FR2801101A1 - Hot wire differential pressure sensor, has integrated construction with sinuous channel - Google Patents

Abstract

The hot wire differential pressure sensor has a thermally isolated long sinuous channel (3) made in two half shells with a heating resistance (6), temperature sensors (10,12) and controller (13) integrated on an electronic card between the half shells. Can have only one sensor and be used in time switched mode.

Description

La présente invention a pour objet un capteur de pression différentielle. The present invention relates to a differential pressure sensor.

Chaque fois que l'on utilise une turbine, une moto-turbine ventilateur permettant de véhiculer de l'air par modification des pressions, par exemple dans le domaine de la ventilation des logements ou dans celui de l'aspiration centralisée, il est intéressant de pouvoir maîtriser performance de l'appareil à partir du phénomène physique qu'elle engendre : la pression ou dépression selon que l'on insuffle de l'air l'extrait. Each time a turbine is used, a fan motor-turbine allowing air to be conveyed by modification of the pressures, for example in the field of housing ventilation or in that of central aspiration, it is advantageous to be able to control the performance of the device based on the physical phenomenon it generates: pressure or depression depending on whether the extract is blown with air.

De nombreux capteurs de pression existent, qui peuvent mesurer directement la pression. Numerous pressure sensors exist, which can measure pressure directly.

II s'agit par exemple de capteurs de pression par déplacement d'une membrane élastique mue par les forces engendrées par la pression. tel type de capteur soit est limité à la mesure de pression moyenne l'ordre de 100 à 1000 Pa, soit possède une taille importante afin d'obtenir des efforts suffisants de l'ordre de quelques grammes. These are, for example, pressure sensors by displacement of an elastic membrane driven by the forces generated by the pressure. such a type of sensor is either limited to the average pressure measurement of the order of 100 to 1000 Pa, or has a large size in order to obtain sufficient forces of the order of a few grams.

Un autre type de capteur est constitué par les capteurs piézo- electriques permettant de mesurer des variations continues. Toutefois ces capteurs sont d'un coût élevé en raison de l'importance de traitement du signal qui en résulte. Another type of sensor is constituted by piezoelectric sensors making it possible to measure continuous variations. However, these sensors are of high cost due to the importance of signal processing which results therefrom.

II est également connu de mesurer la pression, non pas directement, mais par les effets induits qu'elle génère, c'est-à-dire la mise mouvement de l'air qui, dans un conduit, permet d'obtenir un écoulement homogène turbulent ou laminaire selon le nombre de Reynolds. C'est ainsi qu'il est connu, notamment pour réaliser la mesure de faibles pressions différentielles, de réaliser un orifice reliant les deux endroits entre lesquels la différence de pression est à mesurer, et de mesurer le débit d'air passant dans cet orifice. It is also known to measure the pressure, not directly, but by the induced effects which it generates, that is to say the setting movement of the air which, in a duct, allows to obtain a homogeneous flow. turbulent or laminar depending on the Reynolds number. This is how it is known, in particular to carry out the measurement of low differential pressures, to produce an orifice connecting the two places between which the pressure difference is to be measured, and to measure the air flow passing through this orifice .

En effet, les lois de la physique relient directement la différence de pression au carré du débit traversant l'orifice reliant les deux chambres. La pression différentielle est donc connue à partir de la mesure du débit. Indeed, the laws of physics directly connect the pressure difference to the square of the flow rate crossing the orifice connecting the two chambers. The differential pressure is therefore known from the measurement of the flow rate.

Un procédé connu de mesure du débit d'air par connaissance de la vitesse est le procédé du "fil chaud". Un filament métallique de très faible diamètre, jouant le rôle de résistance, est alimenté en courant. Le filament chauffe comme le filament d'une ampoule électrique, et refroidit selon une loi définie d'échange thermique de convection, qui est fonction du débit d'air au contact du filament. Comme décrit dans le document FR 2 711 , il est possible de mesurer la tension d'alimentation nécessaire pour maintenir le filament à la même température, cette tension étant l'image débit d'air et par conséquent de la pression différentielle. Cette technique a l'inconvénient de nécessiter un jet d'air particulièrement bien orienté sur le filament pour rendre compte de la vitesse de l'air dans l'orifice et donc de la pression différentielle. De plus, si les pressions mesurées sont faibles, le dispositif devra réaliser une accélération du jet d'air par un orifice de très petite taille, particulièrement sensible aux encrassements. A known method of measuring the air flow by knowing the speed is the "hot wire" method. A metallic filament of very small diameter, playing the role of resistance, is supplied with current. The filament heats up like the filament of an electric bulb, and cools according to a defined law of convective heat exchange, which is a function of the air flow rate in contact with the filament. As described in the document FR 2 711, it is possible to measure the supply voltage necessary to maintain the filament at the same temperature, this voltage being the image air flow and consequently of the differential pressure. This technique has the disadvantage of requiring an air jet that is particularly well oriented on the filament to account for the speed of the air in the orifice and therefore for the differential pressure. In addition, if the pressures measured are low, the device must achieve an acceleration of the air jet through a very small orifice, particularly sensitive to fouling.

but de l'invention est de fournir un capteur de pression différentielle de structure simple, possédant une bonne fiabilité, et permettant mesurer une pression différentielle sur une large plage avec une bonne précision. object of the invention is to provide a differential pressure sensor of simple structure, having good reliability, and making it possible to measure a differential pressure over a wide range with good accuracy.

A effet, le capteur qu'elle concerne comprend un canal isolé thermiquement et reliant les deux endroits entre lesquels la pression différentielle à mesurer, contenant une résistance de chauffage, dont la puissance de chauffage est maîtrisée, au moins une sonde de température montée en aval de la résistance, et des moyens de gestion du capteur commandant l'alimentation en courant de la résistance et réalisant la mesure de température de chaque sonde, et fournissant ces valeurs à un organe calculant le débit à travers le canal et la pression différentielle entre les endroits reliés à l'entrée et à la sortie du canal. Indeed, the sensor it relates to includes a thermally insulated channel and connecting the two places between which the differential pressure to be measured, containing a heating resistor, whose heating power is controlled, at least one temperature sensor mounted downstream of the resistor, and means for managing the sensor controlling the current supply to the resistor and carrying out the temperature measurement of each probe, and supplying these values to a member calculating the flow rate through the channel and the differential pressure between the places connected to the entrance and exit of the canal.

En jouant sur le principe d'échange thermique par convection au contact d'une résistance, l'invention rend compte de l'échange thermique se produisant au niveau d'une résistance chauffante dont la puissance est maîtrisée et dans le cas le plus simple est constante. La résistance engendre l'élévation de la température de l'air circulant dans canal, résultant de l'échange par convection ou entre la résistance et l'air, cette élévation de température étant mesurée à l'aide de sondes, telles par exemple des résistances à coefficient de température négatif. By playing on the principle of heat exchange by convection in contact with a resistor, the invention accounts for the heat exchange occurring at the level of a heating resistor whose power is controlled and in the simplest case is constant. The resistance generates the rise in the temperature of the air circulating in the channel, resulting from the exchange by convection or between the resistance and the air, this rise in temperature being measured using probes, such as for example resistors with negative temperature coefficient.

En raison de l'isolation thermique du canal, il est possible de mesurer l'échange en terme d'énergie, de manière globale, l'énergie fournie à la résistance étant entièrement restituée à l'air. Cela permet se soustraire à la nécessité de directivité du jet d'air comme tel est le cas dans la technique dite du fil chaud. En outre, afin que la puissance de chauffage soit entièrement dissipée dans l'air, le support de la résistance est isolé thermiquement vis- à-vis du canal et notamment vis-à-vis des sondes de température. Due to the thermal insulation of the channel, it is possible to measure the exchange in terms of energy, globally, the energy supplied to the resistor being entirely returned to the air. This avoids the need for directivity of the air jet as is the case in the so-called hot wire technique. In addition, so that the heating power is completely dissipated in the air, the resistance support is thermally insulated from the channel and in particular from the temperature probes.

Suivant une première forme d'exécution, ce capteur comporte deux sondes de mesure de température disposées en amont et en aval de la résistance, l'organe de calcul du débit d'air calculant le débit à partir de la différence de température des deux sondes. According to a first embodiment, this sensor comprises two temperature measurement probes arranged upstream and downstream of the resistance, the member for calculating the air flow calculating the flow from the temperature difference of the two probes .

II est possible dans un tel cas d'effectuer une mesure en continu de la pression différentielle. It is possible in such a case to carry out a continuous measurement of the differential pressure.

Suivant une autre forme d'exécution de ce capteur, celui-ci comporte une seule sonde de mesure de température disposée en aval de la résistance, les moyens de gestion et l'organe de calcul réalisant successivement une mesure de la température en l'absence d'alimentation de la resistance et une mesure de la température en cours d'alimentation de la résistance et après stabilisation due à l'inertie thermique du canal, différence de ces deux mesures de température permettant de déterminer le débit puis la pression différentielle. Dans ce cas au contraire, il s'agit mesures discontinues, sachant que les prises de températures sont successives, et nécessitent de tenir compte de l'inertie thermique matériau constitutif du canal, avant chaque mesure. According to another embodiment of this sensor, it comprises a single temperature measurement probe disposed downstream of the resistance, the management means and the calculation unit successively performing a temperature measurement in the absence supply of the resistance and a measurement of the temperature during supply of the resistance and after stabilization due to the thermal inertia of the channel, difference of these two temperature measurements making it possible to determine the flow then the differential pressure. In this case, on the contrary, these are discontinuous measurements, knowing that the temperature measurements are successive, and need to take account of the thermal inertia of the material making up the channel, before each measurement.

Afin de parfaitement homogénéiser le flux d'air et notamment température de celui-ci, tant en amont de la résistance qu'en aval de celle ci, le canal comporte un parcours sinueux en amont et en aval de résistance. In order to perfectly homogenize the air flow and in particular its temperature, both upstream of the resistance and downstream of it, the channel has a sinuous path upstream and downstream of the resistance.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le canal possède une longueur et une section importante par rapport aux orifices mis en oeuvre dans les techniques connues de mesure de débit, et possède une perte charge linéaire sur sa longueur. Cette caractéristique permet limiter l'encrassement, surtout pour des mesures de faible pression, comme tel est cas lorsque l'orifice au niveau duquel est réalisée la mesure est très faible section. According to another characteristic of the invention, the channel has a length and a large section relative to the orifices used in the known techniques for measuring flow, and has a linear head loss over its length. This characteristic makes it possible to limit fouling, especially for low pressure measurements, as is the case when the orifice at the level of which the measurement is made is very small in section.

Selon une forme d'exécution de ce capteur, le canal est délimité par deux demi-coquilles, réalisées en matériau isolant, dans lesquelles sont ménagees des rainures symétriques qui, après assemblage, délimitent canal. Les moyens de gestion du capteur ainsi que l'organe de calcul peuvent être constitués par une carte électronique qui est solidaire des deux demi-coquilles. According to one embodiment of this sensor, the channel is delimited by two half-shells, made of insulating material, in which are symmetrical grooves which, after assembly, delimit channel. The sensor management means as well as the calculation member can be constituted by an electronic card which is integral with the two half-shells.

De toute façon l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence au dessin schématique annexe représentant, à titre d'exemple une forme d'exécution de ce capteur. In any case, the invention will be clearly understood with the aid of the description which follows with reference to the appended schematic drawing representing, by way of example an embodiment of this sensor.

Figure 1 est une vue en perspective éclatée des principaux éléments constitutifs de ce capteur ; Figure 2 en est une vue de dessus après retrait d'une partie capteur. Figure 1 is an exploded perspective view of the main components of this sensor; Figure 2 is a top view after removal of a sensor part.

Le capteur représenté au dessin comprend un corps constitue deux demi-coquilles 2 réalisées en matériau isolant thermique. Les deux demi-coquilles délimitent un canal 3 dont les extrémités 4 et communiquent avec les deux endroits, tels que deux chambres, entre lesquels la pression différentielle doit être mesurée. Le canal 3 comporte une section constante et une longueur relativement importante, et comporte en son centre une résistance de chauffage 6. Les supports 7 la résistance de chauffage 6 sont isolées thermiquement vis-à-vis du canal. amont et en aval de la résistance de chauffage, sont disposées deux chicanes 8 et 9 qui ont pour fonction d'homogénéiser l'air s'écoulant dans canal 3. Des sondes de température 10 et 12 sont disposées dans canal 3, respectivement en amont de la chicane 8 et de la résistance de chauffage 6 et en aval de la chicane 9 et de la résistance de chauffage 6. Une carte électronique 13 solidaire des deux demi-coquilles 2 assure la commande de l'alimentation en courant de la résistance de chauffage 6, mesures de températures à l'aide des sondes 10 et 12, ainsi que le calcul la pression différentielle qui est obtenue à partir du débit, une relation directe existant entre l'écart de température mesurée et la pression différentielle, puisque les calories fournies par la résistance sont entièrement restituées à l'air dont on mesure l'élévation de température. The sensor shown in the drawing comprises a body constitutes two half-shells 2 made of thermal insulating material. The two half-shells define a channel 3 whose ends 4 and communicate with the two places, such as two chambers, between which the differential pressure must be measured. The channel 3 has a constant section and a relatively large length, and has in its center a heating resistor 6. The supports 7 the heating resistor 6 are thermally insulated from the channel. upstream and downstream of the heating resistor, two baffles 8 and 9 are arranged which have the function of homogenizing the air flowing in channel 3. Temperature probes 10 and 12 are arranged in channel 3, respectively upstream of the baffle 8 and of the heating resistor 6 and downstream of the baffle 9 and of the heating resistor 6. An electronic card 13 secured to the two half-shells 2 ensures the control of the current supply of the resistance of heating 6, temperature measurements using probes 10 and 12, as well as calculating the differential pressure which is obtained from the flow rate, a direct relationship existing between the measured temperature difference and the differential pressure, since the calories supplied by the resistor are fully returned to the air whose temperature rise is measured.

Un tel capteur de pression différentielle peut trouver multiples applications pour les ventilateurs, les turbines d'aspiration, par exemple dans le domaine de la ventilation des logements ou dans le domaine de l'aspiration centralisée. Such a differential pressure sensor can find multiple applications for fans, suction turbines, for example in the field of housing ventilation or in the field of centralized suction.

Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte une grande amélioration à la technique en fournissant un capteur différentiel de structure simple, fournissant des resultats précis, d'une grande fiabilité compte tenu de l'absence de sensibilité à l'encrassement. As is apparent from the above, the invention brings a great improvement to the technique by providing a differential sensor of simple structure, providing precise results, of great reliability taking into account the absence of sensitivity to fouling.

Comme il va de soi l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce capteur décrit ici ' titre d'exemple, elle en embrasse au contraire toutes les variantes. C'est ainsi notamment que le capteur pourrait ne comporter qu'une seule sonde de température, la sonde 12 disposée en aval de la résistance de chauffage 6, cette sonde de température étant utilisée successivement pour mesurer la température du flux d'air en l'absence de chauffage par la résistance 6, puis lorsque la résistance chauffante est alimentée courant, sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention.As it goes without saying, the invention is not limited to the sole embodiment of this sensor described here 'by way of example, on the contrary it embraces all variants. Thus, in particular, the sensor could comprise only a single temperature probe, the probe 12 disposed downstream of the heating resistor 6, this temperature probe being used successively to measure the temperature of the air flow in l 'absence of heating by the resistor 6, then when the heating resistor is supplied current, without departing from the scope of the invention.

Claims (1)

<B>REVENDICATIONS</B><B> CLAIMS </B> 1.Capteur de pression différentielle, caractérisé en ce qu'il comprend un canal (3) isolé thermiquement et reliant les deux endroits entre lesquels la pression différentielle est à mesurer, contenant une résistance de chauffage (6), dont la puissance de chauffage est maîtrisée au moins une sonde de température (10, 12) montée en aval de résistance et des moyens (13) de gestion du capteur commandant l'alimentation en courant de la résistance et réalisant la mesure température chaque sonde, et fournissant ces valeurs à un organe calculant débit à travers le canal et la pression différentielle entre endroits reliés à l'entrée et à la sortie du canal. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que support (7) la résistance (6) est isolé thermiquement vis-à-vis du canal (3) et notamment vis-à-vis des sondes de température (10, 12). Capteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte deux sondes de mesure de température (10, 12) disposées en amont et en aval de la résistance, l'organe de calcul du débit d'air calculant le débit à partir de la différence de température des deux sondes. 4. Capteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte une seule sonde de mesure de température (12), disposée en aval de la résistance (6), les moyens (13) de gestion l'organe de calcul réalisant successivement une mesure de la température en l'absence d'alimentation de la résistance et une mesure de température en cours d'alimentation de la résistance et après stabilisation due à l'inertie thermique du canal, la différence de ces deux mesures température permettant de déterminer le débit puis la pression différentielle. Capteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le canal (3) comporte un parcours sinueux (8, 9) en amont et aval de la resistance (16). 6. Capteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé ce que le canal (3) possède une longueur et une section importante par rapport aux orifices mis en oeuvre dans les techniques connues de mesure de débit, et possède une perte de charge linéaire sur sa longueur. 7. Capteur selon l'une revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le canal (3) est délimité deux demi-coquilles (2) réalisées en matériau isolant, dans lesquelles sont ménagées des rainures symétriques qui, après assemblage, délimitent canal.1.Differential pressure sensor, characterized in that it comprises a thermally insulated channel (3) connecting the two locations between which the differential pressure is to be measured, containing a heating resistor (6), the heating power of which is controlled at least one temperature probe (10, 12) mounted downstream of the resistance and means (13) for managing the sensor controlling the current supply to the resistance and carrying out the temperature measurement for each probe, and supplying these values to a organ calculating flow through the channel and the differential pressure between places connected to the inlet and outlet of the channel. Sensor according to claim 1, characterized in that the support (7) the resistor (6) is thermally insulated from the channel (3) and in particular from the temperature probes (10, 12). Sensor according to one of claims 1 and 2, characterized in that it comprises two temperature measurement probes (10, 12) arranged upstream and downstream of the resistance, the member for calculating the air flow calculating the flow from the temperature difference of the two probes. 4. Sensor according to one of claims 1 and 2, characterized in that it comprises a single temperature measurement probe (12), arranged downstream of the resistor (6), the means (13) for managing the calculation unit successively performing a temperature measurement in the absence of supply to the resistor and a temperature measurement during supply of the resistor and after stabilization due to the thermal inertia of the channel, the difference between these two temperature measurements to determine the flow then the differential pressure. Sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the channel (3) comprises a sinuous path (8, 9) upstream and downstream of the resistance (16). 6. Sensor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the channel (3) has a length and a large section relative to the orifices used in known techniques for measuring flow, and has a pressure drop linear along its length. 7. Sensor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the channel (3) is delimited two half-shells (2) made of insulating material, in which are formed symmetrical grooves which, after assembly, delimit channel.