DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTERIEUR

L' invention concerne le domaine des sondes

5 pour réalisation de mesures anémométriques en proche paroi .

Elle concerne plus particulièrement les sondes ou dispositifs de type anémomètre à fil chaud ou à fil froid.

10 Elle concerne également un procédé de fabrication d'une telle sonde.

Elle concerne également un dispositif de régulation de l'alimentation et de la mesure d'une telle sonde.

15 Le principe de l' anémométrie à fil chaud va être d' abord brièvement rappelé : selon cette technique un fil métallique très fin, d'un diamètre généralement de l'ordre de 2 à 5 μm, est chauffé par effet Joule. S'il est placé dans un écoulement dont la température

20 est inférieure à celle du fil, celui-ci est refroidi par convection forcée. Les fluctuations de vitesse et/ou de température du fluide de l'écoulement créent des variations de la température du fil et, par suite, des variations de sa résistance électrique. Ce sont ces

25 dernières qui sont mises à profit dans les mesures.

La puissance électrique dégagée au niveau du fil et par suite échangée entre ce dernier et le milieu environnant peut être fournie de différentes manières par un circuit électronique, ce qui permet de définir trois types d'anémomètres :

- l'anémomètre à courant constant,

- l'anémomètre à température constante, - l'anémomètre à tension constante.

Les mesures effectuées au voisinage d'une paroi sont très particulières, car la paroi influence la mesure de vitesse par sa présence. Cela se traduit par une surestimation de la valeur de vitesse. Cette surestimation s'explique physiquement de la façon suivante. Parce qu'il est surchauffé, le fil est entouré d'une tache thermique de diffusion. Lorsque la distance entre le fil et la paroi devient inférieure à la taille de cette tache chaude qui englobe le fil, apparaît alors un transfert d'énergie vers la paroi. Pour le fil, cela se traduit par une augmentation de l'énergie cédée qui équivaut, par rapport à un étalonnage réalisé sans paroi, à une augmentation de la vitesse mesurée. Ce phénomène de survitesse se manifeste à partir d'une distance adimensionnelle de la paroi de l'ordre de y = 6. Différentes corrections analytiques ont été mises au point pour corriger les mesures affectées par ce phénomène de pontage pariétal. Ces méthodes correctives ont toutes une grande faiblesse dans le sens où elles sont construites (sans exception) à partir du résultat attendu. Elles sont par conséquent inapplicables à des situations d'écoulement non établi.

Schématiquement, une sonde connue, décrite dans le document de Ligrani et Bradshaw, 1987, et illustrée sur la figure 1, comporte un fil métallique 201 (fil chaud de diamètre 0, 625 μm) en un alliage de platine et de 10 % de rhodium. Ce fil métallique est traversé par un courant électrique dans sa partie active 600 (longueur chauffée) et a une forme en « U ». Ce fil est fixé à l'extrémité de deux pointes 400, 600 maintenues entre » elles par une colle araldite 450. La fixation est obtenue par deux soudures (à l'étain) 221 du fil sur les pointes.

L'écartement e entre les extrémités des deux broches est de l'ordre de 0,5 mm.

Comme on le voit sur la figure 1, de manière à neutraliser l'effet de blocage que génère un tel rapprochement des broches, le fil défini un plan qui est incliné d'un angle α d'environ 15° par rapport au plan défini par les pointes 400, 600. L'effet de blocage est une perturbation sur l'écoulement, engendrée par la proximité trop importante des extrémités des broches. Cette perturbation affecte toute mesure réalisée au niveau de la partie active 600.

Un problème est donc de pouvoir réaliser une sonde qui améliore les performances d'une telle sonde. En particulier, une sonde du type de celle de la figure 1 présente des problèmes de résistance aux vibrations et de sensibilité.

Un autre aspect du type de mesures envisagées est l'effet de filtrage. Cet effet se manifeste lorsque la zone active est trop importante, fournissant une mesure moyennée ou intégrée, et non pas une mesure ponctuelle.

Or, pour limiter ce phénomène de filtrage, une solution consiste à diminuer l'écartement entre les broches afin de réduire la longueur de fil. Toutefois, on rappelle, comme déjà indiqué ci-dessus, qu'il se produit un effet de blocage que génère sur l'écoulement une proximité trop importante des broches, comme expliqué par Comte-Bellot et al, dans l'article intitulé «On aerodynamic disturbances caused by single hot-wire probes», ASME, J. Applied Mechanics, vol.38, 767-774, 1971) . Cette solution, qui consiste à réduire la longueur active du fil sur la base du concept de sonde «Ligrani » revient à augmenter l'effet de blocage que génère alors un rapprochement trop important des broches .

On ne trouve pas non plus dans les dispositifs du commerce, telles que les sondes vendues par les sociétés Dantec ou TSI, de sonde permettant de résoudre les problèmes exposés ci-dessus.

Les sondes connues, y compris les ensembles anémométriques du commerce (typiquement sonde de 2.5μm de diamètre associée à un anémomètre à température constante) , sont donc grandement insuffisantes pour la mesure des petites échelles de la turbulence, et totalement inadaptés pour les mesures en proche paroi comme celles que nous souhaitons effectuer. Par ailleurs, pour réaliser des mesures fines de vitesse et des représentations physiques de plus en plus fines, on a besoin de sondes multifils dont le volume délimité par l'ensemble des fils est très petit, afin de pouvoir considérer que l'ensemble des fils est dans le volume le plus petit possible et que, donc, la vitesse est la même pour tous les fils. Enfin, la réalisation d'une sonde de ce type pose de nombreux problèmes technologiques, dont la plupart ne sont pas résolus.

On ne peut pas, à l'heure actuelle, réaliser une sonde à plusieurs fils, séparés par des distances très faibles, au maximum égales à quelques fractions de mm.

Un des problèmes posés par l'invention est notamment de trouver un procédé de réalisation qui permette d'obtenir, de manière reproductible, une sonde présentant d'excellentes performances. En particulier, un tel procédé devrait permettre de réaliser aussi bien des sondes à un fil que des sondes à plusieurs fils, en « X » ou à fils parallèles.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

L' invention permet notamment de réaliser une sonde comportant des fils de très petit diamètre, associés à un écartement entre broches important, afin, notamment, de limiter l'effet de blocage. L'invention permet notamment de réaliser de manière reproductible des sondes à l'aide de fils de 0.35 μm à 0.625 μm de diamètre, par exemple 0.5 μm de diamètre .

L'invention concerne d'abord une sonde anémométrique à n fils (nï>l), disposés en parallèles ou en X, en vue d'une mesure au voisinage d'une paroi, comportant, pour chaque fil : a) deux broches de maintien du fil, l'extrémité de chaque broche comportant une zone de positionnement et de fixation du fil, b) une portion droite de fil, brasé sur lesdites zones de positionnement et de fixation du fil. Les extrémités des broches peuvent être écartées d'une distance au moins égale à 4 mm. De préférence, le fil comporte une âme centrale en un alliage de platine et de rhodium, de diamètre d compris entre 0,35 et 0,6 μm, et une gaine en argent, éliminée sur une portion de fil, dite zone sensible ou active, de longueur comprise entre 0,4 mm et 0,5 mm.

Le fil peut être brasé sur les broches à l'aide d'une brasure de type étain-plomb.

Afin de résoudre les problèmes de cassure de la partie active du fil, celui-ci présente un galbe ou une courbure.

Une sonde selon l'invention, du type ci- dessus, peut comporter n (n >_ 2) fils, parallèles ou en « X », n> 2. Par exemple elle comporte 2 ou 3 ou 4 fils parallèles entre eux ou disposés en « X ». L'invention concerne également un procédé de réalisation d'une sonde anémométrique à n fils (nï>l ou 2), en particulier d'une sonde telle définie ci- dessus, en vue d'une mesure au voisinage d'une paroi, comportant, pour au moins l'un des fils : a) le positionnement et le maintien d'une portion droite du fil, comportant une âme métallique entourée d'une gaine de protection, sur deux surfaces, par exemple des surfaces usinées par polissage, b) puis l'élimination d'une partie de la gaine, de manière à mettre en évidence une zone active de mesure du fil, c) puis la brasure du fil sur deux broches de la sonde.

Selon l'invention, on monte sur les broches (étape c) un fil préalablement mis à nu ou décapé (étape b) .

Le fil est positionné sur une structure ou des surfaces (étape a), ce qui autorise, avant qu'il ne soit brasé sur les broches de la sonde, une mise à nu ou un décapage local de la partie active du fil (étape b) . Avec cette technique, il devient alors possible de réaliser des sondes de configuration très complexe, à n fils parallèles ou en « X ».

Les surfaces sur lesquelles vient reposer le fil sont des surfaces préalablement alignées, de manière à offrir au fil un appui horizontal et un alignement le plus précis possible du fil.

Les étapes ci-dessus peuvent être répétées pour chaque fil d'une sonde multifils .

Ainsi l'invention concerne également un procédé tel que décrit ci dessus, pour la réalisation d'une sonde anémométrique à au moins deux fils, comportant la mise en œuvre des étapes a) -c) pour un premier de l'un au moins desdits fils puis la mise en œuvre des étapes a) - c) pour un deuxième desdits fils. L'étape b) peut comporter, pour au moins un des fils:

-le positionnement d'une première partie du fil sur la première des deux surfaces, et la fixation de cette première partie du fil sur cette première surface à l'aide d'une première goutte d'un matériau de fixation, - le positionnement de la deuxième partie du fil sur la deuxième des deux surfaces, et la fixation de cette deuxième partie du fil sur cette deuxième surface à l'aide d'une deuxième goutte d'un matériau de fixation.

Entre ces deux étapes de positionnement et de fixation, le fil peut être maintenu par des moyens permettant d'éviter une flexion du fil par rapport au premier point de fixation ; une telle flexion peut en effet se produire lors de la deuxième étape de positionnement et de fixation.

Un procédé selon l'invention peut comporter, par exemple après l'étape a) ou b) , la formation d'une courbure du fil, par exemple par rapprochement des deux surfaces.

Selon un mode de réalisation, l'étape b) comporte un décapage de la gaine du fil pour former une zone active de mesure, par exemple :

- une première étape de décapage à l'acide, - puis une deuxième étape de décapage électrochimique .

On peut réaliser une mesure de résistance du fil afin d'en déterminer la longueur décapée. En outre le décapage peut être réalisé à l'aide d'une boucle formée par un fil sur laquelle une goutte de liquide de décapage peut être maintenue.

Dans un procédé de préparation d'un fil selon l'invention une étape de recuit à une température sensiblement supérieure à la température à laquelle le fil est destiné à être utilisé peut être prévue. Quant à la brasure, elle peut être réalisée par pistolet à air chaud, ou par impact laser.

Avant l'étape a), une étape préalable de redressement du fil permet d'obtenir la partie droite du fil, par exemple par élongation, résultant d'une tension mécanique axiale au fil. Par exemple celui-ci est maintenu fixé aux extrémités de deux plots dont l'un est mobile. Ce plot mobile peut être lié à une table micrométrique de déplacement suivant au moins une direction, de préférence suivant 2 ou 3 directions.

L' invention concerne également un procédé de mesure de grandeurs anémométriques, en particulier au voisinage d'une paroi, comportant la mise en œuvre d'une sonde selon l'invention. Selon un autre aspect, l'invention concerne également un dispositif de régulation d'un anémomètre à fil, à courant constant, comportant :

- des moyens d' alimentation et des moyens pour réguler un courant d'alimentation du fil et d'une résistance de référence,

- des moyens pour effectuer une différence entre un signal aux bornes du fil de la sonde et un signal aux bornes de la résistance de référence,

- des moyens pour maintenir une température constante du dispositif.

Ce dispositif de régulation peut être appliqué à une sonde selon l'invention, décrite ci dessus, ou à un autre type de sonde anémométrique . Mais des résultats particulièrement intéressants sont obtenus avec une sonde selon l'invention. Le fil et la résistance de référence sont par exemple montées en miroir de courant.

Les moyens pour réguler un courant d'alimentation comportent de préférence un transistor de réglage monté en diode et un potentiomètre.

L' invention concerne également un thermoanémomètre à fil froid, comportant :

- un anémomètre, par exemple ayant la structure déjà décrite ci-dessus dans le cadre de l'invention,

- et un dispositif de régulation tel que ci dessus .

L' invention concerne également un procédé de mesure d'une température dans un fluide en écoulement, comportant la mise en œuvre d'un thermo - anémomètre tel que ci dessus, sans thermocouple additionnel .

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

- La figure 1 est une sonde à fil chaud, de type connu,

- les figures 2A-2E et 14 représentent des aspects d'une sonde à fils en « X », selon l'invention,

- les figures 3A-3B représentent d' autres types de sonde selon l'invention, à deux fils ou à plus de deux fils,

- les figures 4-10 représentent des étapes de réalisation d'une sonde selon l'invention, la figure 11 représente un circuit d'alimentation et de mesure pouvant être utilisé dans le cadre de la présente invention, - les figures 12 et 13 sont des courbes de mesure selon l'invention pour un thermo-anémomètre selon l'invention, les figures 15A et 15B représentent une autre configuration d'une sonde à fils en « X », selon 1' invention .

EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION

Un exemple d'une sonde selon l'invention est illustré sur les figures 2A-2E et 14. II s'agit d'une configuration particulière, de nombreuses autres étant possibles.

Selon cet exemple, la sonde comporte un fil 2 tendu entre les extrémités effilées de deux broches métalliques 4, 6, lesquelles se prolongent dans un corps isolant 10 de forme cylindrique, de préférence en une céramique.

Elle comporte également un fil 20 tendu entre les extrémités effilées de deux broches métalliques 40, 60, lesquelles se prolongent aussi dans le corps isolant 10.

Les deux fils 2, 20 sont disposés avec un angle α entre eux (voir la figure 14 qui représente une vue de face du dispositif) même si ils sont localisés dans deux plans distincts, parallèles entre eux et perpendiculaires à un axe du dispositif, sensiblement identifié par l'axe du corps isolant 10. Ces plans parallèles qui les contiennent sont séparés d'une distance inférieure ou égale à 0,8 mm, ou comprise entre 0, 2 mm et 1 mm ou entre 0,3 mm et 0,8 mm. L'angle α peut être de 90°, donc les deux fils peuvent être perpendiculaires entre eux dans la vue de face de la figure 14. Ces structures sont qualifiées de structures en « X » du fait de la position relative des fils, comme illustré en figure 14. Mais l'invention concerne également, et permet également de réaliser, des dispositifs avec des fils parallèles comme illustrés en figures 3A et 3B. Là encore, les fils sont séparés d'une distance δ inférieure ou égale à 0,8 mm, ou comprise entre 0, 2 mm et 1 mm ou entre 0,3 mm et 0,8 mm.

Plus généralement, cet écart maximum entre les plans dans lesquels sont situés les fils, ou cet écart maximum entre les fils contribue à la possibilité de réaliser des mesures ponctuelles, permettant d'avoir une représentation extrêmement fine des phénomènes observés .

Une autre configuration en X est représenté en figure 15A et 15B. Elle comporte également deux fils 2,20, ayant chacun une zone de détection centrale comme illustré sur la figure 2E décrite ci-dessous. Chaque fil est maintenu par deux broches 4, 6, 40, 60, disposées dans le corps de sonde comme décrit ci- dessus. On voit sur cette figure que la forme «X » apparaît cette fois lorsqu'on l'on regarde la sonde de côté. De multiples autres configurations en « X » sont possibles. La configuration réalisée dépend de l'environnement et des conditions dans lesquels une mesure doit être réalisée.

Quel que soit le mode de réalisation, le corps 10 de sonde est par exemple constitué d'un cylindre de céramique de diamètre qui peut être compris entre 2 et 4 mm, dans lequel sont implantées en guise de broches 4, 6, 40, 60 (cas des figures 2A et 2B, mais ceci est également applicable aux autres cas, tels que ceux des figures 3A, 3B) des aiguilles en acier inoxydable de diamètre par exemple compris entre 0,2 mm et 0,4 mm.

Le fil 2 (et éventuellement un autre fil, ou tout autre fil, utilisé dans une sonde préparée selon l'invention) est positionné sur les broches 4, 6. Un exemple de forme de l'une de ces broches, la broche 4, est représenté en figure 2C en vue de côté. La référence 43 désigne la partie de la broche 4, sur laquelle une extrémité du fil 2 sera brasée. L'autre broche 6 présente la même structure. Chaque broche a donc un corps de section sensiblement cylindrique le long d'une direction AA', par exemple l'axe AA' est un axe de symétrie de révolution de la broche dans le cas où celle-ci a une forme cylindrique (figure 2C) .

Le fil 2 a en outre un alignement extrêmement précis, de l'ordre du centième de mm. A la différence de la structure de sonde connue (telle qu'expliquée ci-dessus en liaison avec la figure 1), une portion droite du fil 2 est positionnée sur les broches 4, 6. Il n'y pas besoin, comme dans le cas de la figure 1, de courber le fil en forme de « U », une telle courbure nuisant à la précision et à la reproductibilité du dispositif.

La brasure du fil 2 sur les broches 4, 6 est une brasure de type alliage étain-plomb. La longueur L émergente des broches dépendra des configurations, mais elle peut être approximativement de l'ordre de 15 mm. Pour la structure en « X » des figures 2A et 2B, cette longueur est inférieure pour les fils qui sont situés en arrière du fil le plus en avant de la sonde, c'est le cas pour le fil 20 de la figure 2B par rapport au fil 2.

La distance D, qui sépare les extrémités de deux broches destinées à porter un même fil, peut être sensiblement égale à, ou supérieure à, 5 mm, et de préférence comprise entre 5 mm et 8 mm, pour des écoulements de couche limite jusqu'à des vitesses de veine inférieures ou légèrement supérieures à 12 m/s. En revanche, avec des situations de fort cisaillement, en frontière de jet par exemple, un bon comportement n'est obtenu que lorsque l'écartement entre les broches n'excède pas 4 mm. Au delà de 4 mm, en raison d'une raideur insuffisante de la gaine d'argent du fil 2 (dont la structure est décrite ci dessous) , l'excitation de cisaillement peut induire des oscillations de grande amplitude à l'échelle du fil, oscillations qui conduisent à la rupture de ce dernier. Afin de réduire les risques de rupture de la partie active du fil lors des manipulations, le corps de sonde est gainé d'un tube 12 en élastomère, qui va absorber les ondes ou les vibrations pouvant se propager vers le fil 2, dont la partie active est très fragile.

Le fil 2 (ou 20 ; éventuellement un autre fil, ou tout autre fil, utilisé dans une sonde préparée selon l'invention) est en fait de préférence un fil comportant une partie centrale 21 en platine ou en un alliage platine-rhodium, entourée d'une gaine 22 en argent, qui peut être de diamètre compris entre 50 et 80 μm, comme illustré en figure 2D.

Le diamètre de la partie centrale 21 est très faible, inférieur à 0,635 μm ou à 0,6 μm, par exemple 0,35 μm ou 0,5 μm. Le fil utilisé est de préférence un fil de type « fil de Wollaston » constitué d'un alliage platine - rhodium (Pt-10%Rh) . Il est impossible de manipuler directement un fil de ce diamètre sans risque. La gaine en argent, d'un diamètre de 30 à 50 μm, qui entoure le fil (Figure 2D) permet cette manipulation.

Un tel fil offre une ponctualité de mesure supérieure à celle obtenue dans les dispositifs connus, car il est possible de délimiter une zone 14 de mesure en éliminant localement la gaine du fil, comme illustré en figure 2E. Il en résulte une longueur active 1 comprise entre 0,4 mm et 0,5 mm. Une longueur active plus faible nuirait à la mesure, car les effets de bord, dus aux extrémités 22', 22'' de la gaine aux limites de la zone 14 de mesure, seraient alors trop importants. Cet aspect est illustré sur la figure 2E, où l'on voit clairement la partie active 14 et la gaine en argent 22.

La partie active 14 n'est pas visible sur la figure 2A, car la largeur de cette partie active (entre 0,4 mm et 0,5 mm) est petite par rapport à l'écartement E entre les extrémités des broches 4, 6 (au moins 5 mm) .

Le rapport 1/d, de la longueur active du fil à son diamètre, est sensiblement compris entre 600 et 1500. Au-delà, le caractère ponctuel de la mesure disparaît : on retrouve alors les effets de filtrage ou de mesure moyennée déjà mentionnés. Avec un rapport compris entre 600 et 1500 (600 < 1/d < 1500), l'hypothèse de la bidimensionnalité, donc d'un profil de température très plat dans la zone active, est satisfaite. Pour un rapport inférieur à 600, l'apparition des effets de bouts font que le profil de température le long du fil ne peut plus être assimilé à un profil « porte » (c'est-à-dire une température constante long du fil) , ce profil se rapproche alors plutôt d'un profil de type parabolique. Concrètement, cette situation se traduit par une perte de sensibilité du fil et une détérioration du rapport signal sur bruit. Physiquement, cela veut dire que l'on ne peut pas capter les phénomènes de faible amplitude. Le fil 2 est lié aux broches 4, 6 par brasure de la gaine 22 en argent sur ces broches.

Une sonde selon l'invention présente des propriétés de localisation de la mesure, sans effet de filtrage (du fait de la ponctualité sur la mesure atteinte par la très petite largeur de la zone de mesure 14), sans effet de blocage (du fait de l' éloignement des extrémités des broches entre elles) . Cette sonde résiste en outre aux vibrations. Une sonde selon l'invention permet donc de mesurer des grandeurs physiques au plus proche d'une paroi, sans biais, et donc sans qu'une correction soit nécessaire. Pour une sonde à un fil, et pour une gamme de vitesse inférieure à lOm/s on peut s'approcher jusqu'à y ⁺ ≈ 2 sans correction de paroi. y ⁺ est défini comme le produit de la vitesse de frottement par la distance à la paroi divisé par la viscosité cinématique. L' invention concerne également une sonde à un fil unique, mais aussi une sonde multi fils parallèles, telle qu'illustrée en figures 3A et 3B.

Une sonde double, par exemple qui associe un fil chaud 2 et un fil froid 2' parallèles, avec un espacement entre les deux fils de l'ordre de 0.3 mm (ou plus généralement compris entre 0,2 mm et 1 mm), est également objet de la présente invention et est représentée, en vue de côté, en figure 3A (on ne voit les fils que par le côté, donc chaque fil 2, 2' est assimilé à un point sur cette figure ainsi que sur la figure 3B) . Les autres références sont celles des figures 2A-2E et désignent les mêmes éléments. Dans ce mode de réalisation, deux paires de broches sont prévues, la paire 4, 6 déjà décrite ci-dessus, sur laquelle est brasé le fil 2, et une autre paire 4', 6' (dont seule la broche 4' est visible sur la figure 3A) sur laquelle est brasé le fil 2' .

Une sonde triple, qui associe trois fils 2, 2', 2'' parallèles, est représentée, en vue de côté, en figure 3B. Là encore, les références sont celles des figures 2A-2E et désignent les mêmes éléments, la distance maximum entre les fils étant comprise entre 0,2 mm et lmm, préférentiellement entre 0,3 mm et 0,8mm. Dans ce mode de réalisation, trois paires de broches sont prévues, la paire 4, 6 déjà décrite ci- dessus, sur laquelle est brasé le fil 2, et une autre paire 4', 6' (dont seule la broche 4' est visible sur la figure 3B) sur laquelle est brasé le fil 2', une troisième paire 4'', 6'' (dont seule la broche 4'' est visible sur la figure 3B) sur laquelle est brasé le fil 2'' . Une telle sonde triple fonctionne de préférence avec un fil chaud, au centre (le fil 2') et deux fils froids, de part et d'autre (les fils 2 et 2''), qui donnent une information sur le sens de l'écoulement. Dans une sonde double, ou, plus généralement, à n fils, au moins l'un des fils, ou chacun des fils, possède les caractéristiques indiquées ci-dessus, et est fixé de la manière indiquée ci- dessus, sur une paire de broches. Avec une sonde à 5 fils, réalisée conformément à l'invention, chaque fil ayant une zone dénudée telle dont le rapport 1/d est compris entre 600 et 1500, on a pu réaliser des mesures de vitesse et de température. Cette sonde est composée de deux couples de fils, chaque couple étant disposés en «X », et contenu dans un plan perpendiculaire à celui de l'autre couple, et d'un fil supplémentaire (froid) pour la mesure de la température. Cette configuration autorise la mesure simultanée des trois composantes de la vitesse dans un écoulement non isotherme. Le volume délimité par les deux couples de fils est d'environ 0,4 ³ mm ³ , tandis que le rapport 1/d de chacun des fils est d'environ 1000.

Un procédé de fabrication d'une sonde selon l'invention va maintenant être décrit. Il concerne la réalisation d'une sonde à un seul fil, et peut être appliqué à la réalisation d'une sonde à un nombre quelconque de fils, sauf spécification contraire.

L'ensemble des opérations s'effectue de préférence sous loupe binoculaire, étant donné la taille des éléments et la précision requise. Cette loupe, ou tout autre moyen de visualisation choisi ou équivalent, permet de visualiser avec une précision au l/100 ^eme de mm.

D'abord, on solidarise les broches 4, 6, 40, 60 avec le corps 10, 12 de sonde. Dans ce dernier, des perçages ont été effectués ou des gorges ont été creusées afin, justement, de positionner ces broches. Eventuellement, on insère les broches dans le corps de sonde à l'aide d'un gabarit afin que celles-ci dépassent du corps de sonde d'une longueur égale.

La connexion soudée entre les câbles électriques d'alimentation 19, 19' (figure 2A) (c'est par ces moyens de connexion qu'arrive le courant qui doit passer dans le fil 2) et les broches 4, 6 peut être située dans la gorge ou les perçages du corps 10 ou à l'extérieur. La soudure de cette connexion est réalisée lors de cette étape de préparation. On peut utiliser ces connexions et câbles, ou d'autres connexions et câbles, pour les autres broches. Le scellement des broches dans le support peut être assuré par enduction d'un béton dont la prise est compatible avec la céramique. Des tests montrent qu'une colle, par exemple de type Araldite peut également très bien assurer cette fonction de scellement, tout en conservant une certaine élasticité qui s'avère intéressante pour l'absorption des vibrations et la sauvegarde de la sonde.

Le corps 10 de sonde, une fois muni de ses broches 4, 6, 40, 60 est inséré dans un fourreau 12 amortisseur en élastomère, afin de limiter les vibrations pouvant casser la partie active du fil 20, qui est très fine.

Pour pouvoir braser ultérieurement le fil, on nettoie les broches 4, 6 pour garantir une mouillabilité optimale. Afin d'enlever les différents oxydes et créer un support de prise à la brasure, on étame l'extrémité des broches à l'aide d'une pâte à braser (référence : Castolin 157A) déposée sur une feuille d'acier inox à l'aide d'un fer à souder. Les broches sont ensuite nettoyées à l'acétone. La figure 4 représente le corps 10, 12 de sonde, avec ses broches 4, 6 prêtes à accueillir le fil 2 de la sonde. Le corps de la sonde est monté sur un ensemble de tables micrométriques, non visible sur la figure, qui vont permettre de réaliser des déplacements extrêmement précis, suivant deux ou trois dimensions, au centième de millimètre près.

En ce qui concerne le fil 2 lui même, on part en général d'un fil enroulé sous forme de bobine.

Une première opération est donc une opération de redressement du fil, afin d'effacer la mémoire que le fil a de son enroulement sur la bobine. Avec un fil, dont le diamètre de l'âme centrale est inférieure à 0,5μm, par exemple 0.35μm, lors de la phase de redressement du fil par roulement sur un marbre, il y a risque d'une rupture de l'âme centrale du fil.

Une étape de redressement adaptée met en œuvre une élongation que provoque une tension mécanique axiale au fil. Pratiquement, le fil est brasé à ses deux extrémités sur un système comportant deux plots 49, 51, dont l'un (le plot 49) est mobile grâce à son implantation sur le plateau d'une table micrométrique 69 à déplacement en 2 dimensions X, Y comme illustré en figure 5. Cette table va permettre de réaliser des déplacements extrêmement précis, suivant chacune des deux dimensions, au centième de millimètre près.

En préalable, il est préférable, pour que l'opération de redressement soit optimale, que les deux pointes des plots 49, 51 soient dans un même plan horizontal . La tension mécanique permettant le redressement du fil n'est pas quantifiée de manière précise. On peut néanmoins donner le mode opératoire suivant .

Les déplacements du plot mobile 49 sont mesurés à l'aide de la table de micrométrique. L'origine des déplacements est prise quand la tension du fil fait débuter la flexion d'une aiguille (par exemple de longueur 50 mm et diamètre 0.2 mm) en appui sur le fil et tenue par un opérateur (on rappelle que les opérations sont conduites sous observation à fort grossissement, par exemple avec une loupe binoculaire) . L'expérience montre qu'un déplacement de 0.4 mm du plot 49 mobile est suffisant pour obtenir une bonne rectitude et une rigidité accrue du fil. Après le débrasage du fil des plots 49, 51, on coupe, pour la suite des opérations, les deux extrémités du fil 2, de manière à ne garder que la partie redressée du fil. Cette opération se fait à l'aide d'une lame de rasoir. La mise place du fil va être décrite en liaison avec les figures 6 à 8. La figure 1_ représente de manière globale l'ensemble du système, avec deux ensembles 81, 83 comportant chacun trois tables micrométriques 81' (pour un déplacement selon X), 81'' (pour un déplacement selon Y), 81''' (pour un déplacement selon Z) et 83' (pour un déplacement selon X) , 83' ' (pour un déplacement selon Y) , 83' ' ' (pour un déplacement selon Z) . Chaque table va permettre de réaliser un déplacement extrêmement précis, au centième de millimètre près. A chacun de ces deux ensembles 81, 83 est fixée une poutre 61, 63 en forme de L (voir aussi figures 6 et 7) . La partie la plus grande du « L » de la poutre 61 est dirigée sensiblement suivant une même direction que la partie la plus grande du « L » de la poutre 63 (voir figure 9 qui donne une vue de dessus des deux poutres) , en fait selon une direction sensiblement à 45° par rapport à chacun des axes X et Z sur la figure 8. La figure 9 représente la position des deux poutres 61, 63 en vue de dessus. Chacune des extrémités du fil 2 va être mis en place sur ce système qui comporte ces deux poutres 61, 63. Plus particulièrement chaque extrémité de fil 2 est positionnée contre une surface de la poutre correspondante, surface qui a été usinée par polissage. Les distances d, d' (figure 9) , de décalage entre les axes perpendiculaires X et Z, entre les extrémités des deux poutres (pour une sonde en « x ») , sont en particulier fonctions de l'écartement entre les broches 4, 6 de la sonde sur lesquelles le fil doit être fixé. Ces deux poutres 61, 63 sont préalablement positionnées dans un même plan horizontal.

On peut procéder de la manière suivante pour vérifier que les deux poutres sont dans le même plan horizontal.

On met « à cheval » sur les deux poutres un fil préalablement redressé. Les deux poutres sont considérées à la même altitude lorsque le fil est uniformément en contact sur la face 61', 63', de chaque poutre. Pour réaliser cette condition, on joue sur le déplacement en « Y » (axe vertical) des tables micrométriques .

Le fil de la sonde est ensuite immobilisé sur chaque poutre à l'aide d'une goutte 71, 73 d'un matériau de type colle ou ciment, par exemple du ciment réfractaire (de la marque Degussa) , comme illustré sur la figure 7.

L'opération est assez délicate dans la mesure où la mise en contact du fil et de chaque goutte génère, à cause des phénomènes de tension de surface, un léger déplacement du fil. Ce phénomène de déplacement est problématique au moment de la dépose de la deuxième goutte de ciment, car elle entraîne une flexion du fil par rapport au premier point d'immobilisation, maintenu par la première goutte déjà posée. Cette flexion est suffisante, pour amener en phase finale de décapage du fil, l'âme centrale du ce dernier à la rupture. Pour neutraliser ce phénomène de déplacement, le fil 2 est donc bloqué à l'aide d'une pointe 67 que l'on vient mettre en place en extrémité de la poutre 61 sur laquelle la première goutte 71 est déposée .

On peut déposer alors à chaque emplacement de la future jonction entre le fil 2 et chaque broche de maintien un tout petit point de brasure à l'aide de l'extrémité d'une aiguille. Cette brasure est de préférence constituée de microbilles de 15 μm de diamètre, en différents éléments (Sn : 62% ; Pb : 36% ; Ag 2%) combinés pour obtenir un point de fusion bas. L'opération de mise en place du fil terminée, celui-ci peut alors être décapé sur sa partie centrale 14 qui va servir à la mesure (partie active 14, figure 2E) .

Le décapage s'effectue par une dissolution ponctuelle de la gaine 22 d'argent, par attaque chimique ou électrochimique.

Cette gaine est attaquée avec de l'acide nitrique. Pour cela, on peut utiliser deux techniques : celle du jet et celle de la goutte. Dans le premier cas, un jet millimétrique d'acide est projeté sur le fil tandis que, dans le deuxième cas, on forme une goutte d'acide que l'on approche lentement au contact du fil. Le premier procédé a été abandonné car il est traumatisant pour le fil et, lorsque ce dernier est d'un diamètre faible, le contact avec une goutte statique est mieux adapté à sa faible tenue mécanique.

La longueur 1 à décaper se détermine en fonction du diamètre d du fil sachant que, si l'on veut assurer un profil de température le plus uniforme possible sur le fil lors de son utilisation en fil chaud, un rapport 1/d supérieur à 250 permet de limiter l'impact sur la mesure de la conduction aux extrémités de la partie active (pour un matériau donné et donc une longueur froide donnée) . En mesurant la résistance du fil, on a une indication de la longueur décapée par la relation suivante :

R^ S où p est la résistivité électrique du matériau, en l'occurrence le platine-rhodium

-7

(p = 1,9.10 Ω.m) . On mesure donc cette résistance au cours du décapage.

Avec des fils de 0,35 μm et 0,5 μm, pour une longueur 1 décapée comprise entre 0,4 mm et 0,5 mm, on a sensiblement:

- Pour un diamètre de 0, 35 μm : 1150< 1/d < 1400 - Pour un diamètre de 0, 5 μm : 800< 1/d < 1000

Le système utilisé ici pour le décapage peut être composé d'un fil 101 de quelques centièmes de millimètre en acier inox. Ce fil 101 est représenté en figure 10, à proximité du fil 2 à décaper, lui-même en position entre les deux poutres 61, 63.

L'extrémité de ce fil 101 forme une boucle qui permet le maintien de la goutte 102. Cette dernière, constituée d'acide nitrique pur, est déposée sur la boucle à l'aide d'une seringue. On approche ensuite la boucle et la goutte à l'aide de micromanipulateurs pour amener cette dernière au contact du fil 2 à décaper.

A l'aide de tables de micro déplacements, on effectue un mouvement de va et vient pour dissoudre l'argent de la gaine 22. Une fois la goutte saturée en argent, on la retire du fil et on la remplace par une autre goutte d'acide nitrique. On procède de la même manière jusqu'à ce que le fil de platine-rhodium 21 apparaisse et que la résistance de ce fil commence à évoluer. On ajuste la longueur décapée en fonction de la résistance de la sonde. Typiquement, on a une résistance de 500 Ω pour du fil de 0,5 μm de diamètre et de 1 kΩ pour du fil de 0.35 μm, ce qui correspond à une longueur décapée de 5 à 6 dixièmes de millimètre, correspondant à un rapport 1/d de l'ordre de 1100 et 1600 respectivement. Conformément à l'invention, on utilise le fil de 0,5 μm, qui permet d'obtenir un rapport 1/d de 1100. Comme expliqué ci-dessus, une sonde avec un rapport 1/d supérieur à 1500 ne présente pas le caractère ponctuel requis pour la mesure: on retrouve alors les effets de filtrage ou de mesure moyennée déjà mentionnés.

Une fois le décapage à l'acide pur effectué, on effectue un second décapage, électrochimique cette fois, visant à débarrasser le fil mis à nu de toute trace d'argent résiduelle. En effet, s'il reste de l'argent sur le fil, celui-ci va migrer au joint de grain du platine-rhodium et faire évoluer la valeur de sa résistance. Il sera alors impossible de se recaler sur l'étalonnage d'origine et d'effectuer des mesures correctes.

On relie donc un circuit électrique simple constitué d'une batterie, d'un potentiomètre et d'un interrupteur à la boucle métallique qui porte la goutte et au fil 2 (comme illustré en figure 10) . On forme ensuite, comme précédemment, une goutte 102 pour le décapage, mais cette fois-ci constituée d'acide nitrique dilué à 5%. On l'approche de la même manière que les gouttes précédentes, de manière à ce que le fil soit mouillé à l'intérieur de la goutte. L'interrupteur est ensuite actionné, brièvement car le dégazage est très rapide et violent à l'échelle du fil. Après cette opération le fil est rincé à l'aide d'une goutte d'eau déminéralisée de manière à éliminer toute trace résiduelle d'acide sur le fil. Pour mettre en œuvre la méthode précédente on forme une goutte dont la taille est contrainte par la taille de la boucle et les forces de tension de surface .

Après le décapage du fil, et afin d'éviter la rupture du fil au niveau de la partie décapée, un léger flambage est réalisé par un rapprochement de 1 à 2 centièmes de mm suivant « X », d'une des deux poutres 61, 63.

En effet un fil tendu entre 2 points (et notamment entre les deux broches 4, 6 lorsqu'il sera fixé sur celles ci) est très sensible aux moindres vibrations et peut casser très facilement, et ceci est d'autant plus vrai que le diamètre du fil 2 que l'on utilise est petit. De multiples tentatives ont montré que, même avec les plus grandes précautions de montage, la détérioration d'une sonde à fil tendu peut se produire .

Afin d'augmenter la résistance mécanique des sondes on applique donc une légère courbure au fil 2 à ce moment de la fabrication, comme il vient d'être expliqué . Le fil 2 a alors une légère courbure, ou une flèche, de l'ordre de quelques centièmes de mm, par exemple inférieure à 2/100 ^eme de mm ou à 4/100 ^eme de mm, par exemple dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe du corps 10 de la sonde. Cette courbure n'aura pas d' influence sur les mesures anémométriques effectuées par la suite et confère au fil une souplesse lui permettant d' absorber des contraintes mécaniques ou des vibrations. Cet ensemble d'opérations effectuées, on peut braser le fil sur les broches 4, 6, 40, 60 de la sonde. On amène donc ces broches à proximité du fil

(voir en figures 6 et 7 la position du corps 10, 12 de la sonde ; les tables micrométriques sur lesquelles elle est montée ne sont pas représentées) . Un positionnement fin est effectué à l'aide des ensembles de tables 81, 83. Le corps de sonde, lui-même est fixé aussi sur un ensemble de tables similaire à l'un des ensembles 81, 83. On approche le corps de sonde de sorte que son axe passe sensiblement par un plan horizontal dans lequel le fil est contenu.

Une fois cette opération effectuée, on dégraisse le fil 2 et une première broche (par exemple la broche 40) avec de l'acétone. On fait ensuite fondre la brasure, par exemple à l'aide d'un fer à air chaud. A ce stade, le fil 2 est rendu solidaire de la broche 4, et il s'agit ensuite de le braser sur sa seconde broche 6. Le galbe ou la courbure conféré précédemment au fil permet de réaliser cette opération sans risque de cassure.

Lorsque la brasure est effectuée, le fil 2 adopte garde une légère courbure, ou une flèche, de l'ordre de quelques centièmes de mm, par exemple inférieure à 2/100 ^eme de mm ou à 4/100 ^eme de mm.

Le fil 2 est ensuite coupé à l'aide d'une lame de rasoir au ras des broches, afin de pouvoir retirer l'ensemble porte-fil et de débraser les extrémités de fil restantes sur ce dernier.

La fabrication de sondes à plusieurs fils peut s'avérer difficile avec cette technique de brasage. La distance entre les deux fils n'est jamais suffisante pour qu'il n'y ait pas interaction du jet du fer à air chaud, avec un premier fil déjà brasé, lors du brasage d'un second fil. Une réponse à ce problème consiste à implanter, dans l'espace entre les deux paires de broches, un écran thermique destiné à protéger le premier fil.

Une autre technique met en œuvre un apport très localisé de puissance par rayon laser, dont la ponctualité présente l'avantage de ne pas polluer thermiquement l'environnement. Le laser employé est de mode impulsionnel, de type Yag avec une puissance maximale de 3OW. La fréquence et la durée des impulsions sont réglables. On focalise le faisceau sur le point de brasure en bout de broche grâce à une caméra couplée au laser, et on effectue un tir qui entraîne la fusion de la brasure et couple le fil à la broche. La mise en œuvre de cette technique permet d'assurer l'opération de brasure quels que soient le degré de miniaturisation de la sonde et le nombre de fils qu'elle comporte.

On peut ensuite réaliser un recuit de la sonde: on fait traverser le fil 2 par un courant calculé en fonction de la résistance de la sonde. On porte ainsi le fil à une température sensiblement supérieure à la température à laquelle il est destiné à travailler. La différence de température entre le fil et l'air ambiant est donnée par la relation suivante :

R„ —R AT= ^f " aR ₀ où Ro est la résistance de la sonde à la température ambiante, α le coefficient d'évolution de la résistance avec la température (1,6.10 ^'3 ^ ^"1 pour le Pt-10%Rh) et où R _fll est la résistance du fil porté à la température T+ΔT, donnée par la loi d'Ohm.

Cette opération permet de faire diffuser les dernières traces éventuelles d'argent dans la structure cristalline du fil de platine-rhodium. Si le décapage a été correctement effectué, l'argent résiduel étant présent en très faible quantité, le fil se stabilise au bout d'une journée et ne voit plus sa résistance évoluer. Selon la configuration de la sonde, lorsque celle ci comporte plusieurs fils, on a intérêt à monter un fil avant l'autre.

L'expérience montre que la manipulation de sondes devient très délicate dès lors que le diamètre des fils devient inférieur à 0,625 μm. En particulier lors du montage d'une sonde selon l'invention dans une soufflerie, des vibrations sont créées, qui constituent un élément critique pour la tenue du capteur car elles sont suffisantes pour créer une onde qui se propage dans les broches jusqu'au fil. A cause de sa faible résistance mécanique, la présence du galbe ou de la courbure de la partie active n'est pas toujours suffisante pour amortir ces vibrations pouvant conduire à la rupture du fil. Il a été constaté que c'est par le corps de la sonde qu'est transmis l'essentiel des vibrations vers l'extrémité des broches, par exemple lors de son blocage sur son support à l'aide d'une vis.

La solution optimale pour protéger le fil a consisté à insérer le corps de sonde en céramique, une fois muni de ses broches, dans un fourreau amortisseur 12 de très faible dureté (de l'ordre de 25 shores A) .

Une sonde selon l'invention est utilisée avec des moyens d'alimentation en courant, et des moyens de mesure des variations de résistance électrique du fil, ou des fils. Ce sont ces variations qui traduisent les variations de vitesse et/ou de température d'un fluide que transporte un écoulement dans lequel la sonde est plongée.

D'une manière générale, pour la réalisation d'une mesure à la fois précise et reproductible, il est préférable d'utiliser une alimentation par des batteries. Ainsi on découple le système du réseau électrique, dont les potentiels peuvent fluctuer (du fait, par exemple, de la mise en marche ou de l'arrêt d'installations voisines) . En outre les courants et/ou les tensions qui interviennent au niveau du capteur sont très faibles et peuvent être aisément perturbés par ces fluctuations du réseau, si petites soient elles . Par ailleurs, dans des installations telles qu'une soufflerie, il est difficile de mettre correctement au même potentiel les différents points de masse. Il en résulte des courants de boucle entre ces différents points de masse, pilotés par les fluctuations de potentiel du réseau, courants qui perturbent également les mesures de manière importante.

Cette solution permet en outre d'alimenter tous les circuits, qui possèdent ainsi un potentiel de masse fixe et non plus fluctuant comme ce peut être le cas lorsqu' ils sont reliés à des régulateurs de tension électroniques.

Pour assurer la compatibilité électromagnétique (CEM) les circuits sont de préférence placés dans une boîte, par exemple en cuivre, qui constitue un plan de masse, relié à la masse de la batterie. A ce plan de masse est également reliée une tresse entourant les fils de connexion de la sonde. Ainsi toutes les protections de ce type vis-à-vis des champs électromagnétiques sont reliées à un potentiel fixe . Les solutions trouvées ci-dessus pour assurer d'une part une alimentation non perturbée et d'autre part une compatibilité électromagnétique s'appliquent à tout type de fonctionnement de 1 ' anémomètre . Un fonctionnement particulier est le fonctionnement dit « à fil froid ». Il s'agit d'un mode de fonctionnement courant constant, dans lequel le courant avec lequel on alimente le fil est très faible.

On connaît déjà des anémomètres à fil froid. Dans ces dispositifs connus, l'alimentation comporte une grande résistance R placée en série avec le fil afin de conserver une intensité de courant Iw constante dans ce fil lorsque la vitesse de l'écoulement varie. Le fil est intégré à un pont de Wheatstone pour mesurer avec précision sa résistance Rw ; le signal de sortie est recueilli au sommet du pont.

L'anémomètre à courant constant possède des avantages. On a le libre choix de la surchauffe, ce qui est très apprécié pour l'étude des fluctuations de température. On peut aussi mesurer le bruit de fond en substituant au fil une résistance fixe et apporter ensuite aux mesures les corrections qui seraient nécessaires. En contrepartie, on amplifie les signaux de sortie de façon importante. La bande passante de ce principe de mesure est imposée par l'inertie thermique du fil.

Dans ce type de fonctionnement, on fait tendre le courant qui alimente le fil vers une valeur nulle afin de chauffer ce dernier le moins possible. Le fil n'est donc plus refroidi par convection (dans la mesure où il n'est pas chauffé), et devient uniquement sensible à la température du milieu environnant T par le biais de la valeur de sa résistance Rfil selon la relation suivante:

R _fil = R ₀ [I+a(T-T ₀ )] où RO est la résistance de la sonde à une température de référence et α le coefficient d'évolution de la résistance avec la température.

Dans ce type de fonctionnement, l'écart de température est faible et le courant avec lequel on alimente le fil est très faible. Il sert juste à pouvoir mesurer une tension aux bornes du fil afin de remonter à la valeur de sa résistance. Il est généralement de l'ordre de 50 à 200 μA. Ainsi, le chauffage du fil par effet Joule est négligeable, ce qui vaut à cet anémomètre le nom de thermomètre fil froid.

Un problème posé par ce type de fonctionnement est le suivant : la température mesurée dérive, il est donc nécessaire d'associer la sonde à un thermocouple pour avoir une mesure de la température moyenne.

L' invention propose une solution à ce problème .

Des moyens électroniques associés à un anémomètre courant constant sont représentés en figure 11, sur laquelle le fil est toujours désigné par la référence 2. Le circuit représenté comporte en outre :

- des moyens d'alimentation 110, de préférence une batterie comme expliqué ci-dessus,

- une résistance de référence 112, - un potentiomètre 114 pour le réglage du courant .

Plus précisément, l'alimentation du circuit Ve, représenté par la pile 110, est fournie par un régulateur de tension (MAX 6325) . Les deux résistances 2, 112 sont montées en miroir de courant. Le réglage du courant traversant les deux branches du miroir, chacune des branches comportant l'une de ces deux résistances, est effectué par la tension Vbe d'un transistor de réglage 116, monté en diode, via le potentiomètre 114. La différence de potentiel entre la sonde 2 et la résistance de référence 112 est appliquée à un amplificateur opérationnel d'instrumentation 120. La sotie de l'amplification fournit un signal mesuré qui traduit les variations de la résistance du fil 2.

Afin d'exploiter les informations de faible amplitude, on amplifie le signal aux bornes de la sonde 2. De préférence, et afin de tenir compte des limitations en tension des cartes d'acquisition, cette amplification n'est pas trop importante (on essaie de tenir compte de la résolution en tension de la carte d'acquisition) . Or une sonde anémométrique 2 a une résistance importante, et les variations en sortie de l'anémomètre, après amplification, peuvent dépasser les plages d'utilisation des cartes. C'est pourquoi on choisit de centrer sur environ zéro le signal de sortie du thermomètre; ceci permet également de profiter au maximum de la gamme de mesure et de régler ainsi le gain en conséquence. Pour ce faire, on effectue une soustraction entre le signal aux bornes de la 2 sonde et le signal aux bornes d'une résistance de référence 112.

Le montage à miroir de courant permet d'avoir un signal stable traversant la résistance de référence, ainsi qu'un courant stable traversant la sonde 2. Un tel dispositif a été mis en œuvre dans le cadre de campagnes d'essais dans une soufflerie, la sonde étant une sonde à un fil fonctionnant en fil froid.

Il a alors été remarqué une dérive des mesures de température moyenne, anormale d'après les conditions de mesure et la sonde 112 de référence, en platine, de l'installation. Il s'est avéré que cette dérive pouvait seulement provenir du circuit électronique. Les composants sont en effet sensibles à la température du milieu environnant, et une différence de température ambiante entre le local d'étalonnage et la soufflerie pouvait tout à fait expliquer les écarts observés .

Dans un premier temps la résistance de référence 112 a été remplacée par une résistance métallique dont le coefficient de variation avec la température est bien moindre (0,6 ppm/°C) et négligeable .

Des relevés des différentes tensions mises en jeu ont été effectués en plaçant le circuit électronique dans une étuve dont la température est suivie. On peut ainsi vérifier que le régulateur électronique de tension ne voit pas la valeur de la tension qu' il délivre varier avec la température (dérive de 5 PV ⁰ C ^'1 ) . Les deux tensions aux bornes de la résistance de référence et aux bornes d'une seconde résistance destinée à simuler la sonde ont montré une dérive, parfaitement coordonnée, de l'ordre de 25OyV ⁰ C ^'1 (pour des résistances de 670 Ω) . Ceci indique donc que le courant variait de manière simultanée et identique dans les deux branches du miroir de courant.

On s'est donc intéressé à la valeur de la tension Vbe qui fixe ce courant. Un relevé dans les mêmes conditions a indiqué une dérive de cette tension de 2,4 InV ⁰ C ^"1 . Cette dérive trouve son origine dans le fait que le transistor 116 concerné par cette tension est monté en diode; or la dérive de tension usuellement observée aux bornes d'une diode est de 2,5 mV°C ^λ environ, ce qui concorde parfaitement avec nos relevés. Pour annuler cette dérive, on maintient les composants du thermomètre (la sonde et ses moyens d'alimentation et de mesure) à une température constante. Par exemple, on régule électroniquement la puissance d'un tapis chauffant placé dans le boîtier de 1 ' anémomètre .

Le circuit électronique du thermomètre est ainsi maintenu à une température supérieure à celle du local dans lequel il se trouve. Cette température à laquelle le circuit est maintenu est régulée à plus ou moins un dixième de degré. Ainsi, non seulement les composants qui constituent l'anémomètre ne dérivent pas, mais ils fonctionnent dans des conditions reproductibles .

Ce dispositif permet, après un unique étalonnage de l'ensemble de la chaîne anémométrique, de mesurer dans l'écoulement non seulement les fluctuations de la température, mais aussi sa valeur moyenne, ce qui est un résultat inédit. En effet, même dans les cas des dispositifs connus pour lesquels un soin particulier est apporté à la métrologie et à la mesure (c'est notamment le cas des mesures de température en sortie d'un jet rapportées par Andreopoulos dans « expérimental investigation of jets in a cross flow, Journal of Fluid Mechanics, 1983), les fluctuations de température sont mesurées par un fil froid tandis que la valeur moyenne est donnée par un autre moyen comme une thermistance ou un thermocouple.

Le circuit décrit dans cette partie est applicable à une sonde à plusieurs fils. On peut réaliser autant de circuits que nécessaire.

Un exemple d'étalonnage et d'utilisation va maintenant être donné. Les étalonnages sont effectués dans une soufflerie. L'air passe successivement dans une boîte chauffante et un échangeur à eau dont la puissance et le débit peuvent être indépendamment réglés afin d'obtenir les niveaux de température souhaités, entre la température ambiante et 150 ⁰ C environ.

La sonde 2 à fil froid est placée dans la veine d'étalonnage (entourée d'un anneau de garde thermique), au centre de la sortie d'une buse d'injection de l'air. La température de l'enceinte est donnée avec une précision du dixième de degré par une sonde PtIOO de référence associée à un boîtier électronique de mesure (référence : Sfere DGN75T) .

Pour chaque point d'étalonnage, un point de fonctionnement de la boîte chauffante et de l' échangeur est choisi. On laisse ensuite l'équilibre thermique s'établir entre l'air et les parois de la soufflerie, opération qui prend plusieurs heures (typiquement 4) . On effectue ensuite un relevé de la tension délivrée par le thermomètre pendant une trentaine de secondes, valeur largement suffisante pour obtenir une convergence de la mesure.

L'opération est répétée cinq fois pour obtenir les coefficients d'étalonnage de la dépendance linéaire de la tension de sortie du thermomètre en fonction de la température du fluide :

E = A + B-T Un exemple typique d'étalonnage est présenté sur la figure 12. On peut y observer que la régression linéaire donne un résultat excellent.

Sur la figure 13 est tracée (courbe I) une densité spectrale d'énergie issue d'une mesure des fluctuations de température sur une soufflerie. Cette mesure a été effectuée à 50 kHz pendant 10 secondes à 3 diamètres hydraulique de jet en aval sur son enveloppe externe (couche de mélange) à l'aide d'une sonde 2 dont le fil 20 a un diamètre de 0,5 μm. Les conditions d'écoulement étaient les suivantes : Re = 55000 et Rejet = 60000 (basés sur le diamètre hydraulique des conduits) . La différence de température entre les écoulements était de 13°C. La courbe II représente la densité spectrale d'énergie du signal de tension en sortie du thermomètre avec une résistance branchée à la place de la sonde à fil. Cette densité représente donc le bruit du thermomètre. Entre les plus grosses échelles captées par le thermomètre et le bruit de ce dernier, on peut observer sur ce tracé une différence de 7 décades, soit un rapport dans ce cas entre grandes et petites échelles discernables de l'ordre de 3000. En d'autres termes, la résolution du thermomètre dans ce cas est d'environ 5.10 ^"3o C.

Une telle résolution et une densité spectrale d'énergie présentant une amplitude aussi importante entre grandes et petites échelles constituent des performances inédites.

Pour des mesures en situation non établie (impact de jet chauffé sur une paroi), la sonde selon l'invention permet de réaliser des mesures sans correction .

En outre, l'invention propose un perfectionnement aux thermomètres, pour les rendre stables pour en augmenter fortement la sensibilité. On dispose ainsi d'un thermo-anémomètre possédant un rapport signal sur bruit avéré de plusieurs milliers (3500 pour le thermomètre et 10000 pour l'anémomètre à tension constante) quand il est associé à une sonde à fils de petit diamètre selon l'invention.

L' invention permet de réaliser un fonctionnement d'un anémomètre à fil froid, sans thermocouple, pour avoir une mesure de la température moyenne. Le circuit de régulation proposé permet de compenser la dérive et de s'affranchir d'un thermocouple .

Le circuit de régulation proposé ici peut être appliqué à une sonde selon l'invention, décrite ci dessus en liaison avec les figures 2A - 10 et 14, ou à un autre type de sonde anémométrique .