FR2607927A1 - Perfectionnements aux capteurs capacitifs differentiels pour detecteur de fuite de gaz - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN CAPTEUR CAPACITIF DIFFERENTIEL. LE CAPTEUR COMPREND DEUX ELECTRODES METALLIQUES IDENTIQUES 40, 42, NOYEES CHACUNE SUR TOUTE SON EPAISSEUR A L'EXCEPTION DE L'UNE DE SES FACES 48, 50 QUI RESTE LIBRE A L'INTERIEUR D'UN FLASQUE 44, 46, POURVU D'UN REBORD ANNULAIRE PLAT FAISANT UNE LEGERE SUREPAISSEUR PAR RAPPORT AU PLAN DE LA FACE LIBRE DE L'ELECTRODE, LES DEUX FLASQUES ETANT SOLIDARISES EN PINCANT ENTRE LEUR REBORD ANNULAIRE, UNE MEMBRANE DEFORMABLE METALLIQUE 52, LADITE MEMBRANE FORMANT AVEC CHACUNE DES ELECTRODES UNE CHAMBRE 58, 60. LE CANAL 76 DEBOUCHE DANS LE FOND D'UNE RAINURE ANNULAIRE 68, 70 FORMEE A LA PERIPHERIE DE LA FACE LIBRE DE CHAQUE ELECTRODE, EST CONTENU DANS UN PLAN TANGENTIEL A LA RAINURE ET EST INCLINE PAR RAPPORT AU PLAN DE CETTE DERNIERE.

Description

Perfectionnements aux caPteurs capacitifs différentiels Dour détecteur de fuites de qaz.

I1 est connu de tester l'étanchéité de pièces de dispositifs pneumatiques au moyen de détecteurs de fuite dont le composant le plus important est le capteur capacitif différentiel.

Les capteurs traditionnes comprennent une membrane déformable en métal, par exemple en bronze au bérylium, dont le bord périphérique est pincé entre les bords de deux flasques en forme de disques.

Ces flasques sont solidarisés l'un à l'autre par tout moyen de fixation approprié et sont munis respectivement sur leur face en regard d'électrodes sous forme de disques métalliques à surface plane rectifiée et assemblée par l'intermé- diaire d'entretoises en matière isolante. Le plan du bord périphérique de chacun des flasques fait très légèrement saillie par rapport au plan de la face plane rectifiée de l'électrode associée, de sorte que la membrane est tendue entre les deux faces planes des électrodes et définit avec chacune de ces der nières une lame d'air de faible épaisseur. On a ainsi réalisé deux condensateurs ayant la membrane comme électrode commune et dont les couches diélectriques respectives sont constituées par lesdites lames d'air.Ces dernieres communiquent respectivement à travers deux canaux percés dans les électrodes, avec deux embouts destinés à être raccordés, au moyen de tuyaux, l'un avec un volume de référence étanche et 11 autre avec un volume de mêmesdimensions et contenant la pièce dont on désire tester l'étanchéité.

Lesdits canaux peuvent déboucher en un point quelconque de la face plane des électrodes, mais dans- certaines réalisations, ils aboutissent au fond de rainures annulaires situées au voisinage du bord de l'électrode. Les deux électrodes et leur rainure sont réalisées identiquement, de marnière que lorsque la membrane est dans sa position plane d'équilibre, les deux condensateurs définis ci-dessus aient des capacités égales, de l'ordre de quelques dizaines de picofarads.

Une différence de potentiel identique est appliqué auxdits condensateurs, lesquels sont montés dans un circuit électrique comparateur connu en soi, qui fournit un signal d'alarme dès que la différence des deux capacités devient supérieure à une valeur prédéterminée. C'est justement ce qui se produit lorsque la pièce à tester présente un défaut d'étanchéité : la pression dans la chambre reliée au volume de référence devient supérieure à celle régnant dans la chambre reliée au volume à tester. La partie centrale de la membrane s'incurve alors, entraenant une augmentation de l'épaisseur du diélectrique du côté volume de référence et corrélativement, une diminution de ltépais- seur du diélectrique du côté volume à tester.

Le test est effectué dans un circuit pneumatique comprenant un distributeur à deux voies dont la voie de sortie peut-être reliée, selon la position du tiroir, soit avec une source de gaz sous pression, par exemple l'air, soit avec l'atmosphère. Ladite voie de sortie se ramifie en deux canalisations sur lesquelles sont branchées, d'une part, les tuyaux de raccordement des deux chambres du capteur, et d'autre part,le volume de référence et le volume à tester.

Le branchement de ce dernier sur la canalisation correspondante se fait au moyen d'un raccord démontable, qui permet de déconnecter le volume à tester dés que la mesure a été faite, pour remplacer ce dernier par un autre.

Un cycle de détection de fuite comprend donc deux phases pour chaque volume à tester : l- Dans une première position du tiroir du distributeur, l'air sous pression est amené dans le volume à tester, le volume de référence et les deux chambres du capteur.

2- Dans l'autre position du tiroir, lesdits volumes et chambres sont mis à l'atmosphère.

Les chambres du capteur sont ainsi soumises à des cycles rapides de gonflage et de dégonflage à des pressions pouvant aller jusqu'à 15 bars.

Un tel capteur présente le grave inconvénient suivant ous l'effet de la compression de l'air, il se produit dans les chambres du capteur une condensation de l'humidité contenue dans l'air. Lors du dégonflage, une partie de cette condensation repasse A l'état de vapeur d'eau, mais une autre partie reste dans les chambres. La condensation s'accumule principalement dans les zones les plus éloignées par rapport au trou de remplissage des chambres.C'est ainsi que si le trou de remplissage débouche au centre de l'électrode, la condensation se dépose tout le long de la rainure périphérique et si le trou de remplissage débouche dans la rainure même, elle aura tendance à s'accumuler dans la zone diamétralement opposée, si bien qu'après quelques dizaines de nombres de cycles, des gouttelettes d'eau se forment et deviennent assez grosses pour court-circuiter la membrane et les électrodes. Le capteur est alors mis hors d'état de fonctionner. Il n'est pas possible de le démonter pour sécher les gouttelettes d'eau étant donné que les flasques sont généralement soudés entre eux. Le capteur est donc définitivement inutilisable et doit être remplacé.

La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient en proposant un capteur dans lequel on élimine au maximum à chaque cycle la condensation produite lors du cycle en cours ou des cycles précédents.

A cet effet, l'invention concerne un capteur capacitif différentiel de type mentionné précédemment et qui se caracterise en ce que les canaux d'arrivée du fluide gazeux dans les chambres du capteur sont orientés de manière à créer un mouvement tourbillonnaire du fluide gazeux dans lesdites chambres.

Dans un mode de réalisation préférentiel, chacun des canaux débouche dans le fond d'une rainure annulaire formée à la périphérie de l'électrode correspondante, et contenu dans un plan tangentiel à la rainure et est incliné par rapport au plan de cette dernière de manière que le fluide gazeux sous pression s'écoule selon un mouvement tourbillonnaire à l'intérieur de la rainure et de l'in- tervalle compris entre la membrane et l'électrode.

Ainsi, lors de la compression, l'air s'écoule principalement dans la rainure en mouvement tourbillonnaire, mais une partie du flux d'air balaye également l'intervalle compris entre la membrane et l'électrode. Il se produit donc un brassage intime entre l'air relativement humide contenu dans la chambre et l'air moins humide qui arrive sous l'effet de la pression. L'humidité est en quelque sorte diluée dans l'air effluent. Lors de la décompression, l'air évacue avec lui un maximum d'humidité. Le capteur est donc auto-nettoyant.

Selon une caracteristique importante de l'invention, pour éviter que l'air évacué d'une chambre ne soit réintroduit dans la chambre au cycle suivant, le volume du tuyau d'amenée d'air entre la chambre et l'orifice d'évacuation de l'air à l'atmosphère est inférieur au volume de la chambre.

L'invention sera décrite à présent, à propos d'un exemple de réalisation non limitatif, en regard des dessins annexés dans lesquels
La figure l représente un schéma d'un circuit pneumatique de détection de fuite utilisant le capteur selon l'invention.

La figure 2 est une vue en perspective du capteur selon l'invention,
La figure 3 est une vue en coupe selon le plan diamétral III-III de la figure 2.

La figure 4 est une vue de face dans le sens des flèches A-A de la figure 3, de l'un des flasques et des électrodes du capteur; et
La figure 5 est une vue en coupe selon le plan de trace V-V de la figure 4.

Avec réference tout d'abord à la figure 1, un circuit de détection de fuite comprend de façon connue en soi, une source de fluide gazeux sous pression (non représentée), par exemple d'air comprimé, un filtre 10, un régulateur de pression 12, un distributeur à deux voies à commande pneumatique 14 rappelé par ressort, dont l'une des vois est reliée au régulateur de pression par un tuyau 16 et dont l'autre voie 18 débouche directement à l'atmosphère, un second distributeur à deux voies 20 ayant la particularité d'avoir les deux voies ouvertes ou fermées en meme temps est relie à la sortie du premier distributeur 14 par un tuyau 22 et dont les deux voies de sortie sont reliées respectivement à un volume à tester 24 et un volume de référence étanche 26 identique au volume à tester, par l'intermédiaire de tuyaux 28,30.

Le volume à tester 24 est branché sur le tuyau 28 au moyen d'un raccord démontable 32 qui permet de déconnecter le volume à tester et de le remplacer rapidement par un autre.

En parallèle sur les tuyaux 28,32 sont branchées deux tuyauteries 34,36 qui sont reliées respectivement aux chambres du capteur 38, comme on l'expliquera par la suite.

On se réfèrera à présent aux figures 2 à 5 pour la description du capteur 38. Celui-ci comprend deux électrodes métalliques identiques 40,42 en forme de disque plat de préférence circulaire. Ces électrodes sont surmoulées sur l'une de leur face et sur toute leur épaisseur dans des blocs ou flasques 44,46 en matière isolante ayant une grande rigidité, par exemple une matière plastique à base d'époxyde. Les faces libres 48,50 des électrodes sont rectifiées de manière à être parfaitement planes. Comme le montre la figure 3 et plus clairement la figure 5, chacune desdites faces est à un niveau légèrement en retrait par rapport au plan du rebord périphérique du flasque, la dénivellation e étant de l'ordre de quelques 1/100 mm.

Le capteur comprend en outre une fine membrane métallique 52, par exemple en bronze au bérylium, ayant une forme circulaire de même diamètre que les flasques. Cette membrane est pincée tout le long de son rebord périphérique entre les rebords des flasques qui sont appliqués concentriquement l'un contre l'autre, les faces libres 48,50 des électrodes étant tournées l'une vers l'autre.Pour que la partie centrale non pincée de la membrane soit correctement tendue, le rebord périphérique de l'un des flasques est pourvu d'une ou plusieurs gorges annulaires concentriques 54, et de même le rebord de l'autre flasque comporte une ou plusieuls nervures concentriques 56 de forme complémentaire de celle des gorges et susceptibles de s'emboiter dans ces dernières lorsque les flasques sont assemblés. La membrane est de ce fait tendue parallèlement aux faces 48,50 des électrodes, et à la distance e de chacune desdites faces.

Les électrodes 40,42 et la membrane 52 définissent ainsi dieux condensateurs ayant une électrode en commun (la membrane) et dont les diélectriques sont constitués par les minces lames d'air 58,60 compris entre la membrane et les électrodes. ees trois éléments peuvent être électriquement reliés au moyen de conducteurs 62,64,66 à une source de tension. Lorsque la membrane est plane et n'est sollicite ni vers une électrode ni vers l'autre, les capacités des deux condensateurs définis ci-dessus sont égales.

Comme le montrent les figures 3 à 5, les électroprésentent tout le long de leur périphérie une rainure annulaire, 68, 70 respectivement. Chaque flasque est percé d'un trou axial 72 qui se prolonge par un taraudage axial 74 percé dans l'électrode contiguë.

Conformément à l'invention, du bord du taraudage 74 part un canal incliné 76 qui débouche dans le fond de la rainure dans une direction sensiblement tangentielle à celle-ci. Dans le taraudage est vissé un embout 78 sur lequel peut venir s'adapter la tubulure 34 ou 36.

En fonctionnement, lors de la compression, l'air comprimé est communiqué par l'intermédiaire des tuyaux 16, 22, 28, 30, 34, et 36 à la fois au volume à tester 24, au volume de réference 26, et aux deux chambres 58,60 du capteur. L'air pénètre dans chacune desdites chambres par l'embout 78 et le canal incliné 76 associés. Compte tenu de la direction inclinée et tangentielle du canal, l'air s'écoule selon un mouvement tourbillonnaire principalement dans la rainure 68(70), comme le montrent les flèches f sur la figure 4.L'air balaye également l'intervalle compris entre les membranes et les électrodes (flèches f'; Il se produit donc un mélange intime entre l'air se trouvant initialement dans les chambres et l'air frais qui y est insuSSé et donc une dilution importante de la condensation qui s'était formée lors du cycle précédent. Au vidage, 1 air chargé d'humidité est évacué à l'atmosphère par l'intermédiaire des tuyaux 34,36. Au cycle suivant, on doit s'assurer que de l'air frais est introduit dans le capteur et non l'air qui en a été évacué. Il suffit pour cela de donner à chacun des tuyaux 34,36 un volume inférieur à celui des chambres du -capteur.

Ainsi, grâce à la prévision du canal incliné, on arrive à éviter l'accumulation de condensation dans les chambres du capteur, puisque la condensation est éliminée à chaque cycle par l'air frais qui est introduit dans les chambres. Les moyens utilisés pour obtenir ce résultat sont d'une simplicité remarquable et n'entratnent pratiquement pas d'augmentation du prix du capteur. Au contraire, ils permettent de prolonger la vie du capteur augmentent la plage de température d'utilisation et améliorent de ce fait la rentabilité du capteur.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1- Capteur capacitif différentiel, du type comprenant deux électrodes métalliques identiques (40,42) en forme de disques, noyées chacune sur toute son épaisseur à l'exception de l'une de ses faces (48,50) qui reste libre, à l'intérieur de flasques (44,46) en matière isolante, de diamètre supérieur à celui de l'électrode, de manière à former autour de celle-ci un rebord annulaire plat faisant une légère surépaisseur (e) par rapport au plan de la face libre de l'électrode, les deux flasques étant solidarisés en pinçant entre leur rebord annulaire, une membrane déformable métallique (52), dont la partie centrale se trouve en regg des faces libres des électrodes et à une distance (e) de chacune desdites faces, créant ainsi une chambre (58,60) qui est reliée, par l'intermédiaire d'un canal percé à travers l'électrode et le flasque, à une tubulure (34,36) connectée à un distributeur (20) qui met en communication la chambre soit avec une source de fluide gazeux sous pression , soit avec l'atmosphère, le capteur étant caractérisé en ce que ledit canal (76) débouche dans le fond d'une rainure annulaire (68,70) formée à la périphérie de la face libre de chaque électrode, en ce que ledit canal et contenu dans un plan tangentiel à la rainure et est incliné par rapport au plan de cette dernière de manière que le fluide gazeux sous pression s'écoule selon un mouvement tourbillonnaire à l'intérieur de la rainure (68,70) et de l'intervalle (58,60) compris entre la membrane et l'électrode.

2- Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux tubulures (34,36) associées aux deux chambres du capteur okit chacune un volume inférieur à celui de la chambre et de la rainure associées.

3- Capteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les électrodes (40,42) sont surmoulées dans les flasques (44,46)

4- Capteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les flasques sont réalisés en une matière plastique à base d'époxyde.