Brevet FR2468895A1 — publié le 19810508

La présente invention due à la collaboration de M. B. MONTARON se rapporte à un capteur de température d'un fluide gazeux et en particulier de la température de l'air à l'admissiow d'un moteur à combustion interne. Le principal inconvénient des capteurs de température habituellement utilisés réside dans leur temps de réponse tres long lorsqu'ils sont utilisés pour la mesure de la température des gaz. Ce phénomène est dû à la faible valeur du coefficient d'échange convectif entre un gaz et un corps solide. Le capteur objet de la présente invention est conçu pour minimiser le temps de réponse. L'élément sensible n'est pas enrobé dans un matériau de protection mais est directement au contact du gaz. I1 est constitué d'un matériau de faible chaleur spécifique et/ou de faible densité, comme, par exemple, un polymère tel le polyimide ou une céramique telle l'alumine. L'élément de mesure se présente sous la forme d'une plaquette de faible épaisseur et donc avec un rapport surface/volume tres élevé. On note g = la masse volumique de la plaquette e = l'épaisseur de la plaquette Cp = la chaleur spécifique à pression constante de la plaquette K = le coefficient d'échange convectif entre la plaquette et le gaz dans certaines conditions d'écoulement. Le temps de réponse du capteur est approximativement égal à t Ç.eCP (unités MKSA) 2K où le temps de réponse est défini de la maniere suivante Si le capteur est à une température initiale T1 et si à l'instant initial il est plongé dans le fluide gazeux à une température T2, alors le temps de réponse est le temps mis par le capteur pour indiquer la température Tl - 0,63 (Ti - T2) Le choix du matériau constitutif de la plaquette fixe les paramètres P, Cp et dans une certaine mesure e pour des raisons de tenue mécanique. C'est donc un choix déterminant pour les performances du capteur. Le choix du matériau est aussi fonction de la technologie employée pour réaliser la résistance variable. La forme plate de l'élément de mesure permet la réalisation par sérigraphie de la résistance. L'élément de mesure du capteur objet de la présente invention peut être de deux types différents - Un premier type pour lequel la résistance variable en température est constituée d'une encre polymère, par exemple au nickel, sérigraphiée sur une plaquette en polymere, par exemple en polyimide, cuite à basse température ( - Un deuxième type d'élément pour lequel la résistance variable en température est constituée d'une encre métallovitreuse, par exemple au nickel, sérigraphiée sur une plaque en céramique, par exemple en alumine à 96 %, cuite à haute température c > 5000C). La résistance est isolée électriquement du gaz par une couche de verre en surface. Pour des épaisseurs e de l'ordre de 0,5 mm, les temps de réponse obtenus dans un flux d'air s'écoulant à 5 m/s sont de l'ordre de 2 s pour le premier type et de 7 s pour le deuxième type d'élément. I1 est possible de réaliser une résistance sur une plaque en acier émaillé, mais ce matériau présente un paramètre f Cp tres élevé d'où un temps de réponse quatre fois plus long que pour une alumine. D'autres caractéristiques des capteurs objetsde la présente invention apparaîtront dans la description qui suit. A cet effet on se reportera aux dessins joints dans lesquels - La figure I montre (fig. 1.1) une réalisation possible d'un capteur de température d'un fluide gazeux s'écoulant dans une conduite (6) comme montré en figure 1.2. - La figure 2 illustre deux modes de réalisation possibles (fig. 2.1 et 2.2) pour l'élément de mesure du capteur. - La figure 3 est un schéma de principe illustrant la différence d'utilisation des deux types de capteurs représentés à la figure 2. La figure 1.1 montre une réalisation possible d'un capteur de température d'un fluide gazeux destiné à être monte sur une conduite 6 comme représenté sur la figure 1.2. Le capteur est constitué d'une plaquette I sur laquelle est déposée une résistance sensible à la température, isolée électriquement du fluide gazeux par une couche de verre ou un vernis. Deux ou trois fils électriques 2 sont connectés à l'élément de mesure 1. La plaquette I et les fils 2 sont surmoulés par du plastique qui forme le corps du capteur de manière que seule la partie sensible de la plaquette ne soit pas recouverte. Le corps du capteur, surmoulé d'une seule pièce, comporte deux plaquettes 3a, 3b parallèles à l'élément 1, de profil aérodynamique de manière que la perte de charge soit faible dans la conduite. Les deux ailettes forment un convergent-divergent qui permet d'optimaliser le coefficient d'échange K tout en minimisant la perte de charge-. Le corps du capteur comporte une baste 4 et une gorge 5 éventuellement de formes oblongues de manière que le montage du capteur sur le conduit 6 présentant un trou oblong, ne puisse pas se faire autrement qu'avec une orientation correcte de l'élément de mesure par rapport à l'écoulement gazeux. Le corps du capteur comporte encore un capot 17 fixé à la partie supérieure des ailettes 3a et 3b enserrant la plaquette I support du capteur. Le capteur est boutonné dans le trou pratiqué dans le conduit 6. Cette opération est toujours possible à condition qu'au moins l'une des deux parties capteur ou conduit soit constituée d'un matériau élastique et souple. Ce type de montage présente l'avantage d'amortir les vibrations présentes, notamment à bord d'un véhicule, par exemple, à moteur. La figure 2 montre deux réalisations possibles de la plaquette sensible. La figure 2.1 représente la plaquette 1, par exemple en alumine à 96 %, comportant une résistance 8 variable en température, par exemple au nickel ; la résistance est ajustable en coupant certains barreaux 7 au moyen, par exemple, d'un laser. Dans le cas, notamment, de l'utilisation d'une encre au nickel contenant une forte proportion de verre, les terminaisons de la résistance 8 sont de grande taille afin d'abaisser la résistance de contact aux connexions. Des sorties soudables 9, par exemple en palladium-argent, sont sérigraphiées par dessus les terminaisons de la résistance 8. Des fils électriques peuvent alors y être directement soudés. Une couche isolante 10, par exemple en verre, est imprime par dessus la résistance 8. L'avantage de l'ajustage en "échelle" comme présenté figure 2.1 en 7 réside dans le fait que la coupure de chaque barreau n'occasionne aucune concentration des lignes de courant à l'endroit de la coupure, ce qui réduit les phénomènes de diffusion du nickel dans le verre et permet d'augmenter ainsi la stabilité de la résistance dans le temps. La figure 2.2 représente une réalisation à trois sorties d'un élément de mesure comportant une résistance supplémentaire 11, insensible à la température ou peu sensible, ajustable, par exemple, au moyen d'un laser. Dans les deux types de réalisation l'ajustage permet de réaliser des capteurs dont les caractéristiques sont parfaitement reproductibles. La figure 3 illustre la différence d'utilisation des deux types d'élément de mesure. La figure 3.1 montre ltutilisation d'un capteur 12 constitué d'une seule résistance. Le capteur fait partie d'un diviseur de tension dont la résistance en série 13 est calculée de manière que la tension d'entrée 15 de l'électronique 14 varie, par exemple, linéairement en fonction de la température. Ce type de montage présente l'avantage de réduire la puissance électrique dissipée sur l'élément de mesure car l'une des deux résistances est extérieure à cet élément. La figure 3.2 montre la version du capteur correspondant à la figure 2.2. L'élément de mesure comporte le pont diviseur complet. L'inconvénient rencontre ic-i est le fait que la puissance dissipée par la résistance 11 s'ajoute à celle dissipée par la résistance variable ce qui provoque un échauffement supplémentaire de la plaquette et perturbe la mesure. Cependant cette réalisation présente l'avantage de l'appariement des deux résistances du pont avec une grande précision permise par l'ajustage. REVENDICATIONS 1 - Capteur de température d'un fluide gazeux en écoulement dans une conduite, caractérisé en ce que l'élément de mesure (1) dont la résistance varie en fonction de la température est monté dans un corps en plastique dur ou souple présentant une gorge (5) de fixation dans ladite conduite et deux ailettes (3a) et (3b) de profil aérodynamique laissant entre celui-ci et elles-mes un espace de section d'abord décroissante puis croissante dans le sens de l'écoulement. 2 - Capteur de température selon la revendication 1, caractérisé en ce que la base (4) du corps du capteur et la gorge (5) sont de forme oblongue, le plus grand axe étant confondu avec la direction de l'écou- lement gazeux. 3 - Capteur de température selon 1 ou 2, caractérisé en ce que le corps comporte un capot (17) fixé à la partie supérieure des ailettes (3a) et (3b) enserrant l'extrémité supérieure de l'élément de mesure. 4 - Capteur de température selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce que l'élément de mesure comprend une résistance (8) au nickel ajustable déposée sur une plaquette d'alumine (1) sur laquelle sont directement soudés les fils électriques (2). 5 - Capteur de température selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément de mesure comprend une résistance (8) au nickel ajustable déposée sur une plaquette (1) de polyimide sur laquelle sont directement soudés les fils électriques (2). 6 - Capteur de température selon l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisé en ce que l'élément de mesure comprend une résistance (11) insensible à la température déposée sur la plaquette (1) en série avec la résistance variable en température (8).