Brevet FR2509470A1 — publié le 19830114

( O L'invention concerne un dispositif pour mesure V la vitesse d'écoulement de gaz et de liquides, en particulier l'air aspiré par les moteurs à combustion interne, comportant une ou plusieurs résistances électriques dépendantes de la tem- pérature, qui sont en contact thermique avec le fluide en cir- culation, une ou plusieurs des résistances électriques étant chauffées à l'aide d'un combinateur, et la ou les résistances chauffées étant des résistances formées par une pellicule, qui - est constituée par une couche mince métallique sur un support isolant électrique. Afin de lutter contre la pollution de l'air, il est nécessaire de réduire les matières nocives produites dans les moteurs à combustion interne, en particulier ceux des auto- mobiles Ce but est atteint entre autre par une amélioration du processus de combustion A cet effet, il est nécessaire de disposer d'informations aussi précises que possible sur la quantité d'air aspiré à chaque instant, et ceci avec le moins de retard possible. Des anémomètres à fil chaud de différents types ont déjà été proposés pour mesurer les quantités d'air aspiré par les moteurs à combustion L'inconvénient principal des ané- momètres à fil chaud courants, est que les particules d'impu- retés entraînées avec l'air aspiré se déposent sur la résistance chauffée et modifient ainsi les caractéristiques propres du transfert calorifique. Le document DE-OS 3 035 769 propose l'-utilisation d'une résistance constituée par une pellicule métallique, qui a la forme d'une plaque, qui est orientée de façon parallèle à la direction de l'écoulement, et dont le chant parcouru par le courant est recouvert par une couche protectrice thermo- isolante Cette conformation permet de réduire de façon satis- faisante l'encrassement. La résistance électrique d'une résistance à pellicule métallique de ce type est avantageusement amenée à une valeur souhaitée par le fait que l'on produit, à l'aide d'un laser, des découpes dans la couche métallique, de façon à constituer un circuit sinueux Généralement dans les résistances à pellicule métallique de ce type, on choisit la géométrie du circuit telle que la résistance produite par unité de surface obtenue soit répartie de façon pratiquement uniforme sur toute 2 2509470 la surface de la résistance. Les temps de réponse obtenus avec des-résistances à pellicule métallique de ce type ne sont cependant pas satis- faisants, lors de modifications soudaines de la vitesse d'écou- lement, pour répondre aux exigences nécessaires pour la régula- tion d'un moteur à combustion interne On sait que les temps de réponse d'anémomètres de ce type, o la résistance est une pelli- cule métallique chauffée, sont d'autant plus courts que l'épais- seur du matériau support est faible Celle-ci ne peut être cepen- dant réduite à volonté car, compte tenu de la structure, la résistance faite d'une pellicule métallique chauffée doit être autoportante et doit avoir unestabilité mécanique suffisante. L'invention a donc pour objectif de réaliser un dispositif pour mesurer la vitesse d'écoulement de gaz et de liquides, en particulier l'air aspiré par les moteurs à combus- tion interne, comportant une ou plusieurs résistances électri- ques dépendantes de la température, qui sont en contact thermi- que avec le fluide en circulation, une ou plusieurs des résis- tances électriques étant chauffées à l'aide d'un combinateur, et la ou les résistances chauffées étant des résistances formées par une pellicule, qui est constituée par une couche mince métallique sur un support isolant électrique, dans lequel l'influence de l'encrassement est réduite dans une mesure satis- faisante, et le temps de réponse est obtenu lors de la modifica- tion de la vitesse de l'air est aussi court que possible. Selon l'invention, cet objectif est atteint en ce que les trajectoires de courant produites dans la couche métallique sont dimensionnées de telle sorte, que la résistance par unité de surface qui en résulte est dans un rapport constant avec le coefficient de conductibilité calorifique local. Le coefficient de conductibilité calorifique local est ici, pour une différence de température donnée A T entre la surface chauffée et le fluide en circulation, pour un courant thermique P amené localement par unité de surface; TP On est surpris de constater que grâce à ces mesures, le temps de réponse est réduit de façon déterminante. | O Les figures I et III représentent de façon schématique un mode de réalisation du dispositif selon l'inven- tion, tandis que la figure II représente une résistance à pelli- cule de type connu. La figure I représente la section transversale d'une résistance à pellicule 7, constituée par une couche mince métallique 1, sur un support 2 isolant électrique Cette résis- tance pelliculaire à la forme d'une plaque qui est orientée parallèlement au sens d'écoulement du milieu à mesurer Le coefficient de conductibilité calorifique local d'une résistance chauffée de ce type décroît de façon caractéristique dans le sens du courant avec l'augmentation de la distance jusqu'à l'arête parcourue par le courant. Les figures II et III représentent une vue plan de la couche métallique 2 d'une résistance à pellicule de ce type. La figure II représente de façon schématique une résistance à pellicule du type courant Entre les surfaces de contact 3 et 4, on produit au moyen de coupes 5 faites au laser, qui traversent la pellicule métallique 1, mais pas le support 2, un circuit 6 sinueux La résistance obtenue par unité de surface est ainsi pratiquement constante sur toute la surface. Afin de mesurer les vitesses d'écoulement, une résistance de ce type qui doit présenter un coefficient de température aussi élevé que possible, est chauffée de manière connue en soi, au moyen d'une régulation électrique, de façon qu'il s'établisse une élévation de température constante, c'est-à-dire une valeur de résistance moyenne Du fait que la densité de courant thermi- que prélevé sur l'écoulement, décrott avec l'augmentation de la distance de l'arête parcourue par le courant, il s'établit le long de la direction d'écoulement un profil de température. L'allure de profil de température dépend de la vitesse d'écoulement, de la conductibilité calorifique et de la forme géométrique du support La modification de la courbe de température en fonction de la vitesse d'écoulement conditionne le temps de réponse relativement élevé de ce dispositif connu. La figure III représente une résistance selon l'invention Le circuit 6 sinueux est réalisé ici de telle façon que la résistance par unité de surface et ainsi également la densité de capacité calorifique, décroissent dans le sens de l'écoulement, et ceci dans la même mesure que la densité de courant thermique évacuée Cette disposition permet de maintenir constante la température de toute la résistance, indépendamment de la vitesse d'écoulement. Les résistances en forme de pellicule revêtent de préférence la forme d'une plaque, et elles sont dirigées paral- lèlement à la direction de l'écoulement du fluide à mesurer La résistance électrique par unité de surface décro t dans le sens de l'écoulement, avec l'augmentation de la distance de l'arête de la plaque soumise au courant, dans la même proportion que le coefficient de conductibilité calorifique local Il est en outre souvent avantageux de recouvrir le chant de la plaque d'une couche de protection thermo-isolante et de recouvrir la couche métallique avec une couche de protection mince, bonne conductrice de la chaleur. R E V E N D I C A T I O N S ) Dispositif pour mesurer la vitesse d'écoule- ment de gaz et de liquides, en particulier l'air aspiré par les moteurs à combustion interne, comportant une ou plusieurs résis- tances électriques dépendantes de la température, qui sont en contact thermique avec le fluide en circulation, une ou plu- sieurs des résistances électriques étant chauffées à l'aide d'un combinateur, et la ou les résistances chauffées étant des résistances formées par une pellicule, qui est constituée par une couche mince métallique sur un support isolant électrique, dispositif caractérisé en ce que les trajectoires de courant ( 6) produites dans la couche métallique ( 1) sont dimensionnées de telle sorte, que la résistance par unité de surface qui en résulte est dans un rapport constant avec le coefficient de conductibilité calorifique local. 2 ) Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la ou les résistances ( 7) constituées d'une pellicule, ont la forme d'une plaque, qui est orientée parallè- lement à la direction de l'écoulement, la résistance électrique par unité de surface décroissant dans la direction d'écoulement lorsque l'écart avec l'arête qui reçoit cet écoulement augmente, dans la même proportion que le coefficient de conductibilité calorifique local. ) Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le chant de la plaque parcouru par le courant est recouvert d'une couche protectrice l'isolant contre la chaleur, et la couche métallique ( 1) est recouverte d'une couche protectrice mince, bonne conductrice de la chaleur.