Brevet FR2476305A1 — publié le 19810821

La présente invention concerne un dispositif pour mesurer la masse d'un fluide en mouvement, notamment pour mesurer la masse d'air comburant aspiré par un moteur à combus- tion interne, ce dispositif comportant au moins une résistance dont la valeur dépend de la température, et qui est placée dans le fluide en mouvement, la température et/ou la valeur de la résistance étant réglée en fonction de la masse en mouve- ment, et la grandeur de réglage est une mesure de la masse du fluide en mouvement. On connaît déjà un dispositif de ce type pour mesurer la masse d'un fluide en mouvement; ce dispositif com- porte comme résistance dépendant de la température, un fil chauf- fant placé dans l'anneau d'une sonde et tendu entre plusieurs points de fixation; ce fil est perpendiculaire à la direction du fluide en mouvement. On a constaté qu'une fine poussière de silicate, comme on en rencontre dans les régions poussiéreuses donne un revêtement gênant sur le fil chauffant qui limite la précision de la mesure et peut détruire le fil. Même le procédé de combustion, connu, utilisé pour les revêtements des fils chauffants, ne donne pas de résultat mais détériore même la si- tuation car les particules de poussière subissent un frittage qui les fixe sur le fil. La présente invention concerne un dispositif du type ci-dessus caractérisé en ce que la résistance, dont la va- leur dépend de la température, est un fil chauffant ou une ban- de chauffante, guidée d'une extrémité à l'autre, sur au moins trois points d'appui prévus dans un anneau de sonde, le fil ou le ruban chauffant étant incliné d'un angle compris entre 450 et 900 par rapport au fluide en mouvement. Le dispositif selon l'invention a l'avantage que le revêtement gênant qui pourrait se former sous l'effet de la poussière sèche sous le fil chauffant ou le ruban chauf- fant, est maintenu à un niveau suffisamment faible pour conser- ver totalement les avantages d'une combustion d'un nettoyage, efficace, en particulier pour les dépôts organiques. D'autres caractéristiques avantageuses de l'in- vention sont données dans la description. La présente invention sera décrite plus en dé- tail à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schémati- quement à l'aide des dessins annexés dans lesquels s 2- 24'476305 - la figure 1 est un schéma d'un dispositif pour mesurer la masse d'un fluide en mouvement, notamment pour mesurer la masse d'air comburant aspiré par un moteur à combus- tion interne, - la figure 2 est une vue en perspective schéma- tique d'un fil chauffant en forme de V, guidé par trois points d'appui, - la figure 3 montre un fil chauffant ou un ru- ban chauffant en forme de tube au niveau du point d'appui médians2 - la figure 4 est une coupe transversale d'un ruban chauffant, - la figure 5 montre une disposition du fil chauffant, perpendiculairement à la direction d'écoulement du fluide selon l'art antérieur, - la figure 6 montre une disposition du fil chauffant incliné par rapport à la direction de l'écoulement du fluide, selon l'invention. Description des exemples de réalisation - Selon la figure 1, le dispositif pour mesurer la masse d'un fluide en mouvement, notamment pour mesurer la masse d'air comburant aspiré par un moteur à combustion interne, comporte une résistance 10, dépendant de la température, qui est montée en pont avec une résistance 11, 11', dépendant de la température, une résistance 12 et des résistances 13, 14. Un amplificateur de réglage 15 faisant partie d'une installation de régulation 16 est branché sur la diagonale du pont. L'entrée inversée de l'amplificateur de réglage 15 est reliée par une résistance d'entrée 17 au point de jonction des résistances 11, 11' et 12; l'entrée non inversée de l'amplifi- cateur de réglage 15 est reliée par une résistance d'entrée 18 au point de jonction des résistances 13, 14. l'amplificateur de iéglage 15 est relié par deux lignes d'alimentation 19, 20 à une source de tension continue 21. Un condensateur de lissage 22 est en parallèle sur la source de tension continue 21. La sortie de l'amplifica- teur de réglage 15 est reliée au montage en série de deux ré- sistances 23, 24; la résistance 24 est reliée à la ligne d'ali- mentation commune 19. Les deux résistances 23, 24 forment un di- viseur de tension pour l'étage Darlington 25 qui forme>en com- binaison avec une résistance 26, une source de courant commadiée 3.- en tension pour l'alimentation en courant du montage en pont formé par les résistances 10, 11, 11', 12, 13, 14. Un diviseur de tension formé par les résistances 27, 28 se trouve entre les lignes d'alimentation communes 19, 20. L'anode de la diode 37 est reliée au point de jonction des résistances 27, 28 et la cathode de cette diode est reliée à l'entrée inversée de l'amplificateur de réglage 15. Entre l'entrée inversée de l'amplificateur de réglage 15 et la ligne d'alimentation commune 20, il est prévu un montage en série d'une résistance 29 et d'un condensateur 30; cette combinaison résistance-condensateur assure l'accord en fréquence du circuit de régulation sur le comportement dans le temps de la résistance dépendant de la température. Une résistance 31 est reliée au point de Jonc- tion des résistances 13, 14; cette résistance 31 peut être reliée à la ligne d'alimentation commune 20 par le chemin de commutation d'un transistor de commutation 32. La base du tran- sistor de commutation 32 est reliée à la sortie d'une bascule monostable 33 déclenchée par une impulsion fournie par l'inter- médiaire d'éléments de différentiation 34 par un contact d'al- lumage schématisé à la référence 35 de l'installation d'allumage du moteur à combustion interne ou encore par une impulsion four- nie par tout autre moyen. Le dispositif décrit ci-dessus fonctionne comme suit: la résistance 11, 11W dépendant de la température dans le montage en pont, est traversée par une intensité déterminée qui chauffe la résistance 11, 11' à sa température normale de fonctionnement? Dans une autre branche du pont, la résistance dépendant de la température prend une valeur qui caractérise la température du fluide en mouvement, par exemple l'air aspiré par le moteur à combustion interne. Il en résulte que comme si- gnal de référence pour la régulation du courant de chauffage du dispositif servant à mesurer la masse de l'air, on utilise toujours la température de l'air aspiré par un moteur à combus- tion interne. Suivant la masse de l'air aspiré, la résistance 11, 11' qui dépend de la température, est plus ou moins re- froidie. Cela désaccorde le montage en pont. Ce désaccord du montage en pont est compensé par réglage du fait que l'ampli- ficateur de réglage fournit un courant d'alimentation plus important au montage en pont par l'intermédiaire de la source 4.- de courant 23, 24, 259 26 commandée en tension. De cette façon, la température de la résistance 11, 11' dépendant de la tempéra- ture et ainsi la valeur de cette résistance, est maintenue à une valeur au moins approximativement constante. Le courant qui passe par le montage en pont est une mesure de la masse d'air qui passe dans le sens de la flèche 56 sur la résistance 11, 11' dépendant de la température. Le signal électrique correspondant, se détecte entre la borne 36 et la borne 39. Le diviseur de tension 27, 28 comportant la diode 37 facilite la mise en oeuvre de l'installation de régu- lation. Lors du branchement de l'installation de régulation$ on génère une tension d'environ 0,5 volt sur l'entrée inversée de l'amplificateur de régulation 15; cette tension permet une mise en route certaine de l'installation de régulation. Par contre, en fonctionnement normale la tension appliquée à l'en- trée inversée de l'amplificateur de réglage 15 est notablement au-dessus de cette tension initiale, si bien que la diode 37 est bloquée et le diviseur de tension 27, 28 ne peut plus agir sur la régulation. Pour pouvoir de temps en temps dégager les dép8ts à la surface de la résistance dépendant de la température, qui est en forme de bande chauffante 11 ou de fil-chauffant 11', on fait traverser cette résistance 11, 11t dépendant de la tem- pérature, par un courant plus important, après un certain cycle de mesure. Comme cycle de mesure, on peut par exemple choisir une certaine durée de fonctionnement du moteur à combustion in- terne. On peut également déclencher cette opération de combus- tion à chaque arrêt de l'installation d'allumage du moteur à combustion interne. Cela se produit lors de l'ouverture du com- mutateur ou contact d'allumage 35. Le signal correspondant est différencié pour commander la bascule monostable 33 et la mettre à son état instable. Pendant cet état instable de la bascule monostable 33, le transistor de commutation 32 est conducteur et il branche la résistance 31 en parallèle sur la résistance 14 du montage en pont. Cela provoque un fort déséquilibre du montage en pont formé des résistances 10, 11, l1', 12, 13, 14 et cela de façon telle que l'amplificateur de réglage 15 fournis- se un courant plus important au montage en pont, pour compenser ce deséquilibre. Ce courant intense chauffe la résistance 11, l1', dépendant de la température, pendant la durée de la commu- tation instable de la bascule monostable, à une température supérieure à la température normale de fonctionnement; on brule ainsi les résidus qui se trouvent à la surface de la résistance dépendant de la température. Il est particulièrement avantageux que le maté- riau constituant la résistance 11, 11' dépendant de la tempéra- ture9 soit du platine dont la structure soit stabilisée car ce matériau peut particulièrement bien être chauffé à des tempéra- tures élevées, Cela est très important pour la phase de combus- tion. De même, la résistance de référence 12 est avan- tageusement logée dans la section de passage du fluide, section indiquée par le trait mixte 38, par exemple dans la tubulure d'aspiration du moteur à combustion interne, car la chaleur de déperdition de la résistance de référence 12 peut alors être évacuée par l'air qui s'écoule dans la direction de la flèche 56. Les résistances 13, 14 sont avantageusement des résistances ré- glables pour permettre de régler le comportement en température du circuit de régulation. La figure 2 montre schématiquement en perspec- tive un anneau 40 de sondes qui peut également avoir toute autre forme avantageuse; cet anneau comporte 3 points d'appui paral- lèles 419 429 43. Les points d'appui 41, 42 et 43 permettent de tendre la résistance 11 dépendant de la température constituée par un fil chauffant 11' pour lui donner une forme de V. Seules les extrémités du fil chauffant 11 sont fixées au point d'appui d'extrémité 41 ou 42, par exemple par soudure ou brasure, alors que le fil passe librement sur le point d'appui 43. A la place du fil chauffant 11', on peut également prévoir un ruban chauf- fant Il comme cela a été décrit, dans l'anneau 40 de la sonde. La fixation du ruban chauffant 11 se fait aux points d'appui d'extrémité 41, 42 de préférence de façon linéaire, parallèle aux points d'appui pour éviter que le ruban chauffant Il ne se torde pas, ce qui modifierait l'échange thermique et ainsi la caractéristique, L'anneau 40 de la sonde a un coefficient de dilatation thermique correspondant au coefficient de dilatation thermique du ruban chauffaht 11 pour ne provoquer pratiquement aucune contrainte de traction ou de compression dans le ruban chauffant 11, du fait des variations de longueur du fil chauf- far.t l1' ou de l'anneau 40, par dilatation thermique, mais peut assurer que les variations d'écartement entre les points d'ap- pui 41, 42, 43, soient compensées dans une très large mesure. La fixation du fil chauffant 11' sans contrain- te de traction et de compression, est un élément extrêmement im- portant si le fil chauffant est par exemple utilisé comme dis- positif de mesure de la masse d'air dans la tubulure d'aspira- tion d'un moteur à combustion interne, La plage de température dont il faut tenir compte est en général comprise entre -300O +1200C. À cela s'ajoute une autre variation de température qui est conditionnée par le fonctionnement du fil chauffant 11i' ou du ruban chauffant 11i En outre, on met le fil chauffant ou le ruban chauffant à une température élevée pour le dégager par combustion, en brOZant les résidus qui se sont fixés à sa surface. Si cette température appliquée pendant un court instant provoque des variations de longueur du fil ou du ruban, elles pourraient induire des contraintes de traction et de pression si la fixation était rigide. La fixation en forme de V du fil chauffant 11t ou du ruban chauffant 11 et l'adaptation des coef- ficients de dilatation thermique de la bague 40 et du fil chauf- fant 111 ou du ruban chauffant 11, évitent dans une très large mesure d'induire des contraintes de traction ou de compression dans le fil llt ou le ruban 11 chauffants. De façon avantageuse# pour un fil chauffant 11 ou un ruban chauffant 11 en platine, la bague 40 de la sonde est réalisée en un alliage nickel-fer, dont le coefficient de dilatation thermique correspond, sen- siblement à celui du platine. Il est également possible de réa- liser l'anneau de la sonde en verre, notamment en verre au pla- tine. Le coefficient de dilatation thermique de ce verre corres- pond dans une très large mesure au platine, ce qui permet d'évi- ter pratiquement toute contrainte de traction ou de compression dans le fil chauffant 11' ou le ruban chauffant 11 lors de leur changement de température. Selon la figure 29 les points d'appui 41, 42, 43, parallèles entre eux, peuvent être recourbée. Au moins les pointe d'appui d'extrémité qui servent au passage du courant électrique sont isolés électriquement par rapport à l'anneau 40 tout en étant fixés sur celui-ci. La section médiane du fil chauffant i11 ou du ruban chauffant Il, qui passe sur le point d'appui 43) forme une boucle 44 et les segments du fil chauf- 7.- fant 111 ou du ruban chauffant 11 qui partent du point d'appui 43, sont reliés électriquement l'un à l'autre en 45 dans leur zone de contact; cette liaison est par exemple réalisée par brasure ou soudure. De cette façon, la boucle 44 est chauffée sans courant et non par le passage du courant. Le problème d'une évacuation thermique non définie du fil chauffant 11' ou du ru- ban chauffant 11 vers le point d'appui 43 n'existe plus lorsque le fil 11' ou le ruban 11 subit:es variations de longueur ou des décalages au niveau du point d'appui 43. Du fait de l'accrochage particulier au point d'appui 43, il est également sans importance que le fil il t ou le ruban 11 se soulève lé- gèrement du point d'appui 43 par suite des dilatations tn.rmi- ques, qu'il change de place ou se torde#. Il jst particulièrement important que la boucle 44, servant à la fixation du fil 11i ou du ruban 11 ait la forme représentée à la figure 3. Suivant la figure 3, l'angle d'en- roulement de la boucle 44 est inférieur à 1800. De plus, la for- me de la boucle 44 est choisie de façon qu'entre deux points d'application 46, 47 de la boucle 44 sur le point d'appui 43 et les deux points d'appui 48s 49 à partir desquels les segments de la boucle 44 se rejoignent vers la zone de contact 45, ne soient pas séparés d'une distance trop grande pour être sur que lors de la dilatation de la boucle 44, du fil 11i ou du ruban 11, on n'induise pas de contrainte mécanique dans le fil 11' ou le ruban 11, mais que la boucle 44 puisse se déplacer libre- ment sur le point d'appui 43 sur la distance "a". Pendant le fonctionnement, des particules en suspension dans l'air se déposent principalement sur la surface d'attaque de la résistance dépendant de la température 11, 11', surface d'attaque tournée dans le sens opposé de celui de l'é- coulement de l'air, et ces particules forment un dépôt qui, après une courte durée de fonctionnement, modifie la courbe ca- ractéristique de la sonde de mesure, provoque des erreurs de mesure, et m8me la destruction de la résistance dépendant de la température. La résistance 11 dépendant de la température (fi- gure 4) peut être réalisée en forme de ruban, avec une section par exemple oblongue, dont les petits c8tés 50, 51 ont une forme de demi- cercle. Les petits c8tés 50, 51 peuvent également avoir une forme en dièdre. L'épaisseur d des petits côtés 50, 51 est faible par rapport à la largeur b des grandes surfaces 52 8.- 2476305 du ruban chauffant 11 Dans un cas particulier, le rapport d/b est égal à 1/10 pour des dimensions égales a 0,02 mm/0,2 mmn. Pour que la sensibilité à l'encrassement du ruban chauffant soit aussi réduite que possible, le ruban chauffant passe sur des points d'appui 41, 42, 43 dans l'anneau 40 de la sonde de façon que les petites surfaces 50, 51 et dans le cas présent, la petite surface 50, constituent la surface d'attaque dirigée contre le courant d'air s'écoulant dans la direction 56, les surfaces larges 52 étant essentiellement dirigées dans le sens de l'écoulement. On réduit ainsi fortement le risque d'encras- sage de la sonde, ce qui permet d'obtenir un signal de mesure constant pour la sonde de mesure, et sur des périodes longues, en évitant également la destruction du ruban chauffant. Il est également possible de réduire encore plus le dép8t que la poussière de l'air forme sur le fil 11' ou le ruban 11, en inclinant le fil 11' ou le ruban 11 par rap- port à la direction d'écoulement de l'air 56. Une telle dis- position du ruban 11 est représentée à la figure 2. La figure 5 montre la disposition d'un fil chauffant 11, qui est placé de façon connue dans l'écoulement du fluide, de façon que la di- rection 56 de l'écoulement soit perpendiculaire à l'axe du fil chauffant 11'. La figure 6 montre la disposition d'un fil chauf- fant 11' selon l'invention, ce fil étant incliné de l'angle oc par rapport à la direction 56 de l'écoulement de l'air. L'angle oc est de préférence compris entre 450 et 90 . Du fait de l'in- clinaison du fil 11' ou du ruban 11, les particules de poussiè- re qui sont déplacées à la vitesse v dans la direction 56 de l'écoulement, ne rencontrent le fil 1l' ou le ruban 11 qu'avec une vitesse v1, plus faible, cette vitesse étant la composante perpendiculaire à l'axe du ruban 11 ou du fil 11'; par contre la composante v2 qui est parallèle à l'axe du fil ou du ruban entratne le décollage des particules de poussière du fil 11' ou du ruban 11. T'inclinaison du ruban 11 ou du fil 11' par rapport à la direction d'écoulement du fluide réduit l'énergie du choc des particules de poussière, ce qui réduit à son tour le dép8t des particules de poussière. REVEND I C A I 0 N S 1.- Dispositif pour mesurer la masse d'un fluide en mouvement, notammnent pour mesurer la masse d'air comburant aspiré par un moteur à combustion interne, dispositif comportant au moins une résistance dépendant de la température, placée dans le fluide qui s'écoule, la température et/ou la valeur de cette résistance étant réglée en fonction de la masse de fluide en mouvement, et la grandeur de réglage constitue un signal de mesure de la masse du fluide en mouvement, dispositif caractéri- sé en ce que la résistance(11, 11')dépendant de la température est constituée par un fil( 11') ou un ruban 11)chauffants, et d'une extrémité à l'autre, cette résistance passe sur au moins trois points d'appui(41, 42, 43)portés par l'anneau(40)d'une sonde, de façon que le fil(11')ou le ruban(11)chauffants soient inclinés d'un angle qX, par rapport à la direction de l'écoule- ment, cet angle étant compris entre 450 et 90 . 2.- Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le guidage sur un point d'appui(431 qui se trouve entre les points d'appui d'extrémité(41, 42),est fait par une boucle 44 du fil chauffant(11 i')ou du ruban(11)chauffant, les segments du fil ou du ruban qui partent du point d'appui(43) étant réunis de façon conductrice dans la zone de contact(45). 3.- Dispositif selon la revendication 2, carac- térisé en ce que le ruban chauffant(11)est placé dans l'écoule- ment du fluide de façon que la surface d'attaque du ruban chauf- fant(11l tournée contre l'écoulement, soit l'une des petites surfaces(50 et que les surfaces larges(52)soient essentielle- ment dirigées dans le sens de l'écoulement. 4.- Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que la liaison conductrice d'électricité des segments dans la zone de contact(4O de la boucle(44)est réalisée par soudure ou brasure. 5.- Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce que l'angle d'enroulement de la boucle(40)sur le point d'appui(43)correspondant est inférieur ou égal à 180o et il subsiste un intervalle entre les points d'application(46, 47)de la boucle(44)sur le point d'appui(43)et les points(48, 49) à partir desquels les segments de la boucle(44)se réunissent, cette distance permettant une dilatation sans contrainte du ru- ban chauffant(11)ou du fil chauffant(11 '). 9.-