Brevet FR2632063A1 — publié le 19891201

Dispositif pour mesurer le débit-masse de gaz La présente invention concerne un dispositif des- tiné à mesurer le débit-masse de gaz, en particulier le débit-masse d'air pour des véhicules automobiles à moteur à combustion interne, et qui comprend un pont de mesure dans l'une des branches duquel une résistance à- écoulement de gaz, en particulier une sonde à film chaud, baignée par le courant de gaz est montée en série avec une résistance de mesure et dans l'autre branche duquel une résistance de compensation détectant la température du gaz est montée en série avec une résistance fixe, la tension différentielle de pont dans la branche zéro du pont de mesure étant déter- minée et une grandeur de commande étant générée à partir de cette tension différentielle pour permettre à une soupape transistorisée se trouvant sur la voie d'alimentation de pont partant d'une source de tension continue d'être réglée par l'intermédiaire de son électrode de commande jusqu'à obtention de l'équilibre du pont, et la tension que présen- te la résistance de mesure après l'équilibrage du pont étant traitée comme étant représentative du débit-masse de gaz. C'est en particulier dans le domaine des disposi- tifs de commande de moteurs pour véhicules automobiles que se pose le problème consistant en ce qu'une tension conti- nue relativement faible d'une batterie, par exemple 12 volts, est disponible pour un fond perturbateur relative- ment important de, par exemple, 2 volts (de crête en crê- te). Ce fond perturbateur-est trop important, en comparai- son de la tension de régime, pour permettre une évaluation particulièrement exacte du débit-masse du gaz. Une stabili- sation de la tension ne suffit pas car il se produit des influences parasitaires par l'intermédiaire de capacités, etc. de sorte que le fond perturbateur risque a nouveau de s'introduire. En conséquence, la présente invention a pour but de perfectionner un dispositif du genre défini plus haut de telle manière que l'influence nocive du fond parasite soit dans une large mesure supprimée et que, pour un mode de construction relativement simple, puissent être obtenus des résultats de mesure plus exacts. Ce but est atteint, pour un dispositif destiné à mesurer le débit-masse de gaz, en particulier le débit- masse d'air pour des véhicules automobiles à moteur à combustion interne, et qui comprend un pont de mesure dans l'une des branches duquel une résistance à écoulement de gaz, en particulier une sonde à film chaud, baignée par le courant de gaz est montée en série avec une résistance de mesure et dans l'autre branche duquel une résistance de compensation détectant la température du gaz est montée en série avec une résistance fixe, la tension différentielle dans la branche zéro du pont de mesure étant déterminée et une grandeur de commande étant générée à partir de cette tension différentielle pour permettre à une soupape tran- sistorisée se trouvant sur la voie d'alimentation partant d'une source de tension continue d'être réglée par l'inter- médiaire de son électrode de commande jusqu'à obtention de l'équilibre du pont, et la tension que la résistance de mesure présente après l'équilibrage du pont étant traitée comme étant représentative du débitmasse de gaz, selon l'invention par le fait qu'à la source de tension continue est connecté un convertisseur de tension à courant continu qui génère à partir d'une faible tension continue une ten- sion continue d'alimentation accrue se détachant nettement du fond perturbateur véhiculé par les conducteurs et que la sortie du convertisseur de tension à courant continue est reliée au moins à l'électrode- de commande de la soupape transistorisée de telle manière que la grandeur de commande pour l'électrode de commande soit obtenue à partir de la tension continue d'alimentation accrue en la réduisant cha- que fois en fonction du débit de gaz. Grâce à ces mesures il est possible au moyen du convertisseur de tension à courant continu d'élever exclu- sivement le niveau de la faible tension continue à une ten- sion continue d'alimentation accrue, le fond perturbateur ne participant pas au processus de conversion, comme c'est le cas pour la transformation de tension dans un transfor- mateur. Même si le fond perturbateur pénètre, par l'inter- médiaire de capacités parasitaires ou analogues, à nouveau dans le réseau de la tension continue d'alimentation accrue le rapport signal/bruit plus élevé permet néanmoins d'ef- fectuer une évaluation satisfaisante du débit-masse de gaz. A cet égard il importe que la tension continue d'alimenta- tion accrue constitue la grandeur de commande maximale, mais susceptible d'être abaissée selon les besoins, pour - l'électrode de commande de la soupape transistorisée. Ainsi la partie à proprement parler essentielle du dispositif devient beaucoup moins sujette à des perturbations. Le convertisseur de tension à courant continu hache la tension continue appliquée du c8té entrée pour effectuer ensuite, après élévation du niveau de tension, un redressement et un filtrage subséquent, comme c'est le cas pour des organes connus de ce genre. Selon une autre caractéristique du dispositif de l'invention il est prévu un filtre antiparasite, de préfé- rence un filtre EMI, monté en aval de la source de tension continue et qui élimine des surtensions et perturbations. Ceci permet de mettre le dispositif d'abord à l'abri de surtensions et d'autres perturbations, avant que le conver- tisseur de tension à courant continu effectue la transfor- mation de tension et que la tension continue parvienne à différents éléments constitutifs du dispositif, comme par exemple la soupape transistorisée. La sortie du convertisseur de tension à courant continu est avantageusement connectée également à d'autres organes du dispositif, en particulier à un amplificateur différentiel détectant la tension différentielle du pont et/ou à un amplificateur de mesure utilisant la tension au niveau de la résistance de mesure et/ou à une source de courant de précision connectée à cet amplificateur. Ceci offre l'avantage qu'au moins les composants à puissance peu élevée du dispositif peuvent également être soumis à la tension continue d'alimentation accrue de façon à pouvoir fonctionner avec moins de perturbations. Il est particulièrement recommandable que la sou- pape transistorisée soit réalisée sous la forme d'un tran- sistor à effet de champ à porte isolée, ou Mosfet, puis- qu'un transistor à effet de champ peut être commandé prati- quement sans puissance et que par conséquent des perturba- tions à la sortie de la soupape transistorisée se trouvent dans une large mesure supprimées. Chaque fois que le débit- masse de gaz augmente la soupape transistorisée doit aussi rapidement que possible être interconnectée complètement afin qu'un nouvel équilibre de pont soit établi avec pour résultat une indication exacte du nouveau débit-masse de gaz. Ce processus est réalisable de façon à être beaucoup moins sujet à des perturbations avec un Mosfet qu'avec un transistor traditionnel, et ce en particulier en combinai- son avec la tension continue d'alimentation accrue, exempte de perturbations, du convertisseur de tension à courant continu. Une autre caractéristique du dispositif de l'in- vention consiste en ce que l'amplificateur différentiel déterminant la tension différentielle du pont est relié du côté sortie à la base d'un transistor pnp fonctionnant en montage à collecteur commun et dont l'émetteur est relié à l'électrode de commande de la soupape transistorisée, en particulier l'électrode porte du Mosfet, et à une résistan- ce menant à la sortie du convertisseur de tension à courant continu, l'amplificateur différentiel étant avantageusement un sous-ensemble intégré. Cette forme de réalisation permet d'obtenir l'équilibrage du pont toujours rapidement et exactement. A cet égard le transistor pnp fonctionnant en montage à collecteur commun et disposé à la sortie de l'amplificateur différentiel intégré offre l'avantage que la tension décalée de ce dernier n'exerce aucune influence défavorable. Il n'en serait pas de même si le transistor était un transistor npn fonctionnant en montage à émetteur commun car en cas de blocage de ce transistor, à savoir en vue de l'interconnexion de la soupape transistorisée, la tension décalée de l'amplificateur différentiel serait alors toujours gênante. Le dispositif de l'invention est avantageusement équipé d'un montage de démarrage qui lors de la mise en circuit du dispositif, afin de surchauffer la résistance à écoulement de gaz, court-circuite la résistance de mesure du pont de mesure durant un laps de temps déterminé, comme par exemple 100 ms, et/ou interconnecte la soupape transis- torisée complètement pour se mettre alors totalement hors circuit, et voit ensuite ses organes de réglage et de mesu- re entrer normalement en action lorsqu'un équilibrage du pont, conditionné par le courant de gaz, est atteint. Dans cette forme de réalisation le montage de démarrage présente avantageusement un interrupteur transistorisé, de préféren- ce un interrupteur à Mosfet, monté en parallèle avec la résistance de mesure. Cette forme de réalisation permet dès la mise en circuit du dispositif à la résistance à écoule- ment de gaz d'être légèrement surchauffée en un temps très court de par exemple 100 ms, afin qu'elle puisse ensuite se refroidir dans le courant d'air jusqu'à obtention de l'é- quilibre du pont, pour permettre ensuite l'entrée en action normale du dispositif. Grâce à ces dispositions la mesure du débit de gaz peut déjà avoir lieu très peu de temps après la mise en circuit du dispositif. En outre, le dispositif de l'invention peut être avantageusement équipé d'un amplificateur de mesure, auquel est reliée une source de tension de référence, pour produi- re une tension de sortie qui est fonction du débit-masse de gaz, c'est-adire de la tension au niveau de la résistance de mesure, et éventuellement d'une source de courant de précision pour produire un courant de sortie dépendant de la tension de sortie. Cette forme de réalisation permet d'obtenir des résultats de mesure très précis en fonction du débit de gaz et présentés sous la forme d'une tension de sortie et/ou d'un courant de sortie. Les organes nécessai- res à cette forme de réalisation peuvent, en vue d'accroi- tre la précision, également être soumis a la tension conti- nue d'alimentation accrue du convertisseur de tension à courant continu. A titre d'exemple le convertisseur de tension à courant continu fournit avantageusement une tension conti- nue d'alimentation élevée à environ 16 volts pour une ten- sion de la source de tension continue d'environ 12 volts, auquel cas un accroissement de tension d'environ 33 % suf- fit pour s'affranchir nettement du fond perturbateur et obtenir des résultats de mesure beaucoup précis. L'invention est expliquée plus en détail ci-des- sous à l'aide d'exemples de réalisation représentés aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue d'ensemble schématique d'un dispositif selon la présente invention; et la figure 2 représente le dispositif de la figure 1 plus en détail. Selon la figure 1 une source de tension continue , par exemple la batterie d'un véhicule automobile à mo- teur à combustion interne, produit une tension continue positive + UB qui, en passant par un filtre antiparasite 12, de préférence un filtre EMI, parvient à. un amplifica- teur de puissance 13, à un convertisseur de tension à cou- rant continu 20 et à un montage de démarrage 22. La tension continue est par exemple de 12 volts et le fond perturba- teur lié aux conducteurs est souvent de 2 volts (de crête en crête). L'amplificateur de puissance 13 alimente un pont de mesure 16. Dans l'une des branches du pont sont montées en série une résistance à écoulement de gaz RL baignée par le courant de gaz qui la refroidit, et une résistance de mesure RM, alors que dans l'autre branche du pont sont mon- tées en série une résistance de compensation RK détectant la température du gaz et une résistance fixe RF. La tension différentielle du pont, c'est-à-dire la tension dans la branche zéro du pont de mesure 16, parvient aux entrées positive et négative d'un amplificateur différentiel inté- gré 18 dont la grandeur de commande délivrée S est amenée à l'amplificateur de puissance 13. Le convertisseur de tension à courant continu 20 génère à partir de la tension continue +UB de, par exemple, 12 volts une tension continue d'alimentation plus élevée +UV qui, étant par exemple de 16 volts, est amenée entre autres à l'amplificateur de puissance 13, pour être plus ou moins fortement diminuée à l'aide de la grandeur de comman- de S issue de l'amplificateur différentiel 18 et d'être ainsi utilisée en tant que grandeur de commande effective pour l'amplificateur de puissance 13. Ce dernier peut donc, en fonction de la grandeur de commande effective, soumettre la voie de puissance directe s'étendant à partir des orga- nes 10, 12 jusqu'au pont de mesure 16 à une tension plus ou moins forte. Comme le montre plus en détail la figure 2, l'amplificateur de puissance 13 comporte, d'une part, une soupape transistorisée 14 sous la forme d'un Mosfet et, d'autre part, un transistor pnp 32 fonctionnant en montage à collecteur commun. Selon la figure 1 le montage de démarrage 22 veil- le à ce qu'après la mise en circuit du dispositif, d'une part, l'amplificateur de puissance 13 soit totalement interconnecté durant un court laps de temps de par exemple ms et que, d'autre part, se réalise un shuntage de la résistance de mesure RM par un interrupteur 24 monté en parallèle. Ainsi pratiquement toute la tension continue s'élevant par exemple à 12 volts peut être appliquée au pont de mesure 16 et être utilisée pour porter la résistan- ce à écoulement de gaz RL à la température de départ supé- rieure a celle de régime. Au terme d'un laps de temps dé- terminé s'effectue une mise hors circuit complète et un verrouillage du montage de démarrage 22 de sorte que la résistance a écoulement de gaz RL peut se refroidir dans le courant d'air jusqu'à obtention de l'équilibre du pont. Grâce à cette surchauffe de courte durée et le refroidisse- ment subséquent on obtient que le dispositif soit plus ra- pidement prêt a fonctionner. La tension que la résistance de mesure Rl présente après l'équilibrage du pont est amenée à un amplificateur Q de mesure 26 auquel est reliée une source de tension de référence 28, afin de produire une tension de sortie UA de par exemple 0 à S volts correspondant exactement au débit de gaz momentané. Cette tension est à son tour amenée à une source de courant de précision 30 afin de produire un cou- rant de sortie compris par exemple entre 4 et 20 mA corres- pondant au débit de gaz, permettant ainsi un raccordement à des systèmes de mesure industriels et à des dispositifs de commande pour véhicules automobiles. C'est précisément en cas de terminaison à basse valeur ohmique que le signal en forme de courant est insensible à des perturbations. Comme le montre en outre la figure 1, le conver- tisseur de tension à courant continu 20 alimente en l'oc- currence également divers autres organes du dispositif avec la tension d'alimentation accrue +UV ou avec une tension continue très stable et exempte de perturbations, ces orga- nes étant en l'occurrence l'amplificateur différentiel 18, le montage de démarrage 22, l'amplificateur de mesure 26, la source de tension de référence 28 et la source de courant de précision 30. La figure 2 représente le dispositif de la figure 1 plus en détail et ne sera donc expliqué de plus près qu'en ce qui concerne quelques détails. Il ressort de la figure 2 que l'étage de filtrage 12 offre une protection contre les surtensions par exemple au moyen d'une diode et élimine en outre des perturbations, avant que la tension continue +UB parvienne au convertis- seur de tension à courant continu 20, qui pour sa pour sa part délivre la tension continue d'alimentation accrue +UV, exempte de perturbations, aux différentes parties du dispo- sitif. En particulier, cette tension continue d'alimenta- tion parvient par l'intermédiaire d'une résistance 34 à l'électrode porte de la soupape transistorisée 14 réalisée sous la forme de Mosfet et à l'émetteur du transistor pnp 32 fonctionnant en montage à collecteur commun. Ce dernier transistor est relié par l'intermédiaire d'une résistance à la sortie de l'amplificateur différentiel 18. En fonction de l'état de fonctionnement du transistor 32 la tension continue d'alimentation +UV est donc amenée, inchangée ou plus ou moins réduite, à l'électrode porte de la soupape transistorisée 14. Aussit8t que le débit de gaz augmente la température de la résistance à écoulement de gaz RL baisse de sorte que le signal de sortie de l'amplificateur diffé- rentiel 18 s'accroit et ferme le transistor 32 davantage, ce qui a pour effet d'ouvrir davantage la soupape transis- torisée 14, afin de chauffer la résistance à écoulement de gaz RL à nouveau jusqu'à obtention de l'équilibre du pont. La tension que la résistance de mesure RM présente après l'équilibrage du pont est amenée aux autres organes de traitement, afin de produire à partir de ceux-ci la tension de sortie UA et le courant de sortie IA. Il ressort également de la figure 2 que l'inter- rupteur 24 court-circuitant l!a résistance de mesure RM du- rant la phase de démarrage est, comme la soupape transisto- risée 14, également réalisé en tant que transistor à effet de champ. Le dispositif selon l'invention convient surtout lorsque lors de la mesure du débit de gaz il ne se présente que des tensions d'alimentation relativement basses pour un fond perturbateur comparativement important et que des résultats de mesure exacts sont néanmoins souhaitables. 1 1 REVENDICATIONS 1 - Dispositif destiné à mesurer le débit-masse de gaz, en particulier le débit-masse d'air pour des véhicules automobiles à moteur à combustion interne, et comprenant un pont de mesure dans l'une des branches duquel une résistan- ce à écoulement de gaz, en particulier une sonde à film chaud, baignée par le courant de gaz est montée en série avec une résistance de mesure et dans l'autre branche du- quel une résistance de compensation détectant la températu- re du gaz est montée en série avec une résistance fixe, la tension différentielle de pont dans la branche zéro du pont de mesure étant déterminée et une grandeur de commande étant générée à partir de cette tension différentielle, pour permettre à une soupape transistorisée située sur la voie d'alimentation de pont partant d'une source de tension continue d'être réglée par l'intermédiaire de son électrode de commande jusqu'à obtention de l'équilibre du pont, et la tension que présente la résistance de mesure après l'équi- librage du pont étant traitée comme étant représentative du débit-masse de gaz, caractérisé en ce qu'à la source de tension continue (10) est connecté un convertisseur de ten- sion à courant continu (20) lequel génère à partir d'une faible tension continue (+UB) une tension continue d'ali- mentation accrue (+UV) se détachant nettement du fond per- turbateur véhiculé par les conducteurs, et en ce que la sortie du convertisseur de tension à courant continu est reliée au moins à l'électrode de commande de la soupape transistorisée (14) de telle manière que la grandeur de commande (S) pour l'électrode de commande soit obtenue à partir de la tension continue d'alimentation accrue en la diminuant en fonction du débit de gaz concerné. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé par un filtre antiparasite (12), de préférence un filtre EMI, monté en aval de la source de tension continue (l0)et qui élimine des surtensions et perturbations par filtrage. 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que la sortie du convertisseur de tension à courant continu (20) est également connectée à d'autres or- ganes du dispositif, en particulier à un amplificateur dif- férentiel (18) détectant la température différentielle du pont et/ou à un amplificateur de mesure (26, 28) traitant la tension que présente la résistance de mesure (RM) et/ou à une source de courant de précision (30) reliée à ce dernier. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que la soupape tran- sistorisée (14) est réalisée en tant que transistor à effet de champ à porte isolée, ou Mosfet. - Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que l'amplificateur différentiel (18) détectant la tension différentielle du pont est connecté du c8té de sa sortie à la base d'un tran- sistor pnp (32) fonctionnant en montage à collecteur commun et dont l'émetteur est connecté a l'électrode porte de la soupape transistorisée (14), en particulier à l'électrode porte du Mosfet, et a une résistance (34) menant à la sortie du convertisseur de tension à courant continu (20). 6 - Dispositif selon la revendication 5, caracté- risé en ce que l'amplificateur différentiel (18) est un sous-ensemble intégré. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédehtes, caractérisé par un montage de démarra- ge (20) qui lors de la mise en circuit du dispositif, afin de surchauffer la résistance à écoulement de gaz (RL), court-circuite durant un intervalle de temps déterminé, comme par exemple 100 ms, la résistance de mesure (RM) du pont de mesure (16) et/ou interconnecte la soupape transis- torisée (14) pleinement pour se mettre ensuite complètement hors circuit, et par le fait que les organes de réglage ainsi que de mesure entrent ensuite normalement en action au moment o un équilibrage, conditionné par le courant de gaz, du pont est atteint. 8 - Dispositif selon la revendication 7, caracté- risé en ce que le montage de démarrage (20) présente un in- terrupteur transistorisé (24), de préférence un interrup- teur à Mosfet, monté en parallèle avec la résistance de me- sure RM. 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisisé par un amplificateur de mesure (26), auquel est connectée une source de tension de -référence (28), pour générer une tension de sortie variable en fonction du débit-masse de gaz ou de la tension au ni- veau de la résistance de mesure (RM). 10 - Dispositif selon la revendication 9, caracté- risé par une source de courant de précision (30) pour pro- duire un courant de sortie variable en fonction de la ten- sion de sortie. 11 - Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé par une tension continue d'alimentation (+UV), élevée à environ 16 volts, du conver- tisseur de tension à courant continu pour une tension de la source de tension continue (10) d'environ 12 volts.