Brevet FR2425633A1 — publié le 19791207

La présente invention concerne un élément thermosensible souple à résistance métallique et son procédé de préparation. Elle concerne plus particulièrement un procédé de préparation dtun élément thermosensible souple utilisable pour mesurer électriquement une température. Dans l'art antérieur, on a déjà proposé de nombreux procédés de préparation d'éléments thermosensibles. Ces éléments sont généralement constitués d'un fil métallique très fin enroulé en hélice et disposé à l'intérieur d'une gaine isolante généralement rigide et réalisée en un matériau céramique tel que l'alumine. Ce type d'élément donne des résultats très satisfaisants pour la mesure des températures. Toutefois, pour certaines mesures de tempé rature > il serait souhaitable de disposer d'un élément thermosensible, mince, souple, robuste, maniable et fiable. Le but de la présente invention est précisément de proposer un élément thermosensible présentant ces propriétés, utilisable en thermométrie et pouvant être appliqué sur des surfaces de géométrie variée. Un autre but de l'invention est de proposer un élément thermosensible qui soit manipulable, fiable, robuste, très souple et facile à réaliser, en particulier dans le cas où 11 élément métallique résistant est un fil métallique très fin et très fragile dont le diamètre est d'environ quelques dizaines de microns. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de préparation d'un élément thermosensible robuste présentant une bonne résistance aux vibrations, dont les spires constitutives du fil métallique résistant soient bien isolées électriquement l'une de l'autre. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de mise en forme d'un élément thermosensible conforme à l'invention en vue de réaliser des sondes de mesure de température thermo-résistives aux formes géométriques variées. Un autre but de l'invention est de proposer une sonde de mesure de température thermo-résistive pouvant à la fois remplacer une cale de stator et mesurer la température. Ces buts et d'autres sont atteints par la présente invention qui concerne en effet, un élément thermosensible souple à résistance électrique, caractérisé en ce qu'il comporte une résistance constituée d'un fil métallique recuit enroulé en spires et logé à l'intérieur d'une gaine en matière thermoplastique, chaque spire étant fixée à la paroi intérieure de ladite gaine au moyen de la seule matière thermoplastique. Le métal constitutif de la résistance peut être choisi parmi le tungstène, le nickel et le platine. La matière thermoplastique préférée est le polytétrafluoroéthylène. La présente invention concerne également un procédé de préparation d'un élément thermosensible à résistance métallique, caractérisé en ce que l'on fixe une résistance formée d'un fil métallique non recuit enroule en spires à l'intérieur d'une gaine souple en matière thermoplastique ; on fait passer à travers le fil ainsi gainé, un courant électrique dont l'intensité et la durée de passage sont adaptées en vue d'effectuer un recuit du fil métallique à l'intérieur de la gaine et de ramollir la matière isolante de la gaine en contact avec les spires pour obtenir, après refroidissement, une fixation de chaque spire à ltintérieur de la gaine. Dans le procédé selon l'invention, on utilise des fils fins en métal résistant conducteur tel que le platine, le nickel et le tungstène ; le platine est le métal préféré. Le fil métallique, qui présente généralement un diamètre de quelques dizaines de microns, se présente souvent sous forme d'une hélice constituée d'unensemble de spires. Cette hélice peut être par exemple obtenue par bobinage du fil sur un mandrin de quelques dixièmes de millimètres de diamètre. La gaine souple et flexible est constituée par une matière thermoplastique choisie par exemple parmi le polyvinylidène, le polystyrène, le polyéthylène, le polypropylène, un copolymère du polystyrène et du polydivinylbenzène, les polyamides, le polytrifluoroéthylène, le polytétrafluoroéthylène (P.T.F.E). On choisit la matière thermoplastique en fonction de la plage de température dans laquelle llélément sensible est appelé à travailler. I1 est ainsi évident que cette plage ne doit pas inclure la température de ramollissement de la matière plastique utilisée. La matière thermoplastique préférée, compte tenu notamment de la plage étendue de température d'utilisation (environ -180 à +250"C, de préférence -80 à +lso0c) et de son inertie chimique, est le polytétra fluoroéthylène (P.T.F.E). On utilise une gaine dont le diamètre intérieur est environ 1,2 à 1,5 fois le diamètrè d'une spire du fil métallique conducteur, afin de minimiser les contraintes mécaniques imposées par la gaine aux spires. En vue de ne pas trop augmenter le temps de réponse du thermomètre électrique et de ne pas trop augmenter la rigidité et l'épais- seur de l'élément, l'épaisseur des parois de la gaine est avantageusement comprise entre 0,20 et 0,40 mm environ dans le cas où l'on utilise du P.T.F.E. Les métaux utilisés pour constituer le fil métallique conducteur résistant d'un élément thermosensible doivent être à l'état recuit pour présenter des propriétés électriques convenables, stables et sans phénomène d'hystérésis. Or, ces métaux sous forme de fils très fins sont, à l'état recuit, extremement fragiles. Un des avantages essentiels du procédé selon l'invention est précisément de loger sans difficulté, et sans le déformer, le fil enroulé en spires à l'état non recuit, donc mécaniquement résistants à l'intérieur de la gaine. On effectue ensuite un traitement à la fois pour recuire le métal, fixer le fil à llintérieur de la gaine et isoler électriquement chaque spire l'une de l'autre, par passage d'un courant électrique durant un temps de passage et une intensité adaptés a la température de recuit du métal et à la température de ramollissement de la résine thermoplastique utilisée. Ainsi pour un fil de 25 pm de diamètre logé à l'intérieur d'une gaine en P.T.F.E. dont l'épaisseur des parois est d'environ 0 > 30 mm, on fait passer un courant d'environ 300 à 400 ma pendant 1 à 5 secondes, de préférence 320 ma durant 2 secondes. I1 est souhaitable d'effectuer cette opération de recuit en atmosphère gazeuse inerte dans le cas de fils en métaux communs, par exemple en atmosphère d'argon. Par contre, les hélices en fil de platine sont recuites de préférence entourées d'air pur. Le passage du courant de recuit amène l'hélice à une température élevée qui provoque le ramollissement de la matière thermoplastique en contact avec les spires. Les spires peuvent ainsi pénétrer légèrement à l'intérieur de la paroi de la gaine et suivant la quantité de matière ramollie, les spires se trouvent, après refroidissement, collées, soudées ou incrustées à l'intérieur de la paroi de la gaine. Le mode préféré de fixation consiste à obtenir après refroidissement, une légère incrustation des spires à l'intérieur de la paroi. Selon l'invention, on entend par ramollissement le fait que la matière thermoplastique se trouve dans un état de fluidité tel que les spires après refroidissement se trouvent collées, soudées ou incrustées à l'intérieur de la paroi de la gaine. On obtient ainsi un élément thermosensible manipulable, fiable, robuste, très souple et facile à réaliser. L'homme de métier est à même d'adapter le temps de passage et l'intensité du courant de recuit au métal et à la matière thermoplastique utilisée. Selon un mode préféré de réalisation du procédé selon l'invention, on peut fixer chaque extrémité du fil enroulé en spires à une patte métallique ; on fixe à l'étant étiré le fil à l'intérieur de la gaine, on bloque le fil en faisant une olive métallique de rétention sur la patte et on soude l'extrémité libre des pattes aux cibles de raccordement. A cet effets chaque patte est munie d'une olive de rétention de la grosseur voulue pour obstruer le canal de la gaine. On peut avantageusement former une seconde olive d'ancrage à l'extrémité de chaque patte. Cette olive assure la soudabilité à l'étain et l'ancrage dans ladite soudure pour réaliser la liaison au cable de raccordement. Les olives de rétention et d'ancrage sont de préférence en argent, elles sont préparées avant montage par fusion d'un fil d'argent de dimensions appropriées pour obtenir un petit diamètre de l'olive (de forme ellipsotdale) légèrement supérieur au diamètre intérieur de la gaine thermoplastique. Les pattes métalliques sont réalisées de préférence en un doublé, l'lme de la patte étant constituée d'un métal ou alliage de métaux communs, par exemple un alliage fer + nickel, le revêtement de la patte étant, par exemple, constitué par du platine dans le cas où l'hélice est en platine. Ce revêtement protège la patte contre l'oxydation et assure un bon contact électrique avec le fil de l'hélice thermosensible. Chaque extrémité de l'hélice est reliée à la patte de préférence par sertissage. On soude enfin l'extrémité libre des pattes aux cibles de raccordement. Selon un mode de réalisation plus élaboré, on peut souder l'ext-rémité libre des pattes à chacun des câbles de raccordement à I'intérieur d'un tube métallique comportant la soudure et on enserre le tube et les extrémités des cibles et de la gaine au moyen d'une gaine en matière plastique thermorétractable.telle que par exemple du P.T.F.E. thermorétractable en vue d'améliorer l'isolation électrique et la liaison mécanique entre la gaine et les câbles de raccordement. Le tube métallique est de préférence en laiton et contient de la soudure a l'étain à point de fusion élevé, de préférence supérieur à 300"C. L'élément thermosensible selon l'invention peut être utilisé tel quel mais il est possible de procéder à une mise en forme par un traitement thermique approprié en vue de réaliser des éléments souples dont la forme est adpatée à l'usage spécifique désiré. Ce traitement thermique consiste à faire passer un courant électrique dont l'intensité et la durée de passage sont adaptées en vue de ramollir convenablement la matière thermoplastique permettant de donner audit élément la forme souhaitée après refroidissement. On a constaté que ce traitement de mise en forme, particulièrement dans le cas d'un fil de platine, ne perturbe pas les propriétés métrologiques de la résistance qui demeurent pratiquement identiques, ce qui constitue un avantage important de 11 élément thermosensible selon l'invention. Dans le cas d'un fil de platine de 25 Xm de diamètre, logé à l'intérieur d'une gaine en P. T.F.E. dont l'épaisseur des parois est d'environ 0,30 mm, on peut faire passer un courant de 250 mA durant 10 secondes, ce qui est suffisant pour transformer l'élément selon la forme géométrique souhaitée. Par ce procédé, l'élément peut être intégré dans une enveloppe, plaque, ruban ou cable de formes diverses en fonction de l'uti- lisation prevue. On peut réaliser ainsi des sondes de mesure de température thermorésistives de formes variées. On peut réaliser notamment une sonde de mesure de température thermorésistive de faible épaisseur et électriquement isolante pouvant à la fois remplacer une cale de stator de machine électrique et mesurer la température moyenne des conducteurs situés dans une encoche du stator. D'autres caractéristiques et avantages de la presente invention apprattront à la lecture des exemples suivants donnés à titre illustratif, nullement limitatif, et référence sera faite au dessin annexé sur lequel : - la-figure 1 est une coupe partielle d'un élément thermosensible, souple, conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue de dessus d'une cale pour stator de machine électrique formée à partir d'un élément de la figure 1, - la figure 3 est une coupe suivant l'axe III-III de la figure 1. Sur la figure 1 on voit qu'un élément thermosensible 1 selon l'invention est constitué d'un fil en hélice 2 formé d'une succession de spires 3, 3a, 3b. Le fil 2 en platine est logé a l'intérieur d'une gaine 4 en polytétrafluoroéthylène. Chaque extrémité 5 et 5a du fil 2 est fixée par sertissage aux crochets 6 et 6a des pattes de sortie 7 et 7a. Chaque patte 7 et 7a comporte une olive de rétention 8 et 8a en argent permettant au cours du procédé de maintenir étiré le fil 2 à l'intérieur de a gaine 4 et les olives 9 et 9a permettent d'améliorer le contact électrique et la liaison par la soudure à l'étain 10 et lOa entre lesdites olives 9 et 9a, les câbles de raccordement il et lla et les tubes de laiton 12 et 12a. Les zones de jonction entre les pattes 7 et 7a > les cibles fl et île et les tubes en laiton 12 et 12a sont enserrées dans des gaines 13 et 13a en P.T.F.E. rétractables. Les cables de raccordement sont isolés au moyen des gaines 14 et 14e également en P.T.F.E. Sur les figures 2 et 3, on a représenté un élément thermosensible selon l'invention thermoformé de façon à autre intégré dans une sonde 15 termoélectrique pouvant être substituée à une cale d'un stator de machine électrique. Cette sonde 15 joue donc le rtle de cale et permet, en outre, de mesurer la température moyenne des conducteurs situés dans une encoche du stator dans laquelle est logé la sonde. Sur ces figures, on voit que la sonde 15 est formée d'un mandrin 16 en verre époxy autour duquel est logé un élément sensible 17 identique à celui représenté sur la figure 1 et raccordé aux deux cibles 18 et 19 par des raccords identiques à celui représenté sur la figure 1 et enserrés par des gaines en P. T.F.E. rétractables 20 et 21. L'élément 17 est enroulé autour du mandrin 16 à l'intérieur de la gorge cylindrique 22. L'ensemble de la sonde 15 et enserré dans une gaine 23 en chlorure de polyvinylidène. L'exemple suivant illustre l'invention sans toutefois en limiter la portée. EXEMPLE Cet exemple concerne un procédé de réalisation d'un élément thermosensible de structure identique à celle représentée sur la figure 1. On utilise un fil de platine écroui de 25 m de diamètre ayant les propriétés physiques exigées de manière à ce qu1a l'état recuit, il permette d'aboutir à un élément thermosensible conforme à la norme DIN 43 760. On utilise des pattes de sortie en doublé Pt/Fe-Ni ayant un diamètre de 0,3 mm et une longueur de 35 mm. L'une de leurs extrémités est aplatie et recourbée en crochet On utilise une gaine en P.T.F.E. dont le diamètre extérieur est de 1,15 mm et le diamètre intérieur de 0,55 mm et dont la longueur est de 255 mm. On utilise des gaines en P.T.F.E. thermorétractables dont les diamètres extérieur/intérieur sont de 1,50/120 mm et dont la longueur est de 20 mm. On utilise un tube en laiton de 6 mm et de diamètres extérieur/ intérieur 1,10/0,85 mm. On utilise un câble de raccordement dont la section est de 0,22 mm2 formé de 19 fils en cuivre argenté ainsi qu'une soudure à l'étain fondant à 3060C. Pour réaliser l'élément thermosensible, on effectue les opérations principales suivantes On bobine hélice en fil de platine à spires jointives sur un mandrin de 0,28 mm de diamètre. On introduit l'hélice dans la gaine dont on fixe les extrémités aux pattes métalliques, elles-mêmes reliées aux câbles de raccordement. Pour recuire l'hélice de platine et fixer les spires à l'intérieur de la gaine, on fait passer un courant de 320 mA durant 2 secondes. Sur l'élément ainsi réalisé, on trouve les caractéristiques suivantes - résistance à 0 C : 100 + 0,10 # 100 -3 - coefficient de température &alpha;0100 (3,850+QOl2).iO - conformité à la norme DIN 43 760 - températures limites d'emploi : -183 C, +2500C - tension d'essai : 3000 V, 50 Hz. REVENDICATIONS 1. Elément thermosensible souple à résistance métallique, caractérisé en ce qu'if comporte une résistance constituée d'un fil métallique recuit, enroulé en spires et logé à l'intérieur d'une gaine en matière thermoplastique, chaque spire étant fixée à la paroi intérieure de ladite gaine au moyen de la seule matière thermoplastique. 2. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal constitutif de la résistance est choisi parmi le tungstène, le nickel et le platine. 3. Elément selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la matière thermoplastique est du P. T.F.E. 4. Procédé de préparation d'un élément thermosensible à résistance métallique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fixe une résistance formée dgun fil métallique non recuit enroulé en spires à l'intérieur d'une gaine en matière thermoplastique ; on fait passer à travers la résistance ainsi gainée un courant électrique dont l'intensité et la durée de passage sont adaptées en vue d'effectuer un recuit du fil métallique à l'intérieur de la gaine et de faire ramollir la matière isolante de la gaine en contact avec les spires pour obtenir, après refroidissement, une fixation de chaque spire à l'intérieur de la gaine. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le métal constitutif du fil est choisi parmi le platine, le nickel et le tungstène. 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la matière thermoplastique est le polytétrafluoroéthylène. 7. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la matière thermoplastique est choisie parmi le chlorure de polyvinylidène, le polyéthylène, le polypropylène, le polystyrène, un copolymère du polystyrène et du polydivinylbenzène, les polyamides, le polytri fluoroéthylène et le polytétrafluoroéthylène. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que l'on fixe chaque extrémité du fil à une patte métallique ; on fixe à ltétat étiré le fil à l'intérieur de la gaine, on bloque le fil en formant une olive métallique de rétention sur la patte, on soude l'extrémité libre des pattes aux cables de raccordement. 9. Procédé selon la-revendication 8, caractérisé en ce que l'on soude l'extrémité libre des pattes à chacun des cables de raccordement à l'intérieur drun tube métallique comportant de la soudure et on enserre le tube et les extrémités des cables et de la gaine au moyen d'une gaine thermorétractable. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lton effectue en outre sur ledit élément thermosensible, une mise en forme par un traitement thermique approprié. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit traitement thermique consiste à faire passer un courant électrique dont l'intensité et la durée de passage sont adaptées en vue de ramollir convenablement la matière thermoplastique permettant de donner audit élément la forme souhaitée après refroidissement. 12. Elément thermosensible préparé conformément à l'un des procédés de l'une quelconque des revendications 5 à 11. 13. Sonde de mesure de température thermorésistive comportant un élément thermosensible conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3 et 12. 14. Sonde selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'elle est constituée de matériau la rendant électriquement isolante, ce qui permet de l'utiliser à la fois comme cale de stator de machine électrique et comme sonde thermorésistive.