FR3022627A1

FR3022627A1 - PRESSURE AND TEMPERATURE MEASURING DEVICE

Info

Publication number: FR3022627A1
Application number: FR1455867A
Authority: FR
Inventors: Benoit Gresset; Jerome Crinquand
Original assignee: Schrader SA
Current assignee: Schrader SA
Priority date: 2014-06-24
Filing date: 2014-06-24
Publication date: 2015-12-25
Anticipated expiration: 2034-06-24
Also published as: FR3022627B1

Abstract

Un dispositif de mesure de pression comporte un boîtier (1) destiné à être fixé de manière étanche à un réservoir (R) dans lequel la pression est mesurée, un support (3) de capteur en isolant électrique comportant un corps d'épreuve (30), le support (3) séparant une chambre de référence (12) sous vide, sous pression ou en communication fluidique avec l'atmosphère et une chambre de mesure (13) en communication fluidique avec le réservoir (R) pour soumettre le corps d'épreuve (30) à la différence de pression entre la chambre de mesure (13) et la chambre de référence (12). Le dispositif comporte en outre un capteur de température (2) du côté de la chambre de mesure (13), et des moyens de traversée (7) pour relier électriquement le capteur de température (2) du côté de la chambre de référence (12).A pressure measuring device comprises a housing (1) to be sealingly attached to a reservoir (R) in which the pressure is measured, an electrically insulating sensor support (3) having a test body (30). ), the support (3) separating a reference chamber (12) under vacuum, under pressure or in fluid communication with the atmosphere and a measuring chamber (13) in fluid communication with the reservoir (R) for submitting the body of test (30) at the pressure difference between the measuring chamber (13) and the reference chamber (12). The device further comprises a temperature sensor (2) on the side of the measuring chamber (13), and passage means (7) for electrically connecting the temperature sensor (2) on the reference chamber side (12). ).

Description

1 Dispositif de mesure de pression et de température. Domaine technique La présente invention se rapporte à un dispositif de mesure de pression et de température. Etat de la technique Les dispositifs de mesure de pression sont réalisés pour la plupart en prévoyant un corps d'épreuve qui se déforme sous l'effet d'une différence de pression entre une chambre de référence et une chambre de mesure. La chambre de référence est par exemple reliée à l'atmosphère, est soumise au vide ou encore à une pression définie. La chambre de référence peut aussi être soumise à une autre source de pression lorsqu'on souhaite connaître la différence de pression entre deux volumes.1 Device for measuring pressure and temperature. Technical Field The present invention relates to a device for measuring pressure and temperature. State of the art The pressure measuring devices are made for the most part by providing a test body which is deformed under the effect of a pressure difference between a reference chamber and a measuring chamber. The reference chamber is for example connected to the atmosphere, is subjected to vacuum or to a defined pressure. The reference chamber may also be subjected to another source of pressure when it is desired to know the pressure difference between two volumes.

Il est connu de réaliser le corps d'épreuve sous forme d'un disque ou d'une plaque en céramique ou en silicium. Un réseau de pistes conductrices est réalisé sur la surface du disque. La déformation du corps d'épreuve sous l'effet de la pression déforme les pistes de telle sorte que la résistance électrique du réseau varie ou encore la fréquence propre du matériaux dans le cas notamment de capteur de type piezoélectriques. Un circuit électronique associé permet de conditionner le signal et de délivrer une mesure sous diverses formes comme un signal analogique calibré, une valeur numérique disponible par une liaison filaire ou par radiofréquence.It is known to make the test body in the form of a disk or a ceramic or silicon plate. A network of conductive tracks is formed on the surface of the disc. The deformation of the test body under the effect of the pressure deforms the tracks so that the electrical resistance of the network varies or the natural frequency of the materials in the case in particular of piezoelectric type sensor. An associated electronic circuit makes it possible to condition the signal and to deliver a measurement in various forms such as a calibrated analog signal, a digital value available by a wired connection or by radio frequency.

Ces capteurs intègrent fréquemment une sonde de température afin de prendre en compte l'influence de la température sur la mesure. Ce capteur est placé sur ou à proximité du corps d'épreuve. Il est parfois nécessaire de mesurer la température à l'intérieur d'un réservoir en même temps qu'on mesure la pression. Dans ce cas le capteur de température du dispositif de mesure de pression est mal placé 3022627 2 donc peu sensible. Une solution consiste à disposer un capteur de température à l'intérieur d'un doigt de gant dans le réservoir mais cette solution génère une intertie de mesure très significative et multiplie les opérations de fabrication pour doter un réservoir des deux fonctions de 5 mesure. L'invention vise à fournir un dispositif de mesure de température du media ultra sensible. De plus, la mesure pourra être remontée ou pas via le port destiné au capteur de pression de manière intégrée afin de limiter les opérations 10 de mise en oeuvre. Description de l'invention Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un dispositif de mesure de pression comportant un boîtier destiné à être fixé de manière étanche à un réservoir dans lequel la pression est mesurée, un support de 15 capteur en isolant électrique comportant un corps d'épreuve, le support séparant une chambre de référence sous vide, sous pression ou en communication fluidique avec l'atmosphère et une chambre de mesure en communication fluidique avec le réservoir pour soumettre le corps d'épreuve à la différence de pression entre la chambre de mesure et la 20 chambre de référence, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre un capteur de température du côté de la chambre de mesure, et des moyens de traversée pour relier électriquement le capteur de température du côté de la chambre de référence. Le dispositif de mesure selon l'invention permet de réaliser les deux 25 fonctions de mesure, pression et température, de manière intégrée. Ainsi, il n'est nécessaire de prévoir sur le réservoir qu'un seul organe de fixation du dispositif de mesure tel qu'un manchon fileté. Une seule opération de montage est suffisante. De plus, en cas de report des mesures par liaison filaire, on ne prévoit qu'un dispositif de connexion pour les deux mesures.These sensors frequently integrate a temperature sensor to take into account the influence of temperature on the measurement. This sensor is placed on or near the test body. It is sometimes necessary to measure the temperature inside a tank at the same time as measuring the pressure. In this case the temperature sensor of the pressure measuring device is misplaced 3022627 2 therefore insensitive. One solution is to have a temperature sensor inside a thermowell in the reservoir but this solution generates a very significant measurement intertie and multiplies the manufacturing operations to provide a reservoir of the two measurement functions. The invention aims to provide an ultra-sensitive media temperature measuring device. Moreover, the measurement can be raised or not via the port intended for the pressure sensor in an integrated manner in order to limit the operations of implementation. DESCRIPTION OF THE INVENTION With these objects in view, the object of the invention is a pressure measuring device comprising a housing adapted to be sealingly attached to a tank in which the pressure is measured, an insulating sensor support. electrical device comprising a test body, the support separating a reference chamber under vacuum, under pressure or in fluid communication with the atmosphere and a measuring chamber in fluid communication with the reservoir for subjecting the test body to the difference of pressure between the measuring chamber and the reference chamber, characterized in that the device further comprises a temperature sensor on the side of the measuring chamber, and passage means for electrically connecting the temperature sensor on the side of the reference room. The measuring device according to the invention makes it possible to perform both measurement functions, pressure and temperature, in an integrated manner. Thus, it is necessary to provide on the tank only one fixing member of the measuring device such as a threaded sleeve. Only one mounting operation is sufficient. Moreover, in case of transfer of the measurements by wire connection, only one connection device is provided for the two measurements.

30 Le capteur de température peut être placé librement du côté du réservoir 3022627 3 de manière la plus appropriée aux attentes, sans que l'étanchéité entre la chambre de mesure et la chambre de référence ne soit compromise. Selon un premier mode de réalisation, les moyens de traversée comportent au moins un trou traversant le support, un fil conducteur 5 passant dans le trou et des moyens d'obturation comblant l'espace entre le trou et le fil. Le fil conducteur permet de relier le capteur de température côté réservoir au côté opposé, tandis que les moyens d'obturation assurent l'étanchéité entre les deux côtés. Comme le support est en matière isolante, aucun risque n'existe d'un contact intempestif entre le fil et le 10 support. On prévoit autant de fils qu'il est nécessaire pour relier le capteur de température. De manière avantageuse, les moyens d'obturation sont de la brasure. Cette technique est facile à mettre en oeuvre. Elle assure en outre une grande résistance mécanique et surtout une très faible perméabilité aux 15 gaz. La surface recevant la brasure peut être métallisée pour améliorer l'adhésion. Selon une autre technique, les moyens d'obturation sont de la pâte de verre. Selon une autre technique, les moyens d'obturation sont de la résine 20 synthétique durcissable. La mise en oeuvre peut être réalisée à température ambiante. De plus les qualités de la résine peuvent être adaptées dans de larges plages afin que la facilité de mise en oeuvre et les résultats de tenue mécanique et en température et d'étanchéité soient optimaux.The temperature sensor can be freely positioned on the tank side in the most appropriate manner, without the seal between the measuring chamber and the reference chamber being compromised. According to a first embodiment, the traversing means comprise at least one hole passing through the support, a conductive wire 5 passing through the hole and closure means filling the space between the hole and the wire. The conducting wire makes it possible to connect the temperature sensor on the tank side to the opposite side, while the sealing means seal between the two sides. As the support is made of insulating material, there is no risk of inadvertent contact between the wire and the support. As many wires are needed as necessary to connect the temperature sensor. Advantageously, the closure means are solder. This technique is easy to implement. It also ensures a high mechanical strength and especially a very low gas permeability. The surface receiving the solder may be metallized to improve adhesion. According to another technique, the sealing means are glass paste. According to another technique, the sealing means are curable synthetic resin. The implementation can be carried out at ambient temperature. In addition the qualities of the resin can be adapted in wide ranges so that the ease of implementation and the results of mechanical strength and temperature and sealing are optimal.

25 Quelle que soit la technique des moyens d'obturation, le trou est de forme tronconique en étant le plus ouvert du côté de la chambre de mesure. Ainsi, les forces de pression qui s'exercent du côté de la chambre de mesure, et qui ont tendance à pousser les moyens d'obturation vers la chambre de référence, sont contrées facilement du fait que les moyens 30 d'obturation forment un coin qui se loge dans le trou. La tenue du dispositif 3022627 4 est particulièrement adaptée à de très fortes pressions, jusqu'à plusieurs centaines de bars. Selon un deuxième mode de réalisation, les moyens de traversée comportent au moins un trou traversant le support, une couche métallique 5 sur la surface du trou, des moyens de connexion du capteur de température à la couche métallisée et un bouchon réalisé par brasure obturant le trou et adhérant sur la couche métallique. La couche métallique, obtenue par exemple par dépôt métallique en phase vapeur, réalise la conduction électrique de part et d'autre du support. Elle reçoit 10 facilement une brasure pour faire la liaison entre le bouchon et le support. Une étanchéité solide et efficace est ainsi réalisée, tout en permettant la liaison électrique de part et d'autre du support. De manière particulière, le capteur de température est choisi parmi un thermocouple, une thermo-résistance et une thermistance. Ces 15 capteurs fonctionnent de manière électrique, soit par génération d'une tension, soit en présentant une résistance variable en fonction de la température. De manière complémentaire, le dispositif peut comporter un circuit électronique de mesure pour conditionner les mesures de pression et de 20 température, le circuit étant placé dans la chambre de référence et connecté aux moyens de traversée. Le circuit électronique permet de conditionner les signaux des capteurs au plus près de la mesure, afin d'éviter des perturbations. Le même circuit peut être utilisé pour la mesure de la pression et pour la mesure de température.Whatever the technique of the sealing means, the hole is of frustoconical shape being the most open on the side of the measuring chamber. Thus, the pressure forces exerted on the side of the measuring chamber, and which tend to push the sealing means towards the reference chamber, are easily counteracted because the closure means 30 form a wedge who is lodged in the hole. The strength of the device 3022627 4 is particularly suitable for very high pressures, up to several hundred bars. According to a second embodiment, the traversing means comprise at least one hole passing through the support, a metal layer 5 on the surface of the hole, connection means of the temperature sensor to the metallized layer and a plug made by soldering closing the hole and adhering on the metal layer. The metal layer, obtained for example by metal deposition in the vapor phase, conducts the electrical conduction on either side of the support. It easily receives a solder to make the connection between the plug and the support. A solid and efficient sealing is thus achieved, while allowing the electrical connection on either side of the support. In particular, the temperature sensor is selected from a thermocouple, a thermo-resistance and a thermistor. These sensors operate electrically, either by generating a voltage or by having a variable resistance as a function of temperature. Complementarily, the device may comprise an electronic measuring circuit for conditioning the pressure and temperature measurements, the circuit being placed in the reference chamber and connected to the passage means. The electronic circuit makes it possible to condition the signals of the sensors as close as possible to the measurement, in order to avoid disturbances. The same circuit can be used for pressure measurement and for temperature measurement.

25 Selon un perfectionnement, le boîtier comporte une canne destinée à placer le capteur de température en saillie dans le réservoir. Ainsi le capteur de température est au coeur du média dont la température est à mesurer et présente une très faible inertie thermique, afin de restituer le plus rapidement et le plus fidèlement possible la température dudit media.According to an improvement, the housing includes a rod for placing the temperature sensor protruding into the tank. Thus, the temperature sensor is at the heart of the media whose temperature is to be measured and has a very low thermal inertia, in order to restore the temperature of said media as quickly and as accurately as possible.

3022627 5 Brève description des figures L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : 5 - la figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif conforme à un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe du support de capteur du dispositif de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue de dessus du support de la figure 2; 10 - la figure 4 est une vue de dessous du support de la figure 2; - la figure 5 est une vue en coupe similaire la figure selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 6 est une vue de dessus du support de la figure 5; - la figure 7 est une vue dessous du support de la figure 5.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be better understood and other features and advantages will become apparent on reading the description which follows, the description referring to the appended drawings in which: FIG. 1 is a sectional view a device according to a first embodiment of the invention; FIG. 2 is a sectional view of the sensor support of the device of FIG. 1; - Figure 3 is a top view of the support of Figure 2; Figure 4 is a bottom view of the support of Figure 2; - Figure 5 is a similar sectional view the figure according to a second embodiment of the invention; FIG. 6 is a view from above of the support of FIG. 5; FIG. 7 is a bottom view of the support of FIG.

15 DESCRIPTION DETAILLEE Un dispositif de mesure de pression selon un premier mode de réalisation de l'invention est représenté sur les figures 1 à 4. Le dispositif est destiné à être fixé à un réservoir R, empli d'un fluide, et à mesurer la pression et la température à l'intérieur du réservoir R. Le dispositif 20 comporte un boîtier 1 pourvu sur sa surface extérieure d'un filetage 10 afin de le fixer de manière étanche sur un manchon ou raccord M soudé sur le réservoir R. La forme générale du boîtier 1 est tubulaire selon un axe longitudinal A. Le boîtier 1 comporte une canne 11 destinée à faire saillie dans le réservoir R. La canne 11 supporte un capteur de température 2 à 25 une extrémité opposée au boîtier 1. Un support 3 de capteur en isolant électrique est logé dans le boîtier 1 et a une forme générale de disque épais. Le support 3 comporte un corps d'épreuve 30 d'un seul tenant avec le support 3 et réalisé par une réduction d'épaisseur du disque sur une surface 32 de forme circulaire. Le 30 support 3 sépare une chambre de référence 12 en communication fluidique 3022627 6 avec l'atmosphère et une chambre de mesure 13 en communication fluidique avec le réservoir R par l'intermédiaire de la canne 11 pour soumettre le corps d'épreuve 30 à la différence de pression entre la chambre de mesure 13 et la chambre de référence 12. Le support 3 est 5 monté de manière étanche avec le boîtier 1 de manière à empêcher toute communication fluidique entre les deux chambres 12, 13. Des jauges de déformation 31 sont réalisées en surface sur le corps d'épreuve 30 du côté de la chambre de référence 12. Le dispositif comporte en outre un circuit électronique 4 du côté de la 10 chambre de référence 12 connecté respectivement aux jauges de contraintes 31 et au capteur de température 2 par des conducteurs électriques 5, 6. Le circuit électronique 4 est monté en surface sur le support 3, mais il pourrait être indépendant. Des moyens de traversée 7 sont prévus pour relier électriquement le capteur de température 2 avec le 15 circuit électronique 4 du côté de la chambre de référence 12. Les moyens de traversée 7 comportent un trou 70 traversant le support 3 pour chaque conducteur relié au capteur de température 2. Le fil conducteur passe dans le trou 70 et des moyens d'obturation 71 comblent l'espace entre le trou 70 et le fil. Dans ce mode de réalisation, les moyens d'obturation 71 sont de la 20 brasure, par exemple à base d'étain. Cependant, ce pourrait être de la résine synthétique durcissable. Le trou 70 est de forme tronconique en étant le plus ouvert du côté de la chambre de mesure 13 de telle sorte que la brasure 71 forme un coin qui se bloque dans le trou 70 sous l'effet de la pression côté chambre de mesure 13. Les fils conducteurs 6 sont continus 25 jusqu'au capteur de température 2, en passant par la canne 11. Le capteur de température 2 peut être un thermocouple. Dans ce cas, deux fils conducteurs du capteur de nature différente sont joints à l'extrémité de la canne 11. Le capteur de température 2 peut être une thermo-résistance telle qu'une sonde en platine du type PT100 ou PT1000.DETAILED DESCRIPTION A pressure measuring device according to a first embodiment of the invention is shown in FIGS. 1 to 4. The device is intended to be fixed to a reservoir R, filled with a fluid, and to measure the pressure and temperature inside the tank R. The device 20 comprises a housing 1 provided on its outer surface with a thread 10 in order to fix it sealingly on a sleeve or connector M welded to the reservoir R. The form The housing 1 is tubular along a longitudinal axis A. The housing 1 comprises a rod 11 intended to protrude into the reservoir R. The rod 11 supports a temperature sensor 2 at an end opposite the housing 1. A support 3 of Electrical insulation sensor is housed in the housing 1 and has a general shape of thick disc. The support 3 comprises a test body 30 in one piece with the support 3 and made by reducing the thickness of the disk on a surface 32 of circular shape. The support 3 separates a reference chamber 12 in fluid communication with the atmosphere and a measuring chamber 13 in fluid communication with the reservoir R via the cane 11 to subject the test body 30 to the test chamber 30. pressure difference between the measuring chamber 13 and the reference chamber 12. The support 3 is mounted sealingly with the housing 1 so as to prevent any fluid communication between the two chambers 12, 13. Deformation gauges 31 are The device further comprises an electronic circuit 4 on the reference chamber side 12 connected respectively to the strain gauges 31 and to the temperature sensor 2. by electric conductors 5, 6. The electronic circuit 4 is surface-mounted on the support 3, but it could be independent. Cross-over means 7 are provided for electrically connecting the temperature sensor 2 with the electronic circuit 4 on the side of the reference chamber 12. The passage means 7 comprise a hole 70 passing through the support 3 for each conductor connected to the sensor. 2. The conductive wire passes through the hole 70 and closure means 71 fill the space between the hole 70 and the wire. In this embodiment, the sealing means 71 are solder, for example based on tin. However, it could be curable synthetic resin. The hole 70 is of frustoconical shape being the most open on the side of the measuring chamber 13 so that the solder 71 forms a wedge which locks in the hole 70 under the effect of the pressure on the measuring chamber side 13. The conductive wires 6 are continuous 25 up to the temperature sensor 2, passing through the rod 11. The temperature sensor 2 may be a thermocouple. In this case, two sensor wires of different types are joined to the end of the rod 11. The temperature sensor 2 may be a thermo-resistance such as a platinum probe type PT100 or PT1000.

30 La connexion d'une telle sonde utilise deux, trois ou quatre fils 3022627 7 conducteurs, selon le choix du montage. Ce peut être également une thermistance, connectée en général par deux fils. Le circuit électronique 4 de mesure conditionne les mesures de pression et de température.The connection of such a probe uses two, three or four wires, depending on the choice of mounting. It can also be a thermistor, usually connected by two wires. The electronic circuit 4 measures the pressure and temperature measurements.

5 Selon un deuxième mode de réalisation, montré sur les figures 5 à 7, les moyens de traversée 7' comportent au moins un trou 70' traversant le support 3'. Une couche métallique 72 recouvre la surface du trou 70'. Des moyens de connexion 8 sont prévus pour connecter le capteur de température 2 à la couche métallique 72 du côté de la chambre de mesure 10 13', par exemple sous la forme d'une pastille métallique à proximité de la périphérie du trou 70' et en continuité avec la couche métallique 72 à l'intérieur du trou 70'. Un bouchon 73 réalisé par brasure obture le trou 70' en adhérant sur la couche métallique 72. Un fil conducteur 6' du capteur de température 2 est brasé sur la pastille 8. Une autre pastille 9 est également 15 prévue du côté de la chambre de référence 12' afin de connecter la couche métallique 72 du trou 70' au circuit électronique 4. Dans les deux modes de réalisation, autant de trous sont réalisés que de fils conducteurs sont nécessaires pour le capteur de température 2. La figure 1 met en évidence un perçage 16 du boîtier 1 près de la 20 cane 11 afin de faciliter la communication entre le réservoir R et la chambre de mesure 13. Ce perçage 16 peut également s'appliquer au deuxième mode de réalisation.According to a second embodiment, shown in FIGS. 5 to 7, the traversing means 7 'comprise at least one hole 70' passing through the support 3 '. A metal layer 72 covers the surface of the hole 70 '. Connection means 8 are provided for connecting the temperature sensor 2 to the metal layer 72 on the side of the measuring chamber 13 ', for example in the form of a metal chip near the periphery of the hole 70' and in continuity with the metal layer 72 inside the hole 70 '. A plug 73 made by brazing closes the hole 70 'by adhering to the metal layer 72. A conductive wire 6' of the temperature sensor 2 is brazed to the chip 8. Another chip 9 is also provided on the side of the reference 12 'to connect the metal layer 72 of the hole 70' to the electronic circuit 4. In both embodiments, as many holes are made as conductive wires are required for the temperature sensor 2. Figure 1 highlights a bore 16 of the housing 1 near the rod 11 to facilitate communication between the tank R and the measuring chamber 13. This bore 16 can also be applied to the second embodiment.

Claims

REVENDICATIONS1. Pressure measuring device comprising a housing (1) to be sealed to a reservoir (R) in which the pressure is measured, an electrically insulating sensor support (3) having a test body (30) , the support (3) separating a reference chamber (12) under vacuum, under pressure or in fluid communication with the atmosphere and a measuring chamber (13) in fluid communication with the reservoir (R) for submitting the body of test (30) at the pressure difference between the measuring chamber (13) and the reference chamber (12), characterized in that the device further comprises a temperature sensor (2) on the measuring chamber side ( 13), and passage means (7) for electrically connecting the temperature sensor (2) to the reference chamber (12) side.

2. Device according to claim 1, wherein the passage means (7) comprise at least one hole (70) passing through the support (3), a conductive wire passing through the hole (70) and closure means (71). ) filling the space between the hole (70) and the wire.

3. Device according to claim 2, wherein the closing means (71) are solder.

4. Device according to claim 3, wherein the passage means (7 ') comprise a metal layer (72) on the surface of the hole (70), and the solder adhering to the metal layer.

5. Device according to claim 2, wherein the closing means (71) are glass paste.

6. Device according to claim 2, wherein the closure means (71) are curable synthetic resin. 3022627 9

7. Device according to one of claims 2 to 6, wherein the hole (70) is frustoconical in shape being the most open on the side of the measuring chamber (13).

8. Device according to claim 1, wherein the passage means (7 ') comprise at least one hole (70') passing through the support (3 '), a metal layer (72) on the surface of the hole (70'). ), connection means (8) of the temperature sensor (2) to the metal layer and a solder plug (73) closing the hole (70 ') and adhering to the metal layer (72). 10

9. Device according to one of the preceding claims, wherein the temperature sensor (2) is selected from a thermocouple, a thermo-resistance and a thermistor.

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises an electronic measuring circuit (4) for conditioning the pressure and temperature measurements, the circuit being placed in the reference chamber (12) and connected to the crossing means (7).

11. Device according to one of the preceding claims, wherein the housing (1) comprises a rod (11) for placing the temperature sensor 20 (2) projecting into the tank (R).