FR2532752A1

FR2532752A1 - Device for measuring pressure differences

Info

Publication number: FR2532752A1
Application number: FR8215203A
Authority: FR
Inventors: Roger Mestric
Original assignee: SEDEME
Current assignee: SEDEME
Priority date: 1982-09-07
Filing date: 1982-09-07
Publication date: 1984-03-09
Also published as: FR2532752B1

Abstract

The device for measuring pressure differences has a single measuring diaphragm. The two measuring chambers 14, 15 are separated by a single measuring piston 12 coupled to the measuring element 13, 22 which is placed in an isolating enclosure 16 adjacent to one of the measuring chambers. An expansion chamber 30 is arranged between the measuring chamber 15 and the isolating enclosure. Application to the measurement of pressure.

Description

DISPOSITIF DE MESURE DE PRESSION
DIFFERENTIELLE
L2invention concerne un dispositif de mesure de pression différentielle plus particulièrement conçu pour éliminer certaines causes d'erreur systèmatique sur la mesure, en particulier celles dues aux variations de température.PRESSURE MEASURING DEVICE
DIFFERENTIAL
The invention relates to a differential pressure measuring device more particularly designed to eliminate certain causes of systematic error in the measurement, in particular those due to temperature variations.

Un dispositif de mesure de pression différentielle classique se compose de deux chambres de mesure, comportant chacune une paroi en forme de piston à membrane9 les deux membranes étant agencées parallèlement et une chambre d'isolement médiane, li- mitée notamment par les deux membranes et renfermant un élément de mesure, généralement à jauge de contrainte, mécaniquement couplé aux deux pistons à membrane Les deux pressions à comparer sont appliquées respectivement aux deux chambres de mesure et s'exercent de part et vautre de la chambre d'isolement9 laquelle est remplie d'huile.Un tel dispositif présente les défauts suivants: - il peut présenter une erreur de mesure systématique du à une différence entre les caractéristiques mécaniques d'origine des deux membranes; - une composante notable de la réponse de l'élément de mesure est du au niveau absolu de pression auquel se situe la mesure differentielle et non pas ?' a la seule différence entre les deux pressions appliquées respectivement aux deux chambres de mesure; - la variation de volume de l'huile remplissant la chambre dtiso- liement9 sous l'effet des variations de températureS introduit nonseulement des erreurs de mesure supplémentaires mais imprime aussi aux membranes des contraintes pouvant aller jusqu'à provoquer leur rupture. A conventional differential pressure measurement device consists of two measurement chambers, each comprising a diaphragm piston-shaped wall9 the two membranes being arranged in parallel and a median isolation chamber, bounded in particular by the two membranes and containing a measuring element, generally with a strain gauge, mechanically coupled to the two diaphragm pistons The two pressures to be compared are applied respectively to the two measuring chambers and are exerted on either side of the isolation chamber9 which is filled with oil. Such a device has the following faults: - it may have a systematic measurement error due to a difference between the original mechanical characteristics of the two membranes; - a significant component of the response of the measurement element is due to the absolute level of pressure at which the differential measurement is located and not? ' has the only difference between the two pressures applied respectively to the two measurement chambers; - the variation in volume of the oil filling the distillation chamber9 under the effect of temperature variations S not only introduces additional measurement errors but also imposes stresses on the membranes which can go as far as causing them to rupture.

De tels dispositifs présentent donc une précision médiocre et nécessitent des étalonnages fréquents. L'invention vise à éliminer tous ces inconvénients. Such devices therefore have poor accuracy and require frequent calibrations. The invention aims to eliminate all these drawbacks.

Dans cet esprit, I'invention concerne donc principalement un dispositif de mesure de pression différentielle comportant deux chambres de mesure définies dans un boîtier et un élément de mesure, comme par exemple à jauge de contrainte, caractérisé en ce que lesdites chambres de mesure sont séparées par un unique piston de mesure mécaniquement couplé audit élément de mesure, en ce que, ce dernier étant placé dans une enceinte d'isolement remplie d'un liquide, l'une des chambres de mesure est adjacente à cette enceinte d'isolement et en ce quVau moins une partie de la paroi séparatrice entre l'enceinte d'isolement et ladite chambre adjacente est agencée en poche d'expansion, à volume variable, permettant d'égaliser à tout moment les pressions dans ladite chambre adjacente et dans ladite enceinte d'isolement. In this spirit, the invention therefore mainly relates to a differential pressure measurement device comprising two measurement chambers defined in a housing and a measurement element, for example with a strain gauge, characterized in that said measurement chambers are separate by a single measuring piston mechanically coupled to said measuring element, in that, the latter being placed in an isolation enclosure filled with a liquid, one of the measurement chambers is adjacent to this isolation enclosure and in that at least part of the separating wall between the isolation enclosure and said adjacent chamber is arranged in an expansion pocket, of variable volume, making it possible to equalize the pressures in said adjacent chamber and in said enclosure at any time 'isolation.

Ainsi, les erreurs systématiques dues aux- dispersions caractéristiques des membranes de mesure sont éliminées par construction du fait qu'on n'utilise qu'une seule membrane de mesure recevant directement sur chacune de ses faces les pressions à comparer. La chambre de mesure adjacente et enceinte d'isolement étant ainsi maintenues à la même pression, le couplage mécanique entre le piston de mesure et l'élément de mesure peut etre realisé simplement, par exemple grâce a une simple tige de liaison réunissant ces deux éléments et à une fine membrane séparatrice entre l'enceinte d'isolement et la chambre adjacente, cette membrane étant fixée de façon étanche à ladite tige.Comme il se doit, l'élément de mesure n'a aucun contact avec le fluide du circuit à contrôler mais les effets néfastes de la dilatation de l'huile de la chambre d'isolement sont éliminés par le fait que la membrane séparatrice précitée n'est soumise à aucune contrainte, la pression dans l'enceinte d'isolement étant constamment égale à celle de ladite chambre adjacente en raison de la présence de la poche d'expansion. Thus, the systematic errors due to the characteristic dispersions of the measurement membranes are eliminated by construction due to the fact that only one measurement membrane is used receiving directly on each of its faces the pressures to be compared. The adjacent measuring chamber and isolation enclosure being thus maintained at the same pressure, the mechanical coupling between the measuring piston and the measuring element can be carried out simply, for example by means of a simple connecting rod joining these two elements and to a thin separating membrane between the isolation enclosure and the adjacent chamber, this membrane being tightly fixed to said rod. As it should be, the measuring element has no contact with the fluid of the circuit to control but the harmful effects of the expansion of the oil in the isolation chamber are eliminated by the fact that the aforementioned separating membrane is not subjected to any stress, the pressure in the isolation chamber being constantly equal to that of said adjacent chamber due to the presence of the expansion pocket.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre de deux modes de réalisation d'un dispositif de mesure de pression différentielle conforme au principe de l'inventions donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un premier mode de réalisation dlun dispositif de mesure de pression différentielle conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un second mode. de réalisation. The invention will be better understood and other advantages thereof will appear better in the light of the description which follows of two embodiments of a differential pressure measurement device in accordance with the principle of the invention given solely to by way of example and made with reference to the accompanying drawings in which: - Figure 1 is a schematic sectional view of a first embodiment of a differential pressure measurement device according to the invention; - Figure 2 is a schematic sectional view of a second mode. of achievement.

Le dispositif de la figure 1 comporte un boîtier lli renfermant un unique piston de mesure 12 à membrane 12a et un élément de mesure 13. Deux chambres de mesure 14, 15 sont définies à l'intérieur du boîtier ainsi qu'une enceinte - d'isolement 16, remplie d'huile, renfermant ledit élément de mesure.Ce dernier est constitué d'une pièce métallique comportant à sa périphérie une couronne rigide 17 immobilisée dans une logement annulaire du boîtier et reliée par des bras flexibles 19 à une portion centrale 20 prolongée par une tige 21 fixée au centre du piston 12 Au moins une jauge de contrainte 22 est disposée sur un bras flexible 19 ; elle est connectée à des fils électriques, non représentés" accessibles de l'extérieur du boîtier Il. Le piston à membrane 12 sépare les deux chambres de mesure 14 et 15 La chambre 13 est celle qui est adjacente à l'enceinte d'isolement 16 ; elle est donc traversée par la tige 21 et une membrane séparatrice souple 23 est montée de façon étanche entre une paroi fixe 24 du boîtier 11, délimitant en partie la chambre 15 et la tige 21 pour permettre le libre débattement axial de cette dernière. La membrane 23 sépare donc l'enceinte diso- lement 16 de la chambre adjacente 15.La chambre de mesure 14 se prolonge par un moyen de raccordement essentiellement constitué par un orifice 25 tandis que la chambre 15 se prolonge par un moyen de raccordement comprenant un orifice 26, un espace annulaire 27 et des perçages 28. L'ensemble des orifices 25 et 26 constitue donc une prise de pression différentielle pour le raccordement à un circuit de fluide sous pression que l'on désire contrôler. The device of FIG. 1 comprises a casing 11i containing a single measuring piston 12 with a membrane 12a and a measuring element 13. Two measuring chambers 14, 15 are defined inside the casing as well as an enclosure - insulation 16, filled with oil, containing said measuring element. This latter consists of a metal part comprising at its periphery a rigid crown 17 immobilized in an annular housing of the housing and connected by flexible arms 19 to a central portion 20 extended by a rod 21 fixed to the center of the piston 12 At least one strain gauge 22 is arranged on a flexible arm 19; it is connected to electrical wires, not shown "accessible from outside the housing II. The diaphragm piston 12 separates the two measurement chambers 14 and 15 Chamber 13 is the one which is adjacent to the isolation enclosure 16 it is therefore crossed by the rod 21 and a flexible separating membrane 23 is mounted in leaktight manner between a fixed wall 24 of the housing 11, partially delimiting the chamber 15 and the rod 21 to allow the axial clearance of the latter. membrane 23 therefore separates the isolated enclosure 16 from the adjacent chamber 15. The measurement chamber 14 is extended by a connection means essentially constituted by an orifice 25 while the chamber 15 is extended by a connection means comprising a orifice 26, an annular space 27 and holes 28. The set of orifices 25 and 26 therefore constitutes a differential pressure tap for connection to a circuit of pressurized fluid which it is desired to control.

Selon une particularité importante de l'invention, au moins une partie de la paroi séparatrice entre l'enceinte d'isolement 16 et la chambre 15 est agencée en poche d'expansion 30, à volume variable dans les deux sens, c'est-à-dire pouvant se dilater ou se contracter. According to an important feature of the invention, at least part of the separating wall between the isolation enclosure 16 and the chamber 15 is arranged in expansion pocket 30, with variable volume in both directions, that is to say that is, able to expand or contract.

Dans l'exemple décrit, la poche 30 est largement engagée dans l'enceinte 16 et communique, par des perçages 31 et par l'espace annulaire 27, avec ladite chambre adjacente 15. Dans l'exemple de la figure 1, il s'agit d'une sorte de capsule anéroide, de forme générale annulaire9 ancrée par sa bordure externe à la paroi interne du boîtier 11, de part et d'autre d'une zone annulaire 33 de celle-ci dans laquelle débouchent les perçages 31. Le dispositif spécifiquement décrit en référence à la figure 1 comporte également une seconde poche d'expansion 30a matérialisée par un soufflet plat annulaire dont les deux bords circulaires sont fixés respectivement à la paroi latérale interne du boîtier 11 et à la paroi 24, au voisinage de la membrane 23.L'espace interne de la poche d'expansion 30a est mis en communication avec la chambre adjacente 15 au moyen de trous 35 pratiqués dans la paroi 24. Les poches d'expansion 30 et 30a pourraient aussi être remplacées par un ou plusieurs soufflets cylindriques, chaque soufflet étant fixé par son ouverture à la paroi 24 et communiquant avec la chambre adjacente 15 par un trou 35. I1 est clair que le dispositif qui vient d'être décrit permet une mesure précise de la pression différentielle puisque les deux pressions à comparer sont appliquées dans les chambres de mesure 14 et 15, de part et d'autre d'un même piston de mesure et qu'aucune force n'est susceptible d'être transmise à la tige 21 par l'intermédiaire de la membrane 23 puisque la pression dans l'enceinte d'isolement 16 est toujours égale à la pression dans la chambre adjacente 15,en raison des poches d'expansion 30 et 30a. En particulier, les variations de volume du liquide de l'enceinte d'isolement 16; sous l'effet des variations de température, sont sans effet sur le signal délivré par la jauge de contrainte 22.In the example described, the pocket 30 is largely engaged in the enclosure 16 and communicates, through holes 31 and through the annular space 27, with said adjacent chamber 15. In the example of FIG. 1, it acts as a sort of aneroid capsule, of generally annular shape9 anchored by its outer edge to the inner wall of the housing 11, on either side of an annular zone 33 thereof into which the holes 31 open. device specifically described with reference to FIG. 1 also includes a second expansion pocket 30a materialized by an annular flat bellows, the two circular edges of which are fixed respectively to the internal lateral wall of the housing 11 and to the wall 24, in the vicinity of the membrane 23. The internal space of the expansion pocket 30a is placed in communication with the adjacent chamber 15 by means of holes 35 made in the wall 24. The expansion pockets 30 and 30a could also be replaced by one or more bellows cylindri ques, each bellows being fixed by its opening to the wall 24 and communicating with the adjacent chamber 15 by a hole 35. It is clear that the device which has just been described allows precise measurement of the differential pressure since the two pressures compare are applied in the measurement chambers 14 and 15, on either side of the same measurement piston and that no force is capable of being transmitted to the rod 21 via the membrane 23 since the pressure in the isolation enclosure 16 is always equal to the pressure in the adjacent chamber 15, due to the expansion pockets 30 and 30a. In particular, the variations in volume of the liquid of the isolation enclosure 16; under the effect of temperature variations, have no effect on the signal delivered by the strain gauge 22.

Dans le mode de réalisation de la figure 2, les éléments de structure analogues portent les mêmes références numériques. Ce pendant, la paroi 24 est supprimée et une partie notable de la paroi séparatrice entre l'enceinte d'isolement 16 et la chambre de mesure adjacente 15 est constituée par plusieurs voiles annulaires déformables rJ.O, 41 et 42, assemblées respectivement deux à deux de façon à définir au moins une large enclave annulaire 45 de ladite chambre adjacente dans ladite enceinte d'isolement9 cette enclave matérialisant la poche d'expansion précitée Plus précisément, le bottier il comporte un prolongement interne cylindrique 46 à l'intérieur duquel est fixée la bordure externe de de la membrane séparatrice 23 et à l'extérieur duquel est fixée la bordure interne 47 du premier voile 40. Sa bordure externe 4S est fixée de façon étanche à la bordure externe 49 du second voile 41 et la bordure interne 50 de ce dernier dernier est fixée de façon étanche à la bordure interne 51 du troisième voile 42 dont la bordure externe 52 est fixée de façon étanche à la paroi interne du bottier Bli. In the embodiment of Figure 2, the similar structural elements have the same reference numerals. However, the wall 24 is removed and a significant part of the separating wall between the isolation enclosure 16 and the adjacent measurement chamber 15 is constituted by several annular deformable webs rJ.O, 41 and 42, assembled respectively two to two so as to define at least one large annular enclave 45 of said adjacent chamber in said isolation enclosure9 this enclave materializing the aforementioned expansion pocket More specifically, the shoemaker it has a cylindrical internal extension 46 inside which is fixed the outer edge of the separating membrane 23 and outside of which the inner edge 47 of the first web 40 is fixed. Its outer edge 4S is tightly fixed to the outer edge 49 of the second web 41 and the inner edge 50 of the latter is tightly attached to the inner edge 51 of the third web 42 whose outer edge 52 is tightly attached to the inner wall of the shoemaker Bli.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif de mesure de pression différentielle comportant deux chambres de mesure (14,15) définies dans un boîtier (11) et un élément de mesure (13), comme par exemple à jauge de contrainte, caractérisé en ce que lesdites chambres de mesure sont séparées par un unique piston de mesure (12) mécaniquement couplé audit élément de mesure, en ce que, ce dernier étant placé dans une enceinte d'isolement remplie d'un liquide, rune des chambres de mesure est adjacente à cette enceinte d'isolement et en ce qu'au moins une partie de la paroi séparatrice entre l'enceinte d'isolement et ladite chambre adjacente est agencée en poche d'expansion (30), à volume variable, permettant d'égaliser à tout moment les pressions dans ladite chambre adjacente et dans ladite enceinte d'isolement. 1. Differential pressure measuring device comprising two measuring chambers (14,15) defined in a housing (11) and a measuring element (13), such as with a strain gauge, characterized in that said measuring chambers are separated by a single measuring piston (12) mechanically coupled to said measuring element, in that, the latter being placed in an isolation enclosure filled with a liquid, one of the measurement chambers is adjacent to this enclosure isolation and in that at least part of the separating wall between the isolation enclosure and said adjacent chamber is arranged in an expansion pocket (30), with variable volume, making it possible to equalize the pressures in said adjacent chamber and in said isolation enclosure.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite enceinte d'isolement et ladite chambre adjacente sont en outre séparées par une membrane séparatrice (23) solidaire d'une tige de liaison (21) réunissant ledit piston de mesure (12) et ledit élément de mesure (13). 2. Device according to claim 1, characterized in that said isolation enclosure and said adjacent chamber are further separated by a separating membrane (23) secured to a connecting rod (21) joining said measuring piston (12) and said measuring element (13).

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite poche d'expansion est largement engagée dans ladite enceinte d'isolement. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that said expansion pocket is largely engaged in said isolation enclosure.

4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une poche d'expansion (30) précitée est matérialisée par une capsule anéroYde ou analogue ancrée à une paroi fixe dans laquelle est pratiqué au moins un perçage (31) établissant la communication entre la chambre adjacente (15) précitée et l'intérieur de ladite capsule. 4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a said expansion pocket (30) is materialized by an aneroID capsule or the like anchored to a fixed wall in which is made at least one bore (31) establishing the communication between the abovementioned adjacent chamber (15) and the interior of said capsule.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite capsule est de forme générale annulaire et est ancrée à ladite paroi fixe par sa bordure externe. 5. Device according to claim 4, characterized in that said capsule is of generally annular shape and is anchored to said fixed wall by its outer edge.

6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une poche d'expansion (30a) précitée est matérialisée par un soufflet plongé dans ladite enceinte d'isolement 6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a said expansion pocket (30a) is materialized by a bellows immersed in said isolation enclosure

7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qulune partie notable de la paroi séparatrice entre ladite enceinte d'isolement (16) et ladite chambre de mesure adjacente (15) est constituée par plusieurs voiles annulaires déformables (40, 41, 42) assemblés deux à deux de façon à définir au moins une large enclave annulaire (45) de ladite chambre adjacente dans ladite enceinte d'isolement, cette enclave matérialisant ladite poche d'expansion. 7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a substantial part of the separating wall between said isolation enclosure (16) and said adjacent measurement chamber (15) consists of several deformable annular webs (40, 41 , 42) assembled in pairs so as to define at least one large annular enclave (45) of said adjacent chamber in said isolation enclosure, this enclave materializing said expansion pocket.