circuit de jauges 212 pendant la mesure de pression.
Conformément à l'invention, la liaison électrique entre le circuit de jauges 212 et le circuit imprimé 22, permettant notamment au circuit imprimé 22 d'alimenter le circuit de jauges 212 et de recevoir de ce dernier un signal de détection de pression, comprend des languettes souples électriquement conductrices 29 (dont une seulement est représentée à la figure 3).
Chaque languette souple 29 comprend une première extrémité 290, se présentant sous la forme d'un manchon, et une seconde extrémité 291. La première extrémité 290 est raccordée à la seconde extrémité 291 par l'intermédiaire, successivement, d'un coude 292 et d'une partie rectangulaire plane 293. Le manchon 290 est couplé à une première extrémité d'une broche conductrice correspondante 250 qui traverse la plaque hermétique 25 et dont la seconde extrémité est connectée électriquement au circuit imprimé 22. La seconde extrémité 291 de chaque languette souple 29 repose sur un plot d'entrée 213a ou de sortie 213b correspondant du circuit de jauges de contrainte 212. Aucun moyen
de fixation particulier, tel que soudure, brasure ou collage, n'est prévu pour maintenir la seconde extrémité 291 en contact avec le plot d'entrée ou de sortie.
Afin de rendre la liaison électrique entre le circuit de jauges de contrainte 212 et le circuit imprimé 22 démontable, le manchon 290 de chaque languette souple 29 peut tre simplement emmanché sur ladite première extrémité de la broche conductrice correspondante 250, sans autre forme de fixation telle que soudure, brasure, collage ou vissage.
En fonctionnement, la seconde extrémité 291 de chaque languette 29 reste en contact avec le contact électrique correspondant 213a ou 213b, malgré les déformations subies par la membrane 211, grâce au fait que le contact électrique est positionné sur un support qui est relativement insensible à la pression à mesurer et qui reste donc sensiblement fixe par rapport au corps 20,24,230. En outre, puisque l'effort d'appui exercé par les languettes 29 est appliqué essentiellement sur le pourtour rigide 216, on évite à la membrane 211 de subir un effort parasite qui perturberait la mesure de pression.
La souplesse des languettes 29 permet de compenser les tolérances d'assemblage et les différences de dilatations thermiques entre les divers éléments du capteur.
Afin de réduire le risque de fluage à long terme des languettes 29, celles-ci sont de préférence dimensionnées pour que la force d'appui qu'elles exercent sur les contacts électriques 213a, 213b ne soit pas trop élevée.
La face d'appui des languettes 29, désignée par le repère 294, est rayonnée, c'est-à-dire que ses angles sont arrondis, et polie, pour améliorer le contact électrique entre lesdites languettes 29 et les contacts électriques 213a, 213b.
Pour des applications dans lesquelles le capteur, dans son ensemble, est soumis à d'importantes vibrations, les languettes 29 sont en outre conçues pour avoir une fréquence propre de résonance élevée, et en particulier supérieure à la ou aux fréquences excitatrices. Ainsi, dans le cas par exemple d'une utilisation du capteur selon l'invention dans un moteur de fusée, les languettes souples ont de préférence une fréquence de résonance au moins égale à 12 kHz. L'emploi de languettes souples
possédant une fréquence propre élevée a pour but d'empcher les extrémités 291, qui ne sont pas fixées aux contacts électriques 213a, 213b, de bouger par rapport à ces derniers et de quitter leur point d'appui par un effet de résonance provoqué par des vibrations extérieures au capteur.
Les languettes 29 selon l'invention sont conçues en métal, de préférence en cuivre au béryllium (Ube2). Le cuivre au béryllium permet un bon contact électrique, et facilite l'usinage et le formage des languettes lors de la fabrication du capteur. Il présente en outre de bonnes caractéristiques mécaniques.
Avantageusement, d'autres composants du capteur, tels que la pièce de support 210 de l'élément de détection de pression 21, le corps de prise de pression 20 et la partie inférieure 241 du corps de protection 24 sont également conçus en cuivre au béryllium. De manière générale, il est très avantageux qu'au moins les parties du capteur destinées à tre en contact avec le fluide dont la pression est à mesurer soient en cuivre au béryllium. La partie supérieure 240 du corps de protection 24 et le corps 230 du connecteur électrique 23 sont toutefois réalisés de préférence en acier inoxydable car ce métal convient mieux à des opérations de soudure avec le verre ou la céramique constituant les plaques électriquement isolantes 25 et 232.
Dans cette variante de l'invention, la pièce de support 210 et le corps de prise de pression 20, tous deux en cuivre au béryllium, peuvent tre fixés l'un à l'autre par une soudure ou brasure à l'étain. Il en est de mme pour la fixation entre le corps de prise de pression 20 et la partie inférieure 241 du corps de protection 24.
La fixation entre la partie inférieure 241, en cuivre au béryllium, et la partie supérieure 240, en acier inoxydable, du corps de protection 24 peut tre mise en oeuvre par soudure ou brasure à l'étain, ou par collage.
Comme exemple de colle convenant à cet effet, on peut citer la colle EP250 commercialisée par la société HBM.
Grâce à l'utilisation du cuivre au béryllium, le capteur selon l'invention peut supporter des conditions extrmes de température et de pression, et peut notamment tre placé dans un environnement cryogénique. De manière générale, le cuivre au béryllium présente un bon
comportement dans une plage de température allant d'environ-260°C à environ 150°C et dans une plage de pression allant jusqu'à environ 500 bars.
En outre, contrairement à l'acier inoxydable utilisé dans la technique antérieure, le cuivre au béryllium présente une très bonne conductivité thermique, ce qui réduit le risque de choc thermique, en particulier au niveau de la partie sensible de l'élément de détection de pression 21, lorsqu'un fluide très froid ou très chaud pénètre dans le capteur. En pratique, il est important d'éviter autant que possible les chocs thermiques dans le capteur car ils ont souvent pour effet de détériorer certains composants ou de désolidariser les liaisons entre ces composants.
La très bonne conductivité thermique du cuivre au béryllium garantit également que les jauges de contraintes R1-R4 resteront toutes à la mme température après l'arrivée du fluide cryogénique au contact de la membrane 211, et que, par conséquent, la mesure de pression ne sera pas perturbée par des différences de température indésirables au niveau du circuit de jauges de contrainte 212. L'utilisation du cuivre au béryllium pour fabriquer le capteur de pression 2 permet à celui-ci d'tre positionné dans ou directement sur un moteur de fusée utilisant des ergols fluides cryogéniques, ce qui évite le recours aux systèmes de conduits compliqués de la technique antérieure pour déporter le capteur à l'extérieur du moteur. En outre, le cuivre au béryllium n'est pas attaqué par l'oxygène et l'hydrogène liquides et peut donc bien s'adapter aux conditions difficiles à l'intérieur d'un tel moteur de fusée.
La figure 6 représente schématiquement une partie de moteur de fusée incorporant des capteurs de pression 2A, 2B du type de celui illustré aux figures 3 et 4. Le capteur de pression 2A est monté directement sur une paroi 2C du moteur de fusée, de façon que le conduit du corps de prise de pression traverse complètement ladite paroi 2C. Le capteur de pression 2A peut ainsi recevoir un ou plusieurs ergols (cf. la flèche 2D) circulant dans un espace 2E du moteur délimité par la paroi 2C.
L'espace 2E est par exemple une canalisation d'amenée d'ergol cryogénique ou une partie froide d'une turbopompe. Le capteur de pression 2B est monté à l'intérieur du moteur, c'est-à-dire dans l'espace 2E. Les deux capteurs 2A et 2B reçoivent des ergols à température
cryogénique.
En référence de nouveau aux figures 3 et 4, selon une autre caractéristique du capteur de pression 2, le corps de prise de pression 20 et son conduit 201 sont agencés pour diriger le fluide dont la pression est à mesurer essentiellement, et de préférence uniquement, vers la surface intérieure, désignée par le repère 217, du pourtour rigide 216.
Comme illustré sur la figure 3, le corps de prise de pression 20 comporte une saillie 202, qui entre dans l'évidement 215 de la pièce de support 210 en laissant un mince espace libre 218 entre la surface externe de la saillie 202 et la surface interne de l'évidement 215. L'espace libre 218 fait communiquer entre elles les surfaces respectives du pourtour rigide 216 et de la membrane 211 en regard de la saillie 202.
Le conduit 201 comprend un trou borgne 203, qui s'étend perpendiculairement à la membrane 211 depuis l'entrée de fluide 200 jusque dans la saillie 202. Un second trou 204, parallèle à la membrane 211, fait communiquer l'extrémité fermée du trou borgne 203 avec l'espace libre 218, et débouche, dans cet espace libre 218, vers la surface intérieure 217 du pourtour 216, et non pas vers la membrane 211.
En fonctionnement, le fluide pénètre dans le trou borgne 203 par l'extrémité ouverte de celui-ci, formant l'entrée de fluide 200, puis se dirige vers l'espace libre 218 via le second trou 204 pour longer la surface interne de l'évidement 215 jusqu'à tre bloqué à proximité de la soudure 28 reliant l'élément de détection de pression 21 au corps de prise de pression 20.
Cet agencement du corps de prise de pression 20 et de son conduit 201 joue le rôle d'un diffuseur thermique, qui évite le contact brutal du fluide sur la membrane 211. Le risque de choc thermique au niveau de cette dernière est ainsi réduit, puisque le fluide vient d'abord au contact du pourtour 216 avant d'aller déformer la membrane 211. La diffusion thermique qui se produit dans la pièce de support 210 suite à l'arrivée du fluide sur la surface intérieure 217 du pourtour 216, permet de diminuer la différence de température entre la membrane 211 et le fluide avant que celui-ci n'atteigne la membrane 211.
Le diffuseur thermique 20,201,218 selon l'invention présente donc un intért particulier dans le cas, notamment, de capteurs de
pression situés dans ou directement sur un moteur de fusée utilisant des ergols cryogéniques, tels que les capteurs 2A et 2B illustrés à la figure 6.
Le fait, selon le mode de réalisation du capteur de pression 2 exposé ci-dessus, de prévoir, à l'intérieur du capteur, deux chambres distinctes 26 et 27 isolées par la traversée hermétique 25 offre l'avantage de pouvoir implanter, lors de la phase préalable de réglage du capteur, les composants électriques requis sur le circuit imprimé 22 alors que l'élément de détection de pression 21 est soumis à la pression du vide. Ainsi, lors de cette phase de réglage, l'élément de détection de pression 21, et plus particulièrement la partie sensible constituée notamment par la membrane 211 et les jauges de contraintes RI à R4, est placé dans les mmes conditions de pression que pendant le fonctionnement normal du capteur, ce qui garantit un réglage efficace.
La figure 7 illustre un capteur de pression selon un second mode de réalisation de la présente invention.
Le capteur de pression de la figure 7, désigné par le repère 3, diffère du capteur de pression 2 montré aux figures 3 et 4 notamment en ce que l'élément de détection de pression et le circuit imprimé sont disposés dans une chambre commune, désignée par le repère 36.
L'élément de détection de pression, le circuit imprimé et le corps de prise de pression, respectivement désignés par les repères 31,32 et 30 sont identiques aux éléments 21,22 et 20 du capteur de pression 2 illustré aux figures 3 et 4.
La chambre 36 est définie par un corps de protection 34, formé d'une seule pièce, un connecteur électrique 33 et le corps de prise de pression 30. Elle est, en pratique, mise sous vide.
Comme le connecteur électrique 23 du premier mode de réalisation, le connecteur électrique 33 comprend un corps 330, une plaque électriquement isolante 332 et des broches de connexion 331 traversant la plaque isolante 332. La plaque isolante 332 sert de traversée hermétique, maintenant le vide dans la chambre 36.
Le circuit imprimé 32 est soudé à la paroi interne d'un prolongement du connecteur 33 fixé au corps de protection 34. A la différence du capteur de pression 2, les composants électriques du circuit imprimé 32 sont disposés sur la face inférieure de celui-ci, en regard de
l'élément de détection de pression 31.
L'élément de détection de pression 31 et le circuit imprimé 32 sont électriquement reliés entre eux par une ou plusieurs languettes conductrices souples 39 ayant chacune une première extrémité qui est fixée directement sur la face inférieure du circuit imprimé 32, par exemple par soudure ou brasure, et une seconde extrémité qui est en simple appui sur un contact électrique correspondant d'un circuit de jauges de contrainte 312 situé sur une pièce de support 310 de l'élément de détection de pression 31.
Les languettes souples 39, la pièce de support 310 de l'élément de détection de pression 31, le corps de prise de pression 30 et le corps de protection 34 sont de préférence conçus en cuivre au béryllium. Le corps 330 du connecteur 33 peut, quant à lui, tre réalisé en acier inoxydable et tre soudé ou brasé à l'étain, ou collé, sur le corps de protection 34. La pièce de support 310 et le corps de protection 34 peuvent chacun tre fixés au corps de prise de pression 30 par soudure ou brasure à l'étain. De mme, la soudure ou brasure des premières extrémités des languettes souples 39 sur le circuit imprimé 32 peut tre faite à l'étain.
Ce second mode de réalisation constitue une structure simplifiée par rapport au premier mode de réalisation, et permet donc de réduire les coûts de fabrication. Il évite en effet l'emploi d'une traversée hermétique à l'intérieur du capteur pour isoler deux chambres entre elles.
En outre, comme il est constitué d'un nombre de pièces inférieur à celui du premier mode de réalisation, le capteur de pression 3 sera moins perturbé par des vibrations extérieures puisque moins de pièces seront soumises à ces vibrations.
Toutefois, étant donné que le capteur de pression 3 ne comporte qu'une chambre, il n'est pas possible de mettre en oeuvre la phase de réglage du capteur de la mme manière que pour le capteur de pression 2.
La figure 8 illustre un dispositif 4 de réglage de capteur de pression utilisé dans le second mode de réalisation de l'invention. Ce dispositif de réglage comprend, d'une part, une enceinte 40 apte à loger le capteur et, d'autre part, une pompe à vide 41 et un générateur de
pression 42 raccordés à l'enceinte 40.
Plus précisément, l'enceinte 40 comporte une partie inférieure 400 destinée à recevoir une partie du capteur de pression 3 et une partie supérieure 401 solidaire de la partie inférieure 400 et fermée à son extrémité supérieure par un connecteur électrique 43 du mme type que le connecteur 33 du capteur de pression 3.
La partie du capteur de pression 3 que l'on introduit dans l'enceinte 40 inclut essentiellement le corps de prise de pression 30, l'élément de détection de pression 31 (non visible sur la figure 8) et le corps de protection 34. En d'autres termes, la phase de réglage est réalisée avec un capteur de pression qui n'est pas encore complètement assemblé, et qui est notamment dépourvu de circuit imprimé et de connecteur électrique. L'élément de détection de pression de la partie de capteur est relié électriquement au connecteur électrique 43 fermant l'enceinte 40 au moyen de fils conducteurs amovibles 44.
Le dispositif de réglage 4 est utilisé de la façon suivante : A l'aide de la pompe à vide 41, on aspire l'air contenu dans l'enceinte 40 afin de mettre cette dernière sous vide. Ensuite, une pression d'essai Pe est envoyée dans le conduit du corps de prise de pression 30 de la partie de capteur par le générateur de pression 42. Les fils conducteurs 44 transmettent le signal électrique délivré par l'élément de détection de pression 31 en réponse à l'application de la pression d'essai Pe, lequel signal électrique traverse le connecteur électrique 43 pour tre appliqué à un appareil électronique extérieur (non représenté) de collecte et d'analyse de signal. En fonction du signal électrique reçu par l'appareil électronique, des valeurs de composants passifs à implanter sur le circuit imprimé du capteur de pression sont déterminées d'une manière connue. La partie de capteur peut alors tre sortie de l'enceinte 40, et un circuit imprimé 32 comportant les composants passifs correspondant aux valeurs précitées et un connecteur électrique 33 sont montés sur cette partie de capteur afin de terminer l'assemblage.
Les deux modes de réalisation de capteur de pression décrits ci- dessus concernent des capteurs absolus. La présente invention n'est toutefois pas limitée à de tels capteurs. A titre d'exemple, le second mode de réalisation pourrait tre modifié pour que la chambre 36 commune à
l'élément de détection de pression 31 et au circuit imprimé 32 soit soumise à la pression atmosphérique.
Des languettes conductrices souples 29,39 peuvent tre utilisées à d'autres fins que l'alimentation des jauges et la récupération d'un signal de détection de pression, par exemple pour recueillir un signal de détection de température produit par une sonde de température sur l'élément de détection de pression 21,31.
L'invention n'est pas non plus limitée à l'utilisation de jauges de contrainte particulières. D'autres types de jauges de contrainte que les résistances Ri à R4 illustrées à la figure 5 sont connues de l'homme du métier.
D'autre part, il apparaîtra clairement à l'homme du métier que les caractéristiques principales du capteur de pression selon l'invention, à savoir notamment l'utilisation de languettes conductrices souples 29,39 pour relier entre eux l'élément de détection de pression 21,31 et le circuit imprimé 22,32, l'utilisation du cuivre au béryllium pour fabriquer au moins une partie du capteur et la formation d'un capteur de pression absolu comprenant une chambre unique 36 pour loger l'élément de détection de pression 31 et le circuit imprimé 32, peuvent tre mises en oeuvre indépendamment l'une de l'autre. Par exemple, un capteur de pression pourrait tre conçu avec une chambre commune à l'élément de détection de pression et au circuit imprimé, et utiliser des câblages du type de ceux de la technique antérieure pour relier le circuit de jauges de contraintes sur l'élément de détection de pression au circuit imprimé.
Bien que l'invention ait été décrite dans le contexte d'un moteur de fusée, l'homme du métier comprendra en outre que le capteur de pression selon l'invention peut tre utilisé dans d'autres applications que la mesure de pression de fluides circulant dans un moteur de fusée.
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