L'effet Peltier appliqué à la conception et la réalisation d'un nouveau capteur de débit massique

(Reçu le 17 avril 1992, révisé le 25 mars 1993, accepté le 30 avril 1993)

Abstract
The present paper deals with design and realization of a new mass flow sensor using the Peltier effect. The sensor, shaped as a bimetallic printed circuit includes three continuous parallel strips coated with a great deal of metal plated spots. In such a device, the central track performs as a classical thermoelectrical circuitry whose both plated and uncoated parts provide the thermopile junctions. The two outer strips are subjected to electrical currents so as to generate numerous small thermal gradients owing to the Peltier effect. Then, the resulting differences in temperature induce a Seebeck e.m.f. on to the close inner strip acting as a receiver. The thermal coupling between transmitters and receiver tracks depends on any variation of the surrounding environment heat transfert coefficient. Therefore, such a device allows us to detect any shift in physical properties related to the apparent thermal conductivity. In the special case of a steady state fluid, the induced e.m.f. in the receiving track hinges on the thermal conductivity. When the fluid is in relative motion along the sensor, the velocity can be read out as a function of voltage. As an application, the thermoelectric circuit is placed in a tube conducting a fluid flow, in order to design a new mass flowmeter. Experimental results show that when subjected to a steady mass flow rate the e.m.f. remains still, even though the pressure is allowed to vary through the pipe. Actually, the supplied information depends only on the mass flow rate. The main advantage of this measurement method, when compared with classical hot wire devices, is that any change in the surrounding environment average temperature does not induce any significant shift on the output voltage. On the other hand, when operated in a wide temperature range, easy compensating techniques can be used to provide accurate and reliable performance over large temperature variations.

Résumé
Le travail présenté est relatif à la conception et la réalisation d'un nouveau capteur de débit massique basé sur l'effet Peltier. Le capteur en forme de circuit imprimé bimétallique, comporte plusieurs pistes métalliques continues parallèles entre elles et partiellement recouvertes par un grand nombre de dépôts électrolytiques de nature différente. Un tel circuit se comporte comme un circuit thermoélectrique classique dans lequel les parties homogènes non recouvertes par le dépôt électrolytique constituent le premier conducteur du couple, les parties plaquées constituant le second conducteur. La méthode de mesure consiste à faire passer un courant électrique dans une ou plusieurs pistes constituant le circuit émetteur de façon à générer par effet Peltier des gradients thermiques qui seront détectés par un circuit détecteur identique placé à proximité. Dans le cas particulier d'un fluide au repos, la f.e.m. détectée par le circuit détecteur dépend de la conductivité thermique du fluide. Lorsque le fluide est en mouvement relatif par rapport au circuit, il est possible de détecter une f.e.m. dépendant en grandeur et en signe de la vitesse d'écoulement du fluide. A titre d'application un capteur de débit massique a été réalisé en plaçant les circuits thermoélectriques dans une canalisation parcourue par le fluide en mouvement.