Brevet FR2684443A1 — publié le 19930604

" Elément de mesure pour un dispositif servant à déterminer la masse d'un fluide en mouvement, notamment de l'air " La présente invention concerne un élément de mesure pour un dispositif servant à déterminer la masse d'un fluide en mouvement, notamment de l'air aspiré par des moteurs thermiques, avec un support ayant au moins une fente de séparation qui se termine par une extrémité de fente située dans le support.10 Dans de tels dispositifs connus comme dispositifs de mesure de la masse de l'air, les chemins résistants d'un capteur de température et d'une résistance de compensation ainsi que le chemin résistant de la résistance de mesure forment un pont15 de Wheatston avec deux résistances d'équilibrage, la tension de la diagonale du pont étant appliquée à un amplificateur de réglage La tension de sortie de l'amplificateur de réglage sert de tension de chauffage alimentant une résistance chauffante de20 l'élément de mesure. Dans un élément de mesure connu, du type défini ci-dessus, selon le document DE 36 38 138 Ai, pour le dispositif connu, la répartition des chemins résistants sur un support est conçue pour que les25 chemins résistants soient alignés parallèlement les uns par rapport aux autres dans la direction de l'écoulement Le chemin résistant correspondant à la résistance de compensation est situé entre le chemin résistant du capteur de température et le chemin résistant de la résistance de mesure, du même côté du support et le chemin résistant de la résistance de chauffage est prévu de l'autre côté du support, directement en regard du chemin résistant de la résistance de mesure Les différents chemins résistants sont séparés les uns des autres par des encoches réalisées dans le support, transversalement a la direction de l'écoulement, ce qui assure le couplage en température des chemins résistants Ces encoches font que le support présente trois doigts de même longueur et les deux premiers doigts dans la direction de l'écoulement portent chacun un chemin résistant et le dernier doigt dans la direction de l'écoulement porte le chemin résistant de la résistance de mesure et de la résistance de chauffage. Les extrémités des encoches diminuent par leur effet de coin dans le fond de l'encoche, la solidité du support En particulier au niveau du doigt intermédiaire dont la section d'encastrement aux deux extrémités est délimitée par chaque fois une extrémité de fente, la rigidité est fortement diminuée notamment pour des contraintes dynamiques Les encoches détruisent un flux de forces réparti régulièrement S'il n'y avait d'encoches, c'est-à-dire que ce flux de force est regroupé ou dévié Cela se traduit par des concentrations de contrainte dans le fond des encoches Dans ces zones, il se forme des pointes de contrainte qui dépassent nettement les contraintes nominales. Pendant le montage et sous l'effet des chocs transmis par le son du corps, les différents doigts de l'élément de mesure sont mis en oscillation et ces oscillations lorsqu'elles atteignent la fréquence propre, en liaison avec l'effet de fond de l'entaille de la fente de séparation sont a l'origine de pointes de tension considérables au niveau de l'extrémité de la fente des différents doigts de l'élément de mesure. Lorsque ces pointes de tension dépassent les valeurs caractéristiques de la résistance du matériau, ces pointes de tension engendrent des fissures à l'extrémité des fentes et peuvent le cas échéant provoquer la rupture du support. La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un élément de mesure correspondant au type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'au moins une fente de séparation présente un segment de tracé courbe, partant au moins partiellement d'une extrémité de fente. Cet élément de mesure offre l'avantage de réduire les pointes de tension aux extrémités des fentes de séparation du support d'une manière simple. Cela augmente la résistance du support d'un élément de mesure notamment pour des contraintes dynamiques. Cette résistance augmentée du support augmente également la fiabilité de l'élément de mesure. Suivant une autre caractéristique de l'invention au moins deux fentes de séparation sont réalisés et se terminent chacune par une extrémité de fente située dans le support et au moins une fente de séparation comporte au moins un segment partant d'une extrémité de fente, ce segment ayant un tracé courbe vers l'autre fente de séparation ou bien allant en s 'écartant de cette autre fente de séparation. Il est particulièrement avantageux que l'extrémité de la fente se présente sous la forme d'une partie élargie. La fragilité en particulier du doigt placé entre deux fentes peut être considérablement réduite du fait de la longueur différente des fentes concernées. La présente invention sera décrite ci- après de manière détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 montre un premier exemple de réalisation d'un élément de mesure correspondant à un premier exemple de réalisation d'un élément de mesure de la masse d'un fluide. la figure 2 montre un élément de mesure selon l'invention correspondant à un second exemple de réalisation d'un dispositif de mesure de la masse d'un fluide. Un premier exemple de réalisation d'un dispositif de mesure de la masse d'un fluide représenté à titre d'exemple à la figure 1 pour un dispositif servant à déterminer la masse de l'air aspiré par un moteur thermique, comporte un élément de mesure 1 soumis à l'action du fluide qui s'écoule (ici il s'agit de l'air); dans le cas de l'exemple d'un moteur thermique ce dispositif est placé dans la tubulure d'aspiration d'air ou dans une conduite de dérivation correspondante La direction d'écoulement du fluide est désignée par la flèche 2 L'élément de mesure 1 se compose par exemple d'un support rectangulaire 3 qui est subdivisé transversalement à la direction de l'écoulement par deux fentes de séparation 7, 8 par exemple parallèles à une surface d'attaque 4 de l'écoulement, dirigée vers l'amont, et une surface de fuite 5 dirigée vers l'aval, pour former par exemple trois doigts 9, 10, 11 de même longueur Les fentes 7, 8 peuvent être réalisées par exemple avec un laser dans le support 3 La fente 8 qui délimite partiellement le dernier doigt 11 en aval, comporte un segment 13 adjacent à l'extrémité de fente 12 située à l'intérieur du support 3, qui est recourbé en direction de l'autre fente 7 c'est-à-dire qu'elle présente une forme d'arc L'extrémité 12 de la fente 8 et l'extrémité 18 de la fente 7 se trouvent à la même distance d'un grand côté 41 du support 4 situé entre la surface 5 en aval et la surface 4 en amont. On peut également envisager une variante du support 3 par rapport au mode de réalisation représenté et décrit selon la figure 1 Dans cette variante, le segment 13 de la fente 8 possède un tracé courbe, qui s'écarte de la fente 7; en d'autres termes, ce tracé va en direction de la surface aval 5 comme cela est indiqué en traits interrompus sous la référence 13 '. Les extrémités 12, 18 des fentes de séparation 7, 8 constituent des encoches d'origine constructive pour le support 3, au niveau desquels la répartition régulière ou linéaire des contraintes est dérangée Dès que le tracé régulier des contraintes est interrompu, il s'établit un état de tension parasite au voisinage immédiat de l'encoche et cet état se combine aux contraintes qui agiraient dans le corps sans encoche soumis à la même charge L'élément déterminé est que la valeur de pointe de la contrainte maximale principale s'établit au niveau de ce point de dérangement Au fond de l'encoche qui est identique dans l'exemple de réalisation décrit avec l'extrémité 12 ou 18 de la fente, on rencontre des contraintes maximales, si bien que suivant que l'encoche est plus ou moins accentuée, on se situe plus ou moins au- dessus de la tension nominale qui se présenterait dans la pièce sans encoche Pour la résistance de la pièce (il s'agit ici du support 3) la tension maximale qui se crée dans le fond de l'encoche est la grandeur la plus importante. La charge mécanique appliquée au support 3 de l'élément de mesure 1 par les vibrations émises par le moteur thermique ainsi que les chocs conduisent à des pointes de tension en liaison avec l'effet d'encoche des extrémités de fente 12, 18 Lorsque ces pointes de tension dépassent la valeur caractéristique de la résistance du matériau du support 3 (la résistance permanente aux vibrations) des fissures partent du fond de l'encoche et conduisent à une rupture du support 3 si la surcharge reste appliquée. La charge de la section d'encastrement du doigt intermédiaire 10 est particulièrement défavorable, section située entre les extrémités 12, 18 des fentes de séparation 7, 8 et mettent ainsi en danger les deux côtés par la tension maximale engendrée dans le fond de l'encoche Le tracé courbe du segment 13 de l'encoche de séparation 8 réduit la tension maximale engendrée dans le fond de l'encoche formé par l'extrémité 12 de la fente, par comparaison à un support selon l'état de la technique et dont la fente de séparation présente un tracé droit. Un chemin résistant 14 est prévu sur chacun des doigts 9, 10, 11; le premier doigt 9 du chemin résistant 14 dans la direction de l'écoulement, correspond au capteur de température 15, le second doigt 10 correspondant au chemin résistant 14 d'une résistance de compensation 16 et le troisième doigt 11 comporte d'une part un chemin résistant 14 pour une résistance de mesure 17 et d'autre part un chemin résistant 14 pour une résistance chauffante 20 sur la surface Le capteur de température 15, la résistance de compensation 16 et la résistance de mesure 17 sont prévus sur un seul et même côté du support 3 alors que la résistance chauffante 20 se trouve par exemple du côté opposé Le long du grand côté fendu de l'élément de mesure 1, en regard du grand côté 41, on a cinq surfaces de contact 21-25 prévues à une certaine distance les unes des autres à la surface du support 3 qui porte également les chemins résistants 14 du capteur de température 15, de la résistance de compensation 16 et la résistance de mesure 17 Les surfaces de contact 21-25 sont reliées aux différents chemins résistants 14 par des chemins conducteurs 28 imprimés; la surface de contact 21 est reliée au capteur de température 15; la surface de contact 22 est reliée à la résistance de compensation 16 et la résistance de mesure 17; la surface de contact 23 est reliée à la résistance de mesure 23 et les deux surfaces de contact 24, 25 sont reliées à la résistance chauffante 20 En outre, un chemin conducteur 28 relie le capteur de température 15 à la résistance de compensation 16 qui peut être détectée par une surface de contact 26 Sur les surfaces de contact 21-25 de l'élément de mesure, on a également les autres éléments de commutation du dispositif de mesure de la masse du fluide selon le schéma représenté à la figure 1 Le montage en série du capteur de température 15 et la résistance de compensation 16 d'une part ainsi que de la résistance de mesure d'autre part avec les deux résistances 29, sont montés dans un pont de Wheatston dont la tension de la diagonale est appliquée à un amplificateur de réglage 31 en forme d'amplificateur différentiel L'alimentation électrique du pont de Wheatston est assurée par une source de tension constante 34 La tension de tension UA de l'amplificateur de réglage 31 est appliquée à la résistance chauffante 20. Le dispositif de mesure de la masse d'un fluide fonctionne d'une manière connue en soi Ce fonctionnement sera évoqué brièvement ci-après Le courant de sortie de l'amplificateur de réglage 31 chauffe la résistance chauffante 20 et la puissance de chauffage appliquée à la résistance chauffante 20 est déterminée principalement par la tension de la diagonale du pont sur l'amplificateur de réglage 31. La résistance chauffante 20 qui est en non contact thermique avec la résistance de mesure 17 est ainsi mise à une température supérieure, située bien au- dessus de la température du fluide qui s'écoule. Lorsque la quantité de fluide qui passe sur l'élément de mesure 1 change, du fait de la transmission thermique par convection, ainsi modifiée, cela change la température de la résistance de mesure 17 et désaccorde le pont de Wheatston L'amplificateur de réglage 31 change ainsi le courant de sortie destiné à la résistance chauffante 20 La boucle de régulation, fermée, compense ainsi les variations de la résistance de mesure 17 par apport et évacuation d'une quantité de chaleur, toujours en modifiant la puissance de chauffage de la résistance chauffante 20 pour que la résistance de mesure 17 soit toujours maintenue à une certaine température constante Le courant de chauffage ou la tension de sortie UA de l'amplificateur de réglage 31 est ainsi une mesure de la masse du fluide qui s'écoule Les variations de température de ce fluide sont compensées par la mise en route du capteur de température 15 et la résistance de compensation 16. Dans un second exemple de réalisation d'un dispositif de mesure de la masse d'un fluide selon la figure 2, on a utilisé les mêmes références pour désigner des composants identiques ou analogues par rapport à l'exemple de la figure 1 En variante de ce premier exemple selon la figure 1, la fente de séparation 7 est moins longue que la fente de séparation 8, si bien que l'extrémité 18 de la fente de séparation 7 est plus éloignée du grand côté 41 du support 3 que l'extrémité 12 de la fente de séparation 8 Cette longueur différente des fentes de séparation 7, 8 augmente la distance séparant les extrémités de fente 12, 18 et accentue ainsi la section d'encastrement du doigt médian 10 par rapport à un mode de réalisation avec les mêmes fentes de séparation, ce qui augmente la résistance mécanique du support au niveau de la section d'encastrement du doigt médian On augmente également la résistance du fait que l'extrémité 18 de la fente de séparation 7 est réalisée sous forme d'extension 36 par exemple en goutte d'eau ou sous toute autre forme et que la courbure du tracé courbe du segment 13 de la fente de séparation 8 soit diminuée par rapport à l'exemple de réalisation selon la figure 1. En variante de l'exemple représenté et décrit à la figure 2, on peut par exemple envisager une variante du substrat 3 pour laquelle le segment 13 de la fente de séparation 8 présente un tracé courbe, allant en s'écartant de la fente de séparation 7, comme cela est représenté sous la référence 13 '. Le nouvel élément de mesure convient notamment pour déterminer la masse de l'air aspiré, pour des moteurs thermiques à allumage commandé, alimentés par un mélange comprimé ou de l'air à comprimer, ou des moteurs à auto-allumage La réalisation décrite ci-dessus des fentes de séparation augmente la résistance mécanique du support 3 en particulier vis-à-vis des vibrations émises par le moteur thermique, ce qui allonge la durée de vie de l'élément de mesure. il REVENDICATIONS 1-) Elément de mesure pour un dispositif servant à déterminer la masse d'un fluide qui s'écoule notamment de l'air aspiré par des moteurs thermiques, avec un support ayant au moins une fente de séparation qui se termine par une extrémité de fente située dans le support, élément caractérisé en ce qu'au moins une fente de séparation ( 7, 8) présente un segment ( 13) de tracé courbe, partant au moins partiellement d'une extrémité de fente ( 12). ) Elément de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins deux fentes de séparation ( 7, 8) se terminant chacune par une extrémité de fente ( 12, 18) située dans le support ( 3), et au moins une fente de séparation ( 8) comporte au moins un segment ( 13) partant d'une extrémité de fente ( 12), ce segment ayant un tracé courbe vers l'autre fente de séparation ( 7). 3-) Elément de mesure selon la revendication il caractérisé par au moins deux fentes de séparation ( 7, 8) se terminant chacune par une extrémité de fente ( 12, 18) située dans le support ( 3), et au moins une fente de séparation ( 8) comporte au moins partiellement un segment ( 13 ') partant d'une extrémité de fente ( 12), ce segment ayant un tracé courbe allant en S 'écartant de l'autre fente de séparation ( 7). 4) Elément de mesure selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins une fente de séparation ( 7) se termine à son extrémité ( 18) par une partie élargie ( 36). )Elément de mesure selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les fentes de séparation ( 7, 8) ont des longueurs différentes.