Brevet FR2808590A1 — publié le 20011109

'invention concerne un procédé pour déterminer un débit massique à l'aide d'un dispositif qui comporte des premier et second éléments chauffants, sont disposés dans un courant de gaz en tant découplés thermiquement l'un de l'autre et sont chauffés, ainsi 'un dispositif comportant deux éléments chauffants qui sont disposés dans un courant de gaz en étant découplés thermiquement l'un de l'autre. W0 96/00376 décrit un dispositif comportant deux éléments thermiques essentiellement identiques montés dans un circuit en pont. Sous l'expression "élement thermique" on désigne un composant qui peut être utilisé aussi bien en tant élément chauffant qu'en tant capteur de température. De préférence il est préférable d'utiliser ici des élements thermiques qui sont formés par des filaments résistifs qui dépendent de la température. Les deux éléments thermiques sont disposés symétriquement sur la face extérieure d'un tube et sont disposés l'un derrière l'autre dans la direction d'écoulement à l'intérieur du tube dans des zones à écoulement laminaire. En raison de la direction d'écoulement, on obtient au niveau des deux éléments thermiques, un refroidissement différent, la température du premier élément thermique dans la direction d'écoulement variant plus fortement que celle du second élément thermique disposé en aval. Les variations de température provoquent respectivement une modification relativement faible de la résistance des éléments thermiques, qui est utilisé pour déterminer le flux massique et peut être évalué d'une manière plus précise à l'aide du circuit en pont. En raison de la faible variation de la résistance, la précision de mesure est cependant relativement faible et l'influence de la mesure par exemple sous l'effet de variations de la température de l'environnement de mesure est élevée. En outre, il faut attendre que la température finale de l'élément thermique soit atteinte avant qu'une interprétation fiable des signaux puisse être exécutée. Ceci confère au dispositif une vitesse de mesure relativement faible. US 4 320 655 décrit un débitmètre massique comportant deux conducteurs électriques véhiculant le courant, destinés à être utilisés dans un milieu en écoulement à une température inférieure à 200 C, les conducteurs possédant chacun une résistance qui dépend de la température et étant réalisés selon la technique à couches minces, sur un substrat mince. L'un des deux conducteurs est chauffé et sert de résistance de mesure tandis que l'autre conducteur n'est pas chauffé et est utilisé en tant que résistance comparative. Les variations de résistance, qui apparaissent sur la base du milieu en écoulement, en ce qui concerne la résistance de mesure et la résistance comparative sont évaluées à l'aide d'un cablage des conducteurs dans un pont de mesure. Pour protéger le dispositif vis-à-vis d'un salissement et éviter erreurs de mesure, un revêtement mince en matière plastique est formé au-dessus de la résistance de mesure et la résistance de comparaison. DE 31 28 882 A1 décrit un dispositif pour mesurer vitesse d'écoulement de gaz et de.liquide, de préference 1 air d@aspiration de moteurs à combustion interne. Une ou plusieurs résistances électriques, qui dépendent la température, sont disposées de manière à être en contact thermique avec un milieu en écoulement et sont chauffees à 1 aide d'un circuit de régulation de telle sorte le courant de chauffage est une mesure de la vitesse de 1 écoulement. A cet effet le courant de chauffage est reglé au moyen de la résistance chauffée de telle sorte sa température reste constante. Pour compenser des variations de température du milieu en écoulement, on dispose dans le milieu une résistance qui dépend de la température. Même dans le cas de cet agencement, des salissements la résistance de comparaison peuvent conduire à erreurs de mesure. I1 se pose le problème d'indiquer un procédé simple et 1 utilisation d'un dispositif pour déterminer un débit massique m d'un gaz, qui permettent d'éviter dans une large mesure un salissement du dispositif utilisé. Le problème est résolu, en ce concerne le procédé, par le fait - que le premier élément chauffant chauffé à une température T1 et que le second élément chauffant est chauffé à une température T2 différente Tl, les températures T1 et T2 étant choisies supérieures à la température Ts du courant de gaz, - les températures T1 et T2 des deux éléments chauffants sont maintenues respectivement constantes, - qu un refroidissement des deux éléments chauffants par le courant de gaz est empêché par le fait qu'une puissance de chauffage Pl requise pour maintenir constante la température T1 et une puissance de chauffage P2 requise pour maintenir constante la température T2 sont modifiées, - la puissance de chauffage P1 est détectée au niveau du premier élément chauffant et que la puissance de chauffage P2 est détectée au niveau du second élément chauffant, et - qu une différence entre les puissances de chauffage Pl et P2 est formée et que cette différence est évaluée en tant que mesure du débit massique m du gaz. Sous l'expression "découplage thermique", il faut comprendre que l'on évite une influence thermique réciproque des éléments chauffants, en fonction de la précision de mesure recherchée. Les deux éléments chauffants devraient être chargés par des courants de gaz à une même température. Ceci est obtenu lorsque éléments chauffants sont disposés par exemple côte-à-côte dans le courant de gaz ou sont disposés l'un derrière l'autre en étant décalés dans la direction de circulation, de sorte que différentes parties du courant de gaz rencontrent les éléments chauffants. Dans ce procédé un avantage réside dans le fait que les deux éléments chauffants peuvent être chauffés à températures qui conduisent à une combustion de particules combustibles. Un salissement d'un élément chauffant est conséquent empêché dans une large mesure et une influence sur la mesure est évitée. Ceci est particulièrement avantageux lorsque le dispositif est placé dans le tuyau des gaz d'échappement d'un véhicule automobile étant donne que gaz d'échappement peuvent entrainer un nombre élevé de particules de suie. Une résistance de comparaison non chauffee, du type qui a été proposée dans l'état de la technique, serait recouverte inévitablement par la suie et ce recouvrement conduirait à une mesure erronée. Le procédé selon l'invention est basé sur le fait que puissance de chauffage P permettant de maintenir constante la température T au niveau d'un élément chauffant dépend du débit massique m et de la température Ts du courant de gaz. De façon simplifiée on a: (1) = a m (T1-Ts) P1 = puissance de chauffage au niveau de l'élément chauffant 1 en (W) (2) P2 = a m (T2-Ts) P2 = puissance de chauffage au niveau de l'élément chauffant 2 en (W) (3) IP1-P21 = (X m IT1-T2) 1 a = facteur de corrélation (dépend de la géométrie du dispositif de l'agencement des capteurs et de la conduite de gaz et des caractéristiques du gaz) Si en ce qui concerne les éléments chauffants il s'agit ce qu'on appelle des élements chauffants résistifs c'est-à-dire d'un composant électrique possédant une résistance R qui dépend de la température, pour maintenir constante la température T de 'élément chauffant il faut maintenir constante la résistance. La puissance de chauffage P est fournie ici par la formule (4) P = /R = 12.R En modifiant le courant I ou la tension U, on peut par conséquent modifier la puissance de chauffage P dans la résistance de manière que la résistance soit constante et que par conséquent également la température T soit constante. I1 faut calculer auparavant une fois pour toutes le facteur de corrélation a pour différents dispositifs de mesure ou le déterminer dans la pratique lors d'un essai, afin de déterminer l'association entre débit massique m et des puissances de chauffage ou des températures conformément à la relation (3). Il faut ajouter que d'autres évaluations possibles, par calcul ou à l'aide d'une technique de mesure, des puissances de chauffage des deux éléments chauffants ou des grandeurs déterminant la puissance de chauffage, à savoir la tension U et le courant I, doivent être également ici incluses expressément. Ainsi une évaluation des variations de la puissance de chauffage de cinq éléments chauffants est possible conformément au procédé selon l'invention pour déterminer le débit massique m, même si cela est plus 1 Pl-P21 m = ----------- m = débit massique du gaz en a x IT1-T21 (kg/unité temps) T1 = température de l'élément chauffant en (K) T2 = température de l'élément chauffant en (K) compliqué du point de vue de la technique de mesure et par calcul. La température Ts du courant de gaz peut être obtenue après calcul du débit massique m à 1 aide des relations (1) et (2). Naturellement pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention et pour des calculs, il est nécessaire d'utiliser un système électronique de commande et d'évaluation, qui assurément possède une évaluation usuelle d'une manière générale et par conséquent n'a à être représenté ici d'une manière particulière. Le calcul du débit massique m est d'autant plus précis qu'on choisit une valeur plus importante pour la différence entre Ts et T1 ou T2 ou entre T1 et . I1 s'est avéré approprié de choisir les températures T1 et T2 respectivement supérieures d'au moins 10 Kelvin à la température Ts. On choisit comme différence de température préférée entre les températures T1 et T2 une valeur de 100 Kelvin. Un avantage particulier du procédé selon l'invention est son extraordinaire rapidité lors de l'exécution de la mesure. Etant donné que la température au niveau des éléments chauffants est maintenue constante, la vitesse de la mesure dépend uniquement de la rapidité de fonctionnement du système électronique de commande nécessaire pour maintenir constante la puissance de chauffage. Il n'est par conséquent pas nécessaire de mettre en oeuvre des processus de chauffage ou de refroidissement, lors desquels il faut attendre l'obtention d'une température finale avant d'effectuer une évaluation fiable du signal. Le problème est en outre résolu par l'utilisation d'un dispositif comportant deux éléments chauffants, qui sont disposés d'une manière découplée thermiquement l'un de l'autre dans un courant de gaz pour la détermination de débits massiques dans un gaz, qui entraîne des particules combustibles. Sous l'expression "découplage thermique" il faut comprendre également ici qu'une influence thermique réciproque des éléments chauffants est évitée dans une large mesure. Les deux éléments chauffants devraient être chargés par des courants gaz situés à la même température. Les éléments chauffants peuvent être disposés côte-à-côte dans la direction écoulement ou être disposés l'un derrière l'autre dans la direction d'écoulement. Dans le cas de la disposition éléments chauffants l'un derrière l'autre dans la même partie du courant de gaz, il faut cependant choisir leur distance réciproque suffisamment élevée ou prendre dispositions pour que le courant partiel ait atteint à nouveau au moins approximativement sa température initiale, ou bien il faudrait choisir une disposition décalée pour les éléments chauffants, dans laquelle parties différentes du courant de gaz rencontrent les éléments chauffants. De façon idéale, les deux éléments chauffants ont des agencements identiques. forme de réalisation des deux éléments chauffants en tant qu'éléments chauffants résistifs est avantageuse étant donné qu'ainsi la température peut être maintenue constante de façon simple à l'aide de la résistance. Les éléments chauffants résistifs peuvent être formés d'un matériau conducteur pour les électrons et de préférence du platine résistant à la température et actif du point de vue catalytique. Le découplage thermique des deux éléments chauffants peut être également réalisé avantageusement en disposant ces éléments sous la forme de couches sur support, qui possède une conductibilité thermique inférieure à 10 W (mK)-1. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 montre l'utilisation d'un dispositif possible, et - la figure 2 représente un débit massique m mesuré dans des gaz d'échappement de moteur diesel. figure 1 représente un dispositif comportant deux éléments chauffants résistifs en platine 1, 2 disposés côte-à-cote dans le tuyau des gaz d'échappement 3 d'un véhicule automobile. Le premier élément chauffant résistif 2 est chauffé à une température T1 = 500 C et le second élément chauffant résistif 2 est chauffé à une température T2 = C. La puissance de chauffage P1 au niveau du premier élément chauffant résistif 1 et la puissance de chauffage P2 au niveau du second élément chauffant resistif 2 sont détectées et le débit massique m est déterminé à l'aide d'un système électronique de commande et d'évaluation 4. Les particules combustibles présentes dans le courant de gaz d'échappement, comme par exemple des particules de suie, brûlent immédiatement de façon pyrolitique, lorsqu'elles rencontrent l'un des éléments chauffants résistifs 1, 2. Par conséquent il ne se produit aucun salissement du dispositif. La figure 2 représente une courbe de mesure qui a été enregistrée avec un dispositif comportant deux éléments chauffants résistifs en platine conformément au procédé selon l'invention, dans les gaz d'échappement d'un véhicule automobile à moteur diesel. Le flux ou débit massique m (en kg/h) est représenté en fonction de la différence des puissances de chauffage IPl-P2 exprimées en (W). On peut voir nettement la possibilité d'évaluation remarquable du signal de mesure. REVENDICATIONS 1. Procédé pour déterminer un débit massique (m) à l'aide d'un dispositif qui comporte des premier et second éléments chauffants (1, 2), qui sont disposés dans un courant de gaz en tant découplés thermiquement l'un de l'autre et sont chauffés, caractérisé en ce - que le premier élément chauffant (1) est chauffé à une température Tl que le second élément chauffant est chauffé à une température T2 différente de T1, les températures T1 T2 étant choisies supérieures à la température Ts courant de gaz, - que les températures T1 et T2 des deux éléments chauffants ( , 2) sont maintenues respectivement constantes, - qu'un refroidissement des deux éléments chauffants (1, 2) par le courant gaz est empêché par le fait qu'une puissance de chauffage Pl requise pour maintenir constante la température Tl et une puissance de chauffage P2 requise pour maintenir constante la température T2 sont modifiées, - que la puissance de chauffage Pl est détectée au niveau du premier élément chauffant (1) et que la puissance de chauffage P2 est détectée au niveau du second élément chauffant (2), - qu'une différence entre les puissances de chauffage P1 et P2 est formée que cette différence est évaluée en tant que mesure du débit massique m du gaz. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température Ts du courant de gaz est déterminée après la détermination du débit massique. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les températures T1 et T2 sont choisies supérieures respectivement d'au moins 10 Kelvin à la température Ts. 4. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 3, caractérisé en ce qu'on choisit pour la différence entre les températures T1 et T2 une valeur de 100 Kelvin. Utilisation d'un dispositif comportant deux éléments chauffants (1, 2), caractérisée en ce que ces éléments chauffants sont disposés d'une manière découplee thermiquement l'un de l'autre dans un courant de gaz pour la détermination de débits massiques dans un gaz, entraîne des particules combustibles. Utilisation selon la revendication , caractérisée en ce que les éléments chauffants (1, 2) sont disposés l'un à côté de l'autre dans la direction d'écoulement. Utilisation selon la revendication , caractérisée en ce que les éléments chauffants (1, 2) sont disposés l'un derrière l'autre dans la direction d'écoulement. Utilisation selon l'une quelconque revendications 5 à 7, caractérisée en ce que les deux éléments chauffants sont de type identique. 9. Utilisation selon la revendication 8, caractérisée en ce que les deux éléments chauffants sont agencés sous la forme d'éléments chauffants résistifs. Utilisation selon la revendication 9, caractérisée en ce que les éléments chauffants sont formés d'un materiau conducteur pour les électrons. il. Utilisation selon l'une ou l'autre des revendications 9 et 10, caractérisée en ce que les éléments chauffants résistifs sont formés de platine. 12. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 5 à 11, caractérisée en ce que les deux éléments chauffants sont disposés sous la forme de couches sur un support, qui possède une conductibilité thermique inférieure à 10 W (mK) -1 .