CA1106080A - Sonde ionique pour mesure de debit massique ou de vitesse d'un fluide en ecoulement - Google Patents

Abstract

La sonde ionique de l'invention comporte une électrode centrale de source, une électrode "transparente" et une électrode collectrice. Pour éviter tout courant de surface à l'intérieur ou à l'extérieur du corps de sonde, on réalise celui-ci en plusieurs tronçons symétriques par rapport au plan de symétrie de l'électrode de source, le premier tronçon portant cette électrode de source, et le second tronçon portant les deux autres électrodes, séparées entre elles par un anneau isolant. Le second tron çon est séparé du premier par un anneau de garde. Un troisième tronçon sert au raccordement des conduites dans lesquelles passe le fluide à mesurer. Cette sonde ionique est particulièrement utile pour la mesure d'un débit d'air ou d'essence. Cette sonde ionique peut être associée à un circuit électrique de mesure connu, et peut alors permettre de mesurer aussi bien des vitesses d'écoulement que des débits massiques de fluide en écoulement, et ce, dans de nombreux domaines de l'instrumentation de mesure. Dans le domaine automobile, la sonde de l'invention peut être utilisée pour la mesure du débit d'air en combinaison avec un système d'injection d'essence d'un moteur à combustion interne. La sonde peut aussi convenir à la mesure de liquides électriquement isolants, en particulier d'hydrocarbures liquides.

Description

~L~L~G~
La présente invention se rapporte à une sonde ionique de mesure de débit massique ou de vitesse d'un fluide en écoule-ment.
On connaît d'après le brevet U.S. 4,056,003 une sonde ionique du type précité comportant, à l'intérieur d'une conduite tubulaire, au moins trois grilles conductrices disposées parallè-lement entre elles et perpendiculairement à l'axe de la conduite.
Dans cette sonde connue, on peut éliminer les erreurs de mesure dues à la présence d'éventuels polluants dans l'écoulement ga-zeux à mesurer grâce au fait que les électrodes peuvent être trèsrapprochées, les ions alors émis par la source ionique n'ayant pas le temps statistiquement de se combiner avec les traces de polluants ou de vapeur d'eau. Cependant, dans cette sonde connue -on n'arrive que difficilement à éliminer leserreurs dues aux cou-rants de surface se propageant le iong des surfaces intérieure et extérieure du tube supportant les grilles de la sonde. En outre, -;~ il est relativement long et difficile de mettre en place les grilles dans le tube de la sonde.
La présente invention a pour objet une sonde ionique du type précité permettant d'éliminer pratiquement tout courant de ;~ surface entre les différentes grilles constituant la sonde.
La présente invention a également pour objet une sondedu type précité qui soit facile à assembler, et qui puisse conve-., ~ .
`~ ~ nir aussi bien pour la mesure des gaz que pour la mesure des li-~ quides isolants, en particulier des hydrocarbures liquides.
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; La sonde ionique de mesure de débit massique ou de vi-tesse d'un écoulement de fIuide conforme à la présente invention ., , ' comporte au moins trois électrodes conductrices disposées sur le 3 ~ tra~et de l'écoulement de fluide à mesurer, dans une conduite tu-~
i ~ 30 bula~ire, ces électrodes étant disposées sensiblement perpendicu-lairement à la direction dudit écoulement de fluide et diélectri- `: -~ quement isolées entre elles, la première électrode rencontrée par ~
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l'écoulement de fluide constituant la source ionique dont les ions sont entraînés par ledit écoulement de fluide, la seconde électrode étant une grille "transparente", et la troisième élec-;trode constituant l'électrode collectrice. Dans cette sonde io-nique, ladite conduite tubulaire est formée d'au moins deux tron-çons adjacents différents, en matière isolante, dont les parties périphériques se faisant face s'emboîtent l'une dans l'autre. Un anneau de garde électriquement conducteur est interposé entre ces deux tronçons de façon à interrompre à la fois les courants de 1~ surface intérieur et extérieur entre lesdits deux tronçons, le premier de ces deux tronçons portant la première électrode ou é-lectrode de source précitée~ Le second tronçon porte les deux autres électrodes qui sont mutùellement séparées par un anneau en matière électriquement isolante.
De façon avantageuse, la sonde est symétrique par rap-port à un plan perpendiculaire à son axe longitudinal et passant au centre de l'électrode de source ionique, et comporte donc deux autres tronçons de conduite symétriques des deux premiers et un :
~ autre anneau de garde disposé entre lesdits deux autres tronçons, une autre électrode "transparente" et une autre électrode collec-trice étant disposées dans le second desdits deux autres tronçons de conduite, en étant séparées par un second anneau en matière électriquement isolante.
`La sonde de l'invention est réalisée de préférence en ;
une matière isolante à faible coefficient de dilatation thermique, hydrophobe, telle qu'ùne résine polyamide chargée de verre dans -.. ~ , .
`~une proportion de 5 à 50% environ. ~-Avec la sonde ainsi réalisée, on observe, au repos du fluide à mesurer, un courant de repos dont la valeur peut ne pas être négligeable dans certains cas. Pour diminuer ce courant de repos jusqu'à une valeur pratiquement négligeable, on peut inter-caler entre l'électrode "transparente" et l'électrode collectrice .
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une électrode équidistante de ces deux électrodes et don-t la constitution est la meme que celle de l'électrode "transparente", cette électrode supplémentaire étant reliée électriquement à l'é-lectrode "transparente".
Cette électrode supplémentaire permet d'améliorer l'ef-ficacité de protection contre les ions primaires par l'électrode "transparente" au repos du fluide à mesurer.
L'électrode supplémentaire doit être, conformément à la présente invention, disposée de façon pratiquement équidistante entre l'électrode "transparente" et l'électrode collectrice, car il a été constaté au cours dlessais que si cette électrode supplé-mentaire n'est pas équidistante des deux électrodes précitées, la caractéristique du courant recueilli en fonction de la vitesse du fluide en écoulement est incurvée de fa,con concave ou convexe, au lieu`d'être rectiligne, suivant que l'électrode supplémentaire est plus rapprochée de l'unedes deux électrodes précitées.
Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, ,-l'électrode supplémentaire est réalisée de fa~on identique à l'é-lectrode "transparente" et est fixée à cette dernière par l'in-termédiaire d'une bague en matière conductrice. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'électrode "transparente~est réaLisée à l'aide de deux réseaux de fils perpendiculaires entre eux, chacun de ces deux réseaux étant composé de fils électrique-ment conducteurs parallèles entre eux, L'électrode supplémen-taire est donc réalisée de la même fa,con, et est disposée vis-à-vis de l'électrode "transparente" de fa~con que chacun des deux réseaux de fil la constituant fasse un angle de pratiquement 45 par rapport au réseau correspondant de l'électrode "transparente".
, La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la 30 description détaillée de deux modes de réalisation pris comme ex- -emples non limitatifs et illustrés par le dessin annexé sur le-quel:
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la figure 1 est une vue en coupe longi-tudinale d'une sonde ionique conforme à la présente invention, la figure 2 est une vue en plan de l'électrode de sour-ce ou première électrode de la sonde de la figure 1, la figure 3 est une vue partielle en plan de la secon-de électrode ou électrode "transparente" de la sonde de la -figure 1, la figure 4 est une vue en plan partielle de la troisi-ème électrode ou électrode collectrice de la sonde de la figure ' 10 1, la figure 5 est une vue en plan d'un tronc,on de la con-duite tubulaire de la sonde de la figure 1, et, la figure 6 est une vue en coupe longitudinale d'un au-tre mode de réalisation d'une sonde ionique conforme à la présen-te invention. ~.
La sonde représentée sur la figure 1 est symétrique parrapport à un plan, dont on a représenté la trace P sur la figure 1, et qui est perpendiculaire à l'axe longitudinal de la sonde.
Le corps de sonde 1 est de forme générale tubulaire et se compose : 20 de plusieurs éléments annulaires réalisée en une matière isolante, à~aible coefficient de dilatation thermique, de préférence hy- ~ `
drophobe, comme par exemple une résine polyamide chargée de verre : dans une proportion comprise entre environ 5 et 50%. :~
~ Le corps de sonde 1 comprend, de chaque coté de son .
plan de symétrie, une première bague annulaire 2 de forme généra-. le cylindrique, une seconde bague annulaire 3 présentant une par-tie tubulaire ~ ayant un diamètre extérieur légèrement inférieur -:
au diamètre intérieur de la bague 2 et une longueur inférieure à
1 ., .
la longueur de la bague 2, cette bague 3 présentant une seconde partie 5 en forme de bride s'étendant radialement vers l'exté-rieur de ladite première partie ~, du côté de cette première par-; tie le plus éloigné dudit plan de symétrie, et une troisième par- -~ `
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tie 6 s'étendant radialement vers l'intérieur, à l'~utre extré-mité de ladite première partie 4. La longueur, dans le sens ra-dial, de la troisième partie 6 est inférieure à la longueur, dans le sens radial, de ladite seconde partie 5, et cette longueur de la partie 6 est de l'ordre de grandeur de quelques millimètres.
Le corps de sonde comprend enfin une troisième bague annulaire 7 se composant d'une première partie 8 s'étendant dans le sens radial et en forme de bride, le diamètre extérieur de la partie 8 étant pratiquement égal à celui de la partie 5 de la ba-gue 3. La bague 7 comporte une deuxième partie annulaire 9 s'é-tendant longitudinalement et dont le diamètre extérieur est de préférence inférieur à celui de la partie 4 de la bague 3. L'é-paisseur de paroi de la partie 9 est sensiblement égale à celle de la partie 8. La partie 9 constitue un manchon de raccord sur lequel on peut fixer la conduite d'arrivée et la conduite de sor-tie de l'écoulement fluidique mesuré par la sonde de l'invention.
On comprendra donc que le diamètre extérieur de la partie 9 de la bague 7 doit correspondre au diamètre intérieur de la conduite venant se raccorder sur cette bague 7. Etant donné qu'il est pré-férable que la section transversale de la veine de l'écoulement .
fluldique soit sensiblement égale à la section utile des électro-des disposées à l~intérieur du corps de sonde, on choisira de préférence le diamètre intérieur des parties 9 des bagues 7 assez , voisin du diamètre de la partie 4 de la bague 3 à l'intérieur de ;~
laquelle sont disposées des éLectrodes de la sonde, comme décrit ci-dessous.
Entre la bague 2 et la bague 3, on dispose un anneau de garde métallique électriquement conducteur se composant de deux parties, à savoir une première partie annulaire 11 s'étendant longitudinalement, dont l'épaisseur est pratiquement égale à la différence entre le diamètre intérieur de la bague 2 et le dia-mètre extérieur de la partie 4 de la bague 3, et dont la longueur est légèrement inférieure à la longueur, prise dans le sens lon-.. . .
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g~ , gitudinal, de la partie 4 de la bague 3. L'anneau de garde 10comporte une deuxième partie 12 s'étendant dans le sens radial et vers l'extérieur, le diamètre extérieur de ladite partie 12 étant pratiquement égal au diamètre extérieur de la partie 5 de la bague 3. De préférence, l'épaisseur de la partie 12 de l'an-neau de garde 10 est égale à l'épaisseur de sa partie 11.
A l'intérieur du corps de sonde 1, et en son milieu, on dispose une première électrode ou électrode de source 13 qui est donc également symétrique par rapport audit plan de symétrie de 10 la sonde. La conformation de cette électrode 13 sera expliquée .:
en détail ci-dessous en référence à la figure 2. Le cadre annu~
laire de support de cette électrode 13 a un diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre intérieur des bagues 2 et une é-paisseur légèrement inférieure à la distance séparant les faces. .
se faisant vis-à-vis des parties 6 des bagues 3 de façon qu'il n'y ait jamais de contact entre l'électrode 13 et la bague 3. Le conducteur de raccordement électrique 14 de l'électrode part ra-dialement de cette électrode, l'axe du conducteur 14 étant prati- ;~ :
quement dans ledit plan de symétrie de la sonde. Le conducteur 20 14 sort du corps de sonde par un court manchon dont le diamètre :~
.
intérieur est adapté au diamètre extérieur dudit conducteur, le . .
manchon étant formé par deux demi-coquilles 15 faisant partie in-tégrante de chacune des bagues 2.
A l'intérieur de chacune des bagues 3 on dispose d'abord.
:
contre la paroi inférieure de la partie 6, une électrode 16, qui :
sera décrite ci-dessous en référence à la figure 3. Le diamètre - ;..
. extérieur de l'électrode 16 est sensiblement égal au diamètre in- -térieur de la partie 4 de la bague 3. Ensuite, on place contre .
l'électrode 16 un anneau.17 en matière électriquement isolante dont le diamètre extérleur est sensiblement égal à celui de l'é-lectrode 16, et dont l'épaisseur, dans le sens radial, est de ` l'ordre de quelques millimètres, afin de ne pas masquer sensible- .

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ment la surface utile de l'électrode 16. L'épaisseur, prise dans le sens longitudinal de la sonde, de l'anneau 17 est également de l'ordre de quelques millimètres. Ensuite, on dispose contre l'an-neau 17 une électrode 18 qui sera décrite en détail ci-dessous en référence à la figure 4. Le diamèt.re extérieur de l'électrode 18 est sensiblement égal à celui de l'électrode 16, mais son épais-seur est nettement supérieure à celle de llélectrode 16.
Lorsque l'électrode 16, l'anneau 17 et l'électrode 18 sont mis en place à l'intérieur de la bague 3, l'épaisseur de l'ensemble, prise dans le sens longitudinal, est égale ou légère-ment inférieure à la profondeur intérieure de la bague 3, de fa-; ,con que le bord extérieur de l'électrode 18, c'est-à-dire son bord qui n'est pas en contact avec l'anneau 17, affleure ou soit légèrement en-de~ca du plan de joint des bagues 3 et 7.
'~ La face de la partie 8 de la bague 7 tournée vers la bague 3 comporte un lamage circulaire 19 concentrique à llaxe de :
la sonde, de faible profondeur, de l'ordre de grandeur de 1 à 2 millimètres et de diamètre extérieur sensiblement égal au diamè-tre intérieur de la partie 4 de la bague 3. Dans ce lamage, on . 20 dispose un joint annulaire d'étanchéité 20 dont le diamètre ex--térieur est sensiblement égal au diamètre extérieur dudit lamage et dont la section transversaIe est sensiblement carrée. Ce joint 20 est destiné à maintenir en place les éléments 16, 17 et ~ -.. . .
18 à l'interieur de la sonde et à assurer l'ét.anchéité entre lesbagues 3 et 7.
~ Dans le cas de la sonde représentée sur la figure l, le - diamètre intérieur de la partie 9 de la bague 7 est inférieur au .
diamètre intérieur de la partie 4 de la bague 3. On a en outre - ~ .
réalisé l'intérieur de la bague 7 de façon que le diamètre inté-rieur de la partie 9, qui est constant sur une grande partie de sa longueur, aille en augmentant dans la portion tournée vers la ba-gue 3, de fa,con à obtenir, du côté de la bague 7 tourné vers la ' 1 .
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bague 3, un diamètre intérieur qui soit légèrement inférieur au diamètre intérieur de la partie 4 de la bague 3 et sensiblement égal au diamètre intérieur du joint 20. La zone de jonction à
diamètre variable de l'intérieur de la bague 7 est référencée 21.
Ainsi, on peut utiliser au mieux la presque totalité de la surfa-ce des électrodes.
Tous les éléments du corps de sonde 1 sont mutuelle-ment assemblés à l'aide de dispositifs de serrage à oeillets ser- ~ -tis ou à boulons et écrous 22 passant dans des per~ca~es pratiqués près de la périphérie externe des bagues 2, 3 et 7, Toutefois, on peut utiliser tout autre dispositif de serrage connu permettant de maintenir fermement et en alignement les divers composants du corps de sonde 1, On pratique dans la zone périphérique des parties 5 et 8 des bagues 3 et 7 respectivement ainsi que dans la partie 12 de .~ .
l'anneau de garde 10 un per,cage 23 les traversant simultanément.
Dans ce per,cage 23, on fait passer un fil (non représenté) de rac-cordement électrique de l'anneau de garde 10 à un potentiel ap-. .
;~ proprié, en général la masse du dispositif électrique de mesure raccordé à la sonde. Ce fil de raccordement électrique peut ain-si etre facilement soudé sur la face de la partie 12 tournée vers le plan de symétrie de la sonde, Pour relier électriquement l'électrode 16, on pratique .. . ..
un per,cage 24 à la fois dans la partie 4 de la bague 3, près de la surface intérieure de cette partie 4, ainsi que dans la partie 8 de la bague 7. La partie du per~age 24 passant dans la bague 3 peut être à la limite une simple rainure pratiquée à la sur-face intérieure de la partie 4, dont la profondeur dans le sens radial est suffisante pour loger un fil de connexion électrique à couche ; 30 isolante.
Pour relier électriquement l'électrode 18, on pratique dans la partie 8 de la bague 7 ainsi que dans le joint 20 un per-~ ' .
g ~age 25 de diamètre approprié au fil de connexion électrique, ceper,cage 25 aboutissant près de la zone périphérique de l'électro-de 18. Le fil de connexion (non représenté) de l'électrode 18 est directement soudé sur cette électrode. Toutefois, on peut é-galement sertir ce fil de connexion sur l'électrode 18.
La figure 2 est une vue en plan de l'électrode 13 dis-posée dans la sonde de la figure 1. Cette électrode 13 comporte un support annulaire 26 en matière électriquement isolante. Près de la périphérie intérieure de chaque face du support 26, on for-me une série de bossages 27 ayant une forme générale de parallé-lépipèdes légèrement cintrés suivant le rayon de courbure de la-dite périphérie interne du support 26. Ces bossages 27 servent de supports au fil métallique électriquement conducteur 28 consti-tuant la source ionique qui est disposé en méandres depuis un point de la périphérie jusqu'au point diamétralement opposé. Le fil métallique 28 est fixé, à ses de~ extrémités, à deux bossa-ges 27 pratiquement diamétralement opposés, par exemple dans des fentes ou encoches (non représentées) pratiquées dans ces deux ~; . , bossages. Les longueurs, prises dans le sens périphérique, des différents bossages 27 sont décroissantes depuis les points de f1xation des extrémités du fil 28 jusqu'à des points situés à mi- ~-distance, le long de l'anneau 26, desdits points de fixation, de . :
façon que toutes les branches du méandre ainsi formé par le fil 28 soient pratiquement parallèles entre elles et équidistantes, comme on le voit sur la figure 2. Les bossages 27 ont une épais-seur, dans le sens radial, suffisamment faible pour pouvoir leur assurer une certaine flexibilité et tendre le fil 28 qui passe au-tour de la face externe (dans le sens radial) de ces bossages à
une distance suffisante de la face correspondante du support 26 pour que les différents bossages lui assurent la tension nécessai-re. Il est évident que l'on peut réaliser d'autres formes de bos-sages ou bien pratiquer des ensoches, mais en prévoyant un dispo-~ - - ,. ~ " ~ ,:

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sitif de tension du fil 28 à ses deux extrémités et/ou pour cha-que branche du méandre. On réalise sur chaque face de l'anneau 26 le même dispositif de méandre, pour assurer la symétrie de la sonde. Le fil de liaison électrique 14 est relié électriquement à l'une des extrémités de chaque méandre de fil 28 en étant par exemple fixé sur le bossage 27 correspondant à ladite extrémité
du fil 28. Cependant, pour assurer une bonne fixation mécanique du fil 14, dont la couche isolante est de préférence épaisse, on prévoit avantageusement que le diamètre intérieur du manchon 15,15 (figure 1) soit légèrement inférieur au diamètre extérieur de l'i-solant du fil 14 de façon à bien le serrer lors de l'assemblage du corps de sonde 1. On peut également prévoir d'autres modes de fixation du fil 14.
Le fil métallique 28, non oxydable et non corrodable, a un diamètre compris entre 10 et 100 microns, de préférence d'environ 20 microns. Le pas du réseau constitué par le fil 28, c'est-à-dire la distance séparant deux branches consécutives du méandre, est compris entre 1 et 10 millimètres, de préférence en-viron 5 millimètres.
` 20 Toutefois, on peut réaliser l'électrode 13 d'une autre ., .
~ façon, par exemple en fixant à l'intérieur du cadre 26 une-série ~ -: , de lames métalliques fines, para~lèles entre elles et à l'écoule-ment gazeux, présentant un tranchant arrondi à très faible rayon de courbure et électriquement reliées entre elles.
L'électrode "transparente" 16 représentée en vue par-tielle en plan sur la figure 3 est réalisée entièrement en métal électriquement conducteur. Cette électrode 16 est constituée par une grille circulaire de fil disposé de fa~con à présenter des mailles pratiquement carrées, toutefois, il est possible de réa-i liser des mailles en forme de losanges ou de quadrilatères quel-conques. On sertit autour de la périphérie de la grille circu-laire formée par les fils 29 de ladite grille un anneau en tole . .

destiné à maintenir solidement les extrémités des différents fils 29. La grille ainsi assemblée est étamée et pressée de facon que chaque croisement de fils soit soudé, accroissant la rigidité
mécanique de la grille. L'épaisseur, dans le sens radial, de cet anneau 30 est de l'ordre de grandeur de quelques millimètres, a-fin de laisser la plus grande surface libre possible à la grille formée par les fils 29 de l'électrode 16.
Le pas du réseau constitué par les fils 29 de l'élec-trode 16 est compris entre environ 1 et 10 millimètres, et de pré-férence environ 5 millimètres. Le diamètre des fils constituantl'électrode 16 est compris entre 0,5 mm et 3 mm, de préférence 1 à 1,5 mm. La distance entre les fils 28 de l'électrode 13 et l'électrode 16 est de l'ordre de grandeur de 100 fois le diamè-tre du fil 28, soit dans le cas d'un fil 28 ayant un diamètre de 20 microns, une distance d'environ 2 mm. Cette distance peut etre inférieure à 2 mm, mais on risque d'avoir des claquages di-électriques entre les électrodes 13 et 16, ce qui oblige à rédui-re la tension de la source alimentant: l'électrode 13, mais cette diminution est limitée par le potentiel minimal d'ionisation de l'électrode 13. En outre, ladite distance ne doit pas être trop augmentée car il faut alors augmenter la valeur de la haute ten-~ sion alimentant l'électrode 13, et on augmente la sensibilité aux j polluants du fait que l'on augmente le trajet des ions entre leur source et les électrodes "transparentes" et collectrices. En tout cas, la distance séparant les fils de l'électrode 13 de llé-lectrode 16 est comprise entre 0,5 et S mm environ. -La troisième électrode, ou électrode collectrice 18, re-présentée en vue partielle en plan sur la figure 4, est réalisée, de façon connue en soi, en accolant une bande métallique plane 31 à une bande métallique ondulée 32, et en enroulant sur elles mê-mes ces deux bandes. Ces deux bandes 31 et 32 sont électrique-ment conductrices et ont la même largeur. Ainsi assemblée, on .:

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étame et soude l'électrode, de fa~con que chaque point de contact des bandes 31 et 32 soit soudé sur toute la longueur longitudi-nale de l'électrode, rendant ainsi l'électrode extrêmement rigide ;
mécaniquement.
Grâce à cette conformation de l'électrode 18, on ne produit pratiquement aucune perte de charge de l'écoulement ga-zeux traversant cette électrode, car les bandes métalliques 31 et ~,~
32 ont une très faible épaisseur.
Le pas de la spirale formée par l'enroulement des ban-des 31 et 32, c'est-à-dire la distance entre deux couches succes-sives de la bande 31, est compris entre environ 0,5 et 3 milli- ,, mètres, de préférence 1 millimètre. L'épaisseur de l'électrode 18, prise dans le sens longitudinal de la sonde, est comprise entre 5 et 30 millimètres, de préférence environ 15 millimètres. ' La distance séparant les é:Lectrodes 16 et 18, c'est-à-dire l'épaisseur de la bague 17, est comprise entre 1 et 10 milli-mètres.
Sur la figure 5, on a représenté la bague 2 du corps de sonde 1. Sur cette figure 5, on voit nettement la demi-coquille 15 constituant la moitié du manchon dans lequel passe le conduc-teur de liaison électrique 14. Cette bague 2 comporte, dans sa zone périphérique externe, cinq oreillettes 33 dans lesquelles , ' sont pratiqués des per~cages 34 pour le passage des boulons 22. , '' ~ . . .
Il est bien entendu que le nombre de ces oreillettes 33 peut être ~ , , dlfférent. Ces oreillettes 33 peuvent être remplacées par de , ' simples rainures dans lesquelles viennent se loger les boulons 22.

Grâce au fait que le corps de sonde de la présente in- ~, . ~
vention est réalisé par emboîtement de la bague portant les élec- ~' trodes "transparente" et collect'rice dans la bague portant l'éle~ ' . .
trode de source portée à un potentiel élevé par rapport aux deux ~
premières électrodes précitées, avec interposition d'un anneau de : :

:

garde, on voit qu'il ne peut circuler aucun courant de surface aussi bien le long de la surface intérieure du corps de sonde, que le long de la surface extérieure du corps de sonde, car le-dit anneau de garde interdit tout contact entre la bague suppor-tant l'électrode de source et la bague supportant les électro-des "transparente" et collectrice et interrompt donc obligatoire-ment le trajet que pourraient suivre de tels courants de surface.
En outre, il est très facile d'assembler la sonde con~
forme à la présente invention: on insère tout d'abord l'élec-trode de source entre les deux bagues 2, puis on insère aux deuxextrémités des bagues 2 les deux bagues 3 dans lesquelles on a préalablement introduit les électrodes 16, les bagues isolantes ;
17 et les électrodes 18, les bagues 3 étant coiffées des anneaux de garde 10. Puis on met en place les bagues 9 avec interposi-tion des joints 20 tout en passant dans les trous 24 et 25 les fils de raccordement électrique des électrodes 16 et 18, et enfin on serre l'ensemble à l'aide des boulons 22. Il n'y a donc au-cune difficulté à positionner les électrodes à l'intérieur du corps de sonde dont l'assemblage peut être effectué très rapide-ment.
` En outre, on a constaté que l'on peut utiliser pour le corps de sonde 1 des bagues réalisées brutes de moulage sans a-voir à les usiner, sans pour autant nuire aux qualités électri-ques de la sonde. Par conséquent, la sonde de la présente inven-tion peut être produite en grandes séries à un prix de revient relativement bas.
On peut également utiliser la sonde de la présente in-vention en montage asymétrique, mais dans ce cas, on gardera en amont de l'électrode de source au moins une électrode 16 qui sera reliée électriquement à l'autre électrode 16, à l'extérieur du corps de sonde, pour éviter des erreurs de mesure dues aux ions émis par l'électrode de source en sens inverse du sens de passage : ' ' ' , .:

6~

de l'écoulement fluidique à mesurer, en particulier à des fai-bles vitesses d'écoulement. Dans ce cas, il faudra prévoir une bague permettant de fixer en place l'électrode 16 en l'absence de l'électrode 18. A la place de l'électrode 16, on peut égale-ment disposer en amont de l'électrode de source une électrode 18 qu'il faudra relier électriquement à l'électrode 16 se trouvant en aval de l'électrode de source, ce montage étant particulière-ment avantageux dans le cas où l'on doit mesurer de faibles vi-tesses d'écoulement pour lesquelles un grand nombre d'ions est é-mis à contre-courant, une électrode 16 disposée en amont risquant de ne pas capter tous ces ions à cause de sa faible épaisseur.
Toutefois, pour des raisons de standardisation, même dans le mon-tage asymétrique, on pourra disposer à chaque fois deux électro-des 16 et deux électrodes 18 dans le corps de sonde 1, car ces électrodes peuvent être fabriquées à bas prix de revient.
On a représenté sur la figure 6 une variante de la son-de de la figure 1. Etant donné que cette variante comporte la plupart des éléments de la sonde de la figure 1, les mêmes élé-; ments ont été a~fectés des mêmes références numériques, et l'on ne décrira ci-dessous que les éléments nouveaux.
Comme on le voit d'après la figure 6, la sonde est réa-lisée symétriquement par rapport au plan de symétrie, dont on a représenté la trace par un trait mixte, tout comme la sonde de la figure 1. De chaque cô$é de l'électrode d'émission 13, on dispo-se une électrode "transparente" 116 au même emplacement que l'é- -~lectrode 16 de la figure 1. Cette électrode 116 est reliée,par ~ l'intermédiaire d'une bague en matière électriquement conductrice ;'~ 119, à une électrode supplémentaire 118 identique à l'électrode ' 116 et dont les réseaux de fils conducteurs sont disposés selon 30 un angle de pratiquement 45~par rapport aux réseaux correspon- ;
` dants de l'électrode 116, ainsi qu'expliqué ci-dessus. L'épais-seur, dans le sens longitudinal de la sonde, de la bague 119 est ;' / ~J
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5~

telle que l'électrode 118 se trouve équidistante des électrodes 116 et 18. Le diamètre extérieur de la bague 119 est pratique-ment le même que celui des électrodes 116 et 118 et son diamètre intérieur est approximativement égal au diamètre intérieur de la bague 30 (voir figure 3) faisant partie des électrodes 116 et 118.
La bague 119 est reliée aux bagues 30 des électrodes 116 et 118 par exemple par soudure. Entre l'électrode 118 et llélectrode 18 on dispose une bague 117 en matière ioslante dont les dimensions sont sensiblement les mêmes que celles de la bague 119. Ainsi, l'électrode 118 est maintenue pratiquement équidistante des élec-trodes 116 et 18.
Etant donné que tous les composants de la sonde de l'in- ~ ~
vention peuvent être fabriqués en série, et peuvent être assem- ~ :
blés automatiquement, les dispersions des tolérances de fabrica- -:
tion, en particulier des bagues 119 et 117, peuvent faire que l'électrode supplémentaire 118 ne se trouve pas rigoureusement équidistante des électrodes 116 et 18. Pour pouvoir corriger la dissymétrie éventuelle, la présente invention prévoit un disposi-tif de réglage qui est représenté en détail sur la figure 6.
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: 20 Le dispositif de réglage de l'invention comporte un é-crou métallique 101 fixé, par exemple par soudure, au centre de .
l'électrode 116, sur sa face tournée vers l'électrode 118. L'é- ~.
crou 101 coopère avec une vis métallique 102 s'étendant longitudi- : .
nalement vers l'extérieur de la sonde en traversant l'électrode :; 118 à travers un alésage central, sans entrer en contact avec elle, et l!électrode 18, également dans un alésage pratiqué dans . :
- cette électrode 18, avec interposition d'un manchon isolant 103 maintenu à force dans l'alésage de l'électrode 18. Le manchon 103, s'étend, à l'une de ses extrémités, presque au contact de l'électrode 118. Du côté de l'électrode 18 tourné vers l'exté-,rieur de la sonde, le manchon 103 s'évase et comporte un lamage sur lequel vient s'appuyer la tête de la vis 102. Afin de blo-.

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quer en translation de la vis 102 dans le manchon 103, on dispose dans l'évasement du manchon une bague de fermeture 104 venant en contact avec la tête de la vis 102, cette bague étant collée dans ledit évasement et comportant un trou central permettant le pas-sage d'un tourne vis de réglage de la vis 102. La bague 104 peut également être en matière isolante. I1 est évident que la lon-gueur de la vis 102 est telle qu'elle ne dépasse jamais de l'é-crou 101 vers l'électrode de source 13.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 6, 10 la vis 102 est en matière électriquement conductrice. Toutefois, ~ -cette vis pourrait également être en matière isolante, à condi-tion bien entendu que cette matière isolante soit suffisamment rigide et stable. Dans ce cas, on pourrait supprimer le manchon 103, mais il faudrait bien sûr prévoir des moyens d'immobilisation en translation de la vis 102.
L'expérience a montré qu'il suffisait d'un déplacement de quelques diziemes de millimètre, dans le sens longitudinal, de l'écrou 101, et donc de la partie centrale de l'électrode 116, pour compenser des dispersions normales des tolérances de fabri-cation des éléments de la sonde, pour arriver à obtenir une bonnelinéarité du courant recueilli en fonction du débit fluidique ou de la vitesse d'écoulement du fluide.
Toutefois, on pourrait également prévoir d'autres moy-ens permettant de corriger une éventuelle dissymétrie, ces moyens agissant directement sur l'électrode 118 ou sur l'électrode 18.
La sonde ionique de la présente invention peut être associée à un circuit électrique de mesure tel que décrit par exemple dans le brevet U.S. 4 167 114 émis le 11 septembre 1979, inventeur Jean-Louis Zizine, et peut alors permettre de mesurer aussi bien des vitesses d'écoulement que des débits massiques de fluides en écoulement, et ce, dans de nombreux domaines de l'instrumentation de mesure.
Dans le domaine automobile, la sonde de l'invention ., .
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peut être utilisée pour la mesure du débit d'air en combinaison avec un système d'injection d'essence d'un moteur à combustion interne.
La sonde de la présente invention peut convenir à la mesure de liquides, qui doivent évidemment être des liquides élec-triquement isolants, en particulier d'hydrocarbures liquides.

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Claims (20)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Sonde ionique de mesure de débit massique ou de vitesse d'un écoulement de fluide et comportant au moins trois électrodes conductrices disposées sur le trajet dudit écoulement de fluide dans une conduite tubulaire, sensiblement perpendiculairement à
la direction dudit écoulement de fluide et diélectriquement iso-lées entre elles, la première électrode rencontrée par l'écoule-ment de fluide constituant la source ionique dont les ions sont entraînés par ledit écoulement de fluide, la seconde électrode é-tant une grille dite "transparente", et la troisième électrode constituant l'électrode collectrice, caractérisée par le fait que ladite conduite tubulaire est formée d'au moins deux tronçons ad-jacents différents en matière isolante dont les parties périphé-riques se faisant face s'emboîtent l'une dans l'autre, un anneau de garde électriquement conducteur étant interposé entre ces deux tronçons de façon à interrompre à la fois les courants de surface intérieur et extérieur entre lesdits deux tronçons, le premier de ces deux tronçons portant la première électrode de source précitée, et le second tronçon portant les deux autres é-lectrodes qui sont mutuellement séparées par un anneau en matière électriquement isolante.

2. Sonde ionique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit premier tronçon de conduite tubulaire est une bague annulaire de forme générale cylindrique, que ledit se-cond tronçon de conduite tubulaire comprend une première partie annulaire s'étendant dans le sens longitudinal de la sonde, et une deuxième partie en forme de bride s'étendant dans le sens ra-dial, le diamètre extérieur de ladite première partie dudit se-cond tronçon étant légèrement inférieur au diamètre intérieur du-dit premier tronçon, et que ledit anneau de garde comprend une première partie annulaire s'étendant dans le sens longitudinal de la sonde et une seconde partie en forme de bride s'étendant ra-dialement, la longueur de ladite première partie dudit anneau de garde étant légèrement inférieure à la longueur de ladite pre-mière partie dudit second tronçon le diamètre extérieur de la-dite seconde partie dudit anneau de garde étant sensiblement égal au diamètre extérieur de ladite seconde partie dudit second tron-çon, la longueur de ladite première partie dudit second tronçon étant telle qu'il n'y ait pas de contact entre ladite première électrode de source et ledit second tronçon.

3. Sonde ionique selon la revendication 2, caractérisée par le fait que ladite électrode de source a une conformation symé-trique par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de ladite conduite tubulaire et passant au centre de ladite pre-mière électrode, et que ladite conduite tubulaire comporte un troisième et un quatrième tronçons respectivement symétriques du-dit premier et dudit second tronçons par rapport audit plan, un second anneau de garde étant disposé symétriquement par rapport audit premier anneau de garde, une seconde électrode "transparen-te" et une seconde électrode collectrice étant disposées dans le-dit quatrième tronçon en étant séparées par un second anneau en matière électriquement isolante, de façon symétrique desdites électrodes dudit second tronçon par rapport audit plan.

4. Sonde ionique selon la revendication 3, caractérisée par le fait que la première électrode est constituée par un an-neau en matière électriquement isolante sur lequel est fixé au moins un réseau de fils conducteurs sensiblement parallèles entre eux et mutuellement électriquement reliés.

5. Sonde ionique selon la revendication 4, caractérisée par le fait que le pas dudit réseau est compris entre 1 et 10 millimètres environ et que le diamètre dudit fil conducteur est compris entre 10 et 100 microns environ.

6. Sonde ionique selon la revendication 4, caractérisée par le fait que le pas dudit réseau est d'environ 5 millimètres et que le diamètre dudit fil conducteur est d'environ 20 microns.

7. Sonde ionique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite seconde électrode est constituée par une grille circulaire en fil métallique électriquement conducteur.

8. Sonde ionique selon la revendication 7, caractérisée par le fait que le pas de ladite grille est compris entre 1 et 10 millimètres environ et que le diamètre desdits fils électriquement conducteurs est compris entre 0,5 et 3 millimètres environ.

9. Sonde ionique selon la revendication 7, caractérisée par le fait que le pas de ladite grille est d'environ 5 millimè-tres et le diamètre des fils est d'environ 1 à 1,5 millimètres.

10. Sonde ionique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite troisième électrode est constituée par une grille ayant une épaisseur, prise dans le sens longitudinal, su-périeure à celle de ladite seconde électrode.

11. Sonde ionique selon la revendication 10, caractérisée par le fait que ladite troisième électrode est constituée par une bande métallique plate accolée à une bande métallique ondulée, ces deux bandes étant enroulées sur elles mêmes.

12. Sonde ionique selon la revendication 11, caractérisée par le fait que la distance séparant deux couches successives de ladite bande métallique plane enroulée sur elle même est comprise entre 0,5 et 3 millimètres environ et que l'épaisseur longitudi-nale de ladite troisième électrode est comprise entre 5 et 30 millimètres environ.

13. Sonde ionique selon la revendication 11, caractérisée par le fait que la distance séparant deux couches successives de ladite bande métallique plane enroulée sur elle même est de 1 millimètre environ et que l'épaisseur longitudinale de ladite é-lectrode est d'environ 15 millimètres.

14. Sonde ionique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que la distance séparant ladite première électrode de ladite seconde électrode est comprise entre 0,5 et 5 millimètres environ.

15. Sonde ionique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la distance séparant ladite première électrode de ladite seconde électrode est de 2 millimètres environ.

16. Sonde ionique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que la distance séparant ladite seconde électrode de ladite troisième électrode est comprise entre 1 et 10 millimètres.

17. Sonde ionique selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comporte une électrode supplémentaire dispo-sée entre l'électrode "transparente" et l'électrode collectrice.

18. Sonde ionique selon la revendication 17, caractérisée par le fait que ladite électrode supplémentaire est pratiquement équidistante des électrodes "transparente" et collectrice.

19. Sonde ionique selon la revendication 18, caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens de réglage de la position de ladite électrode supplémentaire par rapport auxdites électro-des "transparente" et collectrice.

20. Sonde ionique selon la revendication 19, caractérisée par le fait que lesdits moyens de réglage comportent une vis de réglage agissant sur la partie centrale de l'électrode "transpa-rente".