Brevet FR2477709A1 — publié le 19810911

L'invention concerne une capsule manométrique, des- tinée en particulier à détecter la pression d'aspiration d'air d'un moteur à combustion interne d'automobile, capsule compor- tant une membrane, déformable en fonction de la pression. On utilise, en particulier pour les véhicules auto- mobiles, des capsules manométriques qui, tout en étant de petites dimensions, transforment, pendant une longue durée de fonctionnement, les valeurs de pression constatées, surtout la pression négative d'aspiration d'air, en signaux électriques, qui puissent être exploités facilement pour commander et/ou régler les moteurs à combustion interne. A cet effet, l'invention a pour objet une capsule manométrique de ce type caractérisée en ce que la membrane est fabriquée par la technique des feuilles épaisses, posée sur un substrat, et reliée solidairement avec le substrat. D'autres améliorations de la configuration de l'invention ressortiront des exemples de réalisation décrits plus loin et illustrés par les dessins. Il est prévu par exemple que a) la membrane est faite de céramique de verre et a une épaisseur d'environ 20 à 300 /u, de préférence d'environ 100 /u; b) le bombage de la membrane est convexe dans la partie centrale de la capsule mais est concave sur la périphérie. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-.après et des dessins annexés représentant des modes de réalisation, donnés à titre d'exemple, de l'invention, dessins dans lesquels: - la figure 1 illustre un premier exemple de réali- sation, vu en coupe transversale, - la figure 2 illustre un second exemple de réali- sation, également en coupe transversale, - la figure 3 représente schématiquement un montage en pont, - la figure 4 est une vue de dessus de la capsule manométrique, - la figure 5 montre une capsule permettant de mesurer la différence de pression existant entre deux chambres contenant des gaz. Dans le premier exemple de réalisation illustré en coupe dans la figure 1, on a appliqué, sur une plaquette 1 2 2477709 formant substrat d'une épaisseur d'environ 1 cm, qui est faite de céramique, de verre ou de métal émaillé sur sa surface supé- rieure, une couche métallique 4 fabriquée de préférence dans une opération d'impression et de cuisson de la technique des couches épaisses, ou déposée par vaporisation, qui est recou- verte d'une membrane 2 disposée à une certaine distance, La membrane 2 a une épaisseur d'environ 60 microns et un diamètre d'environ 0,5 cm et elle est faite d'une matière céramique, de préférence de céramique de verre, qui a été apportée sous forme de pate par une opération d'impression au pochoir. Afin que, dans la zone de la capsule manométrique, il subsiste, entre la membrane 2 et la couche métallique 4, un espace vide, on applique sous pression une matière de remplis- sage 3, faite par exemple de noir de fumée et d'additifs orga- niques. Au cours de l'opération de frittage qui suit, qui est exécutée à des températures d'environ 9500C sous atmosphère gazeuse protectrice, cette matière de remplissage empêche que la matière céramique de la membrane 2 déposée par impression dans la zone de la capsule manométrique puisse se lier avec le substrat 1, la matière céramique de la membrane 2 se frittant en même temps en une masse solide mais cependant déformable. On brûle ensuite, dans une seconde opération de cuisson, en atmosphère oxydante, la matière de remplissage 2 sans qu'il reste de résidu, une condition importante étant ici que la membrane 2 en céramique de verre soit suffisamment mince et présente une porosité qui ne soit pas trop faible. Au cours des opérations d'impression et de cuisson successives, la mem- brane auto-porteuse est renforcée à l'épaisseur voulue, et l'espace vide qui s'est formé est fermé hermétiquement au gaz par application d'une couche supplémentaire 6, de verre amorphe par exemple. Si l'on choisit pour la membrane 2 une matière dont le coefficient de dilatation thermique est plus petit que celui du substrat 1, on peut obtenir que la membrane 2 forme, après l'opération de cuisson, une surface portante bombée, convexe en s'écartant du substrat 1, et que la capsule manométrique puisse être utilisée en raison de sa tension préalable pour mesurer aussi une dépression. En outre, on est ainsi assuré que la mem- brane se trouve toujours sous une tension de compression et on évite ainsi les tensions de traction auxquelles il est bien v connu que les masses céramiques ou vitreuses résistent peu. En rendant plus épaisse la zone marginale annulaire 7 de la membrane 2, on obtient que cette membrane 2 soit bombée sur sa périphérie sur un angle très faible, ce qui augmente sensiblement la résistance à la rupture lors des mouvements de la membrane 2 qui se produisent pendant le fonctionnement. On peut faire le vide dans la capsule manométrique ainsi formée ou la remplir de gaz sous une pression définie, en prévoyant, dans la capsule reproduite en plan dans la figure 4, quand on presse la matière de remplissage 3,une protubérance 3a, de sorte que quand on imprime la membrane 2, la zone 9 reste réservée. Après combustion de la matière de remplissage 3, il se forme par suite, dans la zone 3a, un tunnel que l'on ferme ensuite dans la zone 9, après avoir terminé la mise en place de tous les éléments, dans un four o régne une pression de gaz définie, en faisant fondre une pâte contenant du verre. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, la membrane 2 déformable, soumise à une pression négative ou posi- tive, forme une partie d'un condensateur à air variable. A cet effet, il est prévu sur la membrane une surface conductrice 5 en forme de bande, qui forme, en commun avec-la couche métal- lique 4, le condensateur. La capacité de ce condensateur est d'autant plus grande que la pression qui agit sur la membrane 2 est plus importante, cette pression diminuant la distance qui sépare la surface de la bande conductrice 5 de la couche métal- lique 4. Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, on applique, par des procédés d'impression et de cuisson de la technique des couches épaisses, sur la membrane 2 auto-portante en céramique de verre, successivement, des couches formant des bandes conductrices ou formant résistance, des couches de verre ou de céramique de verre. Dans l'exemple de réalisation repré- senté, il est prévu sur la membrane 2, au moyen de la technique des couches épaisses, deux résistances Rl et R2 qui sont cou- vertes par la couche de verre 6. Ces deux résistances Rl et R2 se dilatent ou se rétractent sous l'effet des changements de la pression d'air agissant sur la membrane 2. Dans ces conditions, les valeurs de résistance électrique de résistances en couche épaisse appropriées se modifient très fortement et peuvent en conséquent être utilisées très avantageusement dans un montage en pont représenté dans la figure 3 dans lesquelles ces résistances sont disposées dans des branches du pont diamétralement oppo- sées, toujours en série avec une de deux résistances fixes R3 ou R4. Le montage en pont illustré offre l'important avan- tage que les deux résistances du pont R3 ou R4 qui ne sont pas placées sur la membrane peuvent être équilibrées, par des méthodes connues, à l'aide de rayons laser en particulier, pen- dant que la capsule manométrique se trouve dans une atmosphère o la pression est bien définie. Au point de vue de la technique de fabrication, c'est là un important avantage car on peut étalonner d'une façon simple et rapide la tension de sortie Ua, indépendamment de la pression existant dans la capsule manomé- trique et de l'état de tension de la membrane 2. On peut aussi utiliser la capsule manométrique que l'on vient de décrire pour mesurer la différence de pression de deux chambres I et II suivant la figure 5, quand le substrat 1 présente en-dessous de la membrane 2, une petite perforation 10 qui fait communiquer la chambre intérieure de la capsule manométrique avec la chambre à gaz II. On peut par exemple appliquer une autre métallisation annulaire sur la face arrière du substrat 1, et relier cette couche métallique d'une façon étanche au gaz, par une soudure 12 avec le raccord 13. Dans l'ensemble, le mode de réalisation suivant l'invention de la capsule manométrique donne les avantages suivants: - Les éléments détecteurs (résistances ou électrodes du conden- sateur) sont intégrés solidement sur la membrane de la capsule. Les risques de pannes qui feraient courir des éléments de transmission sont supprimés. - La capsule manométrique avec les éléments détecteurs est intégrée sur un substrat sur lequel on peut disposer d'autres éléments électriques du montage au moyen des procédés connus de la technique hybride en oDuche épaisse. - La forme de construction de la capsule manométrique est minia- turisée. - Toutes les étapes du procédé de fabrication du détecteur se passent à des températures élevées (500 à 950C). Par suite, la mise en service du détecteur à des températures élevées 2477709 - apparaît possible. - On utilise des méthodes de fabrication de la technique des couches épaisses que l'on peut automatiser et dont les coûts sont avantageux, avec des dépenses en matières très faibles. R E V E N D I C A T I 0 N S ) Capsule manométrique destinée en particulier à détecter la pression de l'air aspiré d'un moteur à combustion interne, comportant une membrane déformable en fonction de la pression, caractérisée en ce que la membrane (1> est fabriquée, par la technique des feuilles épaisses, sur un substrat (1) et est reliée solidairement avec ce substrat. 2 ) Capsule manojmétrique suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le substrat (1) a la forme d'une pla- quette. ) Capsule manométrique suivant l'une des revendi- cations 1 et 2, caractérisée en ce que le substrat (1) est fait de céramique, de verre, ou de métal émaillé. ) Capsule manométrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la membrane (2) est faite de céramique de verre et a une épaisseur d'envi- ron 20 à 300 Z, de préférence d'environ 100 ya. ) Capsule manométrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le bombage de la membrane(2) est convexe dans la partie centrale de la cap- sule niais est concave sur la périphérie. ) Capsule manométrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que dans la zone (3a), il est formé un espace creux en forme de tunnel, par o on peut faire le vide dans la capsule ou la remplir avec une pression gazeuse définie, et que l'on ferme ensuite dans la zone (9) par fusion d'une masse vitreuse. ) Capsule manométrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la membrane porte sur sa face intérieure une électrode métallique (5) qui fait face à une certaine distance à une couche métallique (4), laquelle est déposée directement sur le substrat. ) Capsule manométrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'on dispose, sur la face extérieure de la membrane (2), au moins une résis- tance (Rl, R2) déposée par la technique des couches minces ou épaisses, la valeur de la résistance se modifiant en fonction de la pression. ) Capsule manométrique suivant l'une des revendi- cations 7 et 8, caractérisée en ce que le substrat (1) présente, 7 2477709 en-dessous de la membrane (2), une perforation (10). ) Capsule manométrique suivant l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que la membrane (2) est recouverte d'un revêtement (6), de verre en particulier, qui inclut les résistances (Rl, R2) ou les électrodes métalli- ques (5).