Brevet FR2000986A1 — publié le 19690919

, mmi On fabrique actuellement des résistances électriques dont la valeur varie fortement avec la "erapérature, autrement dit des thermistors, suivant un grand nombre de variantes destinées à des applications de types divers. L'un des champs d'applica-5 tion les plus importants est'l'utilisation des thermistors comme transducteurs thermo-sensibles dans la mesure électrique de température et dans les systèmes de régulation qui en dépendent. Afin de pouvoir accomplir correctement sa fonction dans de telles applications, le thermistor doit pouvoir satisfaire à 10 certaines exigences précises, certaines de nature électrique, d'autres de nature thermo-mécanique. 3n ce qui concerne les caractéristiques électriques, il s'agit en premier lieu du coefficient de variation de la résistance en fonction de la température et de la stabilité de ce coefficient. En ce qui concerne les carac-15 téristiques mécaniques et thermiques, on citera la forme géométrique, les dimensions, la constante thermique de temps et la résistance thermique, ces deux dernières propriétés étant également liées au milieu ambiant. En pratique, ces différentes exigences sont souvent contradictoires et il est par conséquent 20 nécessaire de trouver un compromis entre elles. Un thermistor idéal pour les applications précitées doit avoir un rapport surface/masse élevé, autrement dit il doit être du type où l'élément de résistance est en forme de pellicule mince. Ce genre de thermistor a une faible constante thermique 25 de temps, qui est indépendante de ses dimensions. Les exigences concernant la stabilité mécanique imposent de monter la pellicule du thermistor sur un support augmentant l'inertie thermique de l'ensemble. Les exigences imposées à la stabilité/électrique imposent de protéger la pellicule du thermistor à 1'encontre 30 d'un contact direct avec le milieu ambiant, cela en encapsulant la pellicule dans une gaine ou un boîtier 'quelconque, et il en résulte nécessairement une augmentation correspondante de la constante thermique de temps. La présente invention concerne les thermistors du genre 35 où l'élément de résistance se présente sous la forme d'une pellicule mince et l'invention vise à procurer un thermistor de;ce genre qui combine une bonne stabilité mécanique et électrique avec une constante thermique de temps aussi faible que possible. Selon l'invention, il est possible de satisfaire ces 40 exigences en enfermant la pellicule du thermistor dans une bad original 69 01929 o £- 2000986 capsule ou un boîtier rier:.r'tiquernenl, clos dont la. paroi est partiellement réalisée 'en notai, et en reliant par alliage l'une des faces au moins de la- pellicule' du thermistor à une partie métallique de la paroi de la capsule, laquelle -partie a 5 uns "forme procurant un bon contact thermique avec j.e- milieu dont £1 s'agit de capter la température. Dans un mode préféré de réalisation d'un thermistor selon 1^invention, l'une des faces de la pellicule du thermistor est ralliée par alliage à la face interne d'une partie métallique en 10 fortie de cuvette qui appartient à la paroi de la capsule. Un bon: couplage' thermique peut être alors obtenu, soit au travers du fond habituelement plat de la cuvette conductrice, soit par la surface de sa zone latérale qui' a" de préférence la forme d'un cylindre circulaire. Dans certains modes possibles de réalisais tiôn, l'une des faces de la pellicule du thermistor est fixée par alliage sur le fond de la partie métallique en forme de . cuvette de la capsule, cela tout particulièrement dans le cas où le couplage thermique doit être assuré par la face externe de la cuvette. Dans d'autres cas la pellicule du thermistor peut être 20 fixée par alliage sur la partie cylindrique de la cuvette. On a ainsi un cheminement theriaiquement conducteur particulièrement court dans le cas où le couplage thermique doit être assuré par la surface externe cylindrique. Une condition nécessaire pour la réalisation pratique de 25 l'encapsulage de la pellicule de thermistor selon l'invention, réside évidemment dans le fait que tous les éléments incorporés au dispositif, à savoir la pellicule du thermistor, les plaques arrière ou de contact et les isolants solides, présentent essentiellement le même coefficient de dilatation thermique. 30 L'invention sera décrite de façon plus détaillée en se référant aux dessins ci-annexés, lesquels sont fournis à titre purement illustratif et non limitatif et dans lesquels les figures 1 à 5 montrent en coupe axiale cinq modes différents de réalisation, alors que les figures' 6 et 7 montrent un sixième mode de réalisation, la figure 5 représentant une coupe selon la • ligne VI-VI de la figure 7, alors que la figure 7 représente une csoïtpe selon la ligne VII-VXI de la figure 6. Sur les dessins, on a en 10 la pellicule du thermistor, laquelle, est montée en sandwich entre deux plaques métalliques 11 et là avec lesquelles ladite pellicule est solidarisée par alliage. Dans le mode de réalisation selon les figures 1 et 2, BAD ortqlfyfy^ 69 01929 ? 2000986 la plaque métallique 11 dont le rôle est d'assurer le contact thermique avec la pellicule du thermistor, se raccorde latéralement à un prolongement tubulaire ayant de préférence la forme d'un cylindre circulaire 14, cela afin de réaliser une cuvette 5 métallique abritant l'autre plaque de contact 12. Un isolant solide 15 qui englobe le bord latéral de la pellicule 10 du thermistor, est en contact hermétique avec les plaques de contact 11 et 12, grâce à quoi l'ensemble des deux plaques de contact 11 et 12 et de l'isolant solide 15 constitue usae capsule 10 ou boîtier hermétiquement clos pour la pellicule du thermistor, la paroi métallique 11, 14 de cette capsule ayant une forme telle que l'on obtienne un bon contact thermique avec le milieu dont il s'agit de relever la température. Un "bon contadè thermique peut ainsi être établi, soit par l'intermédiaire de la surface 15 plane de la partie 11 de la paroi de la capsule, auquel cas le cheminement thermo-conducteur jusqu'à la pellicule du thermistor est aussi court que possible, soit par la partie cylindrique 14 de la paroi de la capsule qui constitue le prolongement au point de vue thermique du fond 11. L'isolant solide 15 atteint la 20 partie cylindrique 14 de la paroi de la capsule et il porte contre cette partie, grâce à quoi on obtient une amélioration de la stabilité mécanique. •^a pellicule 10 du thermistor peut être constituée par un mélange d'oxyde de métaux lourds, par exemple 70 de CuO, 25 20 % de IPe^O^ et 10 '/o de MnO^, dont le coefficient de dilatation thermique est de l'ordre de zi-5- 10"^. Les plaques de contact 11 et 12 seront réalisées de préférence en alliage fer-nickel-cobalt du genre "Kovar" qui a le même coefficient de dilatation que la substance constituant la pellicule. Pour constituer JO l'isolant solide 15, on choisira de préférence un verre spécial dit "Kovar" du type bore-silicate, qui a le même coefficient de dilatation thermique et qui adhère hermétiquement par fusion à l'alliage "Kovar" constituant les plaques de contact. Les connexions électriques avec les plaques de contact 11 et 12 35 peuvent être réalisées par tout procédé adéquat. Le contact thermique avec le milieu dont il s'agit de mesurer la température est établi de préférence par l'intermédiaire de la partie plane de la plaque de contact 11. Toutefois dans certains cas, par exemple lorsque le thermistor doit être monté dans un tube, il 40 peut être préférable d'utiliser le surface latérale de la BAD ORIGINE- 0 / 5 10 15 20 25 30 35 40 1929 4 2000986 capsule :1e cont'jct commo surface de captation. Dans le-mode de réalisation qui est montré par la figure 2, les broches de raccordement ou électrodes 16 et "17 sont fixées respectivement à l'intérieur du prolongement cylindrique 14 de la plaque de contact 11, et sur la face siipérieure de la plaque de contact 12, la fixation ayant lieu par exemple par soudage. L'isolation en verre 15 recouvre entièrement la plaque de contact 12, grâce à quoi on obtient un cheminement de fuite plus importait entre les deux broches de contact. Pour diverses raisons pratiques, il peut être favorable que l'isolant remplisse presque complètement l'espace à l'intérieur de la capsule métallique 11, 14. Dans le mode de réalisation selon les figures 3 et 4, les deux plaques de contact 11 et 12 sont munies de prolongements cylindriques qui sont en opposition. Dans le cas de la figure 3, les deux prolongements cylindriques ont le même diamètre et ils sont emboutis de telle sorte qu'ils ménagent entre eux une rainure dans laquelle l'isolant solide 15 est efficacement protégé. Dans le cas de la figure 4, l'un des prolongements cylindriques a essentiellement le même diamètre que la plaque plane de contact, mais l'autre a un diamètre plus important» Dans le mode de réalisation qui est montré par la figure 5, il n'est pas prévu d'isolant solide autour du bord de la pellicule de thermistor 10. La capsule métallique 10, 14 est hermétiquement fermée au moyen d'un couvercle 20 de verre qui est fixé par fusion sur la paroi cylindrique de la capsule et qui constitue ainsi une paroi isolante de la capsule, les deux électrodes ou broches de contact 16 et 17 traversant cette paroi et étant solidarisées avec celle-ci par fusion. L'électrode 16 est reliée par une cornière métallique 18 à la paroi cylindrique 14 alors que l'électrode 17 est relié par une pièce intermédiaire 19 à la plaque de contact 12 qui est enfermée dans la capsule. L'isolement latéral du bord de la pellicule 10 du thermistor est assuré par un gaz enfermé dans la capsule. Ce sers, en général de l'azote sec. Dans certains cas on peut aussi faire le vide dans la capsule. ; Le mode de réalisation qui est montré par les figures 6 et 7 diffère de celui de la figure 5, essentiellement par le fait que l'une des faces, de la pellicule du thermistor est fixée par alliage à l'intérieur de la paroi cylindrique 14, BAD ORIQIM^, 69 01929 5 2000986 alors que son autre face est fixée par alliage sur une plaque de contact incurvée 12 qui est montée à l'intérieur de la capsule. La plaque incurvée 12 est nunie d'une fente pour laisser le passage à l'électrode. 17 qui est également connectée à la partie cylindrique 14- de la paroi de la capsule métallique. 01929 2000986 HB7SÏÏ3I0 jl T i 0 N s '1.- Thermistor du genre dans lequel l'élément dont la résistance varie avec la température est "réalisé sous la forme d'une pellicule mince, caractérisé en ce que la pellicule du thermistor est enfermée dans une capsule ou boîtier hermétiquement fermé dont une partie de la paroi est en métal et en ce que l'une des faces au moins de la pellicule du thermistor est fixée par alliage sur une partie métallique de la paroi de la capsule, laquelle partie est conformée de façon à assurer un bon contact thermique avec le milieu dont il s'agit de mesurer la température . 2.- 'Thermistor selon la revendication '1, caractérisé en ce que l'une des faces de la pellicule du thermistor est fixée par alliage à l'intérieur d'une partie métallique en forme de cuvette de la paroi de la capsule. 3.- Thermistor selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'une des faces de la pellicule du thermistor est fixée par alliage sur le fond, de préférence plan, de la partie en forme de cuvette de la paroi de la capsule, l'autre face de cette pellicule étant fixée par alliage sur une plaque métallique qui se trouve à l'intérieur de la cuvette. 4.- Thermistor selon la revendication 3, caractérisé en ce que le bord de la pellicule du thermistor est entouré par une partie de la paroi de la capsule, laquelle partie est constituée par un isolant solide qui s'étend jusqu'à la paroi latérale de la partie métallique en .forme de cuvette de la capsule et qui porte contre cette paroi latérale en vue d'accroître la stabilité mécanique. Thermistor selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'isolant solide recouvre entièrement la plaque métallique qui est placée à l'intérieur de la partie en forme de cuvette de la paroi de la capsule. 6,- Thermistor selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un des côtés de la pellicule du thermistor est fixé par alliage sur la paroi latérale, de préférence en forme de cylin-drè circulaire, de la partie métallique en forme de cuvette de . la capsule, l'autre fçtce de la pellicule du thermistor étant fixée par- alliage sur- une plaque de contact incurvée de façon *- correspondante. 01929 7 2000986 7-- Thermistor selon les revendications 2 à 6, caractérisé en ce que des broches de contact,ou électrodes, sont fixées à l'intérieur de la paroi latérale de la partie métallique en forme de cuvette de la capsule, ainsi qu'à la plaque de contact qui est installée à l'intérieur de la cuvette. 3.- Thermistor selon n'importe laquelle des revendications 2, 3, 6 ou 7, caractérisé en ce que la partie métallique en forme de cuvette de la paroi de la capsule a son embouchure qui est hermétiquement fermée par un couvercle constitué par un isolant solide, ce couvercle constituant lui-même une partie isolante de la paroi de la capsule, celle au moins des broches de raccordement qui aboutit à la plaque de contact enfermée dans la capsule traversant ledit couvercle isolant pour sortir de ladite capsule. 9-- Thermistor selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pellicule du thermistor se trouve prise en sandwich entre deux plaques de contact auxquelles ladite pellicule est fixée par alliage, chacune des deux plaques de contact en question fusionnent latéralement avec un prolongement tubulaire de raidis sement, lesdits prolongements tubulaires des deux plaques de contact étant opposés l'un à l'autre et le prolongement tubulair de l'une au moins des plaques de contact se raccordant à ladite plaque par une zone intermédiaire qui est conformée de telle sorte que l'on obtienne une rainure qui est remplie d'un isolant solide constituant une partie isolante de la paroi de la capsule.. 10.- Thermistor selon n'importe laquelle des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que les parties métalliques du thermistor sont en alliage' fer-nickel-cobalt du type "Kovar" et en ce que l'isolant solide du thermistor est constitué par un verre du type bore-silicate qui a essentiellement le même coefficient de dilatation thermique. 11.- Thermistor selon n'importe laquelle des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la pellicule du thermistor est constituée par un mélange d'oxydes de métaux lourds ayant essentiellement le même coefficient de dilatation thermique que les matériaux constitutifs du thermistor, qu'il s'agisse dès parties métalliques ou des parties isolantes. bad original