Brevet FR2466012A1 — publié le 19810327

L'invention est relative à un détecteur capaci- tif de pression, notamment pour déterminer la pression de l'air aspiré par un moteur à combustion interne, détecteur com- portant une membrane métallique conductrice, se déformant sous l'action de la pression, et en face de laquelle se trouve une surface métallique isolée par rapport à cette membrane et qui constitue avec cette membrane les deux électrodes d'un condensa- teur électrique. Dans les systèmes électroniques de commande et de régulation des moteurs à combustion interne, il est nécessai- re d'avoir un détecteur de pression absolu pour mesurer la pres- sion dans la tubulure d'aspiration. De tels détecteurs de pres- sion doivent, à c8té des exigences habituelles, telles qu'un do2bine de température de fonctionnement élevé, etc.., satisfaire surtout aux exigences d'un faible encombrement et d'une sensi- bilité réduite aux accélérations, de façon que ces détecteurs puissent être montés directement dans la tubulure d'aspiration du moteur à combustion interne. Pour résoudre ce problème, l'invention prévoit dans le cas dtun détecteur capacitif de pression du type initia- lement décrit, un détecteur caractérisé en ce que la surface métallique est rapportée, sous la forme d'une couche mince con- ductrice, sur une des faces d'une plaquette en matière isolante, tandis que la membrane est constituée par une plaquette métalli- que profilée par corrosion, dont la zone de bordure subsistant lors du processus de corrosion, est reliée de façon étanche à l'air et à la pression avec la plaquette en matière isolante. L'utilisation d'une membrane profilée par cor- rosion au lieu d'une membrane ondulée classique, apporte l'avan- tage que ces membranes profilées par corrosion peuvent 8tre réa- lisées avec une grande précision à partir de presque n'importe quel matériau élastique, grâce à quoi le matériau utilisé peut être adapté au coefficient de dilatation thermique du support. En outre, les données caractéristiques du détecteur de pression, comme par exemple la relation entre la capacité C et la pression p peuvent être facilement adaptées aux différentes exigences par un choix convenable du profil obtenu par corrosion. D'autres caractéristiques de l'invention per- mettent d'envisager Vautres formes avantageuses du détecteur de pression défini ci-dessus. Il est particulièrement avantageux 1. 2,- que, selon une autre forme de l'invention, la plaquette en ma- tière isolante porte sur sa seconde face opposée à la membrane, un circuit d'exploitation, notamment sous la forme d'un circuit en couche mince. Ce circuit peut avantageusement, revêtir la forme d'un oscillateur RO, notamment d'un multivibrateu/ avec un amplificateur opérationnel L'invention va être expliquée plus en détail en se référant à des exemples de réalisation représentés sur les dessins ci-joints, dans lesquels: - la figure 1 montre en coupe un premier exem- ple de réalisation d'un détecteur de pression capacitif conforme / à l'inventiont - la figure 2 montre en coupe un autre détec- teur de pression pour une pression extérieure p = 0 - la figure 3 montre en coupe le même détecteu- de pression, mais pour une pression extérieure p plus élevée, par rapport à sa pression interne. - la figure 4 montre un circuit d'exploitation délivrant une fréquence de sortie fZR - la figure 5 montre un autre circuit d'exploi- tation avec un amplificateur opérationnel. le détecteur capacitif selon la figure 1 com- porte une plaquette support mince 1 en matière isolante, réa- lisée en céramique A1203 et qui comporte dans le milieu de l'une de ses deux faces, une métallisation 2 en couche mince. Cette couche mince est reliée, par un contact 3 traversant la plaquette 1, avec un conducteur 4 disposé sur la face dorsale opposée de la plaquette 1, et également réalisé sous la forme d'une couche mince. Sur la face supérieure de la plaquette 1 por- tant la couche mince 2, il est également prévu un conducteur 5 également réalisé sous forme de couche mince. qui entoure annu- lairement à une certaine distance, en formant u4aneau fermét la couche mince centrale 2. Au conducteur annulaire 5 est relié par soudure de façon étanche à la pression, le bord 6 d'une membrane 7 profilée par corrosion à partir d'une plaquette mé- tallique. Cette membrane entoure un espace creux 8 dans lequel est fait le vide. Le fond 9, subsistant lors du processus de corrosion, de la membrane 7, forme avec la couche mince opposée 2, un condensateur électrique, dont la capacité O est d'autant 2-2466012 plus grande, que la pression externe p agissant sur le fond 9 de la membrane 7 est plus élevée et que de ce fait, le fond 9 est davantage courbé contre la couche mince 2. La membrane 7 intervenant comme second élec- trode du condensateur est reliée au moyen d'une liaison traver- sante 11 avec une bande de contact 12 également rapportée selon la technique des couches minces, et qui fait partie d'un circuit d'exploitation 13 disposé sur cette face dorsale de la plaquet- te 1e De ce circuit d'exploitation font partie plusieurs élé- ments constitutifs, dont deux sont indiqués en 14 et 15. La forme de réalisation représentée du capteur de pression présente l'avantage que ce capteur de pression a seulement un encombrement limité, est dans une large mesure in- sensible à la températures, et peuti être facilement monté dans la tubulure d'aspiration d'un moteur à combustion interne, oh il délivre des grandeurs électriques susceptibles d'être modi- fiées en fonction de la pression instantanée de l'air aspiré, de préférence une fréquence f dépendant de la pression. Dans le cas de l'exemple de réalisation selon les figures 2 et 3, il est prévu, tout comme dans l'exemple de réalisation selon la figure ir une plaquette de céramique 1 servant de support et une électrode en couche mince 2 rappor- tée sur cette plaquette, Au contraire du premier exemple de réalisation, la membrane 20 réalisée à partir d'une plaquette métallique profilée par corrosion comporte toutefois le long de sa zone de bordure 21, sur laquelle la membrane est soudée de façon étanche à la pression sur un conducteur 22 de forme annu- laire en vue de dessus, une rainure annulaire périphérique 23 qui est creusée par corrosion à une profondeur telle qu'au fond de cette rainure 23 subsiste une partie de paroi mince 24 qui peut être facilement déformée de la façon visible sur la figure 3 et qui n'exerce qu'un effort de rappel réduit. Dans le centre entouré par la rainure 23, la membrane 20 se trouve seulement à une faible distance e de l'électrode en couche mince 2, lors- que la pression externe p = O et que le vide est fait dans l'es- pace vide 26 entouré par la membrane 20* Du fait de la faible distance e, on a déjà pour le cas p = O représenté dans la figu- re 2, une valeur de capacité relativement importante du conden- sateur constitué de la zone centrale 25 et de l'électrode en couche mince 2 placée en face. - 4.- 2466012 Lorsqu'une pression p agit sur la membrane 20 de la façon représentée sur la figure 3, la zone centrale 25 est fortement rapprochée de l'électrode en couche mince 2 et en conséquence, la capacité existante entre ces deux électrodes se trouve considérablement augmentée. La capacité C entre les deux électrodes 2 et et l'évolution de cette capacité en fonction de la pression externe p peuvent être influencées de façon simple par la pro- fondeur de corrosion correspondante de la rainure 23 et la sur- face frontale libre dans la zone centrale 25. En vue de l'exploitation de la capacité a dépen- dant de la pression, il peut être prévu l'oscillateur RO repré- senté schématiquement sur la figure 4, dan lequel à la borne de sortie A est présente une tension de fréquence fkR>. Une résistance de réaction R relie la sortie A à l'entrée de ltos- cillateur, cette résistance pouvant être réglée de façon fixe et déterminant avec la capacité a susceptible d'être modifiée du détecteur de pression selon la figure 1 ou selon la figure 2, la fréquence d'oscillation f. Sur la figure 5 est représenté un autre circuit d'exploitation revêtant la forme d'un multivibrateur avec un am- pltficateur opérationnel, Dans ce cas,àla sortie A d'un amplifi- cateur opérationnel 0, une tension alternative Ua peut être pré- levée, dont la fréquence est: f = 1/2 RO ln (1 + 2 R1/R2) REVENDICAT I0 NS 1.- Détecteur capacitif de pression, notamment pour déterminer la pression de l'air aspiré par un moteur à combustion interne, détecteur comportant une membrane métallique conductrice, se déformant sous l'action de la pression, et en face de laquelle se trouve une surface métallique isolée par rapport à cette membrane et qui constitue avec cette membrane les deux électrodes d'un condensateur électrique, détecteur caractérisé en ce que la surface métallique (2) est rapportée, sous la forme d'une couche mince conductrice, sur une des faces d'une plaquette en matière isolante (1), tandis que la membrane (7) est constituée par une plaquette métallique profilée par corrosion, dont la zone de bordure (6) subsistant lors du pro- cessus de corrosion, est reliée de façon étanche à l'air et à la pression avec la plaquette (1) en matière isolante, 2.- Détecteur de pression selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la plaquette métallique (7) com- porte une zone centrale (9) d'épaisseur réduite, obtenue par corrosion. 3.- Détecteur de pression selon l'une quelcon- que des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la membrane (20) comporte une zone centrale (25) qui est délimitée par rap.- port à la zone de bordure (21) par une rainure (23) obtenue par corrosion et courant le long de cette zone de bordure (21). 4.- Détecteur de pression selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la plaquette en matière isolante (1) est constituée de céramique, notamment de Al203 5.- Détecteur de pression selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la plaquette en matière isolante (1) porte sur sa seconde face, opposée à la membrane (7, 20), un circuit d'exploitation (13) notamment sous la forme d'un circuit en couche mince. 6.- Détecteur de pression selon la revendica- tion 5, caractérisé en ce que le circuit d'exploitation revêt la forme d'un oscillateur RO, notamment d'un multivibrateur avec un amplificateur opérationnel. ,-