FR3015667A1

FR3015667A1 - Dispositif de mesure d’un differentiel de temperatures

Info

Publication number: FR3015667A1
Application number: FR1363181A
Authority: FR
Inventors: Pascal Castro; Mahmoud Sfaxi
Original assignee: SC2N SAS
Current assignee: SC2N SAS
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-06-26
Also published as: WO2015092316A1; US20160349117A1; EP3084378A1

Abstract

Dispositif (1) de mesure d'une différence de température (T2-T1) en amont et en aval d'un organe parcouru par un fluide, notamment la température d'un gaz en amont et en aval d'un filtre à particules ou tout autre élément de traitement des gaz, ce dispositif comportant : - un premier thermocouple (10) pour effectuer une mesure en amont, - un deuxième thermocouple (20) pour effectuer une mesure en aval, les premier et deuxième thermocouples étant reliés électriquement en série tête-bêche, au moins pendant une phase de fonctionnement du dispositif, - une chaîne de traitement (13, 50) de la tension délivrée par l'ensemble formé par les deux thermocouples électriquement reliés en série, de façon à générer un signal (51) qui est fonction de la différence de température (T2-T1) mesurée par les thermocouples.

Description

La présente invention concerne les dispositifs de mesure utilisés, notamment sur des véhicules automobiles, pour surveiller et contrôler les performances des éléments de traitement des gaz d'échappement. Dans certaines applications, il est nécessaire de mesurer les températures en amont et en aval d'un élément filtrant tel qu'un filtre à particules. Les températures se situent par exemple dans les plages 400°C à 700°C. Pour ce faire, il est courant d'utiliser deux capteurs distincts à élément sensible de type CTN, platine ou thermocouple, et le différentiel de température est déterminé par un calculateur embarqué. Cette solution présente l'inconvénient de générer une erreur de mesure qui correspond au cumul des imprécisions de chaque capteur, ce qui peut entraîner un contrôle non optimisé du ou des éléments de traitement. L'utilisation de capteurs appariés peut donner des résultats améliorés mais au prix d'un surcoût important et d'une mise en oeuvre relativement complexe. L'invention vise à proposer un dispositif de mesure de précision améliorée, qui reste simple à mettre en oeuvre et d'une grande fiabilité.

L'invention a ainsi pour objet un dispositif de mesure d'une différence de température en amont et en aval d'un organe parcouru par un fluide, notamment la température d'un gaz en amont et en aval d'un filtre à particules ou tout autre élément de traitement des gaz, ce dispositif comportant : un premier thermocouple pour effectuer une mesure en amont, un deuxième thermocouple pour effectuer une mesure en aval, les premier et deuxième thermocouples étant reliés électriquement en série tête-bêche, au moins pendant une phase de fonctionnement du dispositif, une chaîne de traitement de la tension délivrée par l'ensemble formé par les deux thermocouples électriquement reliés en série, de façon à générer un signal qui est fonction de la différence de température mesurée par les thermocouples. Grâce à l'invention, il est possible de lire la différence de température sans cumuler les imprécisions de mesure de chaque capteur. De préférence, les deux thermocouples sont identiques. La connexion en série des deux thermocouples comportant chacun une jonction entre des métaux M1/M2 se fait de façon à ce que les métaux M1 soient reliés entre eux.

Les thermocouples utilisés sont de préférence de type K ou N. Les thermocouples utilisés peuvent être différents de thermocouples de type T. Les deux thermocouples peuvent être électriquement reliés en série en permanence. En variante, le dispositif peut comporter un système de commutation pouvant prendre au moins deux états : un premier état où l'un au moins des deux thermocouples est relié à l'entrée d'un amplificateur de façon à permettre à la chaîne de traitement de délivrer un signal correspondant à l'une au moins des températures, un deuxième état où les deux thermocouples sont reliés électriquement en série à l'entrée d'un amplificateur, de façon à permettre à la chaîne de traitement de délivrer un signal correspondant à la différence de température. Dans le premier état, les deux thermocouples peuvent être respectivement reliés chacun à l'entrée d'un amplificateur de façon à permettre à la chaîne de traitement de délivrer des signaux correspondant respectivement aux températures des thermocouples. Dans le deuxième état, l'un des thermocouples peut être relié à l'entrée d'un autre amplificateur et le signal en sortie de cet autre amplificateur est traité de façon à délivrer un signal correspondant à la température de ce thermocouple.

Le dispositif peut comporter une source de tension de température froide servant au calcul de l'une au moins des températures mesurées par les thermocouples, cette tension étant notamment générée électroniquement comme résultat de la mesure directe de la température froide ou étant imposée par simulation, au moins dans le premier état. L'invention a encore pour objet un véhicule équipé d'un dispositif de mesure selon l'invention. L'invention a encore pour objet un procédé de mesure d'une différence de température en amont et en aval d'un organe parcouru par un fluide, notamment les températures d'un gaz d'échappement en amont et en aval d'un filtre à particules, deux thermocouples mesurant respectivement les températures en amont et en aval, dans lequel : - à la tension délivrée par un premier thermocouple, est soustraite celle délivrée par un deuxième thermocouple, cette soustraction étant le fait d'une connexion en série tête-bêche des thermocouples, - la différence de tension ainsi générée est traitée de manière à produire un signal représentatif de la différence de température. Le procédé peut comporter la sélection de l'état d'un système de commutation pouvant prendre deux états : un premier état où l'un au moins des thermocouples est relié à l'entrée d'un amplificateur de façon à lire la température de ce thermocouple, un deuxième état où les deux thermocouples sont reliés électriquement en série tête-bêche à l'entrée d'un amplificateur, de façon à lire la différence de température des thermocouples. Les deux thermocouples peuvent être respectivement reliés à deux amplificateurs dans le premier état, de façon à lire la température de chacun des thermocouples. La commutation dans le premier état peut être opérée lorsque la mesure de la température en deux points distincts correspondants aux thermocouples est demandée, et la commutation dans le deuxième peut être opérée lorsque la mesure de la différence de température entre les deux points est demandée. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 est un schéma électrique d'un exemple de dispositif de mesure selon l'invention, et - la figure 2 est une vue analogue à la figure 1, d'une variante de réalisation. On a représenté à la figure 1 un dispositif 1 de mesure selon l'invention, comportant deux thermocouples 10 et 20 disposés de façon à mesurer des températures T1 et T2 respectivement en amont et en aval d'un filtre à particules parcouru par les gaz de combustion provenant de l'échappement d'un moteur thermique. Les thermocouples 10 et 20 sont par exemple de type type K ou N, par exemple comportant une jonction entre deux métaux constitués respectivement par du NiCr et du Ni ou du NiCrSi et du NiSi, par exemple. Les deux thermocouples 10 et 20 sont électriquement reliés en série tête-bêche de façon à ce que leurs températures de soudure froide se compensent mutuellement. Ainsi, les métaux Ni ou NiSi sont par exemple reliés électriquement entre eux dans le cas de thermocouples de type K ou type N. L'utilisation de deux thermocouples connectés de façon croisée fait que l'un d'eux est considéré comme la mesure du point froid de l'autre thermocouple. Les bornes 11 et 12 de l'ensemble formé par les deux thermocouples 10 et 20 reliés en série sont par exemple, comme illustré, reliées aux entrées d'un amplificateur différentiel 13 qui produit en sortie un signal 14 envoyé à une électronique de traitement 50 qui applique une fonction de traitement adaptée pour délivrer en sortie un signal 51 correspondant à la différence de température T2-T1. Cette dernière peut ensuite être exploitée afin de contrôler le ou les éléments de traitement des gaz d'échappement de manière adaptée, de façon conventionnelle. Dans la variante illustrée à la figure 2, les deux thermocouples 10 et 20 ne sont pas reliés en permanence tête-bêche. Le thermocouple 10 est relié en permanence par ses sorties 28 et 31 aux entrées 33 et 34 d'un premier amplificateur différentiel 21. Le thermocouple 20 est relié par une sortie 29 à une entrée 35 d'un deuxième amplificateur différentiel 22. L'autre sortie 24 du thermocouple 20 est reliée à travers un premier interrupteur 26 à l'autre entrée 32 de l'amplificateur 22 et à travers un deuxième interrupteur 27 à la sortie 28 du thermocouple 10. L'interrupteur 26 est à deux états al et a2. Dans l'état al, l'entrée 32 de l'amplificateur 21 est reliée à la sortie 24 du thermocouple 20. Dans l'état a2, l'entrée 32 de l'amplificateur 22 est reliée à l'entrée 33 de l'amplificateur 21. Lorsque l'interrupteur 26 est dans l'état al, l'interrupteur 27 est ouvert et lorsque l'interrupteur 26 est dans l'état a2, l'interrupteur 27 est fermé. Quand l'interrupteur 26 est dans l'état a2, et l'interrupteur 27 fermé, les thermocouples 10 et 20 sont reliés électriquement en série tête-bêche, comme dans l'exemple de la figure 1, et les sorties de l'ensemble des thermocouples 10 et 20 sont connectées électriquement aux entrées 35 et 32 de l'amplificateur 22. Ce dernier produit en sortie un signal 70 qui est adressé à une électronique de traitement 60 qui applique une fonction adaptée pour délivrer un signal 61 qui correspond à la différence de température T2-T1. L'autre amplificateur 21 est relié aux sorties 28 et 31 du thermocouple 10. Quand l'interrupteur 26 est dans l'état al, l'interrupteur 27 est ouvert et les sorties des thermocouples 10 et 20 sont respectivement reliées aux entrées des amplificateurs 21 et 22. Pour lire les températures T1 et T2, une source de tension 40 de température froide est intégrée dans l'électronique de traitement, de façon à lire la température du thermocouple associé, de façon conventionnelle. Cette source 40 est reliée par un interrupteur 41 à l'électronique de traitement 60 en aval de l'amplificateur 22 seulement quand l'interrupteur 26 est dans l'état al. Elle est reliée en permanence à une électronique de traitement 80 en aval de l'amplificateur 21, qui traite le signal 83 délivré par ce dernier. Ainsi, quand l'interrupteur 26 est dans l'état a2, la source 40 n'est reliée qu'à l'électronique de traitement 80 en aval de l'amplificateur 21. Quand l'interrupteur 26 est dans l'état al, le dispositif 1 peut lire les températures T1 et T2, et quand l'interrupteur 26 est dans l'état a2, le dispositif 1 lit les températures T2-T1 et Ti.

Les interrupteurs 26, 27 et 41 peuvent être réalisés sous forme numérique ou analogique. Le terme « amplificateur » ne doit pas être compris avec un sens limitatif et englobe l'utilisation en tant qu'amplificateur d'un amplificateur opérationnel monté en suiveur, en filtre ou avec un gain quelconque. L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. Par exemple, l'invention peut être appliquée à d'autres situations où l'on doit mesurer une différence de température d'un fluide respectivement en amont et en aval d'un élément parcouru par ce fluide.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de mesure d'une différence de température (T2-T1) en amont et en aval d'un organe parcouru par un fluide, notamment la température d'un gaz en amont et en aval d'un filtre à particules ou tout autre élément de traitement des gaz, ce dispositif comportant : un premier thermocouple (10) pour effectuer une mesure en amont, un deuxième thermocouple (20) pour effectuer une mesure en aval, les premier et deuxième thermocouples étant reliés électriquement en série tête-bêche, au moins pendant une phase de fonctionnement (a2) du dispositif, une chaîne de traitement (13, 50 ; 22, 60) de la tension délivrée par l'ensemble formé par les deux thermocouples électriquement reliés en série, de façon à générer un signal (51 ; 61) qui est fonction de la différence de température (T2-T1) mesurée par les thermocouples.
2. Dispositif selon la revendication 1, les deux thermocouples (10, 20) étant électriquement reliés en série en permanence.
3. Dispositif selon la revendication 1, comportant un système de commutation (26, 27, 41) pouvant prendre au moins deux états (al, a2) : un premier état (al) où l'un (10) au moins des deux thermocouples est relié à l'entrée d'un amplificateur (21) de façon à permettre à la chaîne de traitement de délivrer un signal correspondant à l'une au moins des températures (T1), un deuxième état (a2) où les deux thermocouples (10, 20) sont reliés électriquement en série à l'entrée d'un amplificateur (22), de façon à permettre à la chaîne de traitement de délivrer un signal correspondant à la différence de température (T2-T1).
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel dans le premier état (al) les deux thermocouples (10, 20) sont respectivement reliés chacun à l'entrée d'un amplificateur (21, 22) de façon à permettre à la chaîne d e traitement délivrer des signaux correspondant respectivement aux températures (T1-T2) des thermocouples.
5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, dans lequel dans le deuxième état (a2), l'un (10) des thermocouples est relié à l'entrée d'un autre amplificateur (21) et le signal en sortie de cet autre amplificateur est traité de façon à délivrer un signal correspondant à la température (T1) de ce thermocouple (10).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, une source de tension (40) de température froide servant au calcul del'une au moins des températures mesurées par les thermocouples au moins dans le premier état (al), étant notamment générée électroniquement comme résultat d'une mesure directe la température froide ou imposée par une simulation
7. Véhicule équipé d'un dispositif de mesure (1) tel que défini dans l'une quelconque des revendications précédentes.
8. Procédé de mesure d'une différence de température (T2-T1) en amont et en aval d'un organe parcouru par un fluide, notamment les températures d'un gaz d'échappement en amont et en aval d'un filtre à particules, deux thermocouples mesurant respectivement les températures en amont et en aval, dans lequel : à la tension délivrée par un premier thermocouple, est soustraite celle délivrée par un deuxième thermocouple, cette soustraction étant le fait d'une connexion en série tête-bêche des thermocouples, la différence de tension ainsi générée est traitée de manière à produire un signal représentatif de la différence de température (T2-T1).
9. Procédé selon la revendication précédente, comportant la sélection de l'état d'un système de commutation pouvant prendre deux états (al, a2) :un premier état (al) où l'un au moins des thermocouples est relié à l'entrée d'un amplificateur de façon à lire la température de ce thermocouple, - un deuxième état (a2) où les deux thermocouples sont reliés électriquement en série tête-bêche à l'entrée d'un amplificateur, de façon à lire la différence de température des thermocouples.
10.Procédé selon la revendication 9, les deux thermocouples étant respectivement reliés à deux amplificateurs dans le premier état, de façon à lire la température de chacun des thermocouples.
11.Procédé selon la revendication 9 ou 10, la commutation dans le premier état étant opérée lorsque la mesure des températures en deux points distincts correspondants aux thermocouples est demandée, et la commutation dans le deuxième état étant opérée lorsque la mesure de la différence de température entre les deux points est demandée.