Brevet FR2560379A1 — publié le 19850830

CAPTEUR A TuiRBULc=,M5ES REDUITES POUR LA MESURE DE VITESSE D'AIR PAR TEMPS DE TRANSIT La présente invention est relative à un nouveau mode de réalisation d'un capteur ionique à temps de transit pour la mesure de vitesse d'air dans une veine, notamment pour la détermination de la quantité d'air aspiree par un moteur à combustion interne. On connait déjà des capteurs de ce type et notamment celui décrit par le brevet 80/21400 de la demanderesse déposé le 7 Octobre 1980 avec le titre "capteur ionique à temps de transit de type différentiel. Une ou plusieurs pointes sont placées à proximité d'une parlai circulaire métallique du capteur, dans le flux gazeux dont on veut mesurer la vitesse. L'application d'un potentiel électrique temporaire, généralement positif, entre pointe (s) et paroi provoque la création d'ions qui sont accélrés par le champ électrique entre pointe et parni et entrainés par le flux gazeux jusqu'à une grille écran électrique qu'ils traversent. La détection du passage de ces ions par des électrodes convenablement disposées après la grille écran, permet de connaitre le temps de transit et donc la vitesse de l'air dans le capteur. Lorsque l'on cherche à construire un dispositif à temps de réponse rapide, c'est-à-dire, à temps de transit court, le mode de réalisation décrit dans le brevet ci-dessus convient nal : d'une part, les tensions recueillies sur les électrodes de mesure, maintenant rapprochées les unes des autres ains. que de la grille écran, sont sensibles aux mouvements tourbillonnaires crées par les supports d'électrodes et leurs enveloppes isolantes de plus, les ions sont généralement crées dans une zone peu favorable au point de vue écoulement, soit vers la périphérie, soit vers le centre perturbé par une électrode. Dans le cas du capteur précédent, on admettait en général ces tourbillons et l'on plaçait alors les électrodes réceptrices assez loin derrière la grille écran servant ainsi de stabilisateur d'écoulement, d'où un temps de reponse relativement élevé entre la création des ions et leur passage au niveau de la dernière électrode réceptrice. Outre part, la nécessité de blinder ou d'antiparasiter la connexion haute tension de l'ordre de 4 à 000 volts alimentant les pointes d'ionisation entraînait en général, un allongement de la durée de l'impulsion d'où des nuages d'ions pouvant présenter une structure en goutte d'eau allongée. Le nouveau mode de réalisation, objet de la présente invention, permet de minimiser les inconvénients précédents tout en apportant une solution à la realisation industrielle du dispositif. L'invention sera maintenant décrite à l'aide des cinq figures annexées. La figure 1 est une vue en coupe partielle du dispositif, l'air circulant de la gauche vers la droite de la figure. Seuls, les alentours immédiats de la veine diair ont été représentés. La figure 2 est une vue en coupe perpendiculaire à la précédente, la figure 1 correspondant à la coupe brisée repérée AA sur la figure 2. La figure 3 est une vue de côte d'une pièce de blindage interne du dispositif et destinée à entourer les electrodes de réception. La figure 4 est une vue en perspective coupée de l'en- semble du capteur, l'air circulant dans cette vue de la droite vers la gauche. La figure 5 donne le branchement électrique du capteur pour permettre une vue synthétique du fonctionnement. Reprenant la figure 1, l'enveloppe extérieure du capteur se compose de deux parties l'une 1 étant l'entrée d'air et l'autre 2 la sortie d'air. Ces pièces se prolongent l'une dans l'autre en ménageant une veine circulaire 3a, 3b, dans laquelle on a placé les parties actives du capteur disposées de manière à ne pas créer de tourbillons intempestifs. Les pièces 1 et 2 sont obtenues par moulage d'un matériau plastique isolant Dans un renfoncement circulaire 4 du canal 3a, 3b est placée une couronne conductrice 5 sur laquelle sont fixées une pluralité de pointes 6 dont une seule est représentée sur la figure 1. Ces pointes sont dirigées vers le centre de la veine 3a, 3b. Six pointes identiques ont été représentées sur la figure 2. La couronne 5 et la partie extérieure des aiguilles 6 sont noyées dans une targue isolante 7 en plastique prolongée en 8 à la base des pointes par des anneaux empilés comme sur les isolateurs des lignes électriques à haute tension pour allonger les lignes de fuite en surface. Une grille écran 9 en métal découpé mince et à mailles fines est placée parallèlement aux aiguilles et à une distance telle qu'il n'y ait pas risque d'éclair mais ais seulement ionisation légère de l'espace entre pointes 6 et grille cran 9. Une grille à mailles trop larges crée des singularités dans le champ électrique. Cette grille 9 est électriquement relise à une bague mstallique 10 enserrant la partie réception du capteur composée de 2 grilles métalliques découpées 11 et 12 disposes l'une derrière l'autre. Ces grilles sont à grosses mailles et d'une certaine épaisseur pour être bien rigides. Des entretoises isolantes 13, 14, 15 positionnent les grilles entre elles. La bague 10 présente plusieurs languettes déportées 16 (fig. 1 à 4) qui viennent s'insérer entre deux aiguilles et définir la forme du champ électrique entre elles. Sans ce dispositif, des potentiels de surface erratiques apparaissent sur les matériaux isolants d'où un f-onctionnement perturbé du capteur. Ces languettes 16 rétablissent aussi dans une certaine mesure l'intégrité aérodynamique de la veine 3a, 3b. Elles s'appuient sur des ailettes radiales 32 de la bague isolante 7. Cette disposition générale permet de ne pas placer les isolateurs 8 dans le courant d'air et donc d'éviter des tourbillons dont l'influence se ferait sentir au delà de la grille 9. Une languette 17 a été soulevÉe sur le hord de la bague 10 (fig. 1 et 4). Elle permet d'assurer le passage vers l'extérieur de la connexion des grilles 11 et 12. Sur les figures 2, 4, 5 est représentée une bobine d'induction 18 dont la sortie haute tension 19 ne laisse passer qu'une seule polarité par suite de la présence interne d'une diode 20 et externe d'une résistance 21 (figure 5). La sortie 19 est connectée en 22 à la couronne conductrice 5 et donc aux pointes 6. La bobine d'induction 18 est enferme dans une cavité 23 d'une extension latérale 24 de la partie 2 de l'enveloppe du capteur. Cette extension 24 porte aussi la prise de raccordement 25 du primaire 26 de la bobine d' induction. La languette 17 sert également à la liaison électrique de la masse 27 du câble blindé servant aux liaisons électriques 28 et 29 des grilles 11 et 12 vers un circuit électronique de mesure 30 (figure 5) de type connu t notamment par le Brevet déposé par la demanderesse le 4 novembre 1983 sous le numéro 83/17357 "Perfection- nement aux capteurs ioniques de débit gazeux à temps de transit". Ure source de tension continue 30 alimente en énergie la bobine d'induction 18 et le circuit électronique 30. L fonctionnement du dispositif est dans ses fondements physiques le mAme que celui decrit dans les brevets précédents mais les ions produits dans une partie adorable de la veine gazeuse peuvent s'y épanouir librement an suivant les lois de la diffusion et d'interaction entre particules et de ce fait, les signaux observes se rapprochent davantage des modèles de simu- latin thorqe. De bons resultats ont éte obtenus en constituant l'enveloppe 1 2 du capteur en polyoxymethylène copolymère connu sous le nom commercial d'HOSTAFORM, les hagues 13, 14, 15 en polysulfure de phenylène, les grilles en métal inoxydable au nickel sur une base fer ou cuivre la découpe etant mécanique ou chimique pour obtenir un taux de transparence de l'ordre de 90 % en section de passage. REVENDICATIONS 1. Capteur de débit d'air ou de gaz par mesure du temps de transit d'ions entre des électrodes (11, 12) placées dans la veine gazeuse (3a, 3b), caractérisé en ce que la zone d'émission des ions comprend une pluralité de pointes radiales (6) dont la partie pointue est tournée vers l'intérieur de la veine (3a, 3b), les dites pointes étant disposées parallèlement et à proximité d'une grille écran (9) perpendiculaire à la veine et servant de contre-électrode, une tension électrique périodique étant appliquée entre les pointes (6) et la grille écran (9),cette tension entant d'une amplitude suffisante pour provoquer l'ionisation et l'accé- itération des ions produits jusqu'à la dite grille écran (9). 2. Capteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le pied des pointes est entouré d'un isolateur électrique annelé de type haute tension (8) placé en retrait par rapport à la veine (3a, 3b). 3. Capteur selon les revendications 1 ou 2 caractérisé an ce que toutes les pointes (6) sont réunies entre elles par une couronne conductrice (5) placée en retrait à l'intérieur de l'enveloppe du capteur (1, 2) mais à l1extÉrieur de la veine (3a, 38). 4. Capteur selon les revendications I à 3 caractérise en ce que les électrodes de réception (11, 12), en forme de grilles planes sont placées à l'intérieur d'une bague métallique (10) de blindage incluant aussi la grille écran(9) et les connexions de sortie des électrodes de réception (27, 28, 29). 5. Capteur selon les revendications 1 à 4 caractérisé en ce eue la bague métallique (10) possède des languettes déportées (16) qui viennent se placer entre les pieds des aiguilles 6 au niveau de la paroi de la veine (3a, 3b) et reposent sur des ailettes(32)de la bague (7). 6. Capteur sel-on les revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'une bobine d'induction (18) dont la sortie haute tension (19) est reliée d'une part, à la couronne (5) et a' la grille écran-(9) est placée dans une cavité (23) d'une extension latérale (24) de la partie (2) de l'enveloppe du capteur. 7. Capteur selon les revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les mailles de la grille écran (9) sont plus fines que celles des électrodes de réception (11, 12). 8. Capteur selon les revendications 1 à 7 caractérisé en ce que les parties (1, 2) de l'enveloppe du capteur sont en polyoxymethylène copolymère ou un maté riau équivalent. 9. Capteur selon les revendications 1 à 8 caracterisé en ce que les entretoises (13, 14, 15) des grilles (9, 11, 12) sont en polysulfure de phenylane ou un matériau équivalent.