Brevet FR2481455A1 — publié le 19811030

La présente invention concerne un traitement de vieillissement destiné à stabiliser le fonctionnement d'un capteur de gaz à semi- conducteur au SnO2. Le capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 détecte la concentra- tion de gaz en utilisation la variation de la conductivité électrique due à l'adsorption chimique d'un gaz réducteur. Le capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 comprend un élément détecteur constitué par une matière semiconductrice frittée de type n dont le composant principal est SniO2. Le capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 mentionné ci-dessus est largement utilisé dans un dispositif d'alarme destiné à signaler une fuite de gaz dans un appareil ménager. La demanderesse a développé récemment des fours micro-ondes por- tant les références R-5000W et R-5800 qui comprennent le capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 mentionné ci-dessus, qui est de façon carac- téristique un capteur de gaz de la marque Figaro portant la référence TGS 812 ou TGS 813, fabriqué par la firme Figaro Engineering Inc.,qui est destiné à commander une opération de cuisson. Dans ce four micro- ondes, la cuisson au four et la cuisson au gril sont accomplies au moyen d'un élément chauffant gainé disposé dans une cavité de four et la cuisson par micro-ondes est accomplie au moyen d'énergie micro- ondes de 2450 MHz fournie par un magnétron. La commande de cuisson est automatiquement effectuée à l'aide d'un signal de sortie obtenu à partir du capteur de gaz une fois que l'opérateur actionne un conmmutateur de commande de cuisson désiré. La demande de brevet US 71 179 déposée le 31 août 1979 par Takeshi Tanabe décrit un circuit de commande caractéristique du four micro-ondes mentionné ci-dessus. La demande de brevet britannique correspondante a été publiée le 28 août 1980 et porte le n0 de publication 2 040 502. La demande de brevet correspondante de la R.F.A. est la DOS 2 935 862. Pour réaliser une commande de cuisson précise, le capteur de gaz doit fonctionner de façon stable. Cependant, le capteur de gaz classique présente une variation notable de ses caractéristiques de détection.En outre, le procédé de fabrication du capteur de gaz classique ne convient pas à la fabrication en grande série. Un but de l'invention est donc de stabiliser un mode de fonctionne- ment d'un capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 lorsqu'il est utilisé 2481 45 5 dans un four micro-ondes. L'invention a également pour but d'offrir un nouveau traitement de vieillissement destiné à stabiliser le fonctionnement d'un capteur de gaz à semiconducteur au SnO,. L'invention a également pour but d'offrir un traitement de vieil- lissement pour un capteur de gaz à semiconducteur au SnO qui convienne à la fabrication en grande série. Pour parvenir autbuts ci-dessus, conformément à un mode de réali- sation de l'invention, on traite un capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 de façon à le faire vieillir dans une ambiance gazeuse compre- nant un composant gazeux qui est produit dans un appareil dans lequel on désire installer le capteur de gaz à semiconducteur au SnO2. Dans une forme préférée, pour réaliser un capteur de gaz à semi- conducteur au SnO2 destiné à être utilisé dans un four micro-ondes,on traite le capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 de façon à le faire vieillir dans une ambiance gazeuse constituée par du diméthylsiloxane, ce gaz étant développé à partir d'un composé de silicium chauffé. La durée de vieillissement va de 30 minutes à 2 heures. Dans une autre forme préférée, 1'ambiance gazeuse de diméthylsiloxane est maintenue à une température élevée, par exemple 1500C à 2500C. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une représentation en perspective partiellement arrachée d'un capteur de gaz à semiconducteur au SnO2; la figure 2 est une représentation en perspective partiellement arrachée d'un élément détecteur qui fait partie du capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 de la figure 1; la figure 3 est une coupe partielle d'un appareil de cuisson employant le capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 de la figure 1;- la figure 4 est un schéma d'un circuit de détection connecté au capteur de gaz à semiconducteur au SnO2; la figure 5 est un graphique qui montre la variation de la résis- tance de l'élément détecteur au cours du temps dans un capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 de l'art antérieur; la figure 6 est un graphique montrant la variation de la résistance de l'élément détecteur et la variation de la sensibilité de l'élément 2 48 1 45 5 détecteur sous l'effet d'un chauffage à vide d'un appareil de cuisson lorsqu'on emploie un capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 de l'art antérieur; la figure 7 est un graphique montrant la distribution de sensibi- lité d'un capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 fabriqué par le procédé classique, la figure 8 est une coupe schématique d'un mode de réalisation d'un appareil de vieillissement destiné à accomplir un traitement de. vieillissement correspondant à l'invention; la figure 9 est un graphique montrant la variation de la résistance de l'élément détecteur au cours du temps dans un capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 traité par le procédé de vieillissement de l'invention; la figure 10 est un graphique montrant la stabilité de la résis- tance de l'élément détecteur et la stabilité de la sensibilité de l'élément détecteur en présence d'un chauffage à vide d'un appareil de cuisson, lorsqu'on emploie un capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 fabriqué en utilisant le traitement de vieillissement de l'invention; la figure 11 est un graphique montrant la distribution de sensi- bilité d'un capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 fabriqué en em- ployant le traitement de vieillissement de l'invention; la figure 12 est un graphique montrant la relation entre la dif- férence de sensibilité du capteur et la différence de température de la nourriture lorsque l'opération de cuisson est terminée; et la figure 13 est un graphique montrant le résultat d'un test compa- ratif de la variation de résistance du capteur, entre le capteur de gaz classique et le capteur de gaz fabriqué en employant le traitement de vieillissement de l'invention, dans une ambiance à température élevée. Un capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 comprend un élément détecteur 10 qui comporte une pièce frittée 12 dont le composant essen- tiel est du SnO2. La pièce frittée 12 est supportée par un tube de céra- mique 14 sur lequel sont formées une paire d'électrodes 16 et 18. Une paire de fils de connexion d'élément détecteur 20 et 22 sont fixés à la paire d'électrodes 16 et 18, et l'élément détecteur 10 est disposé dans un bloc de résine 24 au moyen de la paire de fils de connexion d'élément détecteur 20 et 22. Un enroulement chauffant 26 est disposé M 248 1455 dans le tube de céramique 14 afin de chauffer légèrement la pièce frittée 12, ce qui assure une détection stable. Le bloc de résine 24 est couvert par un capot 28 comprenant un treillis 30. Des broches d'entrée/sortie 32 sont fixées dans le bloc de résine 24 pour connecter l'élément détecteur 10 à un circuit de commande. La figure 3 représente un appareil de cuisson comprenant le capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 (40) construit de la manière indiquée ci-dessus. L'appareil de cuisson comprend une cavité de four 34 et une plaque 36 destinée à supporter de la nourriture 38 à cuire.Le capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 40 est disposé au-dessus de la cavité de four 34 pour détecter la concentration d'un gaz qui est généré par la nourriture 38. La cuisson par micro-ondes est effectuée par l'énergie micro-ondes produite par un magnétron (non représenté)qui setrouve à l'extérieur de la cavité de four 34. Un ventilateur de re- froidissement-42 est monté de façon à refroidir le magnétron. Un élé- ment chauffant gainé 44 est disposé dans une partie supérieure de la cavité de four 34 afin de cuire la nourriture 38 par l'utilisation de chaleur rayonnante. La circulation d'air créée par le ventilateur de refroidissement 42 est introduite dans la cavité de four 34 afin d'éva- cuer la vapeur d'eau et les gaz dégagés par la nourriture 38. Plus pré- cisément, une ouverture d'évacuation 46 comprenant plusieurs orifices est formée dans la paroi supérieure de la cavité de four 34. La vapeur d'eau et les gaz sont effectivement évacués par l'ouverture d'évacua- tion 46 sous l'effet de la circulation d'air forcée que crée le ventila- teur de refroidissement 42. Un conduit d'évacuation 48 est disposé au- dessus de la cavité de four 34, face à l'ouverture d'évacuation 46. Le capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 40 est disposé dans le conduit d'évacuation 48. Une plaque de déviation 50 est disposée dans le conduit d'évacuation 48 pour diriger effectivement le gaz évacué vers le capteur de gaz à semiconducteur au SnO2. Un mode de fonctionnement de l'appareil de cuisson construit de la manière indiquée ci-dessus est décrit dans la demande de brevet US 71 179, déposée le 31 août 1979 par Takeshi Tanabe. Il convient de noter les faits suivants lorsqu'on utilise le capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 considéré ci-dessus dans un appa- reil de cuisson, pour commander l'opération de cuisson. - Variation de la résistance du capteur de gaz lorsqu'il est mis 248 1455 sous tension pour la première fois. La figure 4 représente un circuit de détection destiné à détecter une variation de la résistance du capteur. Les éléments qui correspondent à ceux de la figure 2 sont désignés par les mêmes numé- ros de référence. La figure 5 montre le résultat de la détection lorsqu'on utilise à titre d'échantillon le capteur de gaz à semiconducteur au SnO de l'art antérieur. La figure 5 montre clairement que la résis- tance du capteur ne devient stable qu'au bout de deux à sept jours après la mise sous tension du capteur de gaz 40. Ceci signifie que le capteur de gaz de l'art antérieur doit être essayé pendant deux à sept jours avant de présenter un fonctionnement stable. Ainsi, le capteur de gaz classique ne convient pas à la fabrication en grande série. Dans le circuit de détection de la figure 4, les conditions de détection sont les suivantes: tension d'attaque Vc = 10 V; tension de l'enroulement chauffant VH = 5 V; et résistance de charge RL = 4 kDQ O Influence d'un fonctionnement à vide d'un appareil de cuisson. Pour stabiliser le fonctionnement de l'appareil de cuisson de la figure 3, il est nécessaire de mettre sous tension l'élément chauffant gainé 44 avec le four vide, pour réaliser le fonctionnement à vide (250'C pen- dant 30 minutes), avant de procéder à l'opération de cuisson réelle. Pendant le fonctionnement à vide, les produits à base de caoutchouc aux silicones employés dans l'appareil de cuisson, tels qu'un joint de con- duit, un capot hermétique et un joint de capteur de gaz, sont chauffés jusqu'à une température élevée à laquelle ils dégagent un gaz constitué par du diméthylsiloxane CH3 - CH3 n La figure 6 montre la variation de la résistance du capteur et de la sensibilité du capteur lorsque le capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 de l'art antérieur est mis en présence de diméthylsiloxane. Ces variations constituent un changement irréversible et affectent la préci- sion de la détection des conditions de cuisson. On détecte la sensibilité ((3) à l'aide de l'équation suivante 2 481 455 R. dans laquelle R est la résistance du capteur de gaz lorsqu'il est exposé à un gaz présélectionné ayant une concentration de A0 ppm; et R est la résistance du capteur de gaz lorsqu'il est exposé au gaz présélectionné avec une concentration de Ao x 60 ppm. Le gaz présélectionné est du méthane, de l'isobutane ou de l'éthanol. 03 Influence d'une ambiance à température élevée. Dans le mode de cuisson au gril ou dans le mode de cuisson au four, l'élément chauffant gainé 44 est sous tension et le capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 40, qui se trouve près de l'ouverture d'évacua- tion 46,est donc exposé à une ambiance à haute température. Dans le capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 de l'art antérieur, la résis- tance du capteur change de façon irréversible sous l'effet de la tem- pérature élevée aux environs de 150C à 2500C. Ceci nuit à la détec- tion précise des conditions de cuisson. Défaut d'uniformité de fabrication. Le capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 fabriqué par le procédé classique présente la distribution de sensibilité qui est représentée sur la figure 7. Cette distribution étalée ne convient pas à la réali- sation d'un système de commande de cuisson fonctionnant de façon précise. L'invention a pour but d'offrir un traitement de vieillissement original destiné à minimiser les défauts mentionnés ci-dessus, et de réaliser un capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 convenant à la com- mande de l'opération de cuisson dans un appareil de cuisson. La figure 8 représente schématiquement un appareil de vieillisse- ment destiné à réaliser un traitement de vieillissement pour le capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 40. L'appareil de vieillissement com- prendune chambre à gaz 52. Un plateau 54 est disposé dans la chambre à gaz 52 de façon à supporter un composé à base de silicones 56. Un élé- ment chauffant 58 est disposé sous le plateau 54 afin de chauffer le composé à base de silicones 56, provoquant ainsi un dégagement de gaz diméthylsiloxane. Le diméthylsiloxane ainsi dégagé est effectivement appliqué au capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 40 au moyen d'un ventilateur d'agitation 60 qui est actionné par un moteur 62. Le capteur 2 48 145 5 de gaz à semiconducteur au SnO2 40 est introduit dans la paroi supé- rieure de la chambre à gaz 52 de façon que l'élément détecteur soit exposé au diméthylsiloxane qui est produit dans la chambre à gaz 52. L'élément chauffant 58 a non seulement pour fonction de chauffer le composé à base de silicones 56 pour produire le dégagement de dimé- thylsiloxane, mais également de chauffer jusqu'à 1500C à 2500C l'inté- rieur de la chambre à gaz 52. Le traitement de vieillissement est ef- fectué pendant une durée de 30 minutes à 2 heures. Pendant le traitement de vieillissement, le capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 40 est ali- menté (Vc = 10 V et VH = 5 V) de façon à être placé dans les conditions de fonctionnement. Le capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 traité par le procédé de vieillissement indiqué ci-dessus présente les caractéristiques sui- vantes: O Variation de la résistance du capteur de gaz lorsqu'il est mis sous tension pour la première fois. La figure 9 montre clairement que le capteur de gaz à semiconduc- teur au SnO2 fabriqué par le traitement de vieillissement de l'inven- tion présente une valeur de résistance qui se stabilisé en douze heures à un jour. Ainsi, le contrôle des caractéristiques du capteur de gaz peut être effectué après une mise sous tension de 12 à 24 heures. Par conséquent, le traitement de vieillissement de l'invention facilite la fabrication en grande série du capteur de gaz à semiconducteur au SnO2. La figure 11 montre la distribution de la sensibilité du capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 fabriqué en employant le traitement de vieillis- sement de l'invention. La distribution est plus resserrée que la dis- tribution relative au capteur de gaz fabriqué par le procédé de l'art antérieur, représentée sur la figure 7. Ceci assure donc une commande de cuisson précise lorsqu'on emploie dans un appareil de cuisson le capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 traité par le procédé de vieillissement de l'invention. O Influence d'un fonctionnement à vide d'un appareil de cuisson. Le capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 fabriqué en employant le traitement de vieillissement de l'invention est stable en ce qui con- cerne sa résistance et sa sensibilité, même lorsque du gaz diméthyl- siloxane lui est appliqué, comme le montre la figure 10. Ceci assure une détection stable des conditions de cuisson. La figure 12 montre la rela- 2 48 14 55 tion entre la sensibilité du capteur et la température de la nourri- ture lorsque l'opération de cuisson est terminée. La sensibilité du capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 de type classique est répar- tie entre 0,4 et 0,7 comme le montre la figure 7 et, par conséquent, la température d'achèvement de cuisson correspond à une plage étendue T2 représentée sur la figure 12. Au contraire, le capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 fabriqué en employant le traitement de vieillis- sement de l'invention présente une sensibilité comprise en 0,4 et 0,5, comme le montre la figure 11, et la température d'achèvement de cuis- son est donc limitée à une plage T1 représentée sur la figure 12. On obtient donc une commande précise de l'opération de cuisson. & Influence d'une ambiance à température élevée. Le capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 fabriqué en employant le traitement de vieillissement de l'invention ne présente pas de varia- tion de résistance, même dans une ambiance à haute température, comme le montre une ligne 70 sur la figure 13. Comme on l'a indiqué précé- demment1 le capteur de gaz à semiconducteur au Snr 2 de l'art antérieur manifeste une variation de résistance dans une ambiance à haute tempé- rature, comme l'indiquent les lignes 72 et 74 sur la figure 13. La figure 13 montre clairement que le capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 fabriqué en employant le traitement de vieillissement de l'inven- tion assure un fonctionnement stable, même dans une ambiance à haute température, comme dans le mode de cuisson au four. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être appor- tées au procédé et au dispositif décrits et représentés, sans sortir du cadre de 1'invention. 2 48 145 5 REVENDICATIONS 1. Traitement de vieillissement pour un capteur de gaz à semi- conducteur au SnO2 (40), caractérisé en ce qu'on dispose ce capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 dans une ambiance gazeuse comprenant un gaz qui est dégagé dans un appareil dans lequel on désire installer le capteur de gaz à semiconducteur au SnO2. 2. Traitement de vieillissement pour un capteur de gaz à semi- conducteur au SnO2 (40), qui est installé dans un appareil de cuisson afin de détecter une condition de cuisson qui existe dans l'appareil de cuisson, caractérisé en ce qu'on dispose le capteur de gaz à semi- conducteur au SnO2 dans une ambiance gazeuse comprenant un gaz qui est dégagé dans l'appareil de cuisson lorsque cet appareil de cuisson est chauffé à une température élevée. 3. Traitement de vieillissement selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ambiance gazeuse comprend du dimêthylsiloxane qui est dégagé par un composé à base de silicones chauffé, tel qu'une huile aux sili- cones, un caoutchouc aux silicones, et une résine aux silicones. 4. Traitement de vieillissement selon l'une quelconque des revendi- cations 1, 2 ou 3 caractérisé en ce que l'ambiance gazeuse est mainte- nue à une température élevée. 5. Traitement de vieillissement selon la revendication 4, caractérisé en ce que la température de l'ambiance gazeuse est de 1500C à 2500C. 6. Traitement de vieillissement selon la revendication 5, caractérisé en ce que le capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 est placé dans l'ambiance gazeuse pendant 30 minutes à 2 heures. 7. Capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 (40) destiné à détecter une condition de cuisson dans un appareil de cuisson, caractérisé en ce qu'il est fabriqué en utilisant un traitement de vieillissement qui consiste à disposer ce capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 dans une ambiance gazeuse comprenant du diméthylsiloxane. 8. Capteur de gaz à semiconducteur au SnO2 selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on accomplit le traitement de vieillissement pen- dant 30 minutes à 2 heures dans des conditions dans lesquelles l'am- biance gazeuse est maintenue à une température comprise entre 1500C et 2500C. 9. Capteur de gaz à semiconducteur au SnO, (40) destiné à détecter une condition de cuisson dans un appareil de cuisson, caractérisé en ce qu'il est fabriqué en employant un traitement de vieillissement qui consiste à disposer ce capteur de gaz à semiconducteur au SnO, dans une ambiance gazeuse comprenant un gaz qui est dégagé dans l'appareil de cuisson lorsque cet appareil de cuisson est chauffé.