Capteur de pression simplifié

Arrière-olan de l'invention

La présente invention se rapporte au domaine général des capteurs de pression, et plus particulièrement des capteurs de pression comprenant une jauge extensométrique.

Les capteurs de pression comprennent généralement une jauge extensométrique formée par un pont de Wheatstone installé sur un corps déformable.

Le corps de déformation est soumis à la pression d'une ligne de fluide et la pression dudit fluide est déterminée par mesure de la déformation du corps de déformation.

De tels capteurs de pression permettent une mesure de pression précise, et sont ainsi typiquement utilisées dans le domaine aérospatial.

Toutefois, les capteurs de pression actuels rencontrent un problème de complexité et ainsi peuvent être coûteux à fabriquer.

Objet et résumé de l'invention

La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant un capteur de pression plus simple et moins cher à fabriquer.

L'invention permet notamment de ne pas utiliser de soudure, qui est une opération complexe et coûteuse à réaliser.

De plus, l'invention permet également de ne pas utiliser une traversée étanche, qui est une pièce coûteuse qui permet aux fils de connexion de sortir en dehors du capteur de pression tout en assurant une étanchéité.

Selon un aspect, l'invention propose un capteur de pression comprenant un corps de prise de pression à l'intérieur duquel est formé un canal et sur lequel est fixé un capot, ledit capteur de pression comprenant un logement interne formé d'une part par le corps de prise de pression et d'autre part par le capot et dans lequel est installé une jauge extensométrique, le canal du corps de prise de pression débouchant dans ledit logement interne, caractérisé en ce que le capot est vissé au corps de prise de pression et en ce que la jauge extensométrique comprend un corps de déformation qui est fixé au corps de prise de pression et au capot par pinçage du contour dudit corps de déformation entre ledit corps de prise de pression et ledit capot.

Le capteur de pression peut également comprendre les caractéristiques suivantes, qui peuvent être prises seules ou bien en combinaison suivant les possibilités techniques :

un joint est disposé sur le contour du corps de déformation ;

le capot comprend un perçage qui débouche dans le logement interne du capteur de pression, dans lequel un circuit imprimé est fixé sur le corps de déformation, et dans lequel ledit capteur de pression comprend des fils de connexion qui sont reliés au circuit imprimé et qui traversent le perçage du capot, le perçage étant rempli par un matériau de remplissage ;

le circuit imprimé sépare le logement interne d'une part en une première portion qui est dirigée vers le perçage du capot et d'autre part en une deuxième portion dirigée vers le canal du corps de prise de pression, le corps de déformation étant situé dans la deuxième portion, la première portion étant remplie par le matériau de remplissage ;

le matériau de remplissage est un élastomère, une brasure, ou bien une résine ;

un espace entre le circuit imprimé et le corps de déformation est sous vide ;

un circuit imprimé comprenant une pluralité de composants électroniques et des pistes de connexion est fixé sur le corps de déformation, et dans lequel ledit capteur de pression comprend des fils de connexion qui sont reliés aux différents composants électroniques via un unique connecteur disposé sur le circuit imprimé qui relie chaque fil de connexion à un composant électronique via les pistes de connexion ;

le corps de déformation comprend une bride qui forme le contour dudit corps de déformation et qui est pincée par le corps de prise de pression et le capot, ledit corps de déformation comprenant une portion centrale reliée à la bride par une portion de liaison qui est inclinée par rapport à la portion centrale ;

la portion centrale comprend une surépaisseur située au centre de ladite portion centrale ; la jauge extensométrique comprend au moins une résistance qui comprend deux bornes de connexion séparées par une partie résistive, les bornes de connexion et la partie résistive étant en un même matériau, les bornes de connexion ayant une largeur supérieure à la largeur de la partie résistive, la résistance possédant une épaisseur constante.

Brève description des dessins

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures :

- la figure 1 illustre un mode de réalisation possible d'un capteur de pression selon l'invention ;

- la figure 2 illustre un autre mode de réalisation possible d'un capteur de pression selon l'invention ;

- la figure 3 illustre une vue isolée du corps de déformation de la jauge extensométrique selon une variante possible du capteur de pression ;

- la figure 4 illustre une variante possible de résistance pour la jauge extensométrique du capteur de pression.

Description détaillée de l'invention

Comme illustré sur la figure 1 et la figure 2, un capteur de pression 1 comprend un corps de prise de pression 2 et un capot 3 qui est fixé audit corps de prise de pression 2. Le corps de prise de pression 2 et le capot 3 peuvent être en métal.

Un logement interne 4 est formé par la coopération entre le corps de prise de pression 2 et le capot 3, ledit logement interne 4 étant délimité d'une part par ledit corps de prise de pression 2 et d'autre part par le capot 3.

Le corps de prise de pression 2 est fixé sur un dispositif D comprenant un fluide dont la pression doit être mesurée, comme par exemple un réservoir ou un circuit fluidique. Le corps de pression 2 peut par exemple être vissé sur le dispositif D.

Le corps de prise de pression 2 comprend un canal 21 qui débouche dans le logement interne 4, permettant ainsi d'alimenter le logement interne 4 en fluide dont la pression est à mesurer par le capteur 1.

Afin de mesurer la pression du fluide, une jauge extensométrique 5 est disposée dans le logement interne 4. La jauge extensométrique 5 comprend un corps de déformation 51 sur lequel un élément sensible 52 est installé.

Le corps de déformation 51 est configuré pour se déformer sous l'effet de la pression du fluide, et l'élément sensible 52 est configuré pour mesurer la déformation du corps de déformation 51 afin de déterminer la pression du fluide par calcul à partir de la déformation mesurée par ledit élément sensible 52.

L'élément sensible 52 peut être est un circuit dont la résistance varie en fonction des déformations du corps de déformation 51, tel qu'un pont de Wheatstone.

Afin de simplifier le capteur de pression 1, et ainsi également simplifier la fabrication dudit capteur de pression 1, le capot 3 est vissé au corps de prise de pression 2. De plus, le corps de déformation 51 est fixé au corps de prise de pression 2 et au capot 3 par pinçage du contour dudit corps de déformation 51. Le contour du corps de déformation 51 est serré entre le corps de prise de pression 2 et le capot 3 lors du vissage dudit corps de prise de pression 2 avec ledit capot 3.

Le vissage entre le corps de prise de pression 2 et le capot 3 est assuré en réalisant sur le corps de prise de pression 2 et le capot 3 un filetage et un taraudage qui sont complémentaires.

Par rapport à la solution de l'état de la technique dans laquelle le corps de prise de pression et le capot sont soudés, la soudure assurant également la fixation du corps de déformation, l'invention est une solution plus simple.

Dans un premier mode de réalisation illustré sur la figure 1, le capot 3 est vissé autour du corps de prise de pression 2, tandis que dans un deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 2, le corps de prise de pression 2 est vissé autour du capot 3.

De manière avantageuse, un joint 6 est disposé sur le contour du corps de déformation 51, permettant ainsi d'améliorer l'étanchéité de la jonction entre le corps de prise de pression 2 et le capot 3. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse car une fixation par vissage possède une étanchéité inférieure à une fixation par soudure. Le joint 6 peut typiquement être un joint annulaire en élastomère.

Le joint 6 peut être pincé entre le corps de déformation 51 et le corps de prise de pression 2, ou bien entre le corps de déformation 51 et le capot 3.

Comme illustré sur les figures 1 et 2, un circuit imprimé 7 est installé sur le corps de déformation 51. Le circuit imprimé 7 comprend des composants électroniques et des pistes de connexion qui relient les composants électroniques entre eux. Le circuit imprimé 7 peut par exemple comprendre les composants électroniques pour mesurer la résistance de l'élément sensible 52, et peut également comprendre les composants électroniques pour calculer la pression du fluide à partir de la résistance mesurée.

Le circuit imprimé 7 peut être fixé au corps de déformation 51 par des plots 71, qui de préférence sont en un matériau possédant une bonne conduction thermique, tel que du métal et plus particulièrement du cuivre, afin de limiter la différence de température entre l'élément sensible 52 et le circuit imprimé 7 de sorte à améliorer la précision du capteur de pression 1.

La fixation du circuit imprimé 7 sur le corps de déformation 51 est réalisée de sorte à créer un espace 8 entre ledit circuit imprimé et ledit corps de déformation 51. Cet espace 8 peut être obtenu par les plots 71.

Le capot 3 peut comprendre un perçage 31 qui débouche dans le logement interne 4, ledit perçage 31 permettant de permettre à des fils de connexion 9 de sortir du capteur de pression 1 afin de connecter ledit capteur à une unité de commande.

Afin d'assurer l'étanchéité du capteur 1, le perçage 31 formé dans le capot 3 est rempli d'un matériau de remplissage M. Le matériau de remplissage M peut être une brasure (c'est-à-dire un métal qui a été fondu), un élastomère, ou bien une résine. Cette solution est une solution simple permettant de se passer de l'utilisation d'une traversée étanche. Une traversée étanche est une pièce en verre dans laquelle des canaux sont formés pour permettre le passage de fils. Une traversée étanche est en effet une pièce onéreuse. Comme visible sur les figures 1 et 2, le circuit imprimé 7 sépare le logement interne 4 en une première portion 41 qui est dirigée vers le perçage 31 du capot 3, et en une deuxième portion 42 qui est dirigée vers le canal 21 du corps de prise de pression 2. Le corps de déformation 51 est situé dans la deuxième portion 42 du logement interne 4.

Selon une variante possible permettant d'améliorer l'étanchéité du capteur de pression 1, la première portion 41 est également remplie par le matériau de remplissage M, en plus du perçage 9.

Comme cela est visible sur les figures 1 et 2, afin de simplifier la connexion des fils de connexion 9 aux composants électroniques du circuit imprimé 7, ledit circuit imprimé 7 peut comprendre un unique connecteur 72 auquel les fils de connexion 9 sont reliés. Le connecteur 72 relie chacun des fils de connexion 9 à une piste de connexion, ladite piste de connexion reliant ainsi un fil de connexion 9 à un composant électronique du circuit imprimé 7.

Afin d'améliorer la précision du capteur de pression 1 pour déterminer la pression du fluide circulant dans le canal 21, dans le cas où le capteur de pression 1 est un capteur de pression absolue, l'espace 8 entre le circuit imprimé 7 et le corps de déformation 51 est maintenu sous vide. On entend ici par maintenu sous vide le fait que la pression dans l'espace 8 est inférieure à la pression atmosphérique. De préférence, la pression dans l'espace 8 est inférieure ou égale à 10000 (dix mille) fois la pression du fluide à mesurer. Un tel ratio de pression permet d'obtenir une erreur de 0,01% sur la valeur du 0 (zéro). Ainsi, par exemple, pour un fluide à mesurer dont la pression est de l'ordre de 10 bar, la pression dans l'espace 8 est inférieure ou égale à 1 mbar, pour un fluide à mesurer dont la pression est de l'ordre de 100 bar, la pression dans l'espace 8 est inférieure ou égale à 10 mbar, et pour un fluide à mesurer dont la pression est de l'ordre de 1000 bar, la pression dans l'espace 8 est inférieure ou égale à 100 mbar.

Dans le cas où le capteur de pression 1 est un capteur de pression relative, il est possible de conserver la pression atmosphérique en référence sans réduire la précision du capteur.

La figure 3 illustre une variante possible de forme pour le corps de déformation 51. Ainsi, comme cela est visible sur les figures 1 à 2, et comme illustré plus en détail sur la figure 3, le corps de déformation 51 peut comprendre une bride 51a formant le contour dudit corps de déformation 51. La bride 51a a pour fonction d'assurer la fixation du corps de déformation 51 par pinçage entre le corps de prise de pression 2 et le capot 3.

De plus, le corps de déformation 51 comprend une portion centrale 51b qui est reliée à la bride 51a par une portion de liaison 51c qui est inclinée par rapport à la portion centrale 51b.

Une telle forme permet d'adapter le corps de déformation 51 à une fixation par pinçage entre le corps de prise de pression 2 et le capot 3.

De plus, de manière avantageuse, la portion centrale 51b comprend une surépaisseur 51d au centre de ladite portion centrale 51b, permettant ainsi de rendre linéaire le signal de déformation du corps de déformation 51 par rapport à la pression.

Selon une variante illustrée sur la figure 4 permettant de simplifier la fabrication de l'élément sensible 52, ledit élément sensible

52 comprend au moins une résistance 53 qui comprend deux bornes de connexion 53a qui sont reliées par une partie résistive 53b. La résistance

53 est fabriquée par dépôt en couche mince sur le corps de déformation 51 qui est recouvert d'une couche d'isolant, l'isolant étant par exemple de la silice.

Les bornes de connexion 53a sont configurées pour assurer la connexion électrique de la résistance 53 avec le reste du circuit formant l'élément sensible 52. La partie résistive 53b est la partie de la résistance 53 dont la conductivité électrique est réduite afin de donner sa valeur de résistance à ladite résistance 53.

Dans la variante illustrée sur la figure 4, la différence de conductivité électrique entre les bornes de connexion 53a et la partie résistive 53b est réalisée par une différence de largeur. Les bornes de connexion 53a possède une largeur Ea supérieure à la largeur Eb de la partie résistive 53b. La largeur Ea des bornes de connexion 53a peut par exemple est comprise entre 1mm et 2mm, tandis que la largeur Eb de la partie résistive 53b peut être comprise entre lpm et 2pm. Les bornes de connexion 53a et la partie résistive 53b sont dans un même matériau qui est conducteur électriquement, et l'épaisseur des bornes de connexion 53a et de la partie résistive 53b est la même. Le matériau de la résistance 53 peut par exemple être un alliage de nickel comprenant du chrome, d'autres matériaux pouvant cependant être utilisés pour former la résistance 53.

Cette variante permet de simplifier la fabrication de la ou des résistances 53 de l'élément sensible 52 car il n'est plus nécessaire de déposer une couche en matériau hautement conducteur, typiquement de l'or, afin de former les bornes de connexion. La résistance 53 est ainsi former en une seule étape de dépôt de matériau conducteur électriquement.

La différence de largeur entre les bornes de connexion 53a et la partie résistive 53b est obtenue en adaptant le masque pour le dépôt en couche mince.