Brevet FR2480432A1 — publié le 19811016

1.- 2480432 L'invention concerne un convertisseur mécanique électrique pour la mesure des pressions notamment pour la mesure de la dépression d'une tubulure dtaspiration dans un moteur à combustion interne, convertisseur mécaniqueélectrique pour la mesure de pressions avec une membrane influencée par la pres- sion à mesurer, avec un élément constitutif dépendant du champ magnétique, de préférence un élément constitutif à effet Hall, et avec un aimant permanent dont le champ magnétique délivre à la sortie de l'élément constitutif une grandeur électrique se modifiant en fonction de la pression, notamment une tension électrique, un second aimant étant en outre disposé sur le côté de l'élément constitutif à effet Hall opposé au premier aimant et les deux pôles de même nom des deux aimants étant' opposés. Dans le cas des convertisseurs de pression connus jusqu'à maintenant de ce type, par exemple selon le document DE-OS 16 73 938pun aimant permanent est prévu dans un circuit de fer, dans lequel l'élément constitutif semi-conducteur dépen- dant du champ magnétique (générateur de Hall),et en outre un entrefergsont disposés, et dans lequel plonge une pièce de régulation qui influence les lignes de force dans l'entrefer. De tels convertisseurs exigent toutefois une précision très élevée lors de leur réalisation et de leur réglage et comportent en outre 1' inconvénient que lorsqueils sont empbyés sur des véhicules automobiles ils ne peuvent être protégés contre les souillures qu'avec une dépense très importante. L'invention a pour but de créer un convertisseur de pression convenant surtout pour la mesure de la pression d'aspiration d'air dans des moteurs à combustion interne, et qui malgré sa construction simple présente uneprécision et une capacité de reproduction élevées des valeurs de pression. Pour résoudre ce problème l'invention concerne un convertisseur mécanique électrique caractérisé en ce que les deux aimants sont reliés rigidement entre eux ainsi qu'avec la membrane. Avantageusementeles aimantsede façon connue en soià,peuvent être constitués par une combinaison de Cobalt avec des terres rares notamment de Cobalt et de Samarium (CoSm). D'autres caractéristiques de l'invention permet- tent d'envisager d'autres formes avantageuses de l'invention. 2.- 2480432 L'invention va être décrite plus en détail en se référant à des exemples de réalisation représentés sur les dessins ci-joints dans lesquels les figures 1 à 7 représentent en coupe longitudinale totale ou partielle différents exemples de réalisation du convertisseur de pression conforme à l'inven- tion. Le convertisseur de pression selon la figure 1 est prévu pour 4tre installé dans la tubulure d'aspiration d'un moteur de véhicule non représenté et comporte un bottier métal- lique 1 avec un alésage longitudinal central 2 et un filetage 3 pour visser le convertisseur de pression sur la tubulure d'aspi- ration d'air. A cet effet il est prévu sur la partie d'extrémité inférieure du boîtier 1 un six pans extérieur 4. A l'intérieur du bottier 1 se trouve une membrane ondulée 5 bridée sur son bord. Cette membrane porte sur sa face inférieure opposée à un alésage central d'admission 6 un aimant permanent cylindrique inférieur 7 fabriqué à partir d'une combinaison de Cob&t et de terres rares et qui lors de l'inter- vention de pressions alternatives agissant sur la membrane 5 se déplace dans la direction de l'axe longitudinal 8 du conver- tisseur de pression. En face de cet aimant 7 est placé avec une distance axiale réduite un second aimant permanent 9 également disposé selon l'axe longitudinal 8equi tout comme l'aimant 7 est réalisé en CoSm. Les deux aimants 7 et 9 sont magnétisés longitudinalement de sorte que leur surfacesfrorales placées l'une en face de l'autre comportent la même polarité. A peu près au milieu entre les deux aimants est prévu un élément de Hall 10 quidans le cas d'une forme de réalisation préféréeyest réalisé sous la forme d'une partie d'un circuit de commutation à semi-conducteur (IC) monolithique et intégré, qui en plus de l'élément de Hall comporte une source de courant constante, un amplificateur et une compensation de température. Le circuit de commutation intégré délivre une ten- sion de sortie qui est proportionnelle à l'induction magnétique régnant à l'emplacement de l'élément de Hall et quiksi cela est nécessaireeest appliquée à un circuit d'exploitation indiqué en 11. Ceci permet par exemple la compensation et permet de régler le point zéro et l'acroissement de façon telle que lors du déplacement axial de l'aimant permanent supérieur une partie de courbe caractéristique linéaire soit parcourue. Le circuit _3 2480432 d'exploitation 11 peut être constitué par un circuit hybride et dans le cas de l'exemple de réalisation représenté il est monté dans une masse d'amortissement 12 présentant l'élasticité du caoutchouc pour Utre protégé contre l'influence des vibrations. Dans une forme de réalisation préférée, au lieu de l'élément de Hall il est utilisé un circuit hybride comportant un circuit intégré de Hall avec des possibilités de compensation, si bien qu'éventuellement le circuit d'exploitation 11 peut être sup- primé. Au lieu de l'élément constitutif à effet Hall d'autres éléments constitutifs sensibles au champ magnétique pourraient bien entendu également convenir (plaquettes de whamp, permal- loy, etc...). L'aimant permanent inférieur 9 servant à la compensation est placé à l'extrémité libre d'une vis de réglage 13 qui permet d'ajuster l'aimant 9 axialement et de régler l'induction zéro. De ce fait il est possiblessans autre diffi- cultéè,pour une déviation maximale d'environ 0,5 mm de l'élément permanent supérieur 7 d'obtenir une corrélation approximative- ment linéaire entre la pression agissant sur la membfane 5 et la tension de sortie. Sur la face inférieure du boîtier sont prévus trois contacts de raccordement électrique dont deux seulement, les contacts de raccordement 14 et 15, sont repré- sentés. Les avantages particuliers de l'indicateur de pression représenté consisterten ce que: 1.- L'emplacement de l'induction magnétique B = 0 se situe au milieu entre les deux aimants 7 et 9. 2.- L'induction B = 0 peut être facilement ajusté mécaniquement par déplacement de l'aimant de compensation 9 notamment lorsque la vis 13 est prévue avec un filetage fin. 3.- La commande peut partir de B = 0 ce qui a pour résultat que l'on se trouve dans une partie parfaitement linéaire du circuit intégré de Hall. 4.- L'identification d'une surpression ou d'une dépression résulte de façon simple de B > 0 ou B Ad 09 5.- En cas de déviation dans la zone d'induction nulle il en résulte une très bonne linéarité de la tension de sortie en fonction de l'induction. 6.- Comme il n'y a aucune induction de base (offset), une ampli- fication élevée est possible et donc une précision très élevée. 4.- 2480432 7.- Grace à la fixation du premier aimant contre la membrane aucun guidage mécanique pour les aimants n'est nécessaire. Sur la figure 2 est représenté un autre exemple de réalisation d'un convertisseur de pression conforme à llinven- tion, les pièces identiques ou ayant des fonctions identiques étant munies des mêmes numéros de références que dans la figure 1. A la différence de la figure 1 il est utilisé icipau lieu d'une membraneiune capsule manométrique 17 sur la face infé- rieure de laquelle est fixé l'aimant supérieur 7. Les autres parties constitutives de ce second exemple de réalisation coïncident avec celles de la figure 1. Dans le cas de l'exemple de réalisation selon la figure 3 on utilise également une capsule manométrique 17. Sur la face interne de cette capsule manométrique 17 est fixée une broche de maintien 18 contre laquelle est placé le circuit intégré de Hall 10 qui, lorsque la pression B se modifie est déplacé vers le haut ou vers le bas dans la direction de la flèche 19. L'aimant permanent supérieur 7 est tout comme l'aimant permanent inférieur 9, disposé à poste fixe et comporte un alésage central traversant 20 pour la broche de maintien 18. La figure 4 montre une autre forme de réalisation d'un indicateur de pression conforme à l'invention avec une membrane 5, laquelle à la différence de la figure 1 porte contre sa face inférieure le circuit intégré de Hall ou bien un circuit hybride 10. L'aimant permanent supérieur 7 est disposé au-dessus de la membrane 5, l'aimant inférieur 9 au-dessous de la membrane 5 à la même distance axiale du circuit intégré de Hall 10 que l'élément permanent supérieur 7. Tout comme dans les exemples de réalisation décrits jusqu'à maintenant ce circuit intégré est relié par des conducteurs de raccordement flexibles 21 lesquels si nécessaire sont raccordés à un circuit d'exploi- tation indiqué sur les figures 1 et 2 en 11 ou bien directement au raccordement de prise 14, 15. Dans le cas de l'exemple de réalisation selon la figure 5 les deux aimants permanents 7 et 9 sont tous deux disposés avec le circuit intégré de Hall 10 coaxialement les uns aux autres sur un axe transversal 23 s'étendant transversalement à l'axe longitudinal 8. Pour influencer en fonction de la pres- sion l'induction magnétique agissant à l'emplacement du circuit intégré de Hall 10, il est prévu contre la face inférieure de la capsule manométrique 17 une pièce conductrice 24 faiblement magnétique en forme de coin, qui pénètre plus ou moins profon- dément dans l'espace intermédiaire entre l'aimant permanent gauche 7 et le circuit intégré de Hall 10 et qui se déplace dans la direction de la flèche 25 parallèlement à l'axe longi- tudinal 8 du convertisseur de pression 8 lorsque la pression à mesurer se modifie. Pour les exemples de réalisation- selon les figures 2 à 5 les mêmes avantages évoqués à propos de la figure 1 sont valableso ' Les exemples de réalisation selon la figure 3 et la figure 4 comportent du fait que seul l'élément de Hall se déplace sur une membrane ou une capsule manométrique une linéa- rité particulièrement bonne de la tension de sortie en fonction de la pression. L'exemple de réalisation selon la figure 6 repré- sente une forme de réalisation préférée du dispositif conforme à l'inventiono Dans ce cas il est prévu tout comme dans le cas de la figure 3 et de la figure 5 une capsule manométrique 17, qui est placée sur un axe fileté 26 muni d'un pergage longitu= dinal 25, cet axe étant vissé plus ou moins profondément dans le fond 27 du boltier 1 pour ajuster la capsule manométrique 17 et pouvant être fixé dans sa position dtajustage par un contre= écrou 28. Contre la face interne de la membrane de la capsule manométrique 17 reliée à l'axe fileté est disposé à poste fixe le premier aimant 7 en CoSm. Cet aimant fait face par son pale frontal de même nom au second aimant 9 en CoSm, lequel est placé sur un axe fileté 29 réglable en direction de l1axe 8 du boîtier 1, axe qui se visse dans une paroi transversale 30o Entre les deux aimants 7 et 9 est disposé l'élément de Hall 10 auquel est associé le circuit intégré de Hall ou bien le circuit hybride, cet élément étant placé au centre de la capsule mano- métrique 17 contre la membrane opposée à l'aimant 7. Dans le prolongement de l'axe 8 il est éventuellement prévu un circuit intégré 11 pour l'exploitation de la tension délivrée par l'élément de Hall 10, ce circuit intégré étant fixé au moyen d'une masse d'amortissement 12. L'exemple de réalisation selon la figure 6 offre les avantages suivants: 1.- Très bonne linéarité, car l'élément de Hall 10 est déplacé 6.- 2480432 et les deux aimants 7 et 9 sont disposés à poste fixe. 2. L'utilisation d'une capsule manométrique est plus favorable du point de -vue de la linéarité et de la précision que celle d'une membrane individuelle. 3 3.= Réalisation très simple. L'exemple de réalisation selon la figure 7 repré- sente une autre forme préférée du dispositif conforme à l'inven- tion. Dans ce cas, tous comme dans les Figures 3, 5 et 6 il est prévu une capsule manométrique 17 dont les membranes sont déviées en fonction de la pression à mesurer. Sur la capsule manométrique 17 est fixé un étrier 30 constitué de deux étriers 300, 301 susceptibles de coulisser l'un par rapport à l'autre. Sur les branches de l'étrier 30 sont disposés deux aimants permanents 7 et 9 de façon telle que leursp8lesde même nom, dans l'exemple représenté les p8les nord, sont placés l'un en face de l'autre. Entre les branches de l'étrier 30 et donc entre les aimants permanents 7, 9 se trouve l'élément de Hall 10 monté à poste fixe. Si maintenant du fait de l'action de la pression les membranes de la capsule manométrique 17 sont déviées, les deux aimants permanents 7, 9 reliés à cette capsule manométrique se déplacent en fonction de la presàion. Comme les deux aimants 7, 9 sont déplacés, la courbe caractéristique de sortie de l'indicateur de pression: tension de sortie/pression présente une bonne linéarité, le point zéro pouvant 8tre réglé par un ajustement mécanique de l'étrier 30 par rapport à l'élément de Hall 10, tandis que par déplacement réciproque des pièces 300, 301 l'une par rapport à l'autre la pente de la courbe caracté- ristique peut être réglée séparément. Le point zéro et la pente peuvent égalemeit être réglés par surmagnétisation-démagnétisa- tion des deux aimants 7, 9. Les exemples de réalisation selon les figures 1, 2, 3, 5, 6 et 7 avec une capsule manométrique ondulée 17 peuvent bien entendu au lieu de la pression différentielle prévue sur ces figures mesurer aussi une pression absolue lorsque la capsule 17 est fermée. 7?. 2480432 REVENDICATIONS 1o- Convertisseur mécanique électrique pour la mesure de pressions avec une membrane influencée par la pres- sion à mesurer, avec un élément constitutif dépendant du champ D magnétique, de préférence un élément constitutif à effet Hall, et avec un aimant permanent dont le champ magnétique délivre la sortie de l'élément constitutif une grandeur électrique se modifiant en fonction de la pression, notamment une tension électrique, un second aimant étant en outre disposé sur le cÈté de l' élément constitutif à efft-Hall opposé au premier aimant et les deux p8les de même nom des deux aimants étant opposés, convertisseur mécanique électrique caractérisé en ce que les deux aimants (9, 10) sont reliés rigidement entre eux ainsi qu'avec la membrane (17)o 2.= Convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux aimants (9, 10) sont reliés entre eux par l'intermédiaire d2au moins un étrier (30) réglable par rapport à eux dans la direction de ces aimants (9, IO)^ 3 = Convertisseur selon lune quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les aimants (7, 9) sont constitués dtune combinaison Cobalt-terres rares notamment de CoSm. 4o Convertisseur selon lune quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le premier élément permanent (7) est disposé contre la membrane (5, 17) et en fait entre celle-ci et l'élément constitutif (o10) Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la caractéristique du convertisseur est ajustée par magnétisation et démagnétisa- tion définies des deux aimants (7, 9) par rapport au point zéro et à l'accroissement0