Brevet FR2855260A1 — publié le 20041126

Domaine de l'invention La présente invention concerne un élément de mesure pour un capteur de passage comportant un branchement de masse et cinq autres branchements. Etat de la technique Selon le document EP 0 955 524 A2 on connaît un capteur ou détecteur de passage pour déterminer la masse d'air aspirée par un moteur à combustion interne. Ce capteur comporte deux résistances chauffantes et deux capteurs de température de référence. A l'aide des 10 capteurs de température de référence on saisit la température de l'air passant sur le capteur de passage avant que l'air ne passe sur les résistances chauffantes. Les deux résistances chauffantes s'utilisent pour mesurer la masse d'air passant sur le capteur de passage. On utilise ainsi le fait que, grace à la première résistance chauffante dans la direction de passage qui 15 réchauffe l'air passant sur cette résistance, la seconde résistance chauffante en aval demandera moins d'énergie de chauffage que la première résistance chauffante pour atteindre une température prédéterminée. Le refroidissement de la première résistance chauffante dans la direction de passage aboutit à une résistance électrique réduite de cette résistance 20 chauffante alors que la seconde résistance chauffante réchauffée par l'air déjà réchauffé par la première résistance chauffante ne sera que faiblement refroidie si bien que la résistance électrique de la seconde résistance chauffante, toutes les autres conditions étant par ailleurs les mêmes, sera plus grande que celle de la première résistance chauffante. A partir de la 25 différence des résistances dépendant de la température entre la première résistance chauffante et la seconde résistance chauffante ou à partir de la différence de consommation d'énergie nécessaire pour maintenir constantes les températures, on détermine alors la masse d'air passant sur le capteur de passage. Il est également connu d'associer un capteur de température distinct à chaque résistance chauffante pour mesurer la température de la résistance chauffante. Ainsi, dans ce circuit, il y a deux résistances chauffantes, deux capteurs de température et deux capteurs de température de réfé35 rence ayant globalement deux points 2. 6 = 12 branchements. Pour installer ces 12 branchements sur une puce, la taille de la puce dépend entre autres du nombre de branchements. Or, le coût d'une puce dépend principalement de sa taille. Exposé et avantages de l'invention La présente invention concerne un élément de mesure du type défini ci-dessus, caractérisé par six branchements dont un branchement de masse, avec pour déterminer la température ambiante, un cap5 teur de température de référence relié au branchement de masse et au premier branchement, une première résistance chauffante reliée au branchement de masse et au second branchement, un premier capteur de température relié au branchement de masse et au troisième branchement, une seconde résistance chauffante reliée au branchement de masse et au 10 sixième branchement et un second capteur de température relié au branchement de masse et au cinquième branchement. Cela permet de réduire à six le nombre de branchements, ce qui diminue de manière significative la taille de la puce portant l'élément de mesure. Cela se traduit par une chute du coût de fabrication. De manière avantageuse, le capteur de température de référence et le premier capteur de température font partie d'un montage en pont, notamment d'un pont de Wheatstone. De même, il est avantageux que le capteur de température de référence et la seconde partie du capteur de température appartiennent à un montage en pont, notamment un pont 20 de Wheatstone. Comme le capteur de température de référence est utilisé à la fois dans le premier montage en pont et dans le second montage en pont, on réduit d'autant le nombre de composants électriques et de branchements sans détériorer le bon fonctionnement de l'élément de mesure selon l'invention. Il est en outre avantageux que la première tension de pont soit la tension appliquée entre le premier branchement et le troisième branchement et que la tension appliquée à la première résistance chauffante soit régulée en fonction de la première tension de pont. De façon analogue, il est avantageux d'avoir une seconde 30 tension de pont entre le premier branchement et le cinquième branchement et de réguler cette tension appliquée à la seconde résistance en fonction de la seconde tension de pont. Pour réguler la tension appliquée à la première résistance chauffante et à la seconde résistance chauffante, on peut utiliser avanta35 geusement des amplificateurs de différence et les montages en pont étant équilibrés par la tension de décalage des amplificateurs de différence ou des résistances du pont. Selon un développement avantageux de l'invention, le capteur de température de référence se compose d'une première résistance partielle avec en série sur celle-ci une seconde résistance partielle. Le fonctionnement de l'élément de mesure selon l'invention 5 sera amélioré si les capteurs de température présentent une résistance très supérieure à celle des résistances de chauffage. La réalisation de l'élément de mesure selon l'invention sera simplifiée si celui-ci comporte un substrat avec une couche résistante dans laquelle on aura dégagé par gravure les résistances chauffantes et I0 les capteurs de température. En même temps on peut dégager les lignes d'alimentation pour le branchement et la liaison des résistances chauffantes et des capteurs de température dans la couche résistante. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus i5 détaillée à l'aide de modes de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre la conception d'un élément de mesure selon l'invention, - la figure 2 montre le schéma de montage d'un capteur de passage 20 équipé d'un élément de mesure selon l'invention. Description d'exemples de réalisation La figure 1 montre une puce 1 1 portant l'élément de mesure selon l'invention. L'élément de mesure 1 1 fait partie du circuit du capteur de 25 passage représenté à la figure 2. L'intégration de l'élément de mesure 1 1 dans le circuit du capteur de passage sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de la figure 2. On constate tout d'abord que l'élément de mesure 1 1 est réalisé sous la forme d'une puce comprenant un substrat 13 portant une 30 couche résistante. Dans cette couche résistante on grave les composants de l'élément de mesure 1 1 qui seront décrits de manière détaillée ci-après. L'élément de mesure 1 1 a un branchement de masse 4 auquel sont raccordés tous les composants montés sur le substrat 13. Une première résistance chauffante RH,auf en forme de U est 35 reliée par un chemin conducteur 15 d'une part au troisième branchement 3 et d'autre part par un chemin conducteur 17 au branchement de masse 4. Dans la première résistance chauffante RH,auf on a un premier capteur de température RHF,auf. Un chemin conducteur 19 relie le premier capteur de température RHF,auf au troisième branchement 3, et un chemin conducteur 21 relie le premier capteur de température RHF,auf à la borne de masse 4. La direction de passage de l'air qui circule sur l'élément de 5 mesure 11 et dont on veut mesurer le flux ou débit massique est désignée par une flèche 23 à la figure 1. En aval de la première résistance chauffante RH,auf on a une seconde résistance chauffante RH,ab et un second capteur de température RHF,ab. La seconde résistance chauffante RH,ab est reliée par un chemin 10 conducteur 25 au sixième branchement 6 et par un chemin conducteur 27 au branchement de masse 4. Le second capteur de température RHF,ab est relié par un chemin conducteur 29 au branchement 5 et par un chemin conducteur 31 au branchement de masse 4. Les chemins conducteurs 21, 17, 27, 31 qui arrivent tous au branchement de masse 4 sont réalisés selon des chemins conducteurs séparés, jusqu'à proximité aussi poussée que possible du branchement de masse 4 pour éviter d'influencer réciproquement les régulations de température de la première résistance chauffante RHF,ab et de la seconde résis20 tance chauffante RH,ab. Enfin, l'élément de mesure 1 1 comporte également un capteur de température de référence RLF qui, dans l'exemple de réalisation de la figure 1, se compose de deux résistances partielles RLF, 1, RLF,2 branchées en série. Les résistances partielles RLF,1, RLF,2 sont reliées par les chemins 25 conducteurs 33, 35, 37 au premier branchement 1 et au branchement de masse 4. Le capteur de température de référence RLF peut également être formé par une résistance non représentée installée alors par exemple là o se trouve maintenant le chemin conducteur 35 sur le substrat 13. On décrira ci-après à l'aide de la figure 2 l'intégration de l'élément de mesure 11 dans le circuit électrique d'un capteur de passage. La désignation des composants de l'élément de mesure de la figure 1 a été reprise dans le schéma du montage de la figure 2. La même remarque s'applique également pour la désignation des branchements électriques 35 1...6. Selon la figure 2, le capteur de température RLF et la première résistance chauffante RHF,auf constituent en commun une première résistance de pont R1 et une seconde résistance de pont d'un premier pont de Wheatstone dont la tension de pont est prise entre les branchements 1 et 3. Cette tension de pont est appliquée à un premier amplificateur de différence 39 comme tension d'entrée. La tension de sortie du premier amplificateur de différence 39 est utilisée pour réguler la tension appli5 quée à la première résistance chauffante RH,auf et ainsi à la régulation de la température de cette première résistance chauffante RH, auf. Le capteur de température de référence RLF et le second capteur de température RHF,ab forment en combinaison avec la première résistance de pont Ri et une troisième résistance de pont R3, un second 10 pont de Wheatstone. La tension de ce second pont de Wheatstone est appliquée aux bornes 1 et 5 de l'élément de mesure 11 (voir figure 1). Cette seconde tension de pont est appliquée comme tension d'entrée à un second amplificateur de différence 41. La tension de sortie du second amplificateur de différence 41 sert à réguler la puissance de la seconde 15 résistance chauffante RH,ab. La tension de sortie du second amplificateur de différence 41 est appliquée entre les branchements 6 et 4 de l'élément de mesure 11. Les tensions de sortie du premier amplificateur de différence 39 et du second amplificateur de différence 41 sont appliquées à un 20 soustracteur 43 qui en déduit une tension de sortie UA pour le capteur de passage. Cette tension de sortie UA est le signal de sortie du capteur ou détecteur de passage. Grâce aux tensions de décalage réglables du premier amplificateur de différence 39 et du second amplificateur de différence 41, on 25 peut compenser le premier montage en pont et le second montage en pont. Une variante de compensation peut également se faire en modifiant les résistances de pont R1, R2, R3. REVEND I CATIONS 1 ) Elément de mesure pour un capteur de passage comportant un branchement de masse (4) et cinq autres branchements (1, 2, 3, 5, 6), avec: pour déterminer la température ambiante, un capteur de température de 5 référence (RLF) relié au branchement de masse (4) et au premier branchement (1), une première résistance chauffante (RH,auf) reliée au branchement de masse (4) et au second branchement (2), un premier capteur de température (RHF,auf) relié au branchement de o0 masse (4) et au troisième branchement (3), une seconde résistance chauffante (RH,ab) reliée au branchement de masse (4) et au sixième branchement (6) et un second capteur de température (RHF,ab) relié au branchement de masse (4) et au cinquième branchement (5). 15 2 ) Elément de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de température de référence (RLF) et le premier capteur de température (RHF,auf) font partie d'un montage en pont, notamment d'un pont 20 de Wheatstone. 3 ) Elément de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de température de référence (RLF) et le second capteur de tem25 pérature (RHF,ab) font partie d'un montage en pont, notamment d'un pont de Wheatstone. 4 ) Elément de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que une première tension de pont est prélevée entre le premier branchement (1) et le troisième branchement (3). 5 ) Elément de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce que la tension appliquée à la première résistance chauffante (RH,auf) est régulée en fonction de la première tension de pont. 6 ) Elément de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on prélève une seconde tension de pont entre le premier branchement et le cinquième branchement (5). 7 ) Elément de mesure selon la revendication 6, caractérisé en ce que la tension appliquée à la seconde résistance chauffante (RHab) est régulée en fonction de la seconde tension de pont. 1o 8 ) Elément de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que la régulation de la tension appliquée à la première résistance chauffante (RH,.auf) et celle appliquée à la seconde résistance chauffante (RH,ab) se fait à l'aide d'un amplificateur de différence (39, 41). 15 9 ) Elément de mesure selon la revendication 8, caractérisé en ce qu' on équilibre les montages en pont par la tension de décalage des amplificateurs de différence (39, 41). 20 10 ) Elément de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de température de référence (RLF) se compose d'une première résistance partielle (RLF, 1) et d'une seconde résistance partielle (RLF, 2) bran25 chées en série. 11 ) Elément de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de température (RHF, RHFab, RLF) ont une résistance beaucoup 30 plus grande que les résistances chauffantes (RH,auf, RH,ab). 12 ) Elément de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de mesure comporte un substrat (13) portant une couche résis35 tante dans laquelle on a gravé les résistances chauffantes (RH,auf, RH,ab) et les capteurs de température (RHF,auf, RHF, ab, RLF). 13 ) Elément de mesure selon la revendication 12, caractérisé en ce que les lignes d'alimentation (15, 17, 19, 21, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37) pour le branchement des résistances chauffantes (RH,auf, RHab) et des capteurs de température (RHF,auf, RHF,ab, RLF) sont prévues et ces lignes d'alimentation (15, 17, 19, 21, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37) sont dégagées par gravure dans la couche résistante. 14 ) Elément de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il est appliqué à la détermination d'un débit massique d'air dans un capteur de passage.