Brevet FR2552226A1 — publié le 19850322

L'invention concerne un capteur de pression piézo-électrique, constitué par une plaquette cylindrique en une matière céramique ferroélectrique polarisée munie d'électrodes. Il est connu d'utiliser des capteurs piézo-électri5 ques pour effectuer des mesures de pression dans les domaines les plus divers C'est ainsi que l'on connaît, par exemple par le brevet allemand nb DE-PS 727 041, un capteur piézoélectrique de pression destiné notamment à être utilisé sur des moteurs à combustion interne Ce capteur de pression connu est constitué d'une ou plusieurs plaquettes de quartz qui sont agencées dans un bottier pouvant, par exemple, être vissé dans le trou de bougie d'allumage du moteur. Par la demande de brevet allemand n DE-AS 1 058 773, on connaît un capteur de pression piézo-électrique constitué par une plaquette cylindrique en une matière céramique piézo-électrique, dont les deux faces sont munies d'électrodes, et qui est polarisée dans la direction de l'axe du cylindre La pression exercée sur cette plaquette agit également dans la direction de l'axe du cylindre, c'est-à-dire dans la direction de la polarisation On a alors constaté qu'une pression exercée dans la direction de polarisation a pour effet de diminuer la polarisation Afin de 20 remédier à cet inconvénient, la publication précitée propose que la plaquette en matière céramique piézo-électrique soit placée sous une précontrainte radiale Toutefois, cela implique une complication. La présente invention a pour but de parvenir à un capteur de pression piézo-électrique du genre mentionné au début, qui présentera 25 une structure simple et dont les propriétés piézo-électriques ne seront pas atténuées aux fortes pressions axiales. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que cette plaquette présente la forme d'un anneau polarisé en direction radiale, et en ce que les électrodes sont agencées sur la surface périphérique 30 extérieure et sur la surface périphérique intérieure de cet anneau. Le capteur de pression selon l'invention est constitué par un anneau en forme de rondelle, en matière céramique ferroélectrique, qui est polarisé en direction radiale et possède des électrodes sur sa surface périphérique extérieure et sa surface périphérique intérieure. Un tel capteur de pression convient pour des pressions pouvant aller jusqu'à 0,2 x 109 pascals sans que les propriétés piézo-électriques de la matière soient dégradées par la pression axiale Un tel capteur convient donc particulièrement bien pour être utilisé sur des moteurs à combustion, afin de contr 6 ler le processus de combustion dans le cylindre, ce qui permet d'optimiser les conditions de fonctionnement, pour ce qui est de la puissance ou de la consommation, par exemple en modifiant la composition du mélange en fonction des valeurs mesurées. Ce capteur de pression piézoélectrique est de construction très simple et peut Jtre très simplement monté en des endroits quelcon10 ques désirés. Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant détaillés dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent: la figure 1, une vue en perspective d'un capteur piézo trique selon l'invention; les figures 2 et 3, deux formes de réalisation pratiques de l'invention, vues en coupe; et, la figure 4, une vue en coupe montrant comment le capteur 20 de pression selon la figure 3 peut être monté de manière simple. Le capteur de pression selon la présente invention est constitué, comme représenté sur la figure 1, par un anneau cylindrique 1 en matière céramique ferroélectrique Divers types de compositions de titanate et zirconate de plomb conviennent en particulier pour constituer cette matière Sur ses surfaces périphériques, l'anneau est pourvu d'électrodes, à savoir une électrode 2 sur sa surface périphérique extérieure et une électrode 3 sur sa surface périphérique intérieure Ces électrodes sont de préférence constituées par des couches métalliques apportées par vaporisation, projection, ou par un quel30 conque autre procédé. L'anneau a été polarisé de la manière habituelle, à savoir, dans le cas présent, en direction radiale comme indiqué par des flèches sur la figure 1 Grâce à cette polarisation radiale, les caractéristiques piézo-électriques subsistent en présence de très grandes pressions 35 axiales. La forme annulaire autorise un montage très simple, comme expliqué plus loin. L'anneau représenté à la figure 1 peut avoir, un diamètre extérieur d'environ 22 mm, un diamètre intérieur de 14 mm et une épais5 seur de 4 mm. En principe, l'anneau représenté à la figure 1 peut déjà être utilisé comme capteur de pression si les électrodes 2 et 3 sont pourvues de bornes appropriées Il convient toutefois de veiller à ce qu'il n'y ait, lors du montage, aucun court-circuit entre l'électrode 10 extérieure 2 et l'électrode intérieure 3. Une forme de réalisation préférée de l'invention est représentée en coupe sur la figure 2 L'anneau 1 en matière céramique ferroélectrique, portant les électrodes 2 et 3 respectivement situées sur sa surface périphérique extérieure et sur sa surface périphérique intérieu15 re, est recouvert, sur ses deux faces, de plaquettes annulaires ("rondelles") isolantes, 4 et 5 Ces deux rondelles sont de préférence solidarisées à l'anneau 1, par exemple par collage Les rondelles 4 et 5 sont avantageusement faites en une matière céramique isolante, par exemple en oxyde d'aluminium, pour faciliter le raccordement électrique 20 à l'électrode intérieure 3, la rondelle en matière isolante 4 est munie d'une couche métallique 6 qui est électriquement reliée à l'électrode 3, d'une manière appropriée Par exemple, cette connexion peut être réalisée, comme représenté à la figure 2, à l'endroit o l'électrode 6 est représentée franchissant l'arête intérieure de l'anneau 4 De cette manière, un conducteur électrique pour l'électrode 3 peut être fixé en un quelconque point approprié de la couche métallique 6 Un tel capteur de pression peut être fixé de manière simple à support, au moyen d'un téton ou d'une vis traversant le trou central. Toutefois, il est souvent souhaitable que le capteur de pres30 sion soit enclos de manière parfaitement hermétique par rapport à l'environnement, afin d'exclure les effets dommageables provoqués, par exemple, par l'huile et l'essence Sur la surface 3, un tel capteur de pression est représenté en coupe Là encore, les faces de l'anneau ferroélectrique sont recouvertes de deux plaquettes annulaires ("rondelles") 35 en matière isolante, 4 et 5, qui, toutefois, débordent au-delà de l'an- neau 1 aussi bien du c 8 té extérieur que du c 8 té intérieur C 6 té dessous, la rondelle en matière isolante 4 est munie d'une couche métallique 6 qui vient ainsi en contact électrique avec l'électrode 3 de l'anneau 1 Afin d'éviter que la couche métallique 6 crée un court5 circuit entre l'électrode intérieure 3 et l'électrode extérieure 2, cette dernière ne s'étend pas tout à fait jusqu'au bord supérieur de l'anneau 1 L'anneau 1 peut aussi être métallisé d'une manière usuelle, après quoi son arête supérieure est abattue par enlèvement de matière, par exemple chanfreinée, comme représenté en 9 sur la figure 3 L'en10 lèvement de matière crée une zone isolante entre la couche métallique 6 et l'électrode extérieure 2. L'intervalle subsistant entre les bords en surplomb des rondelles isolantes 4 et 5 est alors rempli, aussi bien du c 8 té intérieur que du côté extérieur, avec une matière isolante appropriée, donc avec une couche de matière isolante extérieure 7 et une couche de matière isolante intérieure S Comme matière isolante, on peut utiliser, par exemple, une résine synthétique durcissable De cette manière, l'anneau 1 peut être complètement enclos et isolé par rapport à l'extérieur Des conducteurs d'amenée 10 et 11 peuvent être mis en place 20 avant l'application de la matière isolante 7, comme représenté à la figure 3. Le montage d'un tel élément est très simple Comme illustré par la figure 4, le capteur de pression piézoélectrique, réalisé par exemple selon la figure 3, est fixé sur une culasse 12 d'un moteur à 25 l'aide d'une vis traversante 13 et d'une rondelle intercalaire 14 permettant d'établir, par vissage, une liaison avec le bloc-cylindre 12 Les conducteurs d'amenée 10 et 11 permettent alors de prélever des signaux correspondant à la pression, indiquant par exemple, un cliquetis du moteur Les propriétés piézoélectriques de l'anneau 1 30 subsistent même aux très hautes pressions, grâce à la polarisation de cet anneau 1. REVENDICATIONS 1 Capteur de pression piézo-électrique, constitué par une plaquette cylindrique en une matière céramique ferroélectrique polarisée munie d'électrodes, caractérisé en ce que cette plaquette présente la forme d'un anneau ( 1) polarisé en direction radiale, et en ce que les électrodes ( 2 et 3) sont agencées sur la surface périphérique extérieure et sur la surface périphérique intérieure de cet anneau ( 1). 2 Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que des rondelles en matière isolante ( 4, 5) sont agencées sur les faces de 10 l'anneau ( 1) en matière ferroélectrique. 3 Capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les rondelles en matière isolante ( 4, 5) sont en oxyde d'aluminium. 4 Capteur selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'une des rondelles en matière isolante ( 4) est 15 munie, d'un c 6 té, d'une couche métallique ( 6) électriquement reliée à l'électrode ( 3) située sur la surface périphérique intérieure de l'anneau ( 1) en matière ferroélectrique. Capteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les rondelles en matière isolante ( 4, 5) sont 20 solidarisées à l'anneau ( 1) en matière ferroélectrique. 6 Capteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la couche métallique ( 6) de la rondelle en matière isolante ( 4) est située sur le côté de celle-ci tourné vers l'anneau ( 1) en matière ferroélectriqpe, et en ce que l'électrode ( 2) agen25 cée sur la surface périphérique extérieure de cet anneau ( 1) ne s'étend pas jusqu'au bord de l'anneau ( 1) jouxtant cette rondelle ( 4). 7 Capteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que, dans une étroite région de l'anneau ( 1), à l'endroit du bord proche de la couche métallique ( 6), de la matière, incluant une portion de 30 l'électrode extérieure ( 2), a été enlevée mécaniquement. 8 Capteur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un bord extérieur de l'anneau ( 1) en matière ferroélectrique est chanfreiné. 9 Capteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que les rondelles en matière isolante ( 4, 5) ont un 35 diamètre extérieur et un diamètre de trou respectivement plus grand et plus petit que ceux de l'anneau ( 1) en matière ferroilectrique, et en ce que les intervalles entre les bords en surplomb des rondelles isolantes ( 4, 5) sont remplis par de la matière isolante ( 7, 8). Capteur selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, 5 caractérisé en ce que l'électrode extérieure ( 2) et la couche métallique ( 6) sont munies d'organes de raccordement électriques.