Brevet FR2505049A1 — publié le 19821105

La présente invention se rapporte d unc sonde à élément transducteur quelconque transformant les varlo- t i onS une grandeur physique quelconque en vdr-iatlons d'un iynal électrique. Dans la majorité des industries, on a besoin de connaître la valeur et les variations d'une grandeur physique en vue de la commande ou de la régulation en fonctionnement d'un organe ou d'une installation. Ce besoin existe en ce qui concerne la température dans les appareils de chauffage ou de climatisation tels que chaudières, chauffe-eau, pompes à chaleur mais aussi dans d'autres industries telles que l'automobile, la sidérurgie, l'équipement ménager Il existe aussi pour d'autres grandeurs ph > si- ques telles que lumière, pression On a recours à des sondes et les sondes les plus utilisées encore actuellement, dans le domaine du chauffage, de la climatisation et du froid domestique et industriel, sont basées sur la dilatation d'un liquide. Elles comportent un doigt d'extrémité ou une cartouche, placé dans la zone à contrôler, et une liaison capillaire jusqu'à un bloc détecteur fournissant un signal de commande lorsque la valeur mesurée dépasse un seuil prédétermine. Ces sondes à capillaire ne présentent pds toujours la fiabilité souhaitée. Par ailleurs, elles sont fragiles de montae mal aisé et limitées en longueur par le capillaire. Elles nécessitent, en plus, un élément transducteur, en général du type électromécanique, qui transforme la dilatation du liquide en un signal électrique de détection exploitable par les circuits électroniques de commande. Tous ces inconvénients provoquent un abandon progressif de ce type de sonde, au profit de sondes plus simples comportant un élément transducteur d'extrémite et une liaison électrique, par exemple bifilaire. Cette sonde présente d'emblée d'importants avantages tels que, d'une part, la possibilité d'un tt'ait,'- ment électronique direct et, d'autre part, unt certaine facilité de mise en place et de raccordement. En contrepartie, il faut satisfaire à plusieurs nécessités précédemment remplies d'origine : une excellente liaison thermique au niveau de l'élément sensible ainsi qu'une bonne tenue mécanique et une étanchéité parfaite. Ces exigences sont remplies de façon plus ou moins satisfaisante en immobilisant, par l'intermédiaire d'une colle synthétique, l'élément thermosensible dans un étui métallique en contact avec ou solidaire de la pièce chauffée par le liquide : ballon ou autre. Dans certaines réalisations, cet étui métallique vient se loger dans un doigt de gant solidaire de l'appareil. La médiocre qualité de cette liaison thermique, résultant de I i l'interposition de plusieurs parois et de la structure composite de l'extrémité, introduit une inertie et une atténuation La présente invention a pour but de remédier à ces différents inconvénients en proposant ne sonde qui réunit les qualités suffisantes pour pouvoir trouver application dans les secteurs techniques les plus divers et présenter un degré de fiabilité satisfaisant même dans des conditions de travail sévères et en ambiance perturbée. Un des objectifs de l'invention est de proposer une sonde économique en raison de son procédé de fabrication et de ses éléments composants à faible coût. Un autre objectif atteint par l'invention concerne la parfaite tenue aux agents extérieurs et aux caractéristiques du milieu ambiant : humidité, pression, température, perturbations diverses. A cet effet, I'invention concerne une sonde performante compacte, à élément transducteur d'extrémité et à liaison électrique, remarquable en ce que chaque conducteur de l'élément transducteur est raccordé électriquement à un fil de la liaison électrique sur ou de part et d'autre d'un élément de liaison ou intercalaire, I'ensemble étant immobilisé mécaniquement par une matière fusible ou d'imprégnation recouverte d'une gaine thermorétractable, cette dernière procurant, avec la matière fusible ou d'impréynation et l'élément de liaison ou intercai d Ire, une bonne rigidité et une bonne étanchéité d'ensemble. Comme déjà indiqué ci-dessus, la sonde selle I'invention, réunit de multiples qualités et avantagE énumérés de façon non limitative ci-après - faible prix de revient. - faible inertie thermique en raison d'un couplage thermique excellent résultant des gaines thermorétractables qt épousent étroitement le çontenu notamment au niiez i du corps de l'élément transducteur. - bonne tenue mécanique d'ensemble qui évite l'empli d'un étui métallique extérieur. - étanchéité parfaite à basse pression. - isolation électrique d'ensemble. - gamme étendue de températures d'utilisation, limitai toutefois, en partie supérieure, par les caractéristiqui des gaines et la tenue en température des câbles. - possibilité de réaliser une sonde à capteurs multiples. - pas d'augmentation de diamètre à l'extrémité du câbl de liaison électrique. D'autres caractéristiques et avantages la présente invention apparaîtront à la lecture de I description qui suit, effectuée à titre d'exemple ns limitatif, sur un mode d'exécution en sonde de températur en référence aux dessins accompagnants dans lesquels la figure 1 est une vue en coupe longitudinale de I sonde selon l'invention à élément de liaison plan s conducteur sur chacune de ses faces. la figure 2 est une vue en coupe longitudinale de I sonde selon l'invention à élément de liaison plan conducteur sur une seule de ses faces présentant t raccordement par l'intermédiaire de la face conductrices et un raccordement direct. la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'ut variante à élément intercalaire isolant, présentai un raccordement électrique direct entre les conducteurs. la figure 4 est, une vue en coupe longitudinale d'ui variante sans éléblent intercalaire. la figure 5 est une vue en perspective d'un raccordemei double sur une seule des faces de l'élément de liaison. la figure 6 est une vue en perspective d'un éléme de I i d | Sotl multiplans à raccordement sur chacune de se Ces faces conductrices permettant la réa I i sat i on d'une sonde IIIUlt iple. la l'iyui'e 7 est une vue en perspective d'un élément de liaison de capacité double par raccordement double sur chacune de ses faces. L'invention décrite ci-après a été plus particu lirement conçue pour servir de sonde de température. II est bien entendu que l'application de l'invention ne saurait se limiter à fournir un signal représentant une température mais qu'au contraire de multiples applications sont envisagées par simple changement de l'élément transducteur. En se référant à la figure 1, la sonde selon l'invention est disposée en extrémité d'une liaison électrique 1 constituée, par exemple, par un câble bifilaire 2 à deux conducteurs 3 et 4. Les fils dénudés 5 et 6 de ces conducteurs sont reliés individuellement aux pattes conductrices 7 et 8 d'un élément transducteur 9 du type, par exemple, thermosensible. Dans cet exemple de réalisation, les raccordements électriques sont réalisés sur chaque face conductrice 10 et il d'un élément de liaison 12, par exemple, du type plaquette de circuit imprimé à double face. L'immobii'isation mécanique de l'ensemble résulte de l'interposition ou du dépôt d'un produit d'enrobage 13 recouvert par une gaine extérieure thermorétractable 14 enfilée sur l'ensemble assurant, avec le produit d'enrobage, la solidité mécanique souhaitée. Comme représentée, cette gaine extérieure est disposée en contact étroit avec le corps de l'élément transducteur 9 de façon à réaliser une parfaite liaison thermique. Dans une variante préférée de l'invention, le produit d'enrobage 13 résulte de la fusion d'une gaine intérieure fusible et isolante 15 qui immobilise et emprisonne parfaitement les divers composants procurant également une isolation électrique par rapport au milieu eatérieur . La gaine thermorétractable 14 assure la protec- tion finale et permet de parfaire la rigidité mécanique d ' t'nSt'mb i t' part le contact étroit sous pression lors de la rétraction. L'obturation 16 en extrémité est réalisée par pincement, recouvrement et/ou fus ion de I 'extrêm i té dela gain. Intérieure fusible. On pourra, bien entendu, utiliser tout autre produit d'enrobage 13 procurant les mêmes effets tel, par exemple, vernis isolant, résines, matières polymérisables diverses Selon un mode de réalisation différent (figure 2), l'élément de liaison 12 ne comporte qu'une seule face conductrice utilisée pour le raccordement électrique. La deuxième connexion électrique est réalisée directement sans passer par l'intermédiaire de la plaquette. Selon un mode de réalisation différent (figure 3), l'élément de liaison 12 joue un simple rôle de maintien mécanique. Dans ce cas, les faces de la plaquette restent nues. Il tient lieu d'élément intercalaire pour la sépara- tion et d'armature pour la rigidité mécanique d'ensemble. Les connexions électriques directes entre les pattes de l'élément transducteur 9 et les brins des conducteurs 3 et 4 seront réalisées selon les techniques connues les plus appropriées : sertissage, soudure par fusion d'un substrat basse température sous gaine L'élément de liaison ou intercalaire 12 pourra tout aussi bien affecter une forme profilée à gorge de section quelconque ou en double "U" ou tout autre qui favoriserait la solidité mécanique de l'ensemble et le montage. Selon un autre mode de réalisation (figure 4), l'élément intercalaire 12 sera remplacé par au moins une gaine électriquement isolante 17, rigide ou semi-rigide, procurant le même effet technique pour la cohésion et la rigidité mécanique d'ensemble. La réunion des pattes de l'élément transducteur 9 avec les brins des conducteurs 3 et 4 s'effectue de la même façon que précédemment. Dans une autre variante d'exécution (figure 5 I, I'élément de liaison 12 présente une seule face conduc- trice à deux bandes ou chemins conducteurs 18 et It), séparés Ionyitudinaîement par un intervalle isolant 20. Cette face pourra être confectionnée par tous moyens appropriés : circuits imprimés, graves, par sérigraphie, gravure mécanique ou tout autre. Cette réalisation présente l'avantage de pouvoir simplifier notablement le montage par réduction du raccordement électrique en une seule opération. Selon l'idée générale de l'invention, on peut envisager la confection d'une sonde à capteurs multiples dont deux exemples de réalisation sont représentés en figures ô et 7 procédant par juxtaposition des éléments de liaison 12 ou en fabriquant un support multibranches ou multiplans 21 à faces conductrices. La même réalisation statère possible à faces isolantes. il s'agit alors d'un support composite intercalaire multibranches ou multiplans. II pourra exister ainsi autant de capteurs 9 que de plans de liaison ou de séparation. Dans la version plus élaborée, représentée en figure 7, les plans de liaison coz.portent, comme dans la variante de la figure 5, un double chemin à deux pistes conductrices 18 et 19, séparées par un intervalle isolant 20. On arrive ainsi à doubler la capacité pour un même support. Ce type de réalisation s'avère particulièrement intéressant lorsque, pour des raisons d'économie d'organes de traitement de l'information, il est préférable de pouvoir disposer de la même valeur électrique sur plusieurs lignes différentes, électriquement isolées l'une de l'autre. Bien entendu, toutes les variantes ci-dessus sont possibles avec le support multiplans 21. On réalise l'immobilisation, de façon analogue, par une gaine intérieure thermofusible en une matière d'enrobage ou d'imprégnation et une gaine thermorétractable de protection extérieure. On examinera maintenant le procédé de fabrica- tison de cette sonde. On réalise les jonctions dvs t'tiijut-ttui'. par soudure ou tout autre moyen sur l'élément de I iais On expose la sonde brute à un flux d'ai chaud laminaire à environ 2000C. On enfile la gaine thermorétractable 14 ç on refroidi l'ensemble. La rétraction provoque la sortie de l'ai occlus garantissant ainsi une bonne homogénéité. La cohésic et l'immobilisation s'opèrent pendant le refroidissement. Selon une variante, la gaine intérieure pet être incorporée dans la gaine extérieure thermorétractable Dans ce cas, le procédé de montage est encore simplifi car la dernière phase se déroule en une seule opération. L'invention a été décrite en détail ci-dessus I I est bien entendu qu'elle ne saurait se limiter au seuls moyens décrits mais qu'au contraire diverses modifica tions simples, variantes directes, substitutions par de matières ou des moyens équivalents, entrent pleinemen dans le cadre de la présente protection. On envisage notamment les applications particu lières suivantes : récepteur ou émetteur directif, capteu d'énergie électrique, sonde à capteurs multiples miniaturisé REVENDICATIONS 1. Sonde performante et compacte du type à élément transducteur d'extrémité et liaison électrique caractérisce en ce que chaque patte de l'élément transducteur d'extrémité (9) est raccordé électriquement à un conducteur (3) ou (4) de la liaison électrique (2) sur ou de part et d'autre d'un élément mécanique de liaison ou intercalaire (12 et en ce que l'ensemble est immobilisé et isolé par une matiè- re d'enrobage (13) recouverte d'une gaine thermorétractable (14 2. Sonde selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'élément mécanique (12) est plan à faces conductrices ou isolantes. 3. Sonde selon les revendications 1 et 2 caractérisée en ce que l'élément (12) possède au moins une face conductrice (10) ou (11) sur laquelle est pratiqué un des raccordements électriques des conducteurs (3) ou (4) aux pattes de l'élément transducteur (9). 4. sonde selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'élément (12) est remplacé par une gaine isolante (17). 5. Sonde selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'élément (12) possède une face isolante et une face conductrice à deux pistes conductrices (18) et (19) séparées longitudinalement par un intervalle isolant (2G). 6. Sonde selon la revendication 1 caractérisée en ce que la matière d'enrobage (13) consiste en une gaine fusible (15) enfilée puis ramollie sur l'ensemble ou en une matière d'imprégnation ou polymérisable. 7. Sonde selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'élément (12) affecte une forme profilée, par exemple à gorges. 8. Sonde selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'élément (12) est multiple du type multiplans ou multibranches à faces conductrices ou isolantes selon les variantes ci-dessus en vue de la réalisation d'une sonde unique à plusieurs capteurs. 9. Procédé de confection d'une sonde à élément transducteur d'extrémité et liaison électrique caractérisé en ce que l'on réalise les raccordements électriques entre la liaison électrique et les pattes de l'élément transducteur sur ou de part et d'autre de l'élément (12), que l'on introduit l'ensemble prémonté dans une gaine fusible (15), que l'on ramollit cette gaine par la chaleur jusqu'à fusion partielle, que l'on enfile sur l'ensemble la gaine thermorétractable (14), la rétraction chassant l'air et assurant la cohésion mécanique, que l'on obture l'extrémité par pincement et/ou fusion.