FR3096777A1 - Dispositif de mesure de la pression dans un circuit d’alimentation en gaz comprimé - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un dispositif de mesure de la pression (1) dans un circuit d’alimentation en gaz comprimé pour véhicule automobile, dispositif comprenant un capteur primaire formé d’un premier capteur de pression (10) apte à mesurer une première pression nominale P1 d’un gaz comprimé entre une première limite inférieure de pression de service P1in f et une première limite supérieure de pression de service P1sup avec une première précision de la mesure Pr1et, un capteur secondaire formé d’un deuxième capteur de pression (40) apte à mesurer une deuxième pression nominale P2 d’un gaz comprimé entre une deuxième limite inférieure de pression de service P2in f et une deuxième limite supérieure de pression de service P2sup avec une deuxième précision de la mesure Pr2, caractérisé en ce que la deuxième limite inférieure de pression de service P2in f est inférieure ou égale à la première limite supérieure de pression de service P1sup, et la deuxième limite supérieure de pression de service P2sup, est supérieure à la première limite supérieure de pression de service P1sup, et le ratio de la première précision de la mesure Pr1 sur la deuxième précision de la mesure Pr2 est inférieur au ratio de la deuxième limite supérieure de pression de service P2sup sur la première limite supérieure de pression de service P1sup. Figure pour l’abrégé : Fig. 2
Description
La présente invention concerne le domaine des circuits d’alimentation en gaz comprimé, notamment pour véhicules automobiles. Plus précisément, l’invention concerne principalement un dispositif de mesure de la pression dans un circuit d’alimentation en gaz comprimé pour véhicule automobile. Par l’expression « véhicule automobile », on entend désigner des véhicules terrestres et maritimes tels que des voitures particulières, des motos, des camions, des bus, des trains, des engins agricoles ou de génie civil.
On connaît des circuits d’alimentation en hydrogène gazeux comprimé pour véhicule électrique du type à pile à combustible. On connait aussi des circuits d’alimentation en gaz naturel pour véhicule au gaz naturel comprimé (appelé CNG). Dans de tels circuits d’alimentation, on trouve des réservoirs de stockage de gaz comprimé et des capteurs de pression. Les capteurs de pression servent, en particulier, à donner des informations sur la quantité de gaz introduite dans un réservoir lors de son remplissage, ainsi que des informations sur la quantité de gaz restante dans le réservoir lors de son utilisation. En effet, il existe une relation mathématique entre la pression, le volume et la température d’un gaz, cette relation s’exprime, par exemple, par l’équation des gaz parfaits ou l’équation de Van der Waals.
Dans un circuit d’alimentation en hydrogène gazeux, on utilise un capteur de pression capable de mesurer une pression de service pouvant atteindre 35 MPa (350 bar), voire 70 MPa (700 bar) à température ambiante. Dans un circuit d’alimentation en gaz naturel, on utilise un capteur de pression capable de mesurer une pression de service pouvant atteindre 20 MPa (200 bar), voire 30 MPa (300 bar) à température ambiante. Par l’expression « température ambiante », on entend désigner une plage de températures de 20°C ± 10°C. Sauf indication contraire, les valeurs de pression indiquées dans la suite sont des valeurs de pression à température ambiante.
On rappelle qu’un capteur de pression est généralement constitué de trois parties : un corps d’épreuve, un transducteur et un boîtier de capteur. Le capteur de pression est dit « actif » quand il est complété par un conditionneur de signal.
Le corps d’épreuve est l’élément mécanique du capteur de pression qui réagit à la grandeur physique à mesurer, ici la pression. Il transforme la grandeur physique à mesurer en une autre grandeur physique dite mesurable, cette grandeur constitue la réaction du corps d’épreuve. Le transducteur est une partie sensible associée au corps d’épreuve, il traduit les réactions du corps d’épreuve en une grandeur électrique constituant le signal de sortie. Le boîtier de capteur est un élément mécanique de protection, de maintien et de fixation du capteur de pression. Le conditionneur de signal, aussi appelé « transmetteur », permet de mettre en forme et d’amplifier le signal de sortie. Avantageusement, le conditionneur de signal permet aussi de filtrer, corriger et mettre à niveau le signal pour sa transmission vers un module de traitement, par exemple, une unité de contrôle électronique ECU (« Electronic Control Unit » en langue anglaise). Selon les besoins, le conditionneur de signal peut aussi alimenter électriquement le capteur de pression.
Typiquement, le capteur de pression d’un dispositif de mesure de la pression dans un circuit d’alimentation en gaz comprimé pour véhicule automobile est un capteur à déformation de solide, c’est-à-dire que le corps d’épreuve d’un tel capteur est un solide élastiquement déformable, par exemple, un premier diaphragme.
Par ailleurs, le signal de sortie d’un capteur de pression est une tension électrique exprimée en volt ou un courant électrique exprimé en ampère. Ainsi, la variation de pression exercée sur le capteur de pression se traduit par une variation de la tension électrique ou du courant électrique à la sortie du capteur de pression.
On rappelle qu’un capteur de pression est caractérisé, entre autres, par une plage de mesure, une étendue de mesure, une pression maximale de service et une précision de la mesure.
La plage de mesure de la pression nominale est la plage entre les limites inférieure et supérieure de la grandeur mesurée, ici la pression de service. La précision prescrite est respectée dans cette plage. L’étendue de mesure est la différence algébrique entre les valeurs seuils supérieure et inférieure d’une plage de mesure définie. La pression maximale de service, aussi appelée « surpression », est la pression maximale (à température maximale) indiquée par le fabricant du capteur de pression pour laquelle le corps d’épreuve est conçu d’un point vue mécanique. Le corps d’épreuve peut être utilisé jusqu’à la surpression sans que les caractéristiques techniques de mesure garanties par le fabricant ne soient altérées après le retour dans la plage de mesure. Toutefois, il n’existe plus dans la plage entre la limite supérieure de pression de service et la surpression une relation univoque entre la pression et le signal de sortie. La précision de la mesure d’un capteur est le pourcentage d’erreur de son signal de sortie par rapport à la valeur vraie (par définition théorique) que l’on cherche à mesurer.
A 700 bar, l’hydrogène possède une masse volumique d’environ 40 kg/m3contre 0,090 kg/m3à pression atmosphérique et à température ambiante. Ainsi, à 700 bar, on peut stocker 4,8 kg d’hydrogène dans un réservoir de 120 litres. Etant donné qu’on estime à 1 kg d’hydrogène la masse nécessaire pour parcourir 100 km au volant d’une voiture familiale, l’autonomie d’un tel véhicule équipé d’un réservoir de 120 litres d’hydrogène gazeux comprimé à 700 bar est de 480 km. Pour informer le conducteur de l’autonomie restante de son véhicule, une jauge et un témoin lumineux sont prévus sur le tableau de bord du véhicule. Le témoin lumineux s’allume quand la « réserve » du réservoir d’hydrogène est atteinte. La réserve du réservoir est un volume prévu dans le circuit d’alimentation pour stocker une quantité de gaz suffisante pour rouler jusqu’à la station de service la plus proche. Une réserve de 740 g d’hydrogène est typiquement prescrite par les constructeurs automobiles. En effet, avec 740 g d’hydrogène, l’autonomie du véhicule est de 74 km, ce qui est généralement suffisant pour rejoindre une station de service.
Par ailleurs, d’après le règlement (UE) N° 406/2010 portant application du règlement (CE) n° 79/2009 du Parlement européen et du Conseil concernant la réception par type des véhicules à moteur fonctionnant à l’hydrogène, il est interdit, à température ambiante, de laisser la pression relative dans le réservoir d’hydrogène descendre sous le seuil minimum des 2 bar ceci afin d’éviter le phénomène d’hydrogène « buckling » observé dans les réservoirs de type IV. Toutefois, certains constructeurs automobiles ont décidé d’être plus restrictifs que le règlement (UE) N° 406/2010 en plaçant le seuil de pression minimum à 20 bar plutôt qu’à 2 bar. En pratique, à température ambiante, dès que la pression relative dans le réservoir d’hydrogène descend sous le seuil des 20 bar, une sécurité se déclenche et arrête le véhicule. La masse d’hydrogène dans un réservoir de 120 litres d’hydrogène gazeux comprimé à 20 bar est de 198 g. Cette quantité d’hydrogène ne faisant pas partie de la réserve du réservoir d’hydrogène, il est important d’avoir une mesure précise de la pression quand la réserve du réservoir d’hydrogène est atteinte, ceci afin d’éviter de déclencher trop tôt l’arrêt de sécurité du véhicule.
On comprend que l’autonomie affichée par la jauge ainsi que l’allumage ou pas du témoin lumineux dépendent à chaque instant de la précision du capteur de pression. Ainsi, pour un capteur de pression ayant une précision de ± 2 % de la pleine échelle (PE), c’est-à-dire de l’étendue de mesure à température ambiante, la précision du capteur peut conduire à une erreur de mesure de ± 18 bar pour un réservoir d’hydrogène gazeux comprimé à 700 bar. En effet, un réservoir d’hydrogène gazeux dont la pression nominale de fonctionnement est de 700 bar à température ambiante est conçu pour supporter une pression de remplissage de 875 bar à 85°C, par conséquent, le capteur de pression associé est aussi conçu pour fournir des relevés de mesure de pression à 875 bar à 85°C. Typiquement, pour mesurer une pression de 875 bar, on utilise un capteur de pression capable de fournir des relevés sur une plage de mesure pleine échelle s’échelonnant entre environ 0,1 MPa (1 bar) et 90 MPa (900 bar), à des températures comprises entre -40°C et 85°C, avec une précision de ± 2 % PE. L’erreur de mesure d’un tel capteur de pression est donc de ± 18 bar. Dans le cas d’un réservoir d’hydrogène gazeux comprimé à 700 bar, une erreur de mesure de ± 18 bar peut conduire au déclenchement de l’arrêt de sécurité du véhicule quand la pression réelle dans le circuit d’alimentation en hydrogène gazeux est de 38 bar au lieu de 20 bar, ceci n’est pas satisfaisant.
Certes, il existe des capteurs de pression de haute précision, capables de fournir des relevés sur une plage de mesure pleine échelle s’échelonnant entre environ 0,1 MPa (1 bar) et 90 MPa (900 bar), à des températures comprises entre -40°C et 85°C, avec une précision allant jusqu’à ± 0,5 % PE. L’inconvénient de tels capteurs est leur prix élevé.
La présente invention vise à pallier les inconvénients précités en proposant un dispositif de mesure de la pression dans un circuit d’alimentation en gaz comprimé plus précis, sans recourir à des capteurs de pression onéreux.
A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif de mesure de la pression dans un circuit d’alimentation en gaz comprimé pour véhicule automobile comprenant :
un capteur primaire formé d’un premier capteur de pression apte à mesurer une première pression nominale d’un gaz comprimé sur une première plage de mesure entre une première limite inférieure de pression de service et une première limite supérieure de pression de service avec une première précision de la mesure et,
un capteur secondaire formé d’un deuxième capteur de pression apte à mesurer une deuxième pression nominale d’un gaz comprimé sur une deuxième plage de mesure entre une deuxième limite inférieure de pression de service et une deuxième limite supérieure de pression de service avec une deuxième précision de la mesure,
tel que :
la deuxième limite inférieure de pression de service est inférieure ou égale à la première limite supérieure de pression de service et,
la deuxième limite supérieure de pression de service, est supérieure à la première limite supérieure de pression de service et,
le ratio de la première précision de la mesure sur la deuxième précision de la mesure est inférieur au ratio de la deuxième limite supérieure de pression de service sur la première limite supérieure de pression de service.
Ceci permet de combiner deux capteurs de pression – caractérisés par des plages de mesure différentes – pour mesurer la pression nominale d’un gaz comprimé sur une plage de mesure étendue. La plage de mesure étendue correspond à l’union algébrique des première et deuxième plages de mesure en sorte que la plage de mesure étendue s’étend entre la première limite inférieure de pression de service et la deuxième limite supérieure de pression de service. La précision de la mesure dans la plage de mesure étendue est telle que l’erreur de mesure du premier capteur de pression sur la première plage de mesure est inférieure à l’erreur de mesure du deuxième capteur de pression sur la deuxième plage de mesure.
Grâce à l’invention, le témoin lumineux ne s’allume ni trop tôt ni trop tard, ceci sans utiliser de capteur de pression de haute précision. De plus, l’arrêt de sécurité du véhicule ne risque pas de se déclencher trop tôt. En effet, le premier capteur de pression selon l’invention est un capteur apte à mesurer la pression de réserve du réservoir d’hydrogène. La pression de réserve du réservoir d’hydrogène est la pression qui règne dans le circuit d’alimentation quand la réserve du réservoir d’hydrogène est atteinte. Par exemple, la pression exercée par une réserve de 740 g d’hydrogène gazeux dans un réservoir de 120 litres est de 100 bar, à température ambiante. La pression de réserve tient compte de la présence de 198 g d’hydrogène dans le réservoir afin de respecter le règlement (UE) N° 406/2010. Autrement dit, 100 bar est la pression exercée par 198 + 740 = 938 g d’hydrogène gazeux dans un réservoir de 120 litres, à température ambiante. Pour un capteur de pression ayant une précision de ± 2 % PE et une plage de mesure s’échelonnant entre 1 et 100 bar, la précision du capteur peut conduire à une erreur de mesure de ± 2 bar pour un réservoir d’hydrogène gazeux comprimé à 100 bar, à température ambiante. Dans le cas d’un réservoir de 120 litres d’hydrogène gazeux comprimé à 100 bar, une erreur de mesure de ± 2 bar amène à sous-estimer ou à surestimer l’autonomie restante de 1,7 km quand la réserve du réservoir d’hydrogène est atteinte, ce qui se traduit par l’allumage du témoin lumineux ni trop tôt ni trop tard, et par l’arrêt de sécurité du véhicule ni trop tôt ni trop tard, ce qui est très satisfaisant.
Suivant d’autres caractéristiques optionnelles de l’invention, prises seules ou en combinaison :
- Le premier capteur de pression comporte un premier corps d’épreuve, un premier transducteur et, optionnellement, un premier conditionneur de signal et le deuxième capteur de pression comporte un deuxième corps d’épreuve, un deuxième transducteur et, optionnellement, un deuxième conditionneur de signal tel que les premier et deuxième capteurs de pression sont logés dans un boîtier commun aux premier et deuxième capteurs de pression. Ceci permet de regrouper les éléments du dispositif de mesure dans un seul composant afin de mesurer de manière précise la pression nominale dans le circuit d’alimentation en gaz comprimé, d’une part, et de partager une interface électrique commune, d’autre part. Ceci permet aussi de réduire le coût du dispositif de mesure de la pression dans un circuit d’alimentation en gaz comprimé en remplaçant un capteur de pression de haute précision par deux capteurs de pression de moindre précision, tout en améliorant la précision de la mesure de la pression de réserve. En effet, dans le cas d’un réservoir d’hydrogène gazeux dont la pression de réserve est 100 bar, l’erreur de mesure de la pression de réserve est ± 2 bar, à température ambiante, avec un capteur de pression ayant une précision de ± 2 % PE et une plage de mesure s’échelonnant entre 1 et 100 bar. Pour obtenir la même erreur de mesure avec un capteur de pression ayant une plage de mesure s’échelonnant entre 1 et 900 bar, il faudrait que la précision de ce capteur de pression soit de ± 0,22 % PE.
- le premier corps d’épreuve du premier capteur de pression est un solide élastiquement déformable, par exemple un premier diaphragme, entre une première position primaire et une dernière position primaire et, dans la dernière position primaire, le premier corps d’épreuve est en butée contre une première paroi du boîtier commun. Ceci permet d’empêcher une déformation plastique du premier corps d’épreuve. Une déformation plastique du premier corps d’épreuve est une déformation irréversible qui rend le premier capteur de pression inutilisable.
- le deuxième corps d’épreuve du deuxième capteur de pression est un solide élastiquement déformable, par exemple un deuxième diaphragme, entre une première position secondaire et une dernière position secondaire et, dans la dernière position secondaire, le deuxième corps d’épreuve est en butée contre une deuxième paroi du boîtier commun. Ceci permet d’empêcher une déformation plastique du deuxième corps d’épreuve. Une déformation plastique du deuxième corps d’épreuve est une déformation irréversible qui rend le deuxième capteur de pression inutilisable.
- les première et deuxième parois du boîtier commun forment une paroi unique ayant une première face, une deuxième face opposée à la première face, et une épaisseur de structure entre la première face et la deuxième face. La première face forme une surface de butée pour le premier corps d’épreuve et la deuxième face forme une surface de butée pour le deuxième corps d’épreuve. Ainsi, lorsque la paroi unique est prise en sandwich entre les deux corps d’épreuve, c’est-à-dire lorsque les deux corps d’épreuve viennent en butée contre la paroi unique, de part et d’autre de celle-ci, la pression exercée sur une face de la paroi unique devient égale à la pression exercée sur la face opposée de celle-ci. Par cette disposition, la seule déformation que la paroi unique peut subir – en théorie – est un écrasement dans le sens de l’épaisseur de structure.
- le premier capteur de pression est dimensionné pour pouvoir fonctionner jusqu’à une première pression maximale de service. Ceci permet d’utiliser le premier capteur de pression jusqu’à la surpression sans que les caractéristiques techniques de mesure garanties par le fabricant du premier capteur de pression ne soient altérées après le retour dans la plage de mesure.
- le deuxième capteur de pression est dimensionné pour pouvoir fonctionner jusqu’à une deuxième pression maximale de service. Ceci permet d’utiliser le deuxième capteur de pression jusqu’à la surpression sans que les caractéristiques techniques de mesure garanties par le fabricant du deuxième capteur de pression ne soient altérées après le retour dans la plage de mesure.
- la paroi unique du boîtier commun est réalisée dans un matériau capable de résister – sans fléchir – à une pression supérieure ou égale à la plus grande des première et deuxième pressions maximales de service. Ceci permet d’empêcher une déformation plastique du premier corps d’épreuve quand la première pression maximale de service est inférieure à la deuxième pression maximale de service. Réciproquement, ceci permet d’empêcher une déformation plastique du deuxième corps d’épreuve quand la première pression maximale de service est supérieure à la deuxième pression maximale de service.
- la paroi unique est une plaque d’acier, de préférence, inoxydable. Ceci permet de fabriquer une paroi unique de boîtier commun avec des caractéristiques dimensionnelles et structurelles adaptées aux contraintes mécaniques appliquées à la paroi unique de boîtier commun. Un autre avantage d’une paroi unique réalisée en acier, par exemple, en acier inoxydable, est qu’elle peut servir de blindage électromagnétique.
- le boîtier commun comprend un premier raccord d’utilisation configuré pour raccorder de manière étanche le dispositif de mesure de pression au circuit d’alimentation en gaz comprimé. De préférence, le premier raccord d’utilisation a la forme d’une vis et comprend un joint, par exemple, un joint torique. Ceci permet de connecter de manière étanche et amovible le dispositif de mesure de pression au circuit d’alimentation en gaz comprimé.
- la première limite supérieure de pression de service est inférieure ou égale à 15 % de la deuxième limite supérieure de pression de service, de préférence, inférieure ou égale à 10 %, et mieux de préférence, inférieure ou égale à 5 %. Ceci permet d’affiner la précision des relevés à basse pression.
- Le premier capteur et/ou le deuxième capteur de pression est un capteur de pression à diaphragme, aussi appelé membrane. Ceci permet de construire un capteur de pression robuste et précis en fonction de la déformation de la membrane.
- Le premier capteur de pression est un capteur basse pression statique, par exemple, un capteur de pression relative ayant une précision de ± 2 % PE et une plage de mesure s’échelonnant, par exemple, entre 1 et 100 bar. Ceci permet de mesurer de manière précise la pression de réserve dans un circuit d’alimentation en gaz comprimé, sans recourir à un capteur de pression de haute précision.
- Le deuxième capteur de pression est un capteur haute pression statique, par exemple, un capteur de pression relative ayant une précision de ± 2 % PE et une plage de mesure s’échelonnant, par exemple, entre 1 et 900 bar. Ceci permet de mesurer de manière suffisamment précise la pression dans un circuit d’alimentation en gaz comprimé quand la réserve du réservoir d’hydrogène n’est pas atteinte.
- Le gaz comprimé est de l’hydrogène gazeux comprimé ou du gaz naturel comprimé. Ceci permet d’utiliser le dispositif de mesure de la pression selon l’invention dans des véhicules automobiles fonctionnant à l’hydrogène gazeux comprimé ou au gaz naturel comprimé.
L’invention a encore pour objet un circuit d’alimentation en gaz comprimé pour véhicule automobile comprenant :
un dispositif de mesure de la pression selon l’invention,
au moins un réservoir de stockage d’un gaz comprimé,
au moins une vanne d’alimentation raccordée de manière étanche au au moins un réservoir de stockage d’un gaz comprimé,
au moins un tuyau de raccordement raccordé de manière étanche à la au moins une vanne d’alimentation, configuré pour transférer du gaz comprimé du au moins un réservoir vers un dispositif de consommation de gaz comprimé,
le dispositif de mesure de la pression est raccordé de manière étanche à la au moins une vanne d’alimentation ou au au moins un tuyau de raccordement.
Ceci permet d’utiliser le dispositif de mesure de la pression selon l’invention dans un circuit d’alimentation en gaz comprimé pour véhicule automobile fonctionnant au gaz comprimé, par exemple, fonctionnant à l’hydrogène gazeux comprimé ou au gaz naturel comprimé.
Suivant d’autres caractéristiques optionnelles du circuit d’alimentation selon l’invention, prises seules ou en combinaison, le circuit d’alimentation comprend :
deux réservoirs de stockage d’un gaz comprimé,
deux vannes d’alimentation, chacune raccordée de manière étanche à un réservoir de stockage d’un gaz comprimé,
deux tuyaux de raccordement, chacun raccordé de manière étanche à une vanne d’alimentation et configuré pour transférer du gaz comprimé d’un réservoir vers un dispositif de consommation de gaz comprimé.
Ceci permet de diviser le volume de stockage du gaz comprimé afin de mieux le répartir dans le véhicule automobile.
L’invention a en outre pour objet un procédé de mesure de la pression dans un circuit d’alimentation en gaz comprimé comprenant les étapes suivantes :
fournir le premier capteur de pression dans le circuit d’alimentation en gaz comprimé,
fournir le deuxième capteur de pression dans le circuit d’alimentation en gaz comprimé,
exposer simultanément les premier et deuxième capteurs de pression au gaz comprimé présent dans le circuit d’alimentation,
effectuer des premiers relevés de mesure de pression avec le premier capteur de pression quand la pression dans le circuit d’alimentation est inférieure ou égale à la première limite supérieure de pression de service du premier capteur de pression,
effectuer des seconds relevés de mesure de pression avec le deuxième capteur de pression quand la pression dans le circuit d’alimentation est supérieure à la première limite supérieure de pression de service du premier capteur de pression.
Ceci permet de mesurer avec précision la pression nominale d’un gaz comprimé dans un circuit d’alimentation en gaz comprimé en combinant deux capteurs de pression caractérisés par des plages de mesure différentes. La précision de la mesure du premier capteur de pression est choisie pour que l’erreur de mesure de la pression de réserve mesurée par le premier capteur de pression soit inférieure à l’erreur de mesure de la pression de réserve mesurée par le deuxième capteur de pression.’
L’invention a enfin pour objet un procédé de contrôle de plausibilité du fonctionnement d’un dispositif de mesure de la pression dans un circuit d’alimentation en gaz comprimé pour véhicule automobile, comprenant les étapes suivantes :
fournir le premier capteur de pression dans le circuit d’alimentation en gaz comprimé,
fournir le deuxième capteur de pression dans le circuit d’alimentation en gaz comprimé,
exposer le premier capteur de pression au gaz comprimé présent dans le circuit d’alimentation quand la pression dans le circuit d’alimentation est inférieure ou égale à la première limite supérieure de pression de service du premier capteur de pression,
exposer le deuxième capteur de pression au gaz comprimé présent dans le circuit d’alimentation quand la pression dans le circuit d’alimentation est inférieure ou égale à la première limite supérieure de pression de service du premier capteur de pression,
effectuer des premiers relevés de mesure de pression avec le premier capteur de pression,
effectuer des seconds relevés de mesure de pression avec le deuxième capteur de pression,
exécuter un algorithme de contrôle de plausibilité des premiers relevés et des seconds relevés pour détecter un défaut de fonctionnement du premier et/ou du deuxième capteur de pression.
Ceci permet de vérifier le bon ou le mauvais fonctionnement du premier et/ou du deuxième capteur de pression.
Brève description des figures
Les différents objets de l’invention seront mieux compris à la lecture de la description qui suit donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux figures annexées sur lesquelles les mêmes numéros de référence désignent partout des éléments présentant des fonctions identiques, analogues ou similaires, et dans lesquelles :
Description détaillée
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et/ou interchangées pour fournir d’autres réalisations.
Dans la présente description, on peut indexer certains éléments ou paramètres, par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère, etc. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tel ou tel critère.
La figure 1 illustre par un graphique l’évolution de la tension électrique à la sortie d’un capteur de pression « actif », en fonction de la pression subie par le capteur, à température ambiante. La tension électrique est portée sur l’axe des ordonnées Y et la pression est portée sur l’axe des abscisses X.
Un capteur de pression « actif », tels que ceux utilisés dans les circuits d’alimentation en gaz comprimé, comprend un corps d’épreuve constitué typiquement d’un diaphragme, aussi appelé membrane. Un tel capteur de pression comprend des composants électroniques configurés pour produire une tension électrique de sortie (le signal de sortie) proportionnelle à la différence de pression subie par le diaphragme. Ainsi, lorsque la pression subie par le capteur de pression passe d’une valeur X1 à une valeur X2, où X1 est la limite inférieure de pression de service et X2 est la limite supérieure de pression de service, la tension de sortie du capteur de pression passe d’une valeur Y1 à une valeur Y2. La plage s’étendant de X1 à X2 est la plage de mesure de la pression nominale. La différence algébrique X2-X1 représente l’étendue de la mesure. Dans la plage de mesure, la déformation du diaphragme est élastique et la tension de sortie est proportionnelle à la déformation du diaphragme.
Lorsque la pression subie par le capteur de pression passe de la valeur X2 à une valeur X3, où X3 est la pression maximale de service, la tension de sortie du capteur de pression passe de la valeur Y2 à une valeur Y3. Dans la plage s’étendant de X2 à X3, le capteur de pression fonctionne encore car la déformation du diaphragme est toujours élastique mais la tension de sortie n’est plus proportionnelle à la déformation du diaphragme, autrement dit, la valeur X3 n’est plus représentative de la pression subie par le capteur de pression.
Lorsque la pression subie par le capteur de pression est supérieure à la valeur X3, le capteur de pression garde des dommages permanents. En effet, au-dessus de la pression maximale de service, la déformation du diaphragme n’est plus élastique mais plastique, le capteur de pression ne fonctionne plus.
Avantageusement, le diaphragme selon l’invention est une pièce métallique circulaire. Dans un exemple, le diaphragme est en acier inoxydable, de préférence, en inox 310 ou 316 car ces alliages sont peu fragilisés dans l’hydrogène. Avantageusement, le diaphragme est revêtu d’une couche électriquement conductrice telle qu’une couche d’aluminium, de cuivre ou de laiton afin d’améliorer le signal de sortie.
La figure 2 illustre un dispositif de mesure de la pression selon l’invention. Dans ce mode de réalisation, un dispositif de mesure de la pression 1 dans un circuit d’alimentation en gaz comprimé pour véhicule automobile comprend un capteur primaire formé d’un premier capteur de pression 10 apte à mesurer une première pression nominale P1 d’un gaz comprimé sur une première plage de mesure entre une première limite inférieure de pression de service P1in fet une première limite supérieure de pression de service P1sup. Le premier capteur de pression 10 a une première précision de la mesure Pr1. Le dispositif 1 comprend également un capteur secondaire formé d’un deuxième capteur de pression 40 apte à mesurer une deuxième pression nominale P2 d’un gaz comprimé sur une deuxième plage de mesure entre une deuxième limite inférieure de pression de service P2in fet une deuxième limite supérieure de pression de service P2sup. Le deuxième capteur de pression a une deuxième précision de la mesure Pr2. Selon l’invention, la deuxième limite inférieure de pression de service P2in fest inférieure ou égale à la première limite supérieure de pression de service P1sup, de préférence, P2in fest égale à la première limite inférieure de pression de service P1inf, par exemple, P1infest égale à 1 bar, P2in fest égale à 1 bar et P1supest égale à 100 bar. De plus, la deuxième limite supérieure de pression de service P2supest supérieure à la première limite supérieure de pression de service P1sup, par exemple, P2supest égale à 700 bar et P1supest égale à 100 bar, à température ambiante. Enfin, le ratio de la première précision de la mesure Pr1 sur la deuxième précision de la mesure Pr2 est inférieur au ratio de la deuxième limite supérieure de pression de service P2supsur la première limite supérieure de pression de service P1sup. Par exemple, avec Pr1 égale à ± 2 % PE, Pr2 égale à ± 2 % PE, P1supégale à 100 bar et P2supégale à 700 bar, le ratio Pr1/Pr2 est égal à 1 et le ratio P2sup/ P1supest égal à 7.
Les premier 10 et deuxième 40 capteurs de pression sont des capteurs actifs. Le premier capteur de pression 10 comporte un premier corps d’épreuve 12, un premier transducteur 13 et un premier conditionneur de signal 14. Le deuxième capteur de pression 40 comporte un deuxième corps d’épreuve 42, un deuxième transducteur 43 et un deuxième conditionneur de signal 44. Les premier 10 et deuxième 40 capteurs de pression sont logés dans un boîtier commun 80 aux premier 10 et deuxième 40 capteurs de pression. Le boîtier commun 80 comprend un premier raccord d’utilisation 39 configuré pour raccorder de manière étanche le dispositif de mesure de pression 1 au circuit d’alimentation en gaz comprimé 2 (voir figures 4 et 5). De préférence, le premier raccord d’utilisation 39 a la forme d’une vis et comprend un joint, par exemple, un joint torique (non représenté).
La première limite supérieure de pression de service P1supdu premier capteur de pression 10 est inférieure ou égale à 15 % de la deuxième limite supérieure de pression de service P2sup, de préférence, P1supest inférieure ou égale à 10 % de P2sup, et mieux de préférence, P1supest inférieure ou égale à 5 % de P2sup.
La figure 3 illustre un détail du dispositif de mesure de la pression selon l’invention dans lequel le premier capteur de pression 10 est un capteur à courants de Foucault où le premier transducteur 13 est une bobine électrique caractérisée par une résistance ohmique et où le premier corps d’épreuve 12 est un solide élastiquement déformable, par exemple un premier diaphragme 12a, entre une première position primaire et une dernière position primaire. Dans la dernière position primaire, le premier corps d’épreuve 12 est en butée contre une paroi unique 81 du boîtier commun 80 afin d’empêcher une déformation plastique du premier corps d’épreuve 12. Avantageusement, le deuxième capteur de pression 40 est un capteur à courants de Foucault où le deuxième transducteur 43 est une bobine électrique caractérisée par une résistance ohmique et où le deuxième corps d’épreuve 42 est un solide élastiquement déformable, par exemple un deuxième diaphragme 42a, entre une première position secondaire et une dernière position secondaire. Dans la dernière position secondaire, le deuxième corps d’épreuve 42 est en butée contre la paroi unique 81 du boîtier commun 80 afin d’empêcher une déformation plastique du deuxième corps d’épreuve 42. Les première et dernière positions primaires font référence au capteur primaire tandis que les première et dernière positions secondaires font référence au capteur secondaire. La paroi unique 81 présente une première face 81a, une deuxième face 81b opposée à la première face 81a, et une épaisseur de structure entre la première face 80a et la deuxième face 81b. La première face 81a, respectivement la deuxième face 81b, forme une surface de butée pour le premier corps d’épreuve 12, respectivement le deuxième corps d’épreuve 42.
Alternativement, le boîtier commun 80 comprend deux parois : une première paroi contre laquelle le premier corps d’épreuve 12 vient en butée et une deuxième paroi contre laquelle le deuxième corps d’épreuve 42 vient en butée (non représenté).
Le principe d’un capteur de pression à courants de Foucault repose sur la variation de résistance ohmique de la bobine électrique lorsque cette dernière est couplée à une plaque conductrice qui sert de spire secondaire en court-circuit, par exemple, un diaphragme électriquement conducteur ou un diaphragme revêtu d’une couche électriquement conductrice. Dans un mode de réalisation, la pression fait rapprocher le diaphragme de la bobine électrique ce qui diminue son couplage et augmente sa résistance ohmique. Dans une variante de réalisation, la pression fait éloigner le diaphragme de la bobine électrique ce qui augmente son couplage et diminue sa résistance ohmique. Le changement de résistance ohmique de la bobine est détecté, par exemple, en mesurant le changement de la fréquence de résonnance d’un circuit résonnant électrique (série ou parallèle) dans lequel la bobine est agencée. L’avantage d’un tel agencement (non représenté) est qu’il confère une faible susceptibilité aux interférences radioélectriques parce que la bobine fait partie du circuit résonnant. De préférence, la bobine fait partie d’un circuit résonnant LC en série dans un circuit alimenté en courant alternatif (non représenté). Grâce à cette disposition, la bobine fournit un signal électrique proportionnel à la résistance ohmique de la bobine. Ce signal électrique constitue le signal de sortie du capteur de pression.
Dans l’exemple illustré, le premier capteur de pression 10 est un capteur de pression relative. Le premier diaphragme 12a délimite deux chambres 12b et 12c en sorte que les deux chambres 12b et 12c sont séparées et isolées l’une de l’autre par le premier diaphragme 12a. La première chambre 12b est soumise à la première pression nominale P1 d’un gaz comprimé illustrée par la flèche 17, tandis que la deuxième chambre 12c est soumise à la pression atmosphérique illustrée par la flèche 16. Avantageusement, le deuxième capteur de pression 40 est un capteur de pression relative. Le deuxième diaphragme 42a délimite deux chambres 42b et 42c en sorte que les deux chambres 42b et 42c sont séparées et isolées l’une de l’autre par le deuxième diaphragme 42a. La troisième chambre 42b est soumise à la deuxième pression nominale P2 d’un gaz comprimé illustrée par la flèche 17, tandis que la quatrième chambre 42c est soumise à la pression atmosphérique illustrée par la flèche 16. Dans le cas où les premier 10 et deuxième 40 capteurs de pression sont configurés pour mesurer la pression nominale d’un même gaz comprimé, on a P1 égale à P2.
Le premier capteur de pression 10 comprend un premier support 11 pour le premier transducteur 13 et des entretoises 45a, 45b, 45c pour maintenir le premier diaphragme 12a à distance, d’une part, de la paroi unique 81 et, d’autre part, du premier support 11. Les entretoises 45a, 45b, 45c et le premier diaphragme 12a sont empilés les uns sur les autres et assemblés de manière étanche, par exemple, par soudage. Ainsi, lorsque la pression nominale d’un gaz comprimé présent dans la chambre 12b augmente, le premier diaphragme 12a se déforme en direction de la première face 81a de la paroi unique 81. Quand la pression nominale atteint la première limite supérieure de pression de service P1supdu premier capteur de pression 10, le premier diaphragme 12a vient en butée contre la première face 81a de la paroi unique 81 et cesse de se déformer.
Le deuxième capteur de pression 40 comprend un deuxième support 41 pour le deuxième transducteur 43 et des entretoises 46a, 46b, 46c pour maintenir le deuxième diaphragme 42a à distance, d’une part, de la paroi unique 81 et, d’autre part, du deuxième support 41. Les entretoises 46a, 46b, 46c et le deuxième diaphragme 42a sont empilés les uns sur les autres et assemblés de manière étanche, par exemple, par soudage. Ainsi, lorsque la pression nominale d’un gaz comprimé présent dans la chambre 42b augmente, le deuxième diaphragme 42a se déforme en direction de la deuxième face 81b de la paroi unique 81. Quand la pression nominale atteint la deuxième limite supérieure de pression de service P2supdu deuxième capteur de pression 40, le deuxième diaphragme 42a vient en butée contre la deuxième face 81b de la paroi unique 81 et cesse de se déformer. Le premier capteur de pression 10, est dimensionné pour pouvoir fonctionner jusqu’à une première pression maximale de service P1max, par exemple 150 bar. Le deuxième capteur de pression 40 est dimensionné pour pouvoir fonctionner jusqu’à une deuxième pression maximale de service P2max, par exemple 1050 bar. Avantageusement, la paroi unique 81 du boîtier commun 80 est réalisée dans un matériau capable de résister – sans fléchir – à une pression supérieure ou égale à la plus grande des première P1maxet deuxième P2maxpressions maximales de service. Par exemple, la paroi unique 81 est une plaque d’acier, de préférence, inoxydable.
Le rôle du premier capteur de pression 10 est de fournir des relevés de mesure de la pression nominale sur une première plage de mesure entre une première limite inférieure de pression de service P1in fet une première limite supérieure de pression de service P1sup. Le rôle du deuxième capteur de pression 40 est de fournir des relevés de mesure de la pression nominale sur une deuxième plage de mesure s’étendant au-delà de la première limite supérieure de pression de service P1supdu premier capteur de pression 10. Ainsi, lorsque le premier capteur de pression 10 n’est pas en mesure de fournir des relevés fiables de mesure de pression, le deuxième capteur de pression 40 fournit des relevés de mesure de pression du gaz comprimé. Par exemple, le premier capteur de pression 10 est un capteur ayant une précision de ± 2 % PE et une plage de mesure s’échelonnant entre 1 et 100 bar à température ambiante. Le deuxième capteur de pression 40 est un capteur ayant une précision de ± 2 % PE et une plage de mesure s’échelonnant entre 1 et 700 bar à température ambiante. Dans cette configuration, le premier capteur de pression 10 est appelé « capteur basse-pression » et le deuxième capteur de pression 40 est appelé « capteur haute-pression ». Tant que la pression susceptible de s’exercer sur le capteur basse-pression est supérieure à 100 bar, c’est le capteur haute-pression qui fournit des relevés de mesure de la pression nominale avec une erreur de mesure de ± 18 bar. Dès que la pression susceptible de s’exercer sur le capteur basse-pression est inférieure ou égale à 100 bar, le capteur haute-pression et le capteur basse-pression fournissent chacun des relevés de mesure de la pression nominale du gaz comprimé, toutefois, c’est le capteur basse-pression qui fournit la mesure la plus fiable avec une erreur de mesure de ± 2 bar. Par cette disposition, pour un réservoir d’hydrogène gazeux comprimé initialement à 875 bar à 85°C, on arrive à obtenir une erreur de mesure de ± 2 bar quand la pression dans le réservoir descend à 100 bar et en-dessous.
La figure 4 illustre un premier mode de réalisation d’un circuit d’alimentation en gaz comprimé 2 pour véhicule automobile. Le circuit d’alimentation 2 comprend un dispositif de mesure de la pression 1 tel qu’illustré à la figure 2. Le circuit d’alimentation 2 comprend également une vanne d’alimentation 60 raccordée de manière étanche à un réservoir 50 de stockage d’un gaz comprimé, un tuyau de raccordement 61 raccordé de manière étanche à la vanne d’alimentation 60 et configuré pour transférer du gaz comprimé du réservoir 50 vers un dispositif de consommation de gaz comprimé, par exemple, un moteur électrique connecté à une pile à combustible (non représenté), à travers un détendeur (non représenté). Le dispositif de mesure de la pression 1 est raccordé de manière étanche à la vanne d’alimentation 60. Alternativement, le dispositif de mesure de la pression 1 est raccordé de manière étanche au tuyau de raccordement 61 (non représenté).
Dans un exemple, le gaz comprimé est de l’hydrogène gazeux comprimé à 700 bar, la pression de réserve est 100 bar, le premier capteur de pression 10 est un capteur basse pression dynamique et statique permettant une mesure de pression relative de 1 bar (P1inf) à 100 bar (P1sup) avec un précision de ± 2 % PE et le deuxième capteur de pression 40 est un capteur haute pression dynamique et statique permettant une mesure de pression relative de 1 bar (P2inf) à 900 bar (P2sup) avec un précision de ± 2 % PE. Une unité 100 de contrôle électronique ECU (« Electronic Control Unit » en langue anglaise) du circuit d’alimentation 2 reçoit des relevés R2de mesure de pression du deuxième capteur de pression 40 et des relevés R1de mesure de pression du premier capteur de pression 10. Le conducteur est informé de l’autonomie restante de son véhicule par une jauge 102 et un témoin lumineux 103 sur le tableau de bord du véhicule. L’affichage de l’autonomie par la jauge 102 est mis à jour par l’unité ECU 100 en fonction des relevés R2de mesure de pression qu’elle reçoit du deuxième capteur de pression 40. De préférence, les relevés R2se font en continu afin d’afficher l’autonomie restante en temps réel. Dès que les relevés R2de mesure de pression sont inférieurs ou égaux à la première limite supérieure de pression de service P1supdu premier capteur de pression 10, l’affichage de l’autonomie par la jauge 102 est mis à jour par l’unité ECU 100 en fonction des relevés R1de mesure de pression qu’elle reçoit du premier capteur de pression 10. De préférence, les relevés R1se font en continu afin d’afficher l’autonomie restante en temps réel. Les relevés R1de mesure du premier capteur de pression 10 permettent de mesurer la pression de réserve avec moins d’erreur que le deuxième capteur de pression 40. Dès que les relevés R1de mesure de pression sont inférieurs ou égaux à la pression de réserve, l’unité ECU 100 commande l’allumage du témoin lumineux 103.
La figure 5 illustre un deuxième mode de réalisation d’un circuit d’alimentation selon l’invention. Dans cette variante de réalisation, le circuit d’alimentation 2 comprend deux réservoirs 50 de stockage d’un gaz comprimé, deux vannes d’alimentation 60, chacune des vannes 60 étant raccordée de manière étanche à un réservoir 50. Le circuit d’alimentation 2 comprend également deux tuyaux de raccordement 61, chacun raccordé de manière étanche à une vanne d’alimentation 60 et configuré pour transférer du gaz comprimé d’un réservoir 50 vers un dispositif de consommation de gaz comprimé, par exemple, un moteur électrique connecté à une pile à combustible (non représenté), à travers un détendeur (non représenté). Le dispositif de mesure de la pression 1 est raccordé de manière étanche à un tuyau de raccordement 61 par l’intermédiaire d’un raccord 62, par exemple un raccord en T. Alternativement, le dispositif de mesure de la pression 1 est raccordé de manière étanche à une vanne d’alimentation 60 (non représenté). Les autres caractéristiques de cette variante de réalisation sont les mêmes que celles du circuit d’alimentation 2 de la figure 4.
La mesure de la pression dans le circuit d’alimentation 2 par le premier capteur 10, respectivement le deuxième capteur de pression 40, n’est pas nécessairement une mesure en continu.
Un procédé de mesure de la pression dans un circuit d’alimentation en gaz comprimé est également décrit. Ce procédé comprend les étapes suivantes :
fournir le premier capteur de pression 10 dans le circuit d’alimentation en gaz comprimé 2,
fournir le deuxième capteur de pression 40 dans le circuit d’alimentation en gaz comprimé 2,
exposer simultanément les premier 10 et deuxième 40 capteur de pression au gaz comprimé présent dans le circuit d’alimentation 2,
effectuer des premiers relevés R1de mesure de pression avec le premier capteur de pression 10 quand la pression dans le circuit d’alimentation 2 est inférieure ou égale à la première limite supérieure de pression de service P1supdu premier capteur de pression 10,
effectuer des seconds relevés R2de mesure de pression avec le deuxième capteur de pression 40 quand la pression dans le circuit d’alimentation 2 est supérieure à la première limite supérieure de pression de service P1supdu premier capteur de pression 10.
Un procédé de contrôle de plausibilité du fonctionnement d’un dispositif de mesure de la pression dans un circuit d’alimentation en gaz comprimé pour véhicule automobile est également décrit. Ce procédé comprend les étapes suivantes :
fournir le premier capteur de pression 10 dans le circuit d’alimentation en gaz comprimé,
fournir le deuxième capteur de pression 40 dans le circuit d’alimentation en gaz comprimé,
exposer le premier capteur de pression 10 au gaz comprimé présent dans le circuit d’alimentation 2 quand la pression dans le circuit d’alimentation 2 est inférieure ou égale à la première limite supérieure de pression de service P1supdu premier capteur de pression 10,
exposer le deuxième capteur de pression 40 au gaz comprimé présent dans le circuit d’alimentation 2 quand la pression dans le circuit d’alimentation 2 est inférieure ou égale à la première limite supérieure de pression de service P1supdu premier capteur de pression 10,
effectuer des premiers relevés R1de mesure de pression avec le premier capteur de pression 10,
effectuer des seconds relevés R2de mesure de pression avec le deuxième capteur de pression 40,
exécuter un algorithme de contrôle de plausibilité des premiers relevés R1et des seconds relevés R2pour détecter un défaut de fonctionnement du premier 10 et/ou du deuxième 40 capteur de pression.
La figure 6 illustre par un diagramme une partie du procédé de contrôle de plausibilité selon l’invention. En continuant à recevoir des relevés de mesure du deuxième capteur de pression 40, pendant que le premier capteur de pression 10 envoie ses relevés de mesure à l’unité ECU 100, on obtient à l’étape 110 des premiers relevés R1de mesure de pression du premier capteur de pression 10 et des seconds relevés R2de mesure de pression du deuxième capteur de pression 40. Par cette disposition, l’unité ECU 100 est capable d’exécuter un algorithme de plausibilité afin de détecter le mauvais fonctionnement d’un des capteurs de pression. Un algorithme de plausibilité est, par exemple, une comparaison à l’étape 111 de l’écart entre R1et R2à un seuil prédéterminé Rs. Dans un exemple, tant que le résultat de la soustraction R1-R2(en valeur absolue) est inférieur à Rs, l’unité ECU 100 détecte à l’étape 112 un bon fonctionnement des premier 10 et deuxième 40 capteurs de pression. Dès que le résultat de la soustraction R1-R2(en valeur absolue) est supérieur ou égal à Rs, l’unité ECU 100 détecte à l’étape 113 un mauvais fonctionnement d’un des premier 10 et deuxième 40 capteurs de pression. Le seuil prédéterminé Rs est défini, par exemple, en fonction des caractéristiques des deux capteurs de pression 10 et 40.
La figure 7 illustre par un graphique l’évolution de la tension électrique à la sortie du premier capteur de pression 10, respectivement, du deuxième capteur de pression 40, en fonction de la pression subie par le premier capteur 10, respectivement, le deuxième capteur 40, à température ambiante. La tension électrique est portée sur l’axe des ordonnées Y et la pression est portée sur l’axe des abscisses X.
Par soucis de simplification graphique, chaque courbe de tension électrique est construite à partir de trois points. Les trois points d’une courbe donnée sont placés de façon à montrer que la tension électrique augmente de manière proportionnelle à la pression entre un premier point et un deuxième point (trait plein), puis de manière non proportionnelle entre le deuxième point et un troisième point (trait pointillé court), enfin que la tension électrique est constante après le troisième point (trait pointillé long). Toutefois, la distance mutuelle entre les points d’une courbe et la distance qui sépare deux courbes n’est pas réelle.
Lorsque la pression subie par le premier capteur de pression 10 passe d’une valeur A1 à une valeur A2, où A1 est la première limite inférieure de pression de service P1inf, par exemple 1 bar, et A2 est la première limite supérieure de pression de service P1sup, par exemple 100 bar à température ambiante, la tension de sortie du premier capteur de pression 10 passe d’une valeur U1, par exemple 0,5 volt, à une valeur U2, par exemple 4,5 volt. La plage s’étendant de A1 à A2 est la plage de mesure de la pression nominale. La différence algébrique A2-A1 représente l’étendue de la mesure. Dans cette plage de mesure, la déformation du premier diaphragme 12a est élastique et la tension de sortie est proportionnelle à la déformation du premier diaphragme 12a.
Lorsque la pression subie par le premier capteur de pression 10 passe de la valeur A2 à une valeur A3, où A3 est la première pression maximale de service P1max, par exemple 150 bar, la tension de sortie du premier capteur de pression 10 passe de la valeur U2 à une valeur U3, par exemple 4,9 volt. Dans la plage s’étendant de A2 à A3, le premier capteur de pression 10 fonctionne encore car la déformation du premier diaphragme 12a est toujours élastique mais la tension de sortie n’est plus proportionnelle à la déformation du premier diaphragme 12a, autrement dit, la valeur A3 n’est plus représentative de la pression subie par le premier capteur de pression 10.
Lorsque la pression subie par le premier capteur de pression 10 est supérieure à la valeur A3, la tension de sortie du premier capteur de pression 10 reste à la valeur U3. En effet, pour prévenir des dommages permanents du premier capteur de pression 10, dès que la première pression maximale de service P1maxest atteinte, le premier diaphragme 12a vient en butée contre la première face 81a de la paroi unique 81 et cesse de se déformer. Autrement dit, la paroi unique 81 empêche la déformation plastique du premier diaphragme 12a. En effet, au-dessus de la première pression maximale de service P1max, la déformation du premier diaphragme 12a n’est plus élastique mais plastique.
Lorsque la pression subie par le deuxième capteur de pression 40 passe d’une valeur B1 à une valeur B2, où B1 est la deuxième limite inférieure de pression de service P2inf, par exemple 1 bar, et B2 est la deuxième limite supérieure de pression de service P2sup, par exemple 700 bar à température ambiante, la tension de sortie du deuxième capteur de pression 40 passe d’une valeur V1, par exemple 0,5 volt, à une valeur V2, par exemple 4,5 volt. La plage s’étendant de B1 à B2 est la plage de mesure de la pression nominale. La différence algébrique B2-B1 représente l’étendue de la mesure. Dans cette plage de mesure, la déformation du deuxième diaphragme 42a est élastique et la tension de sortie est proportionnelle à la déformation du deuxième diaphragme 42a.
Lorsque la pression subie par le deuxième capteur de pression 40 passe de la valeur B2 à une valeur B3, où B3 est la deuxième pression maximale de service P2max, par exemple 1050 bar, la tension de sortie du deuxième capteur de pression 40 passe de la valeur V2 à une valeur V3, par exemple 4,8 volt. Dans la plage s’étendant de B2 à B3, le deuxième capteur de pression 40 fonctionne encore car la déformation du deuxième diaphragme 42a est toujours élastique mais la tension de sortie n’est plus proportionnelle à la déformation du deuxième diaphragme 42a, autrement dit, la valeur B3 n’est plus représentative de la pression subie par le deuxième capteur de pression 40.
Lorsque la pression subie par le deuxième capteur de pression 40 est supérieure à la valeur B3, la tension de sortie du deuxième capteur de pression 40 reste à la valeur V3. En effet, pour prévenir des dommages permanents du deuxième capteur de pression 40, dès que la deuxième pression maximale de service P2maxest atteinte, le deuxième diaphragme 42a vient en butée contre la deuxième face 81b de la paroi unique 81 et cesse de se déformer. Autrement dit, la paroi unique 81 empêche la déformation plastique du deuxième diaphragme 42a. En effet, au-dessus de la deuxième pression maximale de service P2max, la déformation du deuxième diaphragme 42a n’est plus élastique mais plastique.
Ainsi, la paroi unique 81 est prévue pour résister, sans fléchir, à des contraintes en flexion tant que la paroi unique 81 n’est pas prise en sandwich entre les deux corps d’épreuve 12, 42. Dès que la paroi unique 81 est prise en sandwich entre les deux corps d’épreuve 12, 42, la paroi unique 81 n’est plus soumise à des contraintes en flexion.
Bien que le graphique de la figure 7 montre un décalage en tension entre la courbe de tension électrique à la sortie du premier capteur de pression 10 et la courbe de tension électrique à la sortie du deuxième capteur de pression 40, ce décalage n’est pas nécessaire. Autrement dit, quand B1 est égale à A1, on peut avoir V1 égale à U1. De même, quand B1 est égale à A2, on peut avoir V1 égale à U2.
Dans un véhicule automobile fonctionnant au gaz comprimé, par exemple à l’hydrogène gazeux comprimé, le circuit d’alimentation en gaz comprimé 2 alimente un dispositif de consommation du gaz comprimé, par exemple, un moteur électrique connecté à une pile à combustible (non représenté), à travers un détendeur (non représenté). Le rôle du détendeur est de détendre le gaz comprimé contenu dans le réservoir de stockage de gaz comprimé à une pression d’utilisation de quelques bars. Les capteurs de pression 10 et 40 décrits précédemment sont situés en amont du détendeur, pas en aval du détendeur. Les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens normal de circulation du gaz comprimé, le sens normal étant du circuit d’alimentation 2 vers le dispositif de consommation (non représenté).
Claims (11)
- Dispositif de mesure de la pression (1) dans un circuit d’alimentation en gaz comprimé (2) pour véhicule automobile, dispositif comprenant :
- un capteur primaire formé d’un premier capteur de pression (10) apte à mesurer une première pression nominale P1 d’un gaz comprimé sur une première plage de mesure entre une première limite inférieure de pression de service P1infet une première limite supérieure de pression de service P1supavec une première précision de la mesure Pr1 et,
- un capteur secondaire formé d’un deuxième capteur de pression (40) apte à mesurer une deuxième pression nominale P2 d’un gaz comprimé sur une deuxième plage de mesure entre une deuxième limite inférieure de pression de service P2in fet une deuxième limite supérieure de pression de service P2supavec une deuxième précision de la mesure Pr2,
caractérisé en ce que
- ladite deuxième limite inférieure de pression de service P2in fest inférieure ou égale à ladite première limite supérieure de pression de service P1supet,
- ladite deuxième limite supérieure de pression de service P2supest supérieure à ladite première limite supérieure de pression de service P1supet,
- le ratio de ladite première précision de la mesure Pr1 sur ladite deuxième précision de la mesure Pr2 est inférieur au ratio de ladite deuxième limite supérieure de pression de service P2supsur ladite première limite supérieure de pression de service P1sup. - Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit premier capteur de pression (10) comporte un premier corps d’épreuve (12), un premier transducteur (13) et, optionnellement, un premier conditionneur de signal (14) et en ce que ledit deuxième capteur de pression (40) comporte un deuxième corps d’épreuve (42), un deuxième transducteur (43) et, optionnellement, un deuxième conditionneur de signal (44) et en ce que lesdits premier (10) et deuxième (40) capteurs de pression sont logés dans un boîtier commun (80) auxdits premier (10) et deuxième (40) capteurs de pression.
- Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit premier corps d’épreuve (12) dudit premier capteur de pression (10) est un solide élastiquement déformable, par exemple un premier diaphragme (12a), entre une première position primaire et une dernière position primaire et en ce que, dans ladite dernière position primaire, ledit premier corps d’épreuve (12) est en butée contre une première paroi dudit boîtier commun (80).
- Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit deuxième corps d’épreuve (42) dudit deuxième capteur de pression (40) est un solide élastiquement déformable, par exemple un deuxième diaphragme (42a), entre une première position secondaire et une dernière position secondaire et en ce que, dans ladite dernière position secondaire, ledit deuxième corps d’épreuve (42) est en butée contre une deuxième paroi dudit boîtier commun (80).
- Dispositif selon la revendication 4 prise en combinaison avec la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites première et deuxième parois dudit boîtier commun (80) forment une paroi unique (81) ayant une première face (81a), une deuxième face (81b) opposée à ladite première face (81a), et une épaisseur de structure entre ladite première face (80a) et ladite deuxième face (81b) et en ce que ladite première face (81a) forme une surface de butée pour ledit premier corps d’épreuve (12) et ladite deuxième face (81b) forme une surface de butée pour ledit deuxième corps d’épreuve (42).
- Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit premier capteur de pression (10), respectivement ledit deuxième capteur de pression (40), est dimensionné pour pouvoir fonctionner jusqu’à une première pression maximale de service P1max, respectivement une deuxième pression maximale de service P2max, et en ce que ladite paroi unique (81) dudit boîtier commun (80) est réalisée dans un matériau capable de résister – sans fléchir – à une pression supérieure ou égale à la plus grande desdites première P1maxet deuxième P2maxpressions maximales de service, par exemple, ladite paroi unique (81) est une plaque d’acier, de préférence, inoxydable.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que ledit boîtier commun (80) comprend un premier raccord d’utilisation (39) configuré pour raccorder de manière étanche ledit dispositif de mesure de pression (1) audit circuit d’alimentation en gaz comprimé (2).
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite première limite supérieure de pression de service P1supdu premier capteur de pression (10) est inférieure ou égale à 15 % de ladite deuxième limite supérieure de pression de service P2sup, de préférence, P1supest inférieure ou égale à 10 % de P2sup, et mieux de préférence, P1supest inférieure ou égale à 5 % de P2sup.
- Circuit d’alimentation en gaz comprimé (2) pour véhicule automobile comprenant :
- un dispositif de mesure de la pression (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes,
- au moins un réservoir (50) de stockage d’un gaz comprimé,
- au moins une vanne d’alimentation (60) raccordée de manière étanche audit au moins un réservoir (50) de stockage d’un gaz comprimé,
- au moins un tuyau de raccordement (61) raccordé de manière étanche à ladite au moins une vanne d’alimentation (60), configuré pour transférer du gaz comprimé dudit au moins un réservoir (50) vers un dispositif de consommation de gaz comprimé,
caractérisé en ce que ledit dispositif de mesure de la pression (1) est raccordé de manière étanche à ladite au moins une vanne d’alimentation (60) ou audit au moins un tuyau de raccordement (61). - Procédé de mesure de la pression dans un circuit d’alimentation en gaz comprimé (2) selon la revendication 9, comprenant les étapes suivantes :
- fournir le premier capteur de pression (10) dans le circuit d’alimentation en gaz comprimé (2),
- fournir le deuxième capteur de pression (40) dans le circuit d’alimentation en gaz comprimé (2),
- exposer simultanément lesdits premier (10) et deuxième (40) capteurs de pression audit gaz comprimé présent dans ledit circuit d’alimentation (2),
- effectuer des premiers relevés R1de mesure de pression avec ledit premier capteur de pression (10) quand la pression dans ledit circuit d’alimentation (2) est inférieure ou égale à la première limite supérieure de pression de service P1supdudit premier capteur de pression (10),
- effectuer des seconds relevés R2de mesure de pression avec ledit deuxième capteur de pression (40) quand la pression dans ledit circuit d’alimentation (2) est supérieure à la première limite supérieure de pression de service P1supdudit premier capteur de pression (10). - Procédé de contrôle de plausibilité du fonctionnement d’un dispositif de mesure de la pression (1) dans un circuit d’alimentation en gaz comprimé (2) selon la revendication 9, comprenant les étapes suivantes :
- fournir le premier capteur de pression (10) dans le circuit d’alimentation en gaz comprimé,
- fournir le deuxième capteur de pression (40) dans le circuit d’alimentation en gaz comprimé,
- exposer ledit premier capteur de pression (10) audit gaz comprimé présent dans ledit circuit d’alimentation (2) quand la pression dans ledit circuit d’alimentation (2) est inférieure ou égale à la première limite supérieure de pression de service P1supdudit premier capteur de pression (10),
- exposer ledit deuxième capteur de pression (40) audit gaz comprimé présent dans ledit circuit d’alimentation (2) quand la pression dans ledit circuit d’alimentation (2) est inférieure ou égale à la première limite supérieure de pression de service P1supdudit premier capteur de pression (10),
- effectuer des premiers relevés R1de mesure de pression avec ledit premier capteur de pression (10),
- effectuer des seconds relevés R2de mesure de pression avec ledit deuxième capteur de pression (40),
- exécuter un algorithme de contrôle de plausibilité desdits premiers relevés R1et desdits seconds relevés R2pour détecter un défaut de fonctionnement dudit premier (10) et/ou dudit deuxième (40) capteur de pression.
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-
2019
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| ANONYMOUS: "Qu'est-ce que la précision d'un instrument de mesure?", 30 January 2019 (2019-01-30), XP055675416, Retrieved from the Internet <URL:https://web.archive.org/web/20190130064644/http://www.cfmetrologie.com/fr/faq-mesure/12-concepts-et-terminologie/1289-qu-est-ce-que-la-precision-d-un-instrument-de-mesure> [retrieved on 20200310] * |
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