Brevet FR3111981A1 — publié le 20211231

Transducteur, notamment pour un dispositif de mesure de débit volumique dans un système de recirculation de gaz d’échappement Le transducteur (10), notamment à ultrasons, comporte une enveloppe (16) et au moins deux connecteurs (18). Les connecteurs (18) sont formés par des broches en matériau conducteur électrique, ces broches (18) présentant une résistance mécanique suffisante pour permettre l’insertion en force de ces broches (18) dans un orifice (22) complémentaire d’une plaque de circuit imprimé (20). Figure pour l'abrégé : Figure 1 Transducteur, notamment pour un dispositif de mesure de débit volumique dans un système de recirculation de gaz d’échappement La présente invention concerne un transducteur, notamment à ultrasons. Un tel transducteur est par exemple utilisé dans un dispositif de mesure, notamment un dispositif de mesure de débit volumétrique, par exemple pour un système de recirculation de gaz d’échappement. On connait déjà, dans l’état de la technique, un transducteur destiné à être connecté à une plaque de circuit imprimé, généralement au moyen de câbles électriques. Plus particulièrement, un tel transducteur comporte habituellement deux broches auxquelles sont connectés les câbles électriques. Le transducteur présente habituellement une forme générale de révolution autour d’un axe central, par exemple une forme cylindrique, les broches étant agencés sur une face du transducteur. La présente invention a notamment pour but d’améliorer un tel transducteur, notamment en facilitant son intégration dans le dispositif de mesure. A cet effet, l’invention a notamment pour objet un transducteur, notamment à ultrasons, comportant une enveloppe et au moins deux connecteurs, caractérisé en ce que les connecteurs sont formés par des broches en matériau conducteur électrique, ces broches présentant une résistance mécanique suffisante pour permettre l’insertion en force de ces broches chacune dans un orifice complémentaire d’une plaque de circuit imprimé. Le transducteur est connecté à la plaque de circuit imprimé par insertion en force, ce qui permet une connexion robuste et directe avec la plaque de circuit imprimé. Une telle connexion est notamment préférée dans un environnement agressif, dans lequel des connexions de câbles par soudage risqueraient d’être détériorées. Cela est notamment le cas dans un dispositif de mesure de débit volumique dans une ligne d’échappement de moteur thermique. Un transducteur selon l’invention peut comporter en outre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes combinaisons techniquement envisageables : - L’enveloppe est réalisée dans un matériau propre à être moulé par injection. - L’enveloppe est réalisée en un matériau suffisamment résistant pour ne pas être détérioré lors d’une insertion en force des connecteurs dans leurs orifices complémentaires. - L’enveloppe est réalisée en un matériau absorbant acoustique. - L’enveloppe est réalisée en en caoutchouc ou en silicone. - L’enveloppe présente une forme de détrompeur ne pouvant prendre qu’une position dans un réceptacle de forme complémentaire. - L’enveloppe présente une face arrière plane, et une face avant opposée depuis laquelle s’étend un manchon de préférence cylindrique logeant un élément électronique, les faces avant et arrière sont séparées par une face supérieure, depuis laquelle s’étendent les broches, et une face périphérique, par exemple en forme de U. L’invention concerne également un dispositif de mesure, caractérisé en ce qu’il comporte au moins un transducteur tel que défini précédemment, et une plaque de circuit imprimé, les broches de chaque transducteur étant insérées en force dans des orifices complémentaires de la plaque de circuit imprimé. Avantageusement, le dispositif de mesure comprend une coque surmoulée sur l’au moins un transducteur. L’invention concerne également un système de recirculation de gaz d’échappement, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de mesure tel que défini ci-dessus. Différents aspects et avantages de l’invention seront mis en lumière dans la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en se référant aux figures annexées, parmi lesquelles : La figure 1 est une vue en perspective d’un transducteur selon un exemple de mode de réalisation de l’invention ; La figure 2 est une vue en coupe axiale d’un dispositif de mesure intégrant le transducteur de la figure 1. On a représenté, sur la figure 1, un transducteur 10 selon un exemple de mode de réalisation de l’invention. Le transducteur 10 est par exemple un transducteur à ultrasons, destiné à convertir un signal ultrasonore reçu en signal électrique, ou à convertir un signal électrique en signal ultrasonore, par exemple afin de mesurer un débit volumique. Ainsi, au moins un transducteur 10 est de préférence destiné à équiper un dispositif de mesure 12, et plus particulièrement, dans l’exemple décrit, un dispositif 12 de mesure de débit volumique de gaz d’échappement dans une ligne d’échappement de moteur thermique. Un tel dispositif de mesure 12 équipe par exemple un système de recirculation de gaz d’échappement. Un tel dispositif de mesure 12 comporte de préférence deux transducteurs 10. Plus particulièrement, le dispositif de mesure délimite un conduit 13 de circulation de gaz d’échappement, s’étendant au moins localement dans une direction d’écoulement. Les transducteurs 10 sont agencés de part et d’autre du conduit 13, et sont alignés dans une direction d’alignement formant un angle non nul et strictement inférieur à 90° avec la direction d’écoulement. Chaque transducteur 10 émet un signal en direction de l’autre transducteur 10, et reçoit le signal émis par cet autre transducteur 10. Pour chacun de ces signaux, le temps de propagation d’un transducteur à l’autre est mesuré. Du fait de l’orientation des transducteurs 24, l’un des signaux se propage dans le même sens que le flux de gaz d’échappement, et l’autre signal se propage à contre-courant. La différence entre les temps de propagation de ces signaux opposés permet de calculer le débit volumique du flux de gaz d’échappement. Un exemple de calcul de débit volumique grâce aux transducteurs 10 est décrit ci-dessous. Ainsi, on considèrera ci-dessous : φ est l’angle défini entre la direction d’alignement des transducteurs et la direction d’écoulement de gaz d’échappement. R est le rayon du conduit. S est la section du conduit. L est la distance entre les deux transducteurs. T est la Température du gaz d’échappement, de préférence mesurée par un organe de mesure de Température inclus dans le dispositif de mesure 12. P est la Pression du gaz d’échappement, de préférence mesurée par un organe de mesure de pression inclus dans le dispositif de mesure 12. c est la célérité, c’est-à-dire la vitesse de propagation (en m/s) des ondes sonores dans le gaz : avec T en Kelvins D est la densité du gaz d’échappement : (Avec T en Kelvins et P en Pascals) Δt est la différence entre les temps de propagation des signaux opposés émis et reçus par les transducteurs. Cette différence de temps est mesurée à l’aide des transducteurs. vf est la vitesse du flux de gaz d’échappement : De cette vitesse, on peut en déduire le débit volumique Enfin, de ce débit volumique, on peut en déduire le débit massique Ainsi, il apparait clairement que les transducteurs permettent, en mesurant la différence de temps de transmission des signaux dans les deux sens, de calculer de manière simple et efficace les débits volumique et massique de gaz d’échappement. On décrira ci-dessous l’un des transducteurs 10 selon l’invention. Les transducteurs étant identiques, un seul sera décrit en détail. Le transducteur 10 comporte un élément électronique 14, capable d’émettre et de recevoir un signal, notamment un signal ultrasonore. L’élément électronique 14 est en outre apte à transformer un signal électrique en signal ultrasonore, et un signal ultrasonore en signal électrique. Le transducteur 10 comporte une enveloppe 16, logeant l’élément électronique 14. Le transducteur 10 comporte au moins un connecteur électrique 18 connectées électriquement à l’élément électronique 14, de préférence deux connecteurs électriques 18, pour la connexion à une plaque de circuit imprimé 20 (visible sur la figure 2). Chaque connecteur électrique 18 est formé par une broche 18. On notera que la plaque de circuit imprimé 20 est de préférence refroidie par un dispositif de refroidissement 21 inclus dans le dispositif de mesure 12. Chaque broche 18 présente une forme générale de tige, et elle est réalisée en matériau conducteur électrique, par exemple métallique. Dans l’exemple décrit, chaque broche 18 comporte une tige 18a et une tête 18b. La tige 18a présente par exemple une section transversale rectangulaire, Chaque broche 18 est destinée à être insérée en force dans un orifice 22 correspondant ménagé dans la plaque de circuit imprimé 20. Plus particulièrement, la tête 18b est conformée pour coopérer avec l’orifice 22. Cet orifice 22 présente des bords conducteurs électriques, de sorte que la simple insertion de la broche dans l’orifice 22 correspondant permette une connexion électrique directe, sans nécessiter de câbles intermédiaires. Les broches 18 présentent une résistance mécanique suffisante pour permettre l’insertion en force de ces broches dans les orifices 22 complémentaire de la plaque de circuit imprimé 20. Par « insertion en force », on entend qu’il est nécessaire d’appliquer une force importante pour effectuer l’insertion. La broche 18 se retrouve ainsi bloquée dans l’orifice 22 par coincement. Cette force nécessaire pour effectuer l’insertion est de préférence supérieure à 300N, encore plus préférentiellement supérieure à 400N, par exemple de l’ordre de 500N. Par « résistance mécanique suffisante », on entend que les broches 18 peuvent subir l’insertion en force sans subir de déformation plastique, et bien entendu sans rompre. Les broches 18 peuvent éventuellement subir une légère déformation élastique, tant que cette déformation n’empêche pas l’insertion en force. En tout état de cause, la résistance mécanique sera considérée comme suffisante dès lors que l’insertion en force est réalisable. De même, l’enveloppe 16 est de préférence réalisée en un matériau suffisamment résistant pour ne pas être détérioré lors d’une insertion en force des broches 18 dans leur orifice complémentaire 22. Dans le cas de l’enveloppe 16, celle-ci peut subir une légère déformation élastique sans gêner l’insertion en force. Conformément à un mode de réalisation préféré, l’enveloppe 16 est réalisée en un matériau absorbant acoustique. Ceci permet de découpler l’élément électronique 14 de la plaque de circuit imprimé 20, pour limiter la transmission d’ondes acoustiques indésirables, et ainsi optimiser la précision des mesures effectuées par l’élément électronique 14. Avantageusement, l’enveloppe 16 est réalisée dans un matériau pouvant être moulé par injection. Ainsi, l’enveloppe 16 est par exemple surmoulée sur l’élément électronique 14, ou en variante l’élément électronique 14 est rapporté dans l’enveloppe 16 après moulage de cette enveloppe 16. De manière préférentielle, l’enveloppe 16 est réalisée dans un matériau propre à résister aux contraintes liées à un surmoulage par injection. En effet, comme cela sera décrit ultérieurement, le dispositif de mesure 12 est surmoulé en partie, par injection, sur le transducteur 10. L’enveloppe 16 doit ainsi résister aux fortes contraintes de température et de pression spécifiques à un surmoulage par injection. A titre d’exemple, l’enveloppe 16 peut être réalisée en caoutchouc ou en silicone, afin de présenter toutes les caractéristiques évoquées ci-dessus. Avantageusement, l’enveloppe 16 présente une forme de détrompeur ne pouvant prendre qu’une unique position possible dans un réceptacle de forme complémentaire dans un outil de moulage par injection. Ceci permet d’assurer un positionnement précis des transducteurs 10 et de leurs broches 18 dans le dispositif de mesure 12, lorsque celui-ci est surmoulé sur les transducteurs 10. En effet, le dispositif de mesure 12 comporte un boîtier 24 comprenant une coque 26 qui est de préférence surmoulée sur le transducteur 10. La forme de détrompeur de l’enveloppe 16 permet de positionner le transducteur 10 dans une position précise du moule avant d’effectuer le surmoulage. A cet effet, l’enveloppe 16 présente une face arrière plane 16a, et une face avant opposée 16b depuis laquelle s’étend un manchon de préférence cylindrique 16c logeant l’élément électronique 14. Les faces avant 16a et arrière 16b sont séparées par une face supérieure 16d, depuis laquelle s’étendent les broches 18, et une face périphérique 16e, par exemple en forme de U. La face périphérique 16e comporte donc deux parois latérales planes, reliées par une paroi inférieure incurvée. La forme différente des faces avant 16b et arrière 16a, notamment du fait de la présence du manchon 16c, permet de définir une orientation pour le transducteur 10, de laquelle découle l’effet de détrompeur. Il est ainsi possible de prévoir un réceptacle pour le transducteur 10, dans lequel le transducteur 10 ne peut être reçu que dans une seule position possible. Ceci permet un placement répétable de transducteurs 10 dans un outil de moulage par injection, afin d’assurer une position précise des broches 18. La coque 26 peut ainsi être surmoulée sur les transducteurs 10, en assurant un positionnement précis des broches par rapport à cette coque 26. Il est ainsi possible de réaliser des dispositifs de mesure 12 industriellement, en série, en assurant que toutes les coques 26 réalisées sont identiques. Cela n’était pas possible avec des transducteurs de l’état de la technique, donc la forme ne permet pas un positionnement précis des connecteurs électrique. On notera que l’invention n’est pas limitée au mode de réalisation précédemment décrit, mais pourrait présenter diverses variantes complémentaires. Transducteur (10), notamment à ultrasons, comportant une enveloppe (16) et au moins deux connecteurs (18), caractérisé en ce que les connecteurs (18) sont formés par des broches en matériau conducteur électrique, ces broches (18) présentant une résistance mécanique suffisante pour permettre l’insertion en force de ces broches (18) chacune dans un orifice (22) complémentaire d’une plaque de circuit imprimé (20). Transducteur (10) selon la revendication 1, dans lequel l’enveloppe (16) est réalisée dans un matériau propre à être moulé par injection. Transducteur (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’enveloppe (16) est réalisée en un matériau suffisamment résistant pour ne pas être détérioré lors d’une insertion en force des connecteurs (18) dans leurs orifices (22) complémentaires. Transducteur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’enveloppe (16) est réalisée en un matériau absorbant acoustique. Transducteur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’enveloppe (16) est réalisée en en caoutchouc ou en silicone Transducteur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’enveloppe (16) présente une forme de détrompeur ne pouvant prendre qu’une position dans un réceptacle de forme complémentaire. Transducteur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’enveloppe (16) présente une face arrière plane (16a), et une face avant opposée (16b) depuis laquelle s’étend un manchon de préférence cylindrique (16c) logeant un élément électronique (14), les faces avant (16a) et arrière (16b) sont séparées par une face supérieure (16d), depuis laquelle s’étendent les broches (18), et une face périphérique (16e), par exemple en forme de U. Dispositif de mesure (22), notamment pour un système de recirculation de gaz d’échappement, caractérisé en ce qu’il comporte au moins un transducteur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, et une plaque de circuit imprimé (20), les broches (18) de chaque transducteur (10) étant insérées en force dans des orifices complémentaires (22) de la plaque de circuit imprimé (20). Dispositif de mesure (22) selon la revendication 8, comprenant une coque (26) surmoulée sur l’au moins un transducteur (10). Système de recirculation de gaz d’échappement, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de mesure selon la revendication 8 ou 9.