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Molecule
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tantalum
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nickel
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titanium
(5)
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DES
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monter
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copper
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beryllium
(1)
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titanium nickel
(1)
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Generic
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METAL
(10)
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titaniums
(2)
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acid
(1)
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Gene Or Protein
(3/ 12)
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Etre
(9)
[20][_]
Cou
(2)
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Tre
(1)
[22][_]
Physical
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125 microns
(2)
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100 microns
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4,5 kg/dm
(1)
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10 microns
(1)
[27][_]
0,05 micron
(1)
[28][_]
0,25 micron
(1)
[29][_]
de 5 microns
(1)
[30][_]
Disease
(1/ 1)
[31][_]
Rale
(1)
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2522811A1
Family ID 3132607
Probable Assignee Bosch Gmbh Robert
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title SONDE DE MESURE POUR LA DETERMINATION DE LA MASSE ET/OU DE LA
TEMPERATURE D'UN FLUIDE EN ECOULEMENT
Abstract
_________________________________________________________________
A.SONDE DE MESURE POUR LA DETERMINATION DE LA MASSE, ETOU DE LA
TEMPERATURE D'UN FLUIDE EN ECOULEMENT.
B.SONDE CARACTERISEE EN CE QUE LE SUPPORT 14 EST CONSTITUE PAR UNE
FEUILLE DE METAL, POURVUE D'UN REVETEMENT EN UNE COUCHE 15
ELECTRIQUEMENT ISOLANTE, SUR LAQUELLE EST MONTEE LA DISPOSITION
D'ENSEMBLE DE RESISTANCES R1 A R4.
C.L'INVENTION CONCERNE DES SONDES DE MESURE.
Description
_________________________________________________________________
" Sonde de mesure pour la determination de la masse
et/ou de la temperature d'un fluide en ecoulement ".
L'invention concerne une sonde de mesure pour la determination de la
masse et/ou de la tempera- ture d'un fluide en ecoulement, du type
pourvu d'un support pour un dispositif de resistance en couche
mince dependante de la temperature.
Une telle sonde est connue, sous la forme d'un dispositif de mesure de
debit de traversee, d'apres le document EP A 1 21 291 11 y est decrit
une sonde de mesure dans laquelle un fluide en ecoulement
passe devant deux resistances dependantes de la tempe-
rature formees comme des couches minces de resistance, dont l'une sert
de resistance de mesure et la seconde
de resistance chauffante te refroidissement de la re-
sistance chauffee, ainsi que le courant necessaire pour son
rechauffage, constituent une mesure pour la quantite de fluide
s'ecoulant (debit) Le support de cette sonde connue est constitue par
un cadre sur lequel est tendue
une feuille portant les resistances Dans la zone cor-
respondant aux resistances, le cadre presente des evide-
ments tels que, dans cette zone, seule la feuille agit comme support
Une disposition de ce genre possede dans son ensemble une capacite de
chaleur elevee, car meme le cadre est compris dans le bilan thermique
Tout
d'abord, la sonde de mesure suit les variations de tem-
perature d'une maniere tres rapide Cependant, dans la suite, il se
manifeste une difference de temperature par rapport au cadre, et, en
consequence, la difference de temperature, apres la premiere
adaptation rapide,
s'effectue a une allure relativement lente.
D'apres une demande de brevet anterieure P 31 13 745 8, il est connu
de monter une resistance
en couche mince sur un support metallique, avec inter-
position d'une couche d'isolation Comme support de cette bande de
mesure de dilatation connue, il est prevu
un element a ressort constitue, par exemple, en une pla-
que de ressort en copper et beryllium (Cu-Be).
L'invention a pour objet une sonde de mesure, caracterisee en ce que
le support est constitue
par une feuille de metal, qui est recouverte d'une cou-
che electriquement isolante, sur laquelle est monte
l'ensemble de resistances.
Cette sonde presente, par rapport a la sonde connue a film chauffe,
l'avantage residant en ce que sont ainsi obtenus une haute stabilite
mecanique
de la sonde, et un faible retard de l'allure de tempe-
rature dans l'operation de mesure Les metals possedent une bonne
capacite de conductibilite de la chaleur et la surface du support peut
pratiquement etre utilisee dans sa totalite pour constituer
l'installation de resistance, de sorte qu'il n'existe aucun exces de
metal non utilise Un support metallique presente en
meme temps de bonnes proprietes de resistance mecani-
que, ce qui accroit considerablement sa duree de ser-
vice dans la disposition dans un fluide en ecoulement.
Pour cela, il suffit de prevoir une tres faible epais-
seur du support, ce qui constitue un avantage important par rapport
aux dispositions connues de la technique interessee. L'invention
s'etend a differentes formes
de realisation.
Du point de vue technique de fabrication et du point de vue du montage
de l'ensemble de sonde, l'invention prevoit deux resistances
dependantes de la temperature disposees sur le support et decouplees
thermiquement tres efficacement entre elles par une fente prevue dans
la feuille de metal, laquelle exclut pratiquement completement une
influence reciproque de
temperature.
Une disposition commune de resistances
dependantes de la temperature et de resistances inde-
pendantes de la temperature sur le support est particu-
lierement indiquee lorsque les differentes resistances
sont constituees en memes materiaux et couches de mate-
riau identiques.
Une disposition de ce genre peut avanta-
geusement etre realisee de telle maniere que les re-
sistances dependantes de la temperature consistent en un systeme a
double couche avec une couche de
tantalum
recouverte d'une couche de nickel, tandis que les re-
sistances non dependantes de la temperature presentent seulement un
systeme de couche en tantalum Dans cette
disposition, les couches non dependantes de la tempera-
ture peuvent etre realisees de maniere tres simple par enlevement par
erosion a l'acidde la couche de nickel
qui se trouve sur la couche de tantalum.
En outre, les deux dispositifs de resis-
tance sont lisses au moyen d'un rayonnement laser.
Du point de vue de l'abaissement de la
capacite thermique de la sonde de mesure, ont ete cons-
tates comme judicieux des evidements dans la zone de l'application
contre le bottier Par cette mesure, la
transmission de chaleur vers le bottier est simultane-
ment nettement reduite, et la vitesse de reponse de la
sonde est encore amelioree.
Du point de vue de la vitesse de reponse de la sonde, l'accessibilite
des resistances pour le
fluide en ecoulement est decisive auquel cas un ecoule-
ment regulier, essentiellement laminaire a un effet
particulierement avantageux.
De telles conditions d'ecoulement sont
obtenues de maniere tres simple et judicieux en recour-
bant le support en une forme de U, avec, sur sa face interieure, un
canal pour le fluide en ecoulement
auquel les resistances sont exposees.
Comme materiau pour la feuille de metal,
le titaniums'est revele particulierement approprie.
En raison de ses proprietes, des feuilles de titanium minces, d'une
epaisseur par exemple de 50
microns, sont deja tres stables mecaniquement La den-
site du titaniums'eleve seulement a 4,5 kg/dm, et la capacite
thermique specifique moyenne est egale a 0,47 KJ (kg K) Ainsi, le
titanium prend, en epaisseur et capacite thermique, une valeur tres
faible pour le produit prevu comme capacite thermique d'une sonde
sous la forme indiquee plus haut.
Grace a ces formes de realisation des
sondes de mesure, il est assure que les quatre resistan-
ces en pont equilibrees entre elles sont couplees mecani-
quement et ne peuvent pas etre confondues par erreur.
La description ci-apres se rapporte a
deux exemples de realisation de l'invention, avec refe-
rence aux dessins schematiques annexes dans lesquels:
la figure 1 represente le montage meca-
nique de la sonde.
la figure 2 est une vue,en coupe par-
tielle, a travers une sonde, comprenant une resistance
dependante de la temperature et une resistance indepen-
dante de la temperature.
la figure 3 represente une sonde de
mesure a deux faces montee.
la figure 4 represente une sonde de
mesure a une seule face.
la figure 5 montre la realisation d'une sonde de mesure en forme de U.
la figure 6 montre l'utilisation d'une sonde de mesure, conforme a la
figure 5, dans le cas d'une mise sous tension a deux faces (a) et
d'une mise
sous tension a une face (b).
En figure 1 sont designes par les refe-
rences 10 a 13, les conducteurs de raccordement d'un pont de mesure a
resistances quiforme une sonde de mesure pour la determination de la
masse et/ou de la temperature d'un fluide en ecoulement Le pont
contient des resistances dependant de la temperature RI et R 2,
ainsi que des resistances non dependantes de la tempe-
rature R 3 et R 4 Les raccords de branchement 12 et 13
respectifs entre une resistance dependante de la tem-
perature et une resistance independante de la tempera-
ture sont amenes, en vue de la determination de la masse (debit) d'un
fluide en ecoulement a un regulateur,
de preference par l'intermediaire d'un amplificateur.
Ce regulateur assure, par les raccords de branchement
10 et 11, le courant de chauffage de l'ensemble de re-
sistances. Pour determiner la masse d'un fluide en ecoulement, la
resistance independante de la temperature se trouve chauffee
progressivement lorsque, en raison
d'un accroissement du debit de fluide, le refroidisse-
ment de la resistance Rl croit L'intensite du courant de chauffage est
alors une mesure pour la quantite de fluide en ecoulement Il est
inutile de decrire ici le
procede de determination de la masse du fluide en ecou-
lement.
Pour la determination de la temperature, on peut utiliser l'une ou
l'autre des deux resistances dependant de la temperature Rl ou R 2 Le
dispositif
decrit, en plus de son emploi comme pont de mesure per-
met egalement la possibilite d'utilisation d'une seule resistance de
mesure pour une determination rapide de
la temperature.
La figure 2 est une vue en coupe a tra-
vers la sonde de mesure, avec les resistances dependan-
tes de la temperature RI et R 2 et les resistances inde-
pendantes de la temperature R 3 et R 4, Le support 14 de
la sonde est constitue par une feuille de metal, notam-
ment de titanium Il presente une epaisseur comprise en-
tre 25 et 125 microns, selon les sollicitations mecani-
ques et selon les conditions exigees relativement au
temps de reaction de la sonde de mesure En regle gene-
rale, il possede une epaisseur d'environ 100 microns et, avec une
resistance mecanique elevee, il presente
cependant de tres bonnes proprietes thermiques.
Sur le support 14 est disposee une cou-
che de revetement electriquement isolante 15 consistant, par exemple,
en une couche de verre Sur cette couche de revetement isolante 15, est
rapportee, par technique
de realisation de couches minces, l'ensemble de resis-
tances comprenant les resistances independantes de la temperature et
dependantes de la temperature Rl a R 4, avec une structure en tantalum
16 et une structure en
nickel 17 La structure en tantalum 16 forme les resis-
tances R 3 et R 4 et la double couche en tantalum et nickel forme les
resistances dependantes de la temperature Rl et R 2 Par-dessus les
resistances et la couche isolante est prevue encore une couche de
protection 18 qui peut etre, par exemple, une couche hydrophobe en
polymerisat
de mica.
Les rapports d'epaisseurs indiques ne
correspondent pas a la realite et sont simplement des-
tines a faciliter la lecture du dessin En realite, le support 14 a une
epaisseur de l'ordre de grandeur de a 100 microns, la couche
d'isolation a une epaisseur d'environ 10 microns, l'epaisseur de la
couche de resistance en titanium est d'environ 0,05 micron, celle de
la couche en titanium nickel est d'environ 0,25 micron et la couche de
protection 18 a une epaisseur de l'ordre
de grandeur de 5 microns -
La figure 3 est une representation sche-
matique de la constitution d'une sonde de mesure desti-
nee a la determination de la masse d'un fluide en ecou-
lement, dont les resistances Rl a R 4 sont disposees et connectees de
la maniere representee en figure 1 Ces resistances RI a R 4 sont
representees schematiquement
et, en realite, elles recouvrent pratiquement la tota-
lite de la surface superieure du support 14 Les bran-
chements electriques du pont de mesure sont designes
par 10 a 13 conformement a la figure 1 et sont connec-
tes en correspondance.
Le support 14 est maintenu sur deux cotes dans les parties de bottier
19 et 20 lesquelles sont
elles-memes montees sur un element de construction 21.
Sur les extremites de montage du support 14, auxquelles sont affectees
les resistances Rl a R 4, sont prevus quatre evidements 22 a 25, de
telle sorte que le support
n'est applique qu'avec des surfaces de contact relative-
ment reduites sur les parties de bottier respectives 19 et 20 et, par
consequent, ne delivre que peu de chaleur au bottier Le decouplage
thermique des resistances Rl et R 3 par rapport aux resistances R 2 et
R 4 est assure par une fente 26 dans le support 14, laquelle exclut en
pratique toute influence thermique reciproque entre les
deux branches du pont.
Le support 14 est partage par la fente 26 en deux domaines qui sont
exposes tous les deux au
fluide en ecoulement dont la masse doit etre determinee.
Grace au decouplage thermique au moyen de la fente 26, il est possible
d'operer le reglage de la temperature de la resistance RI, et ainsi de
sa valeur de resistan- ce en correspondance avec son refroidissement
par le
fluide, sans que la resistance de comparaison R 2 egale-
ment dependante de la temperature soit influencee par l'echauffement
Le support 14 est donc partage, suivant sa longueur, en une voie de
chauffage H et une voie de mesure M, comme indique a l'extremite
superieure du support, par les lettres H et M. La disposition conforme
a la figure 4 correspond en grande partie a celle de la figure 3, de
sorte qu'aucun detail n'est indique et que les memes
elements sont designes par des references identiques.
La seule difference entre la disposition de la figure 4 et celle de la
figure 3 reside en ce que le support 14 n'est maintenu que sur un cote
sur l'element de construction 21, de telle sorte que la transmission
de chaleur dans le domaine superieur avec les resistances
dependantes de la temperature est absolument empechee.
Dans cette disposition, une fente 27 ouverte vers un seul cote peut
etre prevue Comme en figure 3, le fluide en ecoulement est indique
schematiquement par la fleche 28.
Aux figures 5 et 6, les elements identi-
ques sont egalement designes par les memes references qu'aux figures
precedentes Le support 14, suivant la figure 5, est recourbe a angle
droit le long des axes
29 et 30 en traits points, de telle sorte que le sup-
port est courbe conformement aux fleches 31 et 32 Les resistances RI a
R 4 doivent etre situees sur la face de dos du support 14, de telle
sorte que, apres le recourbement en forme de U, elles se trouvent sur
les
252281 1
-faces interieures des deux moities de support Dans cette zone, lors
d'une disposition suivant la figure 6 a, avec un maintien sur les deux
cotes, ou, dans une disposition suivant la figure 6 b avec un maintien
sur un seul cote, il se produit un ecoulement laminaire du fluide, ce
qui constitue des conditions de mesure plus
favorables et reproductibles.
Claims
_________________________________________________________________
R E V E N D I C A T I O N S
) Sonde de mesure pour la determination de la masse, et/ou de la
temperature d'un fluide en
ecoulement, avec un support pour une disposition d'en-
semble de resistances en couches minces, dependantes de la
temperature, sonde caracterisee en ce que le support ( 14) est
constitue par une feuille de metal,
pourvue d'un revetement en une couche ( 15) electrique-
ment isolante, sur laquelle est montee la disposition
d'ensemble de resistances (Ri a R 4).
) Sonde suivant la revendication 1, caracterisee en ce que la surface
superieure du support ( 14) est occupee dans sa totalite par
l'ensemble de
resistances (RI a R 4).
30) Sonde suivant l'une des revendications
1 ou 2, avec deux ensembles de resistances dependantes de la
temperature, baignes par le fluide en ecoulement, dont l'un peut etre
echauffe par un courant electrique, les resistances dependantes de la
temperature etant
decouplees thermiquement entre elles, sonde caracteri-
see en ce que le decouplage thermique est realise au
moyen d'un partage du support en deux parties ( 26, 27).
) Sonde suivant la revendication 3,
caracterisee en ce que, pour la realisation du decoupla-
ge thermique, une fente ( 26, 27) est prevue dans le sup-
port ( 14) entre les deux resistances dependantes de la
temperature (RI, R 2).
) Sonde suivant l'une quelconque des
revendications 1 a 4, caracterisee en ce que, deux re-
sistances dependantes de la temperature (RI, R 2) et deux resistances
independantes de la temperature (R 3,
R 4) sont disposees sur le support ( 14).
) Sonde suivant la revendication 5, caracterisee en ce que les
resistances dependantes de la temperature (Ri, R 2) consistent en un
systeme a deux couches comprenant une couche de tantalum (tantalum) et
une couche superposee de nickel (nickel), tandis que les resistances
independantes de la temperature (R 3, R 4)
sont constituees par une couche unique en tantalum (tantalum).
70) Sonde suivant l'une quelconque des
revendications 3 a 6, caracterisee en ce que le partage
du support ( 14) entre les resistances dependantes de la temperature
(RI, R 2) et les resistances independantes de la temperature (R 3, R
4) en deux zones constituant chacune une branche de pont, est realise
par une fente
continue ( 26, 27).
) Sonde suivant l'une quelconque des
revendications 1 a 7, caracterisee en ce que le support
( 14) est pourvu, dans le domaine de son application
contre le bottier ( 19, 20 et 21) d'au moins un evide-
ment ( 22 A 25).
) Sonde suivant l'une quelconque des
revendications 1 a 8, caracterisee en ce que le support
( 14) est maintenu sur le bottier ( 21) par un seul cote.
100) Sonde suivant l'une quelconque des
revendications 1 a 9, caracterisee en ce que le sup-
port ( 14) est recourbe en forme de U, et la disposition d'ensemble de
resistances (Rh a R 4) est prevue sur sa
face interieure, et exposee au fluide en ecoulement ( 28).
110) Sonde suivant l'une quelconque des
revendications 1 a 10, caracterisee en ce que la feuille
de metal constituant le support ( 14) a une epaisseur
comprise entre 25 et 125 microns.
) Sonde suivant l'une quelconque des
revendications 1 a 11, caracterisee en ce que la feuille
de metal du support ( 14) est constituee en titanium.
) Sonde suivant l'une quelconque des
revendications 1 a 12, caracterisee en ce que la couche
de revetement electriquement isolante ( 15) du support
'( 14) est constituee par une couche de verre.
) Sonde suivant l'une quelconque des
revendications 1 a 13, caracterisee en ce que la dispo-
sition d'ensemble de resistances a couche mince (Rl a
R 4) est recouverte par une couche protectrice ( 18).
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