La présente invention concerne une enceinte de capteur de pressions différentielles.
De manière connue, une telle enceinte renferme un micro-système du type comprenant un boîtier étanche destiné à être immergé dans un conduit fluidique, de manière à mesurer les pressions qui y règnent en amont et en aval. Le boîtier définit deux chambres internes également remplies d'un fluide et délimitées, d'une part par une cloison de séparation interne médiane, traversée de part en part par un trou, ultérieurement obturé par le capteur. Les chambres sont délimitées, d'autre part, par deux membranes externes, déformables élastiquement, situées de part et d'autre de l'enceinte et soumises à des pressions différentes susceptibles de régner dans le conduit et agissant sur le capteur par membranes et fluide interposés.
Dans les micro-systèmes de ce type utilisant un fluide d'interface, il est procédé au remplissage des chambres de manière distincte, c'est-à-dire l'une après l'autre, puis fermées également successivement.
Les fermetures sont effectuées au moyen de bouchons vissés, de billes ou par soudure.
La mise en Öuvre de telles méthodes nécessitent l'emploi de nombreuses pièces mécaniques et sont, de ce fait, mal adaptées aux faibles dimensions de ces microsystèmes. De plus, ces solutions ont pour effet de modifier la pression différentielle des deux chambres et ne sont donc pas applicables à des capteurs très sensibles, destinés à des domaines spécifiques.
En fait, le problème clé à résoudre consiste à remplir puis refermer les chambres, sans que la pression du fluide qu'on y emprisonne ne soit augmentée.
En outre, dans certains cas d'application, est exigée une garantie d'étanchéité du système à long terme, dans un environnement de liquide pouvant atteindre 90 DEG C.
Enfin, un objectif à atteindre également, consiste à obtenir une réalisation au plus faible coût possible.
L'invention a pour but de proposer une enceinte formant un micro-système du type précité s'affranchissant de tous les problèmes évoqués et offrant également les avantages recherchés.
A cet effet, l'invention concerne une enceinte de capteur de pressions différentielles du type constitué par un boîtier étanche destiné à être immergé dans un conduit fluidique et définissant deux chambres internes, remplies également d'un fluide, et délimitées d'une part par une cloison de séparation interne, traversée de part en part par un trou, ultérieurement obturé par le capteur, et d'autre part, par deux membranes externes déformables élastiquement, situées de part et d'autre de l'enceinte et soumises à des pressions différentes susceptibles de régner dans le conduit et agissant sur le capteur par l'intermédiaire de chacune des membranes et du fluide contenu respectivement dans chacune des chambres, caractérisée en ce que deux trous de mise en communication des chambres sont ménagés de part et d'autre de la cloison de séparation,
chacun d'eux débouchant d'une part dans chacune des chambres et d'autre part, dans un conduit s'étendant selon un axe perpendiculaire à celui des trous de communication jusqu'à déboucher lui-même par un orifice extérieur situé sur une paroi latérale de l'enceinte, ledit conduit recevant un élément obturateur dont la section est au moins partiellement correspondante à celle dudit conduit, de manière à constituer, au moins à son extrémité située au droit des trous de communication, des moyens d'ouverture et de fermeture de ceux-ci, destinés à permettre la mise en communication et le remplissage simultané des chambres par le fluide et conséquemment l'obtention d'un équilibre des pressions régnant dans celles-ci, au cours d'une même opération de remplissage.
La présente invention concerne également les caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre, et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniques possibles.
Cette description, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée, en référence aux dessins annexés sur lesquels:
- la fig. 1 est une vue en coupe transversale d'une enceinte de capteur illustrant l'art antérieur,
- la fig. 2 est une vue en bout d'une enceinte selon l'invention, non munie de ses moyens d'ouverture-fermeture,
- la fig. 3 est une vue en coupe transversale de l'enceinte selon la ligne III-III de la fig. 2,
- la fig. 4 est une vue en bout de l'enceinte selon la fig. 2, muni de ses moyens d'ouverture-fermeture, en position d'ouverture,
- la fig. 5 est une vue en coupe transversale de l'enceinte selon la ligne V-V de la fig. 4,
- la fig. 6 est une vue en bout de l'enceinte selon la fig. 2, munie de ses moyens d'ouverture-fermeture, en position de fermeture,
- la fig.
7 est une vue en coupe transversale de l'enceinte selon la ligne VII-VII de la fig. 6,
- la fig. 8 est une vue en plan d'un des éléments d'ouverture-fermeture de l'enceinte, selon les fig. 2 à 7, en l'occurrence une vis pointeau,
- la fig. 9 est une vue en bout de l'élément selon la fig. 8,
- la fig. 10 est une vue de côté de l'élément d'ouverture-fermeture selon la fig. 8,
- la fig. 11 est une vue en coupe transversale selon la ligne XI-XI de la fig. 10,
- la fig. 12 est une vue en coupe à échelle agrandie de l'extrémité des moyens d'ouverture-fermeture de l'enceinte selon les fig. 2 à 11, représentés en position d'ouverture,
- la fig. 13 est une vue en coupe des moyens représentés sur la fig. 12, mais en position de fermeture,
- la fig.
14 est une vue en coupe à échelle agrandie de l'extrémité des moyens d'ouverture-fermeture de l'enceinte, selon une variante de réalisation et représentés dans une position d'ouverture,
- la fig. 15 est une vue en coupe des mêmes moyens représentés sur la fig. 14 mais en position de fermeture.
Selon l'illustration de l'art antérieur représenté sur la fig. 1, l'enceinte A constituant le micro-système comprend un boîtier étanche a, destiné à être immergé dans un conduit fluidique et définissant deux chambres internes b, c remplies également d'un fluide, et délimitées, d'une part par une cloison de séparation interne d, traversée de part en part par un trou e, ultérieurement obturé par un capteur f, et d'autre part par deux membranes externes g, h déformables élastiquement, situées de part et d'autre de ladite enceinte A et soumise à des pressions P1, P2 susceptibles de régner dans le conduit et agissant sur le capteur f par l'intermédiaire de chacune des membranes g, h et du fluide contenu respectivement dans chacune des chambres b, c.
Sur les fig. 2 à 7, l'enceinte A est globalement désignée par la référence 1 et comprend de la même manière, un boîtier étanche 2 destiné à être immergé dans un conduit fluidique et définissant deux chambres internes 3, 4 remplies également d'un fluide, et délimitées, d'une part par une cloison de séparation interne 5, traversée de part en part par un trou 6 ultérieurement obturé par un capteur 7, et d'autre part, par deux membranes externes 8, 9 déformables élastiquement, situées de part et d'autre de l'enceinte 1 et soumise à des pressions P1, P2 susceptibles de régner dans le conduit et agissant sur le capteur 7 par l'intermédiaire de chacune des membranes 8, 9 et du fluide contenu respectivement dans chacune des chambres 3, 4.
Selon l'invention, deux trous 10, 11 de mise en communication des chambres 3, 4 sont ménagés de part et d'autre de la cloison de séparation 5 chacun d'eux débouchant d'une part, dans chacune des chambres 3, 4 et d'autre part, dans un conduit 12 s'étendant selon un axe perpendiculaire à celui des trous de communication jusqu'à déboucher lui-même par un orifice extérieur 14.
Ce dernier est situé sur une paroi latérale 15 de l'enceinte 1, le conduit recevant un élément obturateur 16 dont la section est au moins partiellement correspondante à celle du conduit 12. Ceci constitue, au moins à son extrémité située au droit des trous de communication 10, 11 des moyens d'ouverture et de fermeture 17 de ceux-ci, destinés à permettre la mise en communication et le remplissage simultané des chambres 3, 4 par le fluide et, conséquemment l'obtention d'un équilibre des pressions régnant dans celles-ci, au cours d'une même opération de remplissage.
Plus précisément, l'élément obturateur 16 est une vis pointeau dont une extrémité conique 16a coopère au moins partiellement avec une partie d'extrémité conique correspondante 12a du conduit 12, dans laquelle débouchent perpendiculairement les trous de communication 10, 11 des chambres 3, 4 pour former avec au moins un canal longitudinal 18 de la vis pointeau 16, un conduit en forme de T.
Selon le mode de réalisation représenté sur les fig. 2 à 13, les moyens d'ouverture et de fermeture 17 des trous de communication 10, 11 des chambres 3, 4 entre elle, sont constituées par deux méplats parallèles 19, de largeurs identiques, ménagés sur la vis pointeau 16 qui est de section initialement circulaire, pour délimiter entre ceux-ci et la section circulaire du conduit, dans une position d'ouverture, deux canaux longitudinaux 18, 18a s'étendant à partir d'une zone de la partie d'extrémité conique 16a de ladite vis 16, située au droit des trous de communication 10, 11 jusqu'à son extrémité opposée 16b débouchant de la paroi latérale 15 de l'enceinte 1.
Par ailleurs, l'action en fermeture s'effectuant par une rotation angulaire de 90 DEG appliquée à l'extrémité libre de la vis pointeau 16, ayant pour effet de déplacer rotativement les méplats 19, préalablement en relation avec les trous de communication 10, 11, dans une position d'ouverture, et venir mettre les orifices à portée conique de ces derniers 10, 11 en contact avec deux zones également coniques de l'extrémité 16a de la vis pointeau 16 situées entre lesdits méplats 19.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'extrémité de la vis pointeau 16 opposée à sa partie conique 16a est constituée par une tête de manÖuvre 20 de plus grand diamètre dont au moins une partie de son contour cylindrique est fileté et coopère avec un logement cylindrique fileté 21 de même diamètre. Celui-ci est ménagé dans la paroi latérale 15 de l'enceinte 1 de façon à pouvoir assurer de l'extérieur de cette dernière, une commande en ouverture ou en fermeture simultanée des chambres 3, 4 par l'intermédiaire de la vis pointeau 16.
Selon l'exemple de réalisation ci-dessus décrit, la tête de manÖuvre élargie 20 est constituée par une partie de cylindre réalisé longitudinalement dans le prolongement des méplats 19 de la vis pointeau 16 et selon une épaisseur identique à celle qu'ils définissent.
Le mode de réalisation représenté sur les fig. 14 et 15 diffère essentiellement du précédent en ce que les moyens d'ouverture et de fermeture 17A des trous de communication 10, 11 des chambres 3, 4 entre elles, sont constitués par un canal central longitudinal 18A ménagé dans la vis pointeau 16A, qui est de section circulaire, ledit canal 18A débouchant d'une part, par l'une de ses extrémités sur la paroi latérale 14 de l'enceinte 1A et d'autre part, à proximité opposée 16Aa située au droit des deux trous de communication 10, 11, par deux trous sensiblement radiaux 18Aa et 18Ab issus du canal central 18A de la vis pointeau 16A dans une zone conique de sa partie d'extrémité 16Aa.
Ces trous 18Aa et 18Ab sont orientés en direction des trous de communication 10, 11 des chambres 3, 4 pour une position d'ouverture, la fermeture s'effectuant par rotation angulaire de 90 DEG appliquée à l'extrémité libre de lat vis pointeau 16A, ayant pour effet de déplacer rotativement les trous 18Aa et 18Ab de la vis pointeau 16A préalablement en relation avec les trous de communication 10, 11 dans une position d'ouverture, et venir mettre les orifices à portée conique de ces derniers 10, 11 en contact avec deux zones également coniques de l'extrémité 16Aa de la vis pointeau 16A dans laquelle débouchent les trous radiaux 18Aa et 18Ab.
Selon ce même cas de figure, la tête de manÖuvre élargie (non représentée) (est constituée par un cylindre percé axialement et réalisé longitudinalement dans le prolongement de la vis pointeau 16A.
Dans un cas comme dans l'autre, la tête de manÖuvre 20 comporte une fente 22 d'extrémité transversale destinée à l'introduction d'un outil de commande.
Le procédé de remplissage des chambres 2, 3 des enceintes 1, 1A du capteur de pression différentielle 7 est remarquable par les étapes suivantes:
- mise en position d'ouverture de l'enceinte 1, 1A,
- mise en place de l'enceinte 1, 1A dans un bac de remplissage, non encore rempli,
- mise sous vide du bac de remplissage,
- remplissage du bac avec un fluide approprié dans lequel se trouve l'enceinte 1, 1A,
- remplissage desdites chambres 3, 4,
- fermeture simultanée des deux chambres 3, 4 de l'enceinte 1, 1A toujours immergée, par action rotative de 90 DEG sur la vis pointeau 16, 16A,
- extraction de l'enceinte 1, 1A du bac de remplissage,
- scellement de la tête de manÖuvre 20 de la vis pointeau 16, 16A dans son logement 21 par introduction d'un adhésif.
Cet adhésif est introduit soit entre les parois du conduit 12 et les méplats 19 de la vis pointeau 16, soit dans le canal central 18 de la vis pointeau 16A.
Les deux modes de réalisation décrits ci-dessus présentent non seulement l'avantage de ne pas modifier la pression interne des chambres 2, 3, mais permet également de les remplir en une seule opération de mise sous vide du bac de remplissage et de fermeture desdites chambres s'effectuant simultanément.
De plus, les solutions proposées sont adaptées à des enceintes 1A de faibles dimensions et sont économiquement très intéressantes.
The present invention relates to a differential pressure sensor enclosure.
In known manner, such an enclosure contains a microsystem of the type comprising a sealed housing intended to be immersed in a fluid conduit, so as to measure the pressures which prevail therein upstream and downstream. The housing defines two internal chambers also filled with a fluid and delimited, on the one hand by a median internal partition, crossed right through by a hole, subsequently closed by the sensor. The chambers are delimited, on the other hand, by two external membranes, elastically deformable, located on either side of the enclosure and subjected to different pressures likely to reign in the conduit and acting on the sensor by membranes and fluid interposed.
In micro-systems of this type using an interface fluid, the chambers are filled separately, that is to say one after the other, then also closed successively.
The closings are carried out by means of screw caps, balls or by welding.
The implementation of such methods requires the use of numerous mechanical parts and are, therefore, ill-suited to the small dimensions of these microsystems. In addition, these solutions have the effect of modifying the differential pressure of the two chambers and are therefore not applicable to very sensitive sensors, intended for specific fields.
In fact, the key problem to be solved consists in filling and then closing the chambers, without increasing the pressure of the fluid trapped therein.
In addition, in certain application cases, a long-term guarantee of the system is required in a liquid environment of up to 90 DEG C.
Finally, an objective to be achieved also consists in obtaining an implementation at the lowest possible cost.
The object of the invention is to propose an enclosure forming a micro-system of the aforementioned type overcoming all the problems mentioned and also offering the desired advantages.
To this end, the invention relates to a differential pressure sensor enclosure of the type constituted by a sealed housing intended to be immersed in a fluid conduit and defining two internal chambers, also filled with a fluid, and delimited on the one hand by an internal partition, crossed right through by a hole, subsequently closed by the sensor, and on the other hand, by two elastically deformable external membranes, located on either side of the enclosure and subjected to pressures different likely to reign in the conduit and acting on the sensor by means of each of the membranes and of the fluid contained respectively in each of the chambers, characterized in that two holes for placing the chambers in communication are provided on either side the partition wall,
each of them opening on the one hand into each of the chambers and on the other hand, into a conduit extending along an axis perpendicular to that of the communication holes until opening itself through an external orifice located on a wall side of the enclosure, said conduit receiving a shutter element whose section is at least partially corresponding to that of said conduit, so as to constitute, at least at its end located at the right of the communication holes, means for opening and closing these, intended to allow the communication and the simultaneous filling of the chambers with the fluid and consequently obtaining a balance of the pressures prevailing therein, during the same filling operation.
The present invention also relates to the characteristics which will emerge during the description which follows, and which should be considered in isolation or according to all their possible technical combinations.
This description, given by way of nonlimiting example, will make it easier to understand how the invention can be implemented, with reference to the accompanying drawings in which:
- fig. 1 is a cross-sectional view of a sensor enclosure illustrating the prior art,
- fig. 2 is an end view of an enclosure according to the invention, not provided with its opening-closing means,
- fig. 3 is a cross-sectional view of the enclosure along line III-III of FIG. 2,
- fig. 4 is an end view of the enclosure according to FIG. 2, provided with its opening-closing means, in the open position,
- fig. 5 is a cross-sectional view of the enclosure along the line V-V in FIG. 4,
- fig. 6 is an end view of the enclosure according to FIG. 2, provided with its opening-closing means, in the closed position,
- fig.
7 is a cross-sectional view of the enclosure along line VII-VII of FIG. 6,
- fig. 8 is a plan view of one of the opening-closing elements of the enclosure, according to FIGS. 2 to 7, in this case a needle screw,
- fig. 9 is an end view of the element according to FIG. 8,
- fig. 10 is a side view of the opening-closing element according to FIG. 8,
- fig. 11 is a cross-sectional view along line XI-XI of FIG. 10,
- fig. 12 is a sectional view on an enlarged scale of the end of the opening-closing means of the enclosure according to FIGS. 2 to 11, shown in the open position,
- fig. 13 is a sectional view of the means shown in FIG. 12, but in the closed position,
- fig.
14 is a sectional view on an enlarged scale of the end of the opening-closing means of the enclosure, according to an alternative embodiment and shown in an open position,
- fig. 15 is a sectional view of the same means shown in FIG. 14 but in the closed position.
According to the illustration of the prior art shown in FIG. 1, the enclosure A constituting the microsystem comprises a sealed housing a, intended to be immersed in a fluid conduit and defining two internal chambers b, c also filled with a fluid, and delimited, on the one hand by a partition of internal separation d, traversed on both sides by a hole e, subsequently closed by a sensor f, and on the other hand by two external membranes g, h elastically deformable, located on either side of said enclosure A and subjected at pressures P1, P2 liable to reign in the duct and acting on the sensor f by means of each of the membranes g, h and of the fluid contained respectively in each of the chambers b, c.
In fig. 2 to 7, the enclosure A is generally designated by the reference 1 and likewise comprises a sealed housing 2 intended to be immersed in a fluid conduit and defining two internal chambers 3, 4 also filled with a fluid, and delimited, on the one hand by an internal partition 5, traversed right through by a hole 6 subsequently closed by a sensor 7, and on the other hand, by two external membranes 8, 9 elastically deformable, situated on the side and on the other side of the enclosure 1 and subjected to pressures P1, P2 liable to reign in the duct and acting on the sensor 7 by means of each of the membranes 8, 9 and of the fluid contained respectively in each of the chambers 3, 4.
According to the invention, two holes 10, 11 for bringing the chambers 3, 4 into communication are formed on either side of the partition wall 5 each of them opening out on the one hand, in each of the chambers 3, 4 and on the other hand, in a conduit 12 extending along an axis perpendicular to that of the communication holes until it opens itself through an external orifice 14.
The latter is located on a side wall 15 of the enclosure 1, the duct receiving a shutter element 16 whose section is at least partially corresponding to that of the duct 12. This constitutes, at least at its end situated at the right of the holes of communication 10, 11 of the opening and closing means 17 thereof, intended to allow the communication and the simultaneous filling of the chambers 3, 4 with the fluid and, consequently, obtaining a pressure balance prevailing in these, during the same filling operation.
More specifically, the shutter element 16 is a needle screw, a conical end 16a of which at least partially cooperates with a corresponding conical end part 12a of the duct 12, into which the communication holes 10, 11 of the chambers 3, 4 open perpendicularly. to form with at least one longitudinal channel 18 of the needle screw 16, a T-shaped conduit.
According to the embodiment shown in FIGS. 2 to 13, the means for opening and closing 17 of the communication holes 10, 11 of the chambers 3, 4 therebetween, are constituted by two parallel flats 19, of identical widths, formed on the needle screw 16 which is of section initially circular, to delimit between them and the circular section of the conduit, in an open position, two longitudinal channels 18, 18a extending from an area of the conical end portion 16a of said screw 16 , located in line with the communication holes 10, 11 up to its opposite end 16b opening out from the side wall 15 of the enclosure 1.
Furthermore, the closing action being effected by an angular rotation of 90 DEG applied to the free end of the needle screw 16, having the effect of rotating the flats 19, previously in relation to the communication holes 10, 11, in an open position, and come to bring the orifices within the conical range of the latter 10, 11 in contact with two equally conical zones of the end 16a of the needle screw 16 located between said flats 19.
According to another characteristic of the invention, the end of the needle screw 16 opposite its conical part 16a is constituted by an operating head 20 of larger diameter of which at least part of its cylindrical contour is threaded and cooperates with a threaded cylindrical housing 21 of the same diameter. This is formed in the side wall 15 of the enclosure 1 so as to be able to ensure from the outside of the latter, a command for simultaneous opening or closing of the chambers 3, 4 by means of the needle screw 16 .
According to the embodiment described above, the enlarged operating head 20 consists of a cylinder part produced longitudinally in the extension of the flats 19 of the needle screw 16 and according to a thickness identical to that which they define.
The embodiment shown in FIGS. 14 and 15 differs essentially from the previous one in that the means for opening and closing 17A of the communication holes 10, 11 of the chambers 3, 4 between them, consist of a longitudinal central channel 18A formed in the needle screw 16A, which is of circular section, said channel 18A opening on the one hand, by one of its ends on the side wall 14 of the enclosure 1A and on the other hand, in close proximity 16Aa located in line with the two communication holes 10 , 11, by two substantially radial holes 18Aa and 18Ab coming from the central channel 18A of the needle screw 16A in a conical region of its end part 16Aa.
These holes 18Aa and 18Ab are oriented towards the communication holes 10, 11 of the chambers 3, 4 for an open position, the closure being effected by angular rotation of 90 DEG applied to the free end of the needle screw 16A , having the effect of rotating the holes 18Aa and 18Ab of the needle screw 16A previously in relation to the communication holes 10, 11 in an open position, and bringing the orifices to conical reach of the latter 10, 11 in contact with two equally conical zones of the end 16Aa of the needle screw 16A into which the radial holes 18Aa and 18Ab open.
According to this same scenario, the enlarged operating head (not shown) (consists of a cylinder drilled axially and produced longitudinally in the extension of the needle screw 16A.
In either case, the operating head 20 has a transverse end slot 22 for the insertion of a control tool.
The process for filling the chambers 2, 3 of the chambers 1, 1A of the differential pressure sensor 7 is remarkable by the following steps:
- placing the enclosure 1, 1A in the open position,
- installation of enclosure 1, 1A in a filling tank, not yet filled,
- evacuation of the filling tank,
- filling the tank with an appropriate fluid in which the enclosure 1, 1A is located,
- filling said chambers 3, 4,
- simultaneous closure of the two chambers 3, 4 of the enclosure 1, 1A always submerged, by rotary action of 90 DEG on the needle screw 16, 16A,
- extraction of enclosure 1, 1A from the filling tank,
- sealing of the operating head 20 of the needle screw 16, 16A in its housing 21 by introduction of an adhesive.
This adhesive is introduced either between the walls of the conduit 12 and the flats 19 of the needle screw 16, or in the central channel 18 of the needle screw 16A.
The two embodiments described above not only have the advantage of not modifying the internal pressure of the chambers 2, 3, but also makes it possible to fill them in a single operation of evacuating the filling tank and closing said chambers. rooms taking place simultaneously.
In addition, the proposed solutions are suitable for small 1A enclosures and are economically very attractive.