Brevet FR2638838A1 — publié le 19900511

Cette invention concerne les dispositifs pour détecter une haute température (ou un incendie) utilisables dans des environnements comprenant des fluides susceptibles de présenter des températures très élevées, par exemple dans un récipient ou un tuyau contenant de l'air ou un autre gaz sous pression, ou un liquide sous pression. Elle concerne plus particulièrement un capteur comportant un détecteur fusible pour fluides susceptibles de présenter une haute température. Il existe des capteurs comme ceux définis ci-dessus, conçus pour être employés dans les environnements mentionnés, y compris dans des applications de hautes pressions, qui sont munis d'un interrupteur mécanique actionné par la chaleur. Généralement, ces capteurs sont inappropriés pour les raisons suivantes: 1. Coût élevé 2. Fiabilité médiocre 3. Temps de réponse long. On connaît aussi des dispositifs destinés à détecter des fluides de haute température et qui utilisent des attaches fusibles. Ces dispositifs sont généralement supérieurs aux capteurs du type ccmportant un interrupteur actionné par la chaleur en ce sens qu'ils sont moins coûteux et plus fiables et qu'ils ont une réponse rapide. Des exemples de ces dispositifs sont décrits dans les brevets des EUA 254 887 délivré le 14 mars 1882 à R. Schwartzkopff pour "Safety Apparatus for Steam Boilers", et 3 387 593 délivré le 11 juin 1968 à R. H. Gingras pour "Safety Device for Fired Pressure Vessels". Le but de la présente invention est d'apporter un capteur nouveau, comportant un détecteur fusible, qui possède un certain nombre de particularités nouvelles inconnues dans l'art antérieur. Le capteur selon l'invention comprend un corps ayant un axe longitudinal, ainsi que deux conducteurs électriques maintenus dans ce corps et disposés à peu près parallèlement à cet axe. Des parties des conducteurs font saillie des extrémités axiales opposées du corps. Un matériau fusible, conducteur électrique, est en contact avec les parties des conducteurs dépassant d'une extré- mité axiale du corps et ce matériau établit une liaison électrique entre lesdites parties des condcuteurs, lesquelles sont juxtaposées à distance l'une de l'autre, en définissant entre elles un vide. Un tampon en matériau non conducteur électrique est maintenu dans ce vide et un dispositif est prévu dans ce tampon pour relier le matériau fusible au tampon. Selon un mode de réalisation particulier, le corps du capteur et le tampon constituent une structure unitaire d'un seul tenant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que du dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une vue de côté du capteur, selon un mode de réalisation; - la figure 2 est une vue en bout de ce capteur, prise du côté gauche dans la représentation de la figure 1; - la figure 3 est une vue en bout prise du côté droit de ce même capteur; - la figure 4 est une vue de côté à plus grande échelle montrant seulement la partie de diamètre réduit du corps du capteur, sur laquelle le contour du matériau fusible est indiq(ué en tireté; - la figure 5 est une vue en bout prise du côté droit de la partie de diamètre réduit représentée sur la figure 4; et - la figure 6 est une vue de dessus avec des arrachements de la partie de diamètre réduit visible sur la figure 4. Ainsi que le montrent les figures, le capteur 10 repré- senté comprend un corps 12 en polymère, moulé par injection et possédant un axe longitudinal 14. Deux conducteurs électriques 16 et 16a sont emprisonnés dans le corps 12 et s'étendent à peu près parallèlement à l'axe 14. Des parties des conducteurs 16 et 16a font saillie des extrémités axiales opposées A et B du corps 12. Du matériau fusible 18 est en contact avec les parties saillantes des conducteurs 16 et 16a à l'extrémité B et établit une liaison électrique entre elles. Il est à noter cependant qu'il n'y a pas de matériau fusible 18 entre ces parties saillantes des conducteurs. Au lieu de cela, un tampon 20 en polymère, pouvant faire partie du corps du capteur, peut être disposé entre lesdites parties sail- lantes des conducteurs 16, 16a, pour la raison expliquée dans ce qui va suivre. L'espace ou vide 22 entre les parties saillantes des conducteurs électriques 16 et 16a à l'extrémité axiale B doit être rempli avec un matériau isolant. Si ce vide 22 reste ouvert ou s'il est rempli avec du matériau fusible, il subsistera une liaison électrique entre les conducteurs, même si le matériau 18 est fondu. Un effet de mèche et/ou d'adhésion aurait alors tendance à main- tenir du matériau 18 à l'état fondu entre les parties saillantes des conducteurs 16, 16a. L'une des caractéristiques de l'invention consiste à remplir le vide 22 par le tampon 20 en polymère pendant le moulage par injection du corps 12. Le tampon 20 réduit également la masse du matériau fusible 18, ce qui améliore le temps de réponse du capteur 10 lorsque celui-ci est actionné à haute tempé- rature. Le tampon 20 comporte un dispositif de retenue mécanique sous la forme d'au moins une encoche en V 24 pour le blocage méca- nique du matériau fusible 18 sur la partie 26 de faible diamètre du capteur 10. L'encoche en V 24 est préférable à une encoche ronde, carrée ou rectangulaire parce qu'elle permet un meilleur écoulement de la matière plastique pendant le processus d'injection, elle permet de prévoir un insert plus durable sur l'outil de moulage, elle assure un meilleur remplissage de la cavité pendant la mise en place du matériau fusible et elle place le matériau fusible 18 plus près de la surface périphérique, o le temps de réaction à une haute température sera plus court. Comme déjà indiqué, le corps 12 possède une partie 26 ou bout de faible diamètre; il comporte également une partie 28 ou tige de plus grand diamètre et une partie de transition 30 de forme conique. La configuration conique de la partie 30 crée une surface inclinée qui permet et facilite l'écoulement du matériau 18 à l'état fondu, lorsque le capteur est utilisé en position inversée, de sorte que ce matériau peut s'éloigner des parties saillantes des conducteurs électriques. L'angle optimal de la partie de transition conique est compris entre 30 et 60 ; l'angle représenté sur la figure 1 est de 45 . Pendant la fabrication du capteur 10, le bout 26, dirigé vers le bas, est plongé dans un moule chaud pour l'application du matériau fusible 18. Pendant cette opération de moulage, le matériau 18, à l'état fondu, remplit l'encoche en V 24. Cette encoche possède à une extrémité une surface inclinée ou rampe 32 pour permettre l'échappement de gaz éventuellement emprisonnés pendant cette opération de moulage. L'angle optimal pour cette rampe est également compris entre 30 et 60 . Un angle de 45 est représenté pour la rampe 32 sur la figure 4, o elle se termine d'un côté à la surface extérieure du bout 26. Le corps 12 porte un filetage de tubes conique 34, qui est formé sur la tige 28 et sert au montage du capteur dans la paroi d'un récipient ou tuyau de pression. Les extrémités sail- lantes des conducteurs 16, 16a à l'extrémité axiale A forment deux bornes électriques 36 ayant la forme de lames. La partie filetée 38 du corps, située à côté des bornes 36, sert à la fixation d'accessoires, tels qu'un connecteur de blindage de faisceau de câbles ou une plaque signalétique. Ainsi qu'il a déjà été indiqué, le corps 12 est fait d'un polymère moulé par injection. Il supporte les conducteurs élec- triques 16 et 16a, assure leur espacement convenable à l'extré- mité fusible B, de même que l'espacement convenable des bornes à l'extrémité du connecteur A, assure l'étanchéité dans un récipient de pression par son filetage 34, lequel est d'un seul tenant avec le corps, possède un six pans 40 pour la mise en place et l'enlève- ment et comporte la tête filetée 38 pour le raccordement d'acces- soires tels qu'un adaptateur de blindage ou une plaque signalé- tique. Le corps 12 est fabriqué d'un matériau non conducteur électrique, ayant une rigidité diélectrique de 16 kV/mm ou mieux, selon la norme ASTM D-149, de sorte qu'il n'est pas nécessaire d'isoler les conducteurs 16, 16a vis-à-vis du corps. Le capteur 10 peut être utilisé dans un environnement pressurisé ou non pressurisé. Plus particulièrement, le corps 12 est fabriqué, dans le mode de réalisation décrit et représenté ici, d'une résine poly- étherimide avec 10 à 40 % de matériau d'armature, du verre par exemple, contenu à l'état dispersé dans la résine. Il est possible OS aussi, en variante, d'utiliser du polyphénylènesulfide ou un poly- mère à l'état de cristal liquide pour la fabrication du corps; comme tous ces polymères assurent l'obtention de bonnes caractéris- tiques d'étanchéité, l'emploi de dispositifs ou substances exté- rieurs d'étanchéité pour les filetages n'est pas nécessaire en de nombreuses applications. L'armature de verre garantit une grande résistance aux températures élevées. Ainsi qu'il ressort des figures 4 et 6, le contour du matériau fusible 18 correspond à celui d'une douille cylindrique. Un tel contour a plusieurs avantages: a. Il possède un rapport surface/volume élevé, ce qui favorise le bon transfert de la chaleur et un temps de réponse court lors de la fusion. b. Il procure une forme aérodynamique favorable, ce qui diminue la traînée. Cet aspect est important parce que les vitesses de l'air ou d'un autre gaz en contact avec le capteur pourraient dépasser 550 km/h. La forme cylindrique réduit également l'érosion aérodynamique. c. Comme le contour externe est symétrique, les performances du matériau fusible ne dépendent pas de son orientation. d. Le matériau fusible est facile à mettre en place et à mouler sous une forme cylindrique. Les conducteurs électriques 16 et 16a doivent être posi- tionnés avec précision pendant le moulage par injection du corps 12. Or, il est difficile de maintenir les conducteurs à l'extrémité B tout en injectant de la matière plastique entre les conducteurs, jusqu'à l'extrémité opposée. Pour éviter cette difficulté, les conducteurs 16 et 16a sont prolongés au départ (d'environ 3 mm) afin de permettre à des outils de maintenir les conducteurs exacte- ment alignés pendant le moulage. Ces prolongements d'environ 3 mm des conducteurs sont coupés ensuite, avant l'application du matériau fusible 18. Les prolongements en question, désignés par 42, sont représentés en traits mixtes sur les figures 4 et 6. Il est souhaitable que le diamètre du bout 26 soit aussi faible que possible afin de réduire les coûts et de minimiser l'influence aérodynamique exercée par le capteur 10 sur l'écoule- ment d'air ou de fluide dans lequel il se trouve. La distance entre les conducteurs 16, 16a et la surface latérale du bout 26 doit être contrôlée. La matière plastique injectée a naturellement tendance à repousser les conducteurs 16, 16a vers l'extérieur, c'est-à-dire vers la paroi latérale du corps. Pour la fabrication du capteur 10, on a prévu l'utilisation de tiges disposées dans l'outillage de moulage pour restreindre le déplacement vers l'extérieur des conducteurs 16 et 16a pendant le moulage par injection. Des trous 44 correspondant à ces tiges sont formés dans les côtés du bout 26. Les trous en question aboutissent à des parties intermédiaires des conducteurs 16, 16a. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites et l'homme de l'art pourra y apporter diverses modifica- tions, sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Capteur destiné à détecter des fluides de haute tempé- rature, comprenant un détecteur fusible, un corps (12) possédant un axe longitudinal (14), deux conducteurs électriques (16, 16a) emprisonnés dans ce corps et s'étendant à peu près parallèlement audit axe, des parties des conducteurs faisant saillie des extré- mités axiales opposées du corps, caractérisé en ce que du matériau fusible (18), conducteur électrique, est disposé en contact avec les parties saillantes des conducteurs (16, 16a) à une extrémité axiale (B) du corps (12) et établit une liaison électrique entre ces parties saillantes des conducteurs, lesquelles sont juxtaposées à distance l'une de l'autre, en définissant un vide (22) entre elles, avec disposition dans ce vide d'un tampon (20) de matériau non conducteur électrique, tampon qui est pourvu d'un dispositif (24) pour l'attache du matériau fusible (18) à ce tampon. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'attache du tampon (20) est formé par au moins une encoche (24), notamment une encoche en V, et que le matériau fusible (18) pénètre dans cette encoche. 3. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité axiale opposée (A) du corps (12) porte un filetage extérieur (38). 4. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (12) comporte une tige (28), une partie (26) de diamètre plus faible et une partie intermédiaire de transition (30), les parties saillantes, juxtaposées,des conducteurs (16, 16a), avec lesquelles le matériau fusible (18) est en contact, font saillie de la partie C26) de diamètre réduit du corps (12) et la partie de transition (30) est conçue pour faciliter l'écoulement du matériau fusible (18), lorsque ce matériau est fondu, de la partie (26) de diamètre réduit à la tige (28) du corps (12). 5. Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie de transition (30) est de forme conique. 6. Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le tampon (20) possède une encoche (24) avec une surface inclinée ou rampe (32) qui se termine d'un côté à la surface laté- rale extérieure de la partie (26) de diamètre reduit du corps. 7. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (12) et le tampon (20) constituent une structure unitaire d'un seul tenant. 8. Capteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le corps (12) et le tampon (20) sont réalisés d'un polymère contenant une armature ayant une haute résistance. 9. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (12) est réalisé d'un polymère du groupe comprenant le polyphénylènesulfide, un polymère à l'état de cristal liquide et une résine polyétherimide. 10. Capteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le polymère contient une armature de verre, à l'état dispersé. 11. Capteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le corps (12) est fait d'environ 60 à 90 % de polymère et d'environ 10 à 40 % d'un matériau d'armature contenu à l'état dispersé dans ce polymère. 12. Capteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que le matériau d'armature est du verre. 13. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau fusible (18) est mis en une forme cylindrique. 14. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (12) porte sur lui, entre ses extrémités et autour de lui, des pans (40) pour la rotation du corps au moyen d'une clé. 15. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (12) est réalisé d'un matériau électriquement non conducteur et possédant une rigidité diélectrique de l'ordre de 16 kV/mm. 16. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (12) présente des trous (44) correspondant à des tiges, trous qui sont formés dans les côtés du corps, pénètrent dans ce corps et débouchent sur des parties intermédiaires des conducteurs (16, 16a).