FR3111981A1 - Transducer, in particular for a volume flow measurement device in an exhaust gas recirculation system - Google Patents
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Abstract
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 1Transducer, in particular for a device for measuring volume flow in an exhaust gas recirculation system The transducer (10), in particular ultrasonic, comprises a casing (16) and at least two connectors (18). The connectors (18) are formed by pins made of electrically conductive material, these pins (18) having sufficient mechanical strength to allow the insertion by force of these pins (18) into an orifice (22) complementary to a plate of printed circuit (20). Figure for abstract: Figure 1
Description
La présente invention concerne un transducteur, notamment à ultrasons.The present invention relates to a transducer, in particular ultrasound.
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.Such a transducer is for example used in a measuring device, in particular a volumetric flow measuring device, for example for an exhaust gas recirculation system.
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.We already know, in the state of the art, a transducer intended to be connected to a printed circuit board, generally by means of electric cables.
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.More particularly, such a transducer usually comprises two pins to which the electric cables are connected. The transducer usually has a general shape of revolution around a central axis, for example a cylindrical shape, the pins being arranged on one face of the transducer.
La présente invention a notamment pour but d’améliorer un tel transducteur, notamment en facilitant son intégration dans le dispositif de mesure.The object of the present invention is in particular to improve such a transducer, in particular by facilitating its integration into the measuring device.
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.To this end, the invention particularly relates to a transducer, in particular ultrasonic, comprising a casing and at least two connectors, characterized in that the connectors are formed by pins of electrically conductive material, these pins having sufficient mechanical strength. to allow the force insertion of these pins each in a complementary hole of a printed circuit board.
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.The transducer is connected to the printed circuit board by press-fitting, which allows a robust and direct connection with the printed circuit board. Such a connection is particularly preferred in an aggressive environment, in which cable connections by soldering would risk being damaged.
Cela est notamment le cas dans un dispositif de mesure de débit volumique dans une ligne d’échappement de moteur thermique.This is particularly the case in a device for measuring volume flow in a heat engine exhaust line.
Un transducteur selon l’invention peut comporter en outre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes combinaisons techniquement envisageables :A transducer according to the invention may also comprise one or more of the following characteristics, taken alone or in any technically conceivable combination:
- L’enveloppe est réalisée dans un matériau propre à être moulé par injection.- The casing is made of a material suitable for injection molding.
- 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.- The casing is made of a material that is strong enough not to be damaged when the connectors are forcefully inserted into their complementary holes.
- L’enveloppe est réalisée en un matériau absorbant acoustique.- The envelope is made of a sound-absorbing material.
- L’enveloppe est réalisée en en caoutchouc ou en silicone.- The cover is made of rubber or silicone.
- L’enveloppe présente une forme de détrompeur ne pouvant prendre qu’une position dans un réceptacle de forme complémentaire.- The envelope has the shape of a polarizer that can only take one position in a receptacle of complementary shape.
- 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.- The envelope has a flat rear face, and an opposite front face from which extends a preferably cylindrical sleeve housing an electronic element, the front and rear faces are separated by an upper face, from which the pins extend, and a peripheral face, for example U-shaped.
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.The invention also relates to a measuring device, characterized in that it comprises at least one transducer as defined previously, and a printed circuit board, the pins of each transducer being inserted by force into complementary orifices of the printed circuit board.
Avantageusement, le dispositif de mesure comprend une coque surmoulée sur l’au moins un transducteur.Advantageously, the measuring device comprises a molded shell on the at least one transducer.
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.The invention also relates to an exhaust gas recirculation system, characterized in that it comprises a measuring device as defined above.
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 :Different aspects and advantages of the invention will be highlighted in the following description, given solely by way of non-limiting example, and made with reference to the appended figures, among which:
On a représenté, sur la figure 1, un transducteur 10 selon un exemple de mode de réalisation de l’invention.There is shown in Figure 1, a transducer 10 according to an exemplary embodiment of the 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.The transducer 10 is for example an ultrasonic transducer, intended to convert an ultrasonic signal received into an electrical signal, or to convert an electrical signal into an ultrasonic signal, for example in order to measure a volume flow.
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.Thus, at least one transducer 10 is preferably intended to equip a measuring device 12, and more particularly, in the example described, a device 12 for measuring the volume flow rate of exhaust gas in an engine exhaust line thermal. Such a measuring device 12 equips, for example, an exhaust gas recirculation system.
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.Such a measuring device 12 preferably comprises two transducers 10. More particularly, the measuring device delimits a conduit 13 for the circulation of exhaust gases, extending at least locally in a direction of flow. The transducers 10 are arranged on either side of the duct 13, and are aligned in an alignment direction forming a non-zero angle and strictly less than 90° with the direction of flow.
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.Each transducer 10 emits a signal in the direction of the other transducer 10, and receives the signal emitted by this other transducer 10. For each of these signals, the propagation time from one transducer to the other is measured.
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.Due to the orientation of the transducers 24, one of the signals propagates in the same direction as the flow of exhaust gases, and the other signal propagates against the current. The difference between the propagation times of these opposing signals allows the volume flow rate of the exhaust gas flow to be calculated. An example of volume flow calculation using the transducers 10 is described below.
Ainsi, on considèrera ci-dessous :Thus, we will consider below:
φ est l’angle défini entre la direction d’alignement des transducteurs et la direction d’écoulement de gaz d’échappement.φ is the angle defined between the direction of alignment of the transducers and the direction of exhaust gas flow.
R est le rayon du conduit.R is the radius of the duct.
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.T is the temperature of the exhaust gas, preferably measured by a temperature measuring device included in the measuring device 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.P is the pressure of the exhaust gas, preferably measured by a pressure measuring device included in the measuring device 12.
c est la célérité, c’est-à-dire la vitesse de propagation (en m/s) des ondes sonores dans le gaz :
D est la densité du gaz d’échappement :
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.Δt is the difference between the propagation times of the opposite signals transmitted and received by the transducers. This time difference is measured using the transducers.
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.Thus, it is clear that the transducers allow, by measuring the difference in transmission time of the signals in both directions, to calculate in a simple and effective way the volume and mass flow rates of the exhaust gases.
On décrira ci-dessous l’un des transducteurs 10 selon l’invention. Les transducteurs étant identiques, un seul sera décrit en détail.One of the transducers 10 according to the invention will be described below. The transducers being identical, only one will be described in detail.
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.The transducer 10 comprises an electronic element 14, capable of transmitting and receiving a signal, in particular an ultrasonic signal. The electronic element 14 is also capable of transforming an electrical signal into an ultrasonic signal, and an ultrasonic signal into an electrical signal.
Le transducteur 10 comporte une enveloppe 16, logeant l’élément électronique 14.The transducer 10 comprises a casing 16, housing the electronic element 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.The transducer 10 comprises at least one electrical connector 18 electrically connected to the electronic element 14, preferably two electrical connectors 18, for connection to a printed circuit board 20 (visible in Figure 2). Each electrical connector 18 is formed by a pin 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.It will be noted that the printed circuit board 20 is preferably cooled by a cooling device 21 included in the measuring device 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,Each pin 18 has the general shape of a rod, and it is made of an electrically conductive material, for example metal. In the example described, each pin 18 comprises a rod 18a and a head 18b. The rod 18a has for example a rectangular cross section,
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.Each pin 18 is intended to be inserted by force into a corresponding hole 22 made in the printed circuit board 20. More particularly, the head 18b is shaped to cooperate with the hole 22. This hole 22 has electrically conductive edges, of so that the simple insertion of the pin in the corresponding hole 22 allows a direct electrical connection, without requiring intermediate cables.
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.The pins 18 have sufficient mechanical strength to allow the forceful insertion of these pins into the complementary holes 22 of the printed circuit board 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.By “forced insertion”, we mean that it is necessary to apply a significant force to effect the insertion. Pin 18 is thus blocked in hole 22 by jamming. This force required to perform the insertion is preferably greater than 300N, even more preferably greater than 400N, for example of the order of 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.By "sufficient mechanical strength", it is meant that the pins 18 can undergo force insertion without undergoing plastic deformation, and of course without breaking. The pins 18 may possibly undergo a slight elastic deformation, as long as this deformation does not prevent insertion by force. In any case, the mechanical strength will be considered sufficient when force insertion is possible.
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.Similarly, the casing 16 is preferably made of a material that is strong enough not to be damaged during forceful insertion of the pins 18 into their complementary orifice 22. In the case of the casing 16, this can undergo a slight elastic deformation without hindering the forceful insertion.
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.According to a preferred embodiment, the envelope 16 is made of a sound-absorbing material. This makes it possible to decouple the electronic element 14 from the printed circuit board 20, to limit the transmission of unwanted acoustic waves, and thus optimize the precision of the measurements carried out by the electronic element 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.Advantageously, the envelope 16 is made of a material that can be injection molded. Thus, the casing 16 is for example overmolded on the electronic element 14, or alternatively the electronic element 14 is attached to the casing 16 after molding this casing 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.Preferably, the casing 16 is made of a material capable of withstanding the stresses associated with overmoulding by injection. Indeed, as will be described later, the measuring device 12 is partially overmoulded, by injection, on the transducer 10. The casing 16 must thus withstand the high temperature and pressure stresses specific to injection overmoulding.
A titre d’exemple, l’enveloppe 16 peut être réalisée en caoutchouc ou en silicone, afin de présenter toutes les caractéristiques évoquées ci-dessus.By way of example, the casing 16 can be made of rubber or silicone, in order to have all the characteristics mentioned above.
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.Advantageously, the casing 16 has the shape of a polarizer that can take only one possible position in a receptacle of complementary shape in an injection molding tool. This makes it possible to ensure precise positioning of the transducers 10 and of their pins 18 in the measuring device 12, when the latter is overmolded on the transducers 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.Indeed, the measuring device 12 comprises a housing 24 comprising a shell 26 which is preferably molded onto the transducer 10. The keyed shape of the casing 16 makes it possible to position the transducer 10 in a precise position of the mold before perform overmolding.
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.To this end, the envelope 16 has a flat rear face 16a, and an opposite front face 16b from which extends a preferably cylindrical sleeve 16c housing the electronic element 14. The front 16a and rear 16b faces are separated by a upper face 16d, from which the pins 18 extend, and a peripheral face 16e, for example U-shaped. The peripheral face 16e therefore comprises two flat side walls, connected by a curved bottom wall.
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.The different shape of the front 16b and rear 16a faces, in particular due to the presence of the sleeve 16c, makes it possible to define an orientation for the transducer 10, from which follows the keying effect. It is thus possible to provide a receptacle for the transducer 10, in which the transducer 10 can only be received in one possible position.
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.This allows repeatable placement of transducers 10 in an injection molding tool, to ensure precise position of pins 18. Shell 26 can thus be overmolded over transducers 10, ensuring precise positioning of the pins relative to this hull 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.It is thus possible to produce measurement devices 12 industrially, in series, ensuring that all the shells 26 produced are identical. This was not possible with state-of-the-art transducers, so the shape does not allow precise positioning of the electrical connectors.
On notera que l’invention n’est pas limitée au mode de réalisation précédemment décrit, mais pourrait présenter diverses variantes complémentaires.It will be noted that the invention is not limited to the embodiment described above, but could present various complementary variants.
Claims (10)
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| FR2006731A FR3111981A1 (en) | 2020-06-26 | 2020-06-26 | Transducer, in particular for a volume flow measurement device in an exhaust gas recirculation system |
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Citations (2)
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| DE102006014053A1 (en) * | 2005-03-29 | 2006-10-19 | Denso Corp., Kariya | ultrasonic sensor |
| WO2018117008A1 (en) * | 2016-12-21 | 2018-06-28 | 上田日本無線株式会社 | Ultrasonic measuring device |
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2020
- 2020-06-26 FR FR2006731A patent/FR3111981A1/en active Pending
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