FR2560379A1 - Sensor with reduced turbulence for measuring the flow rate of air by transit time - Google Patents

Sensor with reduced turbulence for measuring the flow rate of air by transit time Download PDF

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    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/704—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter
    • G01F1/708—Measuring the time taken to traverse a fixed distance
    • G01F1/7088—Measuring the time taken to traverse a fixed distance using electrically charged particles as tracers

Abstract

Sensor comprising a plurality of points 6 turned to the inside of the stream 3a, 3b for measurement and parallel to a screen grid 9. A pulsed high voltage is applied between points 16 and grid 9 in order to create ions which cross the screen grid and induce signals in other grids 11, 12 situated behind the screen grid 9. Measures are taken to avoid creation of turbulence in the stream 3a, 3b in particular, by placing the point isolators 8 setback. Application to the measurement of the flow rate of air at the intake of an internal combustion engine.

Description

CAPTEUR A TuiRBULc=,M5ES REDUITES POUR LA MESURE DE VITESSE
D'AIR PAR TEMPS DE TRANSIT
La présente invention est relative à un nouveau mode de réalisation d'un capteur ionique à temps de transit pour la mesure de vitesse d'air dans une veine, notamment pour la détermination de la quantité d'air aspiree par un moteur à combustion interne.SENSOR AT TuiRBULc =, REDUCED M5ES FOR SPEED MEASUREMENT
AIR IN TRANSIT TIME
The present invention relates to a new embodiment of an ion sensor with transit time for measuring the air speed in a vein, in particular for determining the quantity of air drawn in by an internal combustion engine.

On connait déjà des capteurs de ce type et notamment celui décrit par le brevet 80/21400 de la demanderesse déposé le 7 Octobre 1980 avec le titre "capteur ionique à temps de transit de type différentiel. Une ou plusieurs pointes sont placées à proximité d'une parlai circulaire métallique du capteur, dans le flux gazeux dont on veut mesurer la vitesse. L'application d'un potentiel électrique temporaire, généralement positif, entre pointe (s) et paroi provoque la création d'ions qui sont accélrés par le champ électrique entre pointe et parni et entrainés par le flux gazeux jusqu'à une grille écran électrique qu'ils traversent.Sensors of this type are already known and in particular that described by patent 80/21400 of the applicant filed on October 7, 1980 with the title "ion sensor with transit time of differential type. One or more points are placed near a metallic circular spoke of the sensor, in the gas flow whose speed we want to measure. The application of a temporary electrical potential, generally positive, between tip (s) and wall causes the creation of ions which are accelerated by the field electric between tip and parni and driven by the gas flow to an electric screen grid that they pass through.

La détection du passage de ces ions par des électrodes convenablement disposées après la grille écran, permet de connaitre le temps de transit et donc la vitesse de l'air dans le capteur.The detection of the passage of these ions by electrodes suitably placed after the screen grid makes it possible to know the transit time and therefore the speed of the air in the sensor.

Lorsque l'on cherche à construire un dispositif à temps de réponse rapide, c'est-à-dire, à temps de transit court, le mode de réalisation décrit dans le brevet ci-dessus convient nal : d'une part, les tensions recueillies sur les électrodes de mesure, maintenant rapprochées les unes des autres ains. que de la grille écran, sont sensibles aux mouvements tourbillonnaires crées par les supports d'électrodes et leurs enveloppes isolantes de plus, les ions sont généralement crées dans une zone peu favorable au point de vue écoulement, soit vers la périphérie, soit vers le centre perturbé par une électrode.When one seeks to build a device with a fast response time, that is to say, with a short transit time, the embodiment described in the above patent is suitable: on the one hand, the voltages collected on the measuring electrodes, now close to one another. than from the screen grid, are sensitive to the vortex movements created by the electrode supports and their insulating envelopes in addition, the ions are generally created in an area which is not favorable from the point of view of flow, either towards the periphery or towards the center disturbed by an electrode.

Dans le cas du capteur précédent, on admettait en général ces tourbillons et l'on plaçait alors les électrodes réceptrices assez loin derrière la grille écran servant ainsi de stabilisateur d'écoulement, d'où un temps de reponse relativement élevé entre la création des ions et leur passage au niveau de la dernière électrode réceptrice.In the case of the previous sensor, these vortices were generally admitted and the receiving electrodes were then placed far enough behind the screen grid thus serving as a flow stabilizer, hence a relatively high response time between the creation of the ions and their passage at the level of the last receiving electrode.

Outre part, la nécessité de blinder ou d'antiparasiter la connexion haute tension de l'ordre de 4 à 000 volts alimentant les pointes d'ionisation entraînait en général, un allongement de la durée de l'impulsion d'où des nuages d'ions pouvant présenter une structure en goutte d'eau allongée. In addition, the need to shield or suppress the high voltage connection of the order of 4 to 000 volts supplying the ionization spikes generally led to an extension of the duration of the pulse, where clouds of ions which may have an elongated teardrop structure.

Le nouveau mode de réalisation, objet de la présente invention, permet de minimiser les inconvénients précédents tout en apportant une solution à la realisation industrielle du dispositif.The new embodiment, object of the present invention, makes it possible to minimize the preceding drawbacks while providing a solution to the industrial production of the device.

L'invention sera maintenant décrite à l'aide des cinq figures annexées.The invention will now be described using the five attached figures.

La figure 1 est une vue en coupe partielle du dispositif, l'air circulant de la gauche vers la droite de la figure. Seuls, les alentours immédiats de la veine diair ont été représentés.Figure 1 is a partial sectional view of the device, the air flowing from the left to the right of the figure. Only the immediate surroundings of the diair vein have been shown.

La figure 2 est une vue en coupe perpendiculaire à la précédente, la figure 1 correspondant à la coupe brisée repérée AA sur la figure 2. FIG. 2 is a sectional view perpendicular to the previous one, FIG. 1 corresponding to the broken section marked AA in FIG. 2.

La figure 3 est une vue de côte d'une pièce de blindage interne du dispositif et destinée à entourer les electrodes de réception.FIG. 3 is a side view of an internal shielding part of the device and intended to surround the reception electrodes.

La figure 4 est une vue en perspective coupée de l'en- semble du capteur, l'air circulant dans cette vue de la droite vers la gauche.FIG. 4 is a sectioned perspective view of the entire sensor, the air flowing in this view from right to left.

La figure 5 donne le branchement électrique du capteur pour permettre une vue synthétique du fonctionnement.Figure 5 gives the electrical connection of the sensor to allow a synthetic view of the operation.

Reprenant la figure 1, l'enveloppe extérieure du capteur se compose de deux parties l'une 1 étant l'entrée d'air et l'autre 2 la sortie d'air. Ces pièces se prolongent l'une dans l'autre en ménageant une veine circulaire 3a, 3b, dans laquelle on a placé les parties actives du capteur disposées de manière à ne pas créer de tourbillons intempestifs. Les pièces 1 et 2 sont obtenues par moulage d'un matériau plastique isolant
Dans un renfoncement circulaire 4 du canal 3a, 3b est placée une couronne conductrice 5 sur laquelle sont fixées une pluralité de pointes 6 dont une seule est représentée sur la figure 1. Ces pointes sont dirigées vers le centre de la veine 3a, 3b. Six pointes identiques ont été représentées sur la figure 2.Taking again figure 1, the external envelope of the sensor is made up of two parts one 1 being the air inlet and the other 2 the air outlet. These parts are extended one inside the other, providing a circular vein 3a, 3b, in which the active parts of the sensor have been placed, so as not to create untimely vortices. Parts 1 and 2 are obtained by molding an insulating plastic material
In a circular recess 4 of the channel 3a, 3b is placed a conductive ring 5 on which are fixed a plurality of points 6 of which only one is shown in Figure 1. These points are directed towards the center of the vein 3a, 3b. Six identical tips have been shown in Figure 2.

La couronne 5 et la partie extérieure des aiguilles 6 sont noyées dans une targue isolante 7 en plastique prolongée en 8 à la base des pointes par des anneaux empilés comme sur les isolateurs des lignes électriques à haute tension pour allonger les lignes de fuite en surface.The crown 5 and the outer part of the needles 6 are embedded in an insulating targa 7 made of plastic extended at 8 at the base of the points by rings stacked as on the insulators of high voltage power lines to lengthen the vanishing lines on the surface.

Une grille écran 9 en métal découpé mince et à mailles fines est placée parallèlement aux aiguilles et à une distance telle qu'il n'y ait pas risque d'éclair mais ais seulement ionisation légère de l'espace entre pointes 6 et grille cran 9. Une grille à mailles trop larges crée des singularités dans le champ électrique.A screen grid 9 made of thin cut metal and fine mesh is placed parallel to the needles and at a distance such that there is no risk of lightning but only slight ionization of the space between points 6 and notch grid 9 A grid with too large meshes creates singularities in the electric field.

Cette grille 9 est électriquement relise à une bague mstallique 10 enserrant la partie réception du capteur composée de 2 grilles métalliques découpées 11 et 12 disposes l'une derrière l'autre. Ces grilles sont à grosses mailles et d'une certaine épaisseur pour être bien rigides. Des entretoises isolantes 13, 14, 15 positionnent les grilles entre elles.This grid 9 is electrically connected to a mechanical ring 10 enclosing the reception part of the sensor composed of 2 cut metal grids 11 and 12 arranged one behind the other. These grids are large mesh and of a certain thickness to be very rigid. Insulating spacers 13, 14, 15 position the grids together.

La bague 10 présente plusieurs languettes déportées 16 (fig. 1 à 4) qui viennent s'insérer entre deux aiguilles et définir la forme du champ électrique entre elles.The ring 10 has several offset tongues 16 (fig. 1 to 4) which are inserted between two needles and define the shape of the electric field between them.

Sans ce dispositif, des potentiels de surface erratiques apparaissent sur les matériaux isolants d'où un f-onctionnement perturbé du capteur.Without this device, erratic surface potentials appear on the insulating materials, resulting in a disturbed function of the sensor.

Ces languettes 16 rétablissent aussi dans une certaine mesure l'intégrité aérodynamique de la veine 3a, 3b.These tongues 16 also restore to some extent the aerodynamic integrity of the vein 3a, 3b.

Elles s'appuient sur des ailettes radiales 32 de la bague isolante 7.They are supported on radial fins 32 of the insulating ring 7.

Cette disposition générale permet de ne pas placer les isolateurs 8 dans le courant d'air et donc d'éviter des tourbillons dont l'influence se ferait sentir au delà de la grille 9. Une languette 17 a été soulevÉe sur le hord de la bague 10 (fig. 1 et 4). Elle permet d'assurer le passage vers l'extérieur de la connexion des grilles 11 et 12.This general arrangement makes it possible not to place the insulators 8 in the air stream and therefore to avoid vortices whose influence would be felt beyond the grid 9. A tongue 17 has been lifted on the hord of the ring 10 (fig. 1 and 4). It ensures the passage to the outside of the connection of the grids 11 and 12.

Sur les figures 2, 4, 5 est représentée une bobine d'induction 18 dont la sortie haute tension 19 ne laisse passer qu'une seule polarité par suite de la présence interne d'une diode 20 et externe d'une résistance 21 (figure 5). La sortie 19 est connectée en 22 à la couronne conductrice 5 et donc aux pointes 6.In Figures 2, 4, 5 is shown an induction coil 18 whose high voltage output 19 allows only one polarity to pass due to the internal presence of a diode 20 and the external resistance 21 (Figure 5). The output 19 is connected at 22 to the conductive ring 5 and therefore to the tips 6.

La bobine d'induction 18 est enferme dans une cavité 23 d'une extension latérale 24 de la partie 2 de l'enveloppe du capteur. Cette extension 24 porte aussi la prise de raccordement 25 du primaire 26 de la bobine d' induction. The induction coil 18 is enclosed in a cavity 23 of a lateral extension 24 of the part 2 of the envelope of the sensor. This extension 24 also carries the connection socket 25 of the primary 26 of the induction coil.

La languette 17 sert également à la liaison électrique de la masse 27 du câble blindé servant aux liaisons électriques 28 et 29 des grilles 11 et 12 vers un circuit électronique de mesure 30 (figure 5) de type connu t notamment par le Brevet déposé par la demanderesse le 4 novembre 1983 sous le numéro 83/17357 "Perfection- nement aux capteurs ioniques de débit gazeux à temps de transit".The tongue 17 is also used for the electrical connection of the ground 27 of the shielded cable used for the electrical connections 28 and 29 of the grids 11 and 12 to an electronic measurement circuit 30 (FIG. 5) of a type known in particular by the patent filed by the Applicant on November 4, 1983 under number 83/17357 "Improvement in ionic gas flow sensors with transit time".

Ure source de tension continue 30 alimente en énergie la bobine d'induction 18 et le circuit électronique 30.A DC voltage source 30 supplies energy to the induction coil 18 and the electronic circuit 30.

L fonctionnement du dispositif est dans ses fondements physiques le mAme que celui decrit dans les brevets précédents mais les ions produits dans une partie adorable de la veine gazeuse peuvent s'y épanouir librement an suivant les lois de la diffusion et d'interaction entre particules et de ce fait, les signaux observes se rapprochent davantage des modèles de simu- latin thorqe.  The functioning of the device is in its physical foundations the same as that described in the previous patents but the ions produced in an adorable part of the gas vein can flourish there freely according to the laws of diffusion and interaction between particles and as a result, the signals observed are closer to the simulacral thorqe models.

De bons resultats ont éte obtenus en constituant l'enveloppe 1 2 du capteur en polyoxymethylène copolymère connu sous le nom commercial d'HOSTAFORM, les hagues 13, 14, 15 en polysulfure de phenylène, les grilles en métal inoxydable au nickel sur une base fer ou cuivre la découpe etant mécanique ou chimique pour obtenir un taux de transparence de l'ordre de 90 % en section de passage. Good results have been obtained by constituting the casing 1 2 of the polyoxymethylene copolymer sensor known under the commercial name of HOSTAFORM, the hagues 13, 14, 15 in phenylene polysulphide, the grids in stainless metal with nickel on an iron base. or copper, the cutting being mechanical or chemical in order to obtain a transparency rate of the order of 90% in the passage section.

Claims (9)

REVENDICATIONS 1. Capteur de débit d'air ou de gaz par mesure du temps de transit d'ions entre des électrodes (11, 12) placées dans la veine gazeuse (3a, 3b), caractérisé en ce que la zone d'émission des ions comprend une pluralité de pointes radiales (6) dont la partie pointue est tournée vers l'intérieur de la veine (3a, 3b), les dites pointes étant disposées parallèlement et à proximité d'une grille écran (9) perpendiculaire à la veine et servant de contre-électrode, une tension électrique périodique étant appliquée entre les pointes (6) et la grille écran (9),cette tension entant d'une amplitude suffisante pour provoquer l'ionisation et l'accé- itération des ions produits jusqu'à la dite grille écran (9). 1. Air or gas flow sensor by measuring the ion transit time between electrodes (11, 12) placed in the gas stream (3a, 3b), characterized in that the ion emission zone comprises a plurality of radial points (6), the pointed part of which faces the inside of the vein (3a, 3b), the said points being arranged in parallel and near a screen grid (9) perpendicular to the vein and serving as a counter-electrode, a periodic electrical voltage being applied between the tips (6) and the screen grid (9), this voltage being of sufficient amplitude to cause ionization and acceleration of the ions produced up to to said screen grid (9). 2. Capteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le pied des pointes est entouré d'un isolateur électrique annelé de type haute tension (8) placé en retrait par rapport à la veine (3a, 3b).2. Sensor according to claim 1 characterized in that the base of the spikes is surrounded by a corrugated electrical insulator of the high voltage type (8) placed back from the vein (3a, 3b). 3. Capteur selon les revendications 1 ou 2 caractérisé an ce que toutes les pointes (6) sont réunies entre elles par une couronne conductrice (5) placée en retrait à l'intérieur de l'enveloppe du capteur (1, 2) mais à l1extÉrieur de la veine (3a, 38). 3. Sensor according to claims 1 or 2 characterized in that all the points (6) are joined together by a conductive ring (5) recessed inside the envelope of the sensor (1, 2) but at outside the vein (3a, 38). 4. Capteur selon les revendications I à 3 caractérise en ce que les électrodes de réception (11, 12), en forme de grilles planes sont placées à l'intérieur d'une bague métallique (10) de blindage incluant aussi la grille écran(9) et les connexions de sortie des électrodes de réception (27, 28, 29). 4. Sensor according to claims I to 3, characterized in that the receiving electrodes (11, 12), in the form of plane grids are placed inside a metal ring (10) for shielding also including the screen grid ( 9) and the output connections of the receiving electrodes (27, 28, 29). 5. Capteur selon les revendications 1 à 4 caractérisé en ce eue la bague métallique (10) possède des languettes déportées (16) qui viennent se placer entre les pieds des aiguilles 6 au niveau de la paroi de la veine (3a, 3b) et reposent sur des ailettes(32)de la bague (7). 5. Sensor according to Claims 1 to 4, characterized in that the metal ring (10) has offset tongues (16) which are placed between the feet of the needles 6 at the level of the wall of the vein (3a, 3b) and rest on fins (32) of the ring (7). 6. Capteur sel-on les revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'une bobine d'induction (18) dont la sortie haute tension (19) est reliée d'une part, à la couronne (5) et a' la grille écran-(9) est placée dans une cavité (23) d'une extension latérale (24) de la partie (2) de l'enveloppe du capteur. 6. sensor sel-on claims 1 to 5 characterized in that an induction coil (18) whose high voltage output (19) is connected on the one hand, to the crown (5) and to the grid screen- (9) is placed in a cavity (23) of a lateral extension (24) of the part (2) of the envelope of the sensor. 7. Capteur selon les revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les mailles de la grille écran (9) sont plus fines que celles des électrodes de réception (11, 12). 7. Sensor according to claims 1 to 6 characterized in that the meshes of the screen grid (9) are finer than those of the receiving electrodes (11, 12). 8. Capteur selon les revendications 1 à 7 caractérisé en ce que les parties (1, 2) de l'enveloppe du capteur sont en polyoxymethylène copolymère ou un maté riau équivalent.8. Sensor according to claims 1 to 7 characterized in that the parts (1, 2) of the sensor shell are made of polyoxymethylene copolymer or an equivalent material. 9. Capteur selon les revendications 1 à 8 caracterisé en ce que les entretoises (13, 14, 15) des grilles (9, 11, 12) sont en polysulfure de phenylane ou un matériau équivalent. 9. Sensor according to claims 1 to 8 characterized in that the spacers (13, 14, 15) of the grids (9, 11, 12) are made of phenylane polysulfide or an equivalent material.
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