Brevet FR2470957A1 — publié le 19810612

L'invention concerne un dispositif pour la mesure de la masse d'un fluide en circulation, notamment la mesure de la masse d'air d'aspiration d'un moteur à combustion interne, avec au moins une résistance dépendante de la température1 disposée dans le courant du fluide, dont la température, et/ou la valeur de résistance sont réglées Ea dépendance de la masse de fluide qui circule, la grandeur de réglage étant alors une mesure pour la masse de fluide circulant. On connaît déjà un dispositif de ce genre dans lequel; comme résistance dépendant de la température1 on utilise un fil de chauffage qui est tendu rigidement, dans un anneau de sonde, à travers plusieurs emplacements. En raison cependant des oscillations de température et de l8encrassementg notamment dans le cas d'emploi sur un véhicule automobile, le mode de fonctionnement particulier de ce fil de chauffage fait courir le risque de production rapide de rupture du fil, En outre, l'inconvénient réside dans une irrégularité de lJévacuation de la chaleur à travers les emplacements de montage du fil, ce qui compromet la précision de la mesure. L'invention a pour but d'éliminer ces inconvénients et concerne à cet effet un dispositif caractérisé en ce que la résistance dépendante de la température est constituée par une bande de chauffage qui est guidée, d'une extrémité à l'autre, sur au moins trois points d'appui prévus dans un anneau de sonde, le guidage ayant lieu au moins dans un point d'appui entre les points d'appui des extrémités de la bande sur une boucle de la bande, dont les extrémités sont réunies de manière conductrice; la bande étant placée dans le courant de fluide de telle manière que l'une des faces étroites soit opposée au courant de fluide tandis que les faces larges détendent en direction du courant. Ce dispositif présente l'avan4age que des oscilla- tions de température, notamment dans le;as d5emploi dans un véhicule automobileA et les variations de température nécessitées par le mode de fonctionnement de Ad bande de chauffage ne provoquent aucune erreur ni défaut c-e précision de la mesure0 Grâce au guidage de la bande de chauffage sur au moins un point d'appui situé entre les points d'appui d5xtré mitée en forme d'une boucle, on obtient que, en conséquence de la liaison électrique prévue entre les portions de bande qui 2 2470957 se touchent, la bande de chauffage soit exempte de courant en ce point d'appui. En outre, il est avantageux qu'il est sans importance que la bande de chauffage se soulève ou se déplace un peu en raison d'un allongement causé par la température au point d'appui entre les points d'appui d'extrémité, car cela n'a aucune influence sur la longueur efficace de la bande. La totalité de la longueur active de la bande se trouve en outre à l'extérieur du domaine de paroi voisin de l'anneau de sonde, de sorte que le défaut de précision de la mesure, dû aux conditions d'écoulement dans le domaine voisin des parois difficile à saisir, est évité. On assure également une combus- tion complète des résidus présents sur la bande, par des con- ditions favorables à un libre processus d'incandescence. La constitution de la résistance dépendante de la température sous la forme d'une bande de chauffage apporte l'avantage d'une faible sensibilité à l'encrassage et ainsi une constante très durable de la caractéristique de la sonde de mesure. L'invention décrit différentes mesures de réalisa- tion apportant des améliorations au dispositif. Les dessins annexés représentent un exemple de réalisation de l'invention - la figure 1 est un schéma d'un dispositif pour la mesure de la masse d'un fluide en écoulement, notamment pour la mesure de la masse d'air aspiré de moteurs à combustion. - la figure 2 est une représentation schématique d'une bande de chauffage guidée en forme de V à travers trois points d'appui. - la figure 3 montre une constitution en forme de boucle de la bande dans la zone du point d'appui médian. - la figure 4 est une vue en coupe transversale de la bande. Dans le dispositif représenté à la figure 1, des- tiné à la mesure de la masse d'un fluide en écoulement, notam- ment pour la mesure de l'air aspiré par un moteur à combustion interne est prévu un montage en pont, constitué par une résis- tance 10 dépendante de la température, une autre résistance 11 dépendante de la température, une résistance 12 et deux résis- tances 13 et 14. Un amplificateur de réglage 15 d'une installa- tion de régulation 16 est raccordé à la diagonale du pont. L'entrée à inversion de l'amplificateur de réglage 3 2470957 est reliée à travers une résistance d'entrée 17, au point de couplage des résistances 11 et 12, tandis que l'entrée sans inversion de l'amplificateur 15 est raccordée, à travers une résistance d'entrée 18, au point de couplage des résistances 13 et 14. L'amplificateur 15 est relié, par deux conducteurs d'alimentation 19 et 20, à une source de tension continue 21 et un condensateur de lissage 22 est monté en parallèle avec la source de tension continue 21. La sortie de l'amplificateur 15 est connectée au montage en série de deux résistances 23 et 24, la résistance 24 étant raccordée au conducteur commun d'alimen- tation 19. Ces deux résistances 23 et 24 forment un diviseur de tension pour un étage Darlington 25, qui, en commun avec une résistance 26, forme lui-même une source de courant commandée en tension, pour l'alimentation en courant du montage en pont composé des résistances 10, 11, 12, 13 et 14. Entre les conducteurs d'alimentation communs 19 et , est connecté un diviseur de tension constitué par deux résistances 27 et 28. Au point de couplage de ces résistances 27 et 28, est raccordée l'anode d'une diode 37, dont la cathode est reliée à l'entrée à inversion de l'amplificateur de réglage 15. Entre lentrée à inversion de l'amplificateur de réglage 15 et la canalisation d'alimentation commune 20, est connecté le montage en série d'une résistance 29 et d'un con- densateur 30. Cette combinaison de résistance et de condensa- teur sert à accorder en fréquence le circuit de régulation avec le comportement dans le temps des résistances dépendantes de la température. Au point de couplage des deux résistances 13 et 14, est reliée une résistance 31, qui peut 9tre connectée, à travers la jonction de passage d'un transistor de connexion 32, avec le conducteur d'alimentation commun 20. La base du tran- sistor 32 est reliée à la sortie d'un étage basculant monosta- ble 33, qui peut gtre déclenché par l'intermédiaire d'un organe différentiel 34 d'un contacteur d'allumage 35 de l'installation d'allumage du moteur à combustion interne, ou par une impulsion délivrée par tout autre moyen approprié. Le mode de fonctionnement du dispositif décrit est le suivant. A travers la résistance dépendante de la température 4 2470957 11 du montage en pont, s'écoule un courant déterminé qui chauffe cette résistance il et qui l'amène à sa température normale de service. Dans une autre branche du pont, la résistance dépen- dante de la température 10 prend une valeur de température qui caractérise la température du fluide qui circule, par exemple celle de l'air aspiré par le moteur. On obtient ainsi que, comme signal de référence pour la régulation du courant de chauffage du dispositif de mesure de la masse d'air, soit toujours utili- sée la température de l'air aspiré par un moteur à combustion interne. En fonction de la masse de l'air aspiré qui circule devant elle, la résistance dépendante de la température 11 se trouve plus ou moins refroidie, ce qui conduit à un changement d'accord du montage en pont. Ce changement du montage en pont est compensé par la régulation, du fait que l'amplificateur de réglage délivre, par l'intermédiaire de la source de courant 23, 24, 25 et 26, commandée par tension, un courant d'alimentation plus élevé pour le montage en pont, de sorte que la température de la résistance dépendante de la température 11, et ainsi sa valeur de résistancesont ramenéesà une valeur sensiblement constante. Le courant qui traverse le montage en pont est donc une mesure pour la masse d'air qui passe en direction de la flèche 56 devant la résistance dépendante de la température 11. Un signal électrique correspondant peut alors 9tre prélevé entre une borne 36 et une borne 39. Pour faciliter le démarrage de l'installation de régulation, sont prévus le diviseur de tension 27, 28 avec la diode 37. Lors de la mise en circuit de l'installation de régulation, est appliquée, sur l'entrée à inversion de l'ampli- ficateur de réglage 15, une tension d'environ 0,5 volt, qui permet un démarrage sûr de l'installation. En régime normal, par contre, la tension sur l'entrée à inversion de l'amplifica- teur se trouvera nettement supérieure à cette tension de démar- rage, de sorte que la diode 37 sera barrée et que le diviseur de tension 27, 28 n'exercera plus aucune influence sur les processus de régulation. Afin que la résistance dépendante de la température, décrite dans la suite sous la forme d'une bande dechauffage, soit de temps en temps libérée des dép8ts sur sa surface supé- rieure, il est prévu que, après un cycle de mesure prédéterminé, 2470957 un courant accru s'écoule à travers cette résistance. Comme cycle de mesure on peut choisir, par exemple, une durée de service déterminée du moteur et le processus de br lage des impurtés peut être déclenché avec chaque coupure de l'installa- tion d'allumage du moteur par mise hors circuit de l'interrup- teur d'allumage 35, Le signal correspondant est différencié et commande la bascule monostable 33 pour l'amener dans on état de connexion instable. Pendant cet état instable de la bascule 33u le transistor de connexion est conducteur et il connecte la résistance 31 en parallèle avec la résistance 14 du montage en pont. Ce montage en pont constitué par les résistances 10, 11, 12, 13 et 14 est fortement désaccordé, et cela dans un sens tel, que l'amplificateur de réglage 15 délivre dans le pont un cou- rant accru pour compenser ce désaccord. Ce courant accru chauffe la résistance dépendante de la température 11 pour la durée de l'état instable de la bascule, à une température située au-dessus de la température normale de service, de telle sorte que les dép8ts présents sur la surface supérieure de la résistance dépendante de la température sont br lés. On a constaté qu'il était particulièrement avanta- geux de prévoir que le matériau de la résistance dépendante de la température il soitconstitué par une bande platine à structure stabilisée, parce que ce matériau se prote particu- lièrement bien à un chauffage à des températures élevéeso ce qui est important pour l'opération de grillage des dép8ts. La résistance de référence 12 est avantageusement également montée dans la section d'écoulement indiquée par un cadre en traits points, par exemple dans le tuyau d'aspiration du moteur, car, dans ce cas, la chaleur de perte de la résis- tance de référence 12 peut être évacuée par l'air qui s'écoule en direction de la flèche 56. Les résistances 13 et 14 sont avantageusement constituées par des résistances réglables2 afin de pouvoir régler au préalable le comportement du circuit de régulation à la température. La figure 2 représente schématiquement un anneau de sonde 40, qoui pourrait naturellement présenter une autre forme, avec trois points d'appui 412 422 43 qui s'étendent parallèlement entre eux0 A l'aide des points d'appui 41, 42 et 432 la résistance dépendante de la température 11, constituée par une bande de chauffage 112 est tendue en forme de V0 Elle 6 2470957 est fixée seulement avec ses extrémités aux deux points d'appui extrêmes 41 et 42,par exemple par soudage autogène ou à l'étain, tandis qu'elle est guidée librement par-dessus le point d'appui 43r La fixation aux extrémités d'appui 41 et 42 est réalisée par une ligne parallèle aux points d'appui, de sorte que la bande ne peut pas se tordre, ce qui donnerait lieu à une modi- fication de la transmission de chaleur, et donc de la courbe caractéristique. L'anneau de sonde 40 est accordé, avec son coeffi- cient de dilatation thermique, au coefficient de dilatation thermique de la bandé de chauffage 11, de telle sorte que, des variations de longueur de la bande (et de l'anneau de sonde} dues à la dilatation thermique, ne provoquent aucune tension de traction ou de compression dans la bande 11, mais se trou- vent compensées largement par des variations de la distance entre les points d'appui 41, 42, 43. Ce montage exempt de tensions de traction ou de compression de la bande de chauffage 11 est extrêmement impor- tant, lorsque la bande doit par exemple être utilisée comme mesure de la masse d'air en circulation dans le tuyau d'aspi- ration d'un moteur à combustion interne. La marge de variation de température à considérer s'élève alors habituellement de -300C à +1200C. A cela s'ajoute encore un changement de tempé- rature qui est causé par le mode de fonctionnement de la bande. En outre, la bande est destinée, comme dit plus haut, à 8tre chauffée en outre à une température élevée afin de pouvoir brûler les dép8ts présents sur sa surface. Cette température passagère a pour effet des modifications de longueur de la bande qui provoqueraient des tensions de traction et de compres- sion si la bande était fixée de manière rigide. Le montage en forme de V de la bande de chauffage, et l'adaptation réciproque des coefficients de dilatation thermique de l'anneau de sonde 40 et de la bande de chauffage 11, s'opposent largement à l'apparition de tensions de traction et de compression dans la bande. Avantageusement, l'anneau de sonde 40, avec une bande de chauffage 11 constituée en platine, est fabriqué en un alliage nickel-fer, dont le coefficient de dilatation thermique correspond sensiblement à celui du platine. Il est également possible de constituer l'anneau de sonde en- verre, notamment en matériau dénommé verre-platine. Le coeffi- 7 2470957. cient de dilatation thermique de ce verre correspond en effet à celui du platine, de sorte que les tensions de traction et de compression sont évitées lors de variations de température de la bande ll1 Comme représenté dans la figure 2, les points d'appui 41e 42, 43 qui s'étendent parallèlement entre eux sont recourbés en forme de crochet. Au moins les points d'extrémité, qui servent à 1lamenée de courante sont isolés électriquement- de l'anneau de sonde 40 auquel ils sont fixés0 La portion médiane de la bande de chauffage Il qui est guidée au-dessus du point d'appui 43, forme alors une boucle 44. Les portions de bande qui se prolongent à partir du point d'appui 43 sont réunies entre elles en un contact conducteur de l'électricité dans une zone 45, par exemple par soudage l'une à l'autre. La boucle 44 est ainsi exempte de courant et n'est pas échauffée par celui-ci. Aucun problème ne se pose donc relativement à une évacuation de chaleur de la base de chauffage 11 vers le point d'appui 43, évacuation non contrôlable en raison des variations de longueurs et des déplacements de la bande. Grace à la sus- pension spéciale de la bande sur le point d'appui 43, il est également sans importance que la bande se soulève légèrement de l'appui en raison de dilatationsthermiques, ou de change- ments de position ou de torsions éventuelles. Il est particulièrement important de donner à la boucle 44, lors du montage de la bande.ll, la forme représentée dans la figure 3. Conformément à cette figure, l'angle d'enrou- lement de la boucle 44 est inférieur à 180 . En outre, la forme de la boucle est choisie de telle sorte que, entre deux points d'application 46 et 47 de la boucle sur le point d'appui 43, et deux points 48 et 49 à partir desquels les branches de la boucle se rapprochent en direction de leur zone de contact 45, se trouve une distance de grandeur suffisante pour permettre que, lors d'allongements de la boucle, aucune tension mécani- que ne soit produite dans la bande 11 la distance indiquée dans la figure par a assurant une litre mobileité de la boucle 44 sur le point d0appui 43. En général, sur la surface de la résistance dépenu dante de la température Il qui est opposée au courant de circulation de l'air, se déposent, pendant le fonctionnements des particules contenues dans l'air, qui forment des dép8ts.qui, 8 2470957 au bout de peu de temps, modifient la courbe caractéristique de la sonde de mesure, d'o résultent des erreurs de mesure, et qui peuvent même conduite à une destruction de la résistance. C'est pourquoi, la résistance dépendante de la température 11, est constituée, comme le montre la figure 4 par une bande ayant par exemple une section transversale en forme de fente allongée, dont les faces étroites 50, 51 sont en forme de demi-cercle, ou par exemple de forme conique. L'épaisseur d de ces faces étroites est de beaucoup inférieure à la largeur b des grandes faces 52 de la bande. Dans un cas particulier, le rapport b- peut être de 1 à 10 c'est-à-dire par exemple de 0,02 mm. Pour maintenir aussi faible que possible la tendance à l'encrassement de la bande, celle-ci est guidée, dans l'anneau de sonde 40e par-dessus les points d'appui 41, 42, 43, de telle manière que ce soit l'une des faces étroites 50, 51, dans le cas représenté la face étroite 50, qui soit disposée en face du courant d'air 56,tandis que les faces larges 52 s'étendent essentiellement dans le sens du courant d'air. La possibilité d'encrassement de la bande est ainsi fortement réduite, de telle sorte qu'une constance du signal de mesure est assurée pendant une longue durée de service, et que des destructions de la bande chauffante sont évitées avec certitude. 2470957, R E V E N D I C A T I 0 N S 1 ) Dispositif pour la mesure de la masse d'un fluide en circulation, notamment la mesure de la masse d'air d'aspiration d'un moteur à combustion interne, avec au moins une résistance dépendante de la température, disposée dans le courant du fluide, dont la température, et/ou la valeur de ré- sistance sont régléesen dépendance de la masse de fluide qui circule, la grandeur de réglage étant alors une mesure pour la masse de fluide circulant,-dispositif caractérisé en ce que la résistance dépendante de la température (11) est constituée par une bande de chauffage qui est guidée, d'une extrémité a l'autre, sur au moins trois points dwappui (41, 42, 43) prévus dans un anneau de sonde (40), le guidage ayant lieu au moins dans un point d'appui (43) entre les points d'appui (41, 42) des extrémités de la bande sur une boucle (44) de la bande (11), dont les extrémités sont réunies de manière conductrice, la bande étant placée dans le courant de fluide de telle manière que l'une des faces étroites (50) soit opposée au courant de fluide tandis que les faces larges (52) s'étendent en direction du courant. ) Dispositif suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que la liaison conductrice de l'électricité entre les portions de bande dans le domaine de contact (45) de.la boucle (44) est réalisée par soudage autogène ou a l'étain. 3 ) Dispositif suivant l'une des revendications 1 ou 2e caractérisé en ce que l'angle d'enroulement de la boucle (44) au point d'appui (43) est inférieur ou égal a 180 , et, entre les points d'appui (46, 47) et les points (48e 49) à partir desquels les extrémités de la bande (44) se rapprochent, est réservée une distance qui permet une libre dilatation de la bande et de la boucle. ) Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications 1 a 3, caractériséeen ce que la surface (50) de la bande de chauffage (11) qui est dirigée contre le courant d'écoulement du fluide est de forme hémisphérique ou conique.