Brevet FR3122253A1 — publié le 20221028

Dispositif de mesure de débit massique d’un gaz La présente invention présente trois améliorations applicables indépendamment ou en combinaison à un dispositif de mesure de débit massique d’un gaz circulant dans une conduite Figure pour l'abrégé : Figure 4 Dispositif de mesure de débit massique d’un gaz L’invention concerne un dispositif de mesure de débit massique d’un gaz circulant dans une conduite, tel un gaz d’échappement circulant dans une conduite d’échappement en aval d’un moteur thermique à combustion interne. Un tel dispositif de mesure de débit massique est un élément important pour la gestion d’un moteur thermique par un contrôle moteur. Cependant, l’échappement d’un moteur thermique présente des conditions très contraignantes pour les dispositifs de mesure de l’art antérieur, que ce soit en termes de chocs ou vibrations, ou encore de température. Il est connu de mesurer un débit massique d’un gaz circulant dans une conduite. Une technique classique consiste à disposer deux transducteurs ultrasoniques en vis-à-vis selon un axe sécant à l’axe de la conduite. Au cours d’une première phase, le premier transducteur est configuré en émetteur et son signal est émis à l’attention du deuxième transducteur qui est configuré en récepteur. Un temps de vol aller est mesuré entre les deux transducteurs. Au cours d’une deuxième phase, le deuxième transducteur est configuré en émetteur et son signal est émis à l’attention du premier transducteur qui est configuré en récepteur. Un temps de vol retour est mesuré. A partir de ces deux temps de vol aller et retour, de grandeurs géométriques de la conduite, et des caractéristiques physico-chimiques du gaz, il est possible de déterminer par une formule connue, la valeur du débit massique de gaz. Un dispositif de meure du débit massique construit sur cette approche présente plusieurs inconvénients lorsqu’appliqué à un gaz d’échappement issu d’un moteur thermique à combustion interne. Un premier inconvénient est que la mesure de débit massique est fortement perturbée par les oscillations de pression que le moteur thermique transmet au gaz circulant dans la conduite. Un deuxième inconvénient est que la température d’une conduite d’échappement est très élevée. Or les transducteurs ultrasoniques standards sont peu résistants aux températures élevées. Un troisième inconvénient est que la formule connue de détermination du débit massique du gaz utilise des paramètres présentant une forte sensibilité rendant le résultat incertain. Ainsi, la formule utilise la température du gaz, ce qui rend le résultat fortement dépendant de la température radiative issue de la conduite et la masse molaire, ce qui rend le résultat fortement dépendant de la composition chimique du gaz. L’invention propose de corriger chacun de ces inconvénients, seul ou en combinaison, de manière à proposer un capteur de débit massique amélioré particulièrement adapté à une conduite d’échappement. Pour cela, selon un premier aspect, l’invention concerne un dispositif de mesure de débit massique d’un gaz circulant dans une conduite, comprenant un capteur de débit massique monté sur la conduite et un accéléromètre monté sur la conduite mesurant l’accélération de la conduite. Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont : - l’accéléromètre est apte à déterminer une fréquence moyenne du gaz et le capteur de débit massique est échantillonné à une fréquence d’échantillonnage non harmonique et non sous-harmonique de la fréquence moyenne, - le capteur de débit massique comprend au moins une paire de transducteurs ultrasoniques montés en vis-à-vis. Dans un deuxième aspect de l’invention, un dispositif de mesure de débit massique d’un gaz circulant dans une conduite, comprenant un capteur de débit massique monté sur la conduite, comprenant une paire comprenant un premier transducteur ultrasonique et un deuxième transducteur ultrasonique, comprenant encore, pour chaque premier transducteur ultrasonique, un premier guide d’ondes débouchant dans la conduite et pour chaque deuxième transducteur ultrasonique, un deuxième guide d’ondes débouchant dans la conduite en vis-à-vis du premier guide d’ondes. Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont : - un guide d’ondes comprend une canalisation reliée à la conduite par un piquage à une extrémité et reliée à un transducteur ultrasonique à son autre extrémité, - une canalisation est réalisée en matériau réfléchissant tel de l’acier inoxydable, préférentiellement austénitique. Dans un troisième aspect de l’invention, un dispositif de mesure de débit massique d’un gaz circulant dans une conduite, comprenant un capteur de débit massique monté sur la conduite, comprenant une paire comprenant un premier transducteur ultrasonique et un deuxième transducteur ultrasonique et un capteur de pression monté sur la conduite, où le débit massique est déterminé par la formule , avec Qm le débit massique, γ le coefficient polytropique du gaz, D le diamètre de la conduite, P la pression du gaz mesurée par le capteur de pression, x la distance entre le premier transducteur ultrasonique et le deuxième transducteur ultrasonique projetée sur l’axe de la conduite, t AB le temps de vol entre le premier transducteur ultrasonique et le deuxième transducteur ultrasonique et t BA le temps de vol entre le deuxième transducteur ultrasonique et le premier transducteur ultrasonique. Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont : - le dispositif comprend encore un capteur de température, et le débit massique est déterminé de deux manières différentes afin de créer une redondance, une première détermination est réalisée par la formule et une deuxième détermination est réalisée par la formule , avec L la distance entre le premier transducteur ultrasonique et le deuxième transducteur ultrasonique, M la masse molaire du gaz, R la constante des gaz parfaits et T la température. Dans un quatrième aspect de l’invention, le dispositif combine le premier et le deuxième aspect. Dans un cinquième aspect de l’invention, le dispositif combine le premier et le troisième aspect. Dans un sixième aspect de l’invention, le dispositif combine le premier, le deuxième et le troisième aspect. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles : montre un synoptique d’un dispositif de mesure de débit massique, montre un diagramme du débit massique en fonction du temps, montre le principe d’un capteur de débit massique comprenant une paire de transducteurs ultrasoniques, montre, en vue perspective, selon un premier point de vue, un mode de réalisation avec des guides d’ondes, montre, en vue perspective, selon un autre point de vue, le mode de réalisation de la , montre, en vue perspective coupée selon l’axe de transduction, le mode de réalisation de la . Dispositif (1) de mesure de débit massique d’un gaz circulant dans une conduite (2), comprenant un capteur (3) de débit massique monté sur la conduite (2), caractérisé en ce qu’il comprend encore un accéléromètre (4) monté sur la conduite (2) mesurant l’accélération de la conduite (2). Dispositif (1) selon la revendication 1, où l’accéléromètre (4) est apte à déterminer une fréquence (F) moyenne du gaz et où le capteur (3) de débit massique est échantillonné à une fréquence d’échantillonnage non harmonique et non sous-harmonique de la fréquence (F) moyenne. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, où le capteur (3) de débit massique comprend au moins une paire de transducteurs ultrasoniques (A, B) montés en vis-à-vis. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, comprenant une paire comprenant un premier transducteur ultrasonique (A) et un deuxième transducteur ultrasonique (B) et, pour chaque premier transducteur ultrasonique (A), un premier guide d’ondes (5) débouchant dans la conduite (2) et pour chaque deuxième transducteur ultrasonique (B), un deuxième guide d’ondes (6) débouchant dans la conduite (2) en vis-à-vis du premier guide d’ondes (5). Dispositif (1) selon la revendication 4, où un guide d’ondes (5, 6) comprend une canalisation (7, 8) reliée à la conduite (2) par un piquage à une extrémité et reliée à un transducteur ultrasonique (A, B) à son autre extrémité. Dispositif (1) selon la revendication 5, où une canalisation (7, 8) est réalisée en matériau réfléchissant tel de l’acier inoxydable, préférentiellement austénitique. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un capteur de pression (9) monté sur la conduite (2), où le débit massique est déterminé par la formule , avec Qm le débit massique, γ le coefficient polytropique du gaz, D le diamètre de la conduite (2), P la pression du gaz mesurée par le capteur de pression (9), x la distance entre le premier transducteur ultrasonique (A) et le deuxième transducteur ultrasonique (B) projetée sur l’axe de la conduite (2), t AB le temps de vol entre le premier transducteur ultrasonique (A) et le deuxième transducteur ultrasonique (B) et t BA le temps de vol entre le deuxième transducteur ultrasonique (B) et le premier transducteur ultrasonique (A). Dispositif (1) selon la revendication précédente comprenant encore un capteur de température, où le débit massique est déterminé de deux manières différentes afin de créer une redondance, une première détermination est réalisée par la formule et une deuxième détermination est réalisée par la formule , avec L la distance entre le premier transducteur ultrasonique (A) et le deuxième transducteur ultrasonique (B), M la masse molaire du gaz, R la constante des gaz parfaits et T la température.