Brevet FR2646909A1 — publié le 19901116

La présente invention concerne de façon générale les dispositifs de détection des températures élevées destinés à être utilisés dans des milieux dans lesquels des fluides sont susceptibles d'atteindre des températures élevées, par exemple dans un réservoir ou une tuyauterie qui contient de l'air, du gaz ou un liquide sous pression, et en particu- lier, elle concerne un capteur pour détection de fluide à température élevée ayant un détecteur fusible. Les capteurs de détection de-fluide à température élevée sont actuellement disponibles et peuvent être uti- lisés dans les milieux précités, notamment pour les appli- cations dans lesquelles les pressions sont élevées, ces capteurs utilisant un commutateur mécanique commandé en fonction de la température. Ces capteurs ont un long temps de réponse. On connait aussi des dispositifs de détection de fluide à température élevée qui possèdent des liaisons fusibles, et qui ont un temps de réponse plus faible. Cependant, une restriction est due au fait que ces capteurs, comprenant des liaisons fusibles, ne conviennent pas pour la détection de la température dans de l'air calme puisque le matériau fusible, lorsqu'il est à l'état fondu, peut ne pas s'écarter de manière satisfaisante des conduc- teurs et peut ainsi provoquer une mise intempestive en court-circuit. La description qui précède indique les restrictions connues des dispositifs actuels. Ainsi, il serait avan- tageux de pouvoir utiliser des dispositifs ne présentant pas les restrictions indiquées. Un tel dispositif est décrit dans la suite du présent mémoire. L'invention concerne ainsi un capteur pour détection de fluide à température élevée ayant un détecteur fusible qui comporte un corps ayant un axe longitudinal. Deux conducteurs électriques ont une première partie logée dans le corps et parallèle à l'axe de façon générale. Une seconde partie des conducteurs dépasse d'une première extrémité axiale du corps. Les secondes parties de conduc- teurs sont distantes et délimitent une cavité entre elles. Un matériau fusible est au contact des secondes parties conductrices et forme un pont électrique entre elles. Un dispositif, tel qu'une partie effilée, permet au matériau fusible, lorsqu'il est à l'état fondu, de s'écarter de la seconde partie des conducteurs. La partie effilée aboutit à distance du matériau fusible et participe aussi à la déli- mitation de la cavité. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en élévation latérale d'un mode de réalisation de capteur de la technique antérieure; la figure 2 est une vue de bout du capteur de la figure 1 suivant les flèches 2; la figure 3 est une vue de bout du capteur de la figure 1 suivant les flèches 3; la figure 4 est une vue agrandie en élévation laté- rale d'une partie de noyau du capteur de la figure 1, la matière fusible étant représentée en traits mixtes; la figure 5 est une vue de bout de la partie de noyau de la figure 4 suivant les flèches 5; la figure 6 est une vue en plan représentant la partie de noyau de la figure 4; la figure 7 est une vue agrandie en élévation laté- rale d'un mode de réalisation de partie de noyau selon l'invention; la figure 8 est une vue en plan représentant la partie de noyau de la figure 7; et la figure 9 est une vue de bout de la figure 7 sui- vant les flèches 9. Comme représenté sur les figures, un capteur 10 de la technique antérieure, dans un mode de réalisation, com- porte un corps 12 moulé par injection d'une matière poly- mère, ayant un axe longitudinal 14. Deux conducteurs élec- triques 16 et 16a sont logés dans le corps 12 et sont parallèles de façon générale à l'axe 14. Des parties des conducteurs 16 et 16a dépassent des extrémités axiales opposées A et B du corps 12. Une matière fusible et conductrice de l'électricité 18, par exemple une matière eutectique formée d'environ 58 % de bismuth et 42 % d'étain et ayant une température de fusion de 138 C, est au contact des parties en saillie des conducteurs 16 et 16a à l'extrémité B et forme un pont électrique entre ces par- ties. Cependant, aucune matière fusible 18 n'est placée entre les parties en saillie des conducteurs 16 et 16a. Au contraire, un tampon 20 de matière polymère subsiste entre elles pour des raisons indiquées dans la suite du présent mémoire. L'espace ou cavité 22 délimité entre les parties en saillie des conducteurs électriques 16 et 16a à l'extrémité axiale B doit être rempli d'un matériau isolant. Si la cavité 22 est ouverte ou remplie du matériau fusible 18, un trajet conducteur électrique reste même si la matière fusible 18 est à l'état fondu. Un effet de mèche appliqué à la matière fusible fondue a tendance à maintenir celle-ci entre les parties en saillie des conducteurs 16 et 16a. La cavité 22 est remplie du tampon polymère 20 pendant le moulage par injection du corps 12. Le tampon polymère 20 réduit aussi la masse de la matière fusible 18 et augmente le temps de réponse du capteur 10 lors de l'activation à température élevée. Le tampon polymère 20 a une caractéristique méca- nique de retenue sous forme d'une encoche en V 24 qui bloque mécaniquement la matière fusible 18 de détection sur la partie 26 de noyau de petit diamètre du capteur 10. L'encoche en V 24 est préférable à une encoche arrondie, carrée ou rectangulaire car elle assure un meilleur écoule- ment plastique pendant l'opération d'injection, elle permet l'utilisation d'un élément rapporté plus durable sur l'ou- til de moulage, elle permet un meilleur remplissage de la cavité pendant l'application de la matière fusible et elle met la matière fusible 18 plus près de la surface périphé- rique et réduit le temps de réaction à température élevée. Comme indiqué précédemment, le corps 12 a une partie 26 de noyau de petit diamètre; il a aussi une partie 28 de tige de plus grand diamètre et une partie 30 de transforma- tion ayant une configuration effilée. La configuration effilée de la partie 30 forme une rampe inclinée qui permet à la matière fusible fondue 18 de s'écouler à distance des parties en saillie des conducteurs électriques lorsque le capteur 10 travaille en position retournée. L'angle d'in- clinaison est optimal entre 30 et 600, et cet angle d'in- clinaison est représenté à 45 sur la figure 1. La rampe inclinée 101 de la figure 6 est aussi destinée à faciliter l'écoulement de la matière fusible fondue 18 afin qu'elle s'écarte des conducteurs électriques. Au cours de la fabrication du capteur 10, la partie 26 de noyau est introduite dans un moule chaud qui applique la matière fusible 18. La matière fusible fondue 18 remplit l'encoche en V 24 pendant cette opération de moulage. L'encoche 24 a une rampe inclinée 32 à une première extré- mité afin que les gaz qui peuvent être piégés puissent s'échapper pendant l'opération de moulage. L'angle d'incli- naison de l'encoche est cependant optimal lorsqu'il est compris entre 30 et 600. La rampe inclinée en 32 est repré- sentée à 45 sur la figure 4 et la rampe 32 aboutit à une extrémité de la partie de noyau 26 et à la surface externe de celle-ci. Le corps 12 a un filetage 34 assurant une étanchéité automatique, du type utilisé pour le montage du capteur dans la paroi d'un réservoir sous pression ou d'une tuyau- terie, ce filetage étant formé sur la partie 28 de tige. Des connexions électriques sont réalisées avec des bornes électriques 36 du type à cosse percée. La partie filetée 38 du corps, adjacente aux bornes 36, est utilisée pour la fixation d'accessoires tels qu'un câblage, un connecteur de protection ou une plaque de dénomination. Le corps 12 est formé d'une matière polymère moulée par injection comme indiqué précédemment. Il supporte les conducteurs électriques 16 et 16a, assure leur espacement convenable à l'extrémité B du fusible, détermine l'espa- cement convenable des bornes à l'extrémité A du connecteur, assure la fermeture étanche du réservoir sous pression par utilisation des filetages 34, comporte une tête hexagonale permettant l'introduction et l'extraction et a une tête filetée 38 formant un prolongement permettant la connexion d'accessoires tels que des adaptateurs blindés ou des plaques de dénomination. Le corps 12 est formé d'une matière non conductrice de l'électricité, ayant une rigi- dité diélectrique de 16 000 V/mm ou plus, selon la norme ASTM D-149, si bien que les conducteurs 16 et 16a n'ont pas à être isolés mutuellement ou par rapport au corps. Le capteur 10 peut être utilisé dans une atmosphère sous pression ou non. Plus précisément, dans ce mode de réalisation, le corps est formé d'une résine de polyétherimide, ayant une armature de fibres de verre de 10 à 40 %. Dans une variante, un polymère de sulfure de polyphénylène ou un polymère à cristaux liquides peut être utilisé, ces poly- mères donnant de bonnes caractéristiques d'étanchéité si bien que l'utilisation de matière externe d'étanchéité pour les filetages n'est pas nécessaire dans de nombreuses applications. L'armature de verre donne une résistance mécanique élevée aux températures élevées. Comme on peut le noter, le profil de la matière conductrice 18 est celui d'une enveloppe cylindrique. Ce profil a les caractéristiques avantageuses suivantes: a) il donne un rapport surface-volume élevé qui facilite le transfert de chaleur et donne un court temps de réponse lors de la fusion, b) il donne une bonne forme aérodynamique introdui- sant une faible traînée, les vitesses du gaz ou de l'air pouvant dépasser à son niveau 560 km/h, la forme cylin- drique réduisant l'érosion aérodynamique, c) le profil externe est symétrique si bien que les performances ne dépendent pas de l'orientation, et d) la matière fusible peut être facilement appliquée et moulée avec un profil cylindrique. Les conducteurs électriques 16 et 16a peuvent être positionnés avec précision pendant le moulage par injection du corps 12. Il est difficile de maintenir les conducteurs à l'extrémité B et d'injecter la matière plastique entre ces conducteurs jusqu'à l'extrémité. Les conducteurs 16 et 16a sont prolongés (environ 3,2 mm) afin que des outils permettent la tenue des conducteurs dans l'alignement précis pendant le moulage par injection. Les bouts des conducteurs de 3,2 mm sont découpés avant application de la matière fusible 18. Ces prolongements 42 sont représentés en traits mixtes sur les figures 4 et 6. Il est souhaitable que le diamètre de la partie 26 de noyau soit aussi faible que possible afin que les coûts soient réduits et que l'influence aérodynamique sur le courant d'air ou de fluide passant sur le capteur 10 soit minimale. L'espace compris entre les conducteurs 16 et 16a et la paroi de la partie 26 de noyau doit être réglé. La matière plastique injectée a tendance naturellement à repousser les conducteurs 16 et 16a à proximité de la paroi. Ce capteur 10 permet l'utilisation de broches incor- porées à l'outillage et qui empêchent le déplacement des conducteurs 16 et 16a vers l'extérieur pendant l'opération d'injection. Les trous 24 de passage des broches sont formés dans les côtés de la partie 46 de noyau, pour les broches de l'outillage. Selon l'invention telle que représentée dans le mode de réalisation des figures 7, 8 et 9, la partie 26a de noyau a un corps ayant un axe longitudinal 14a. Deux conducteurs électriques comprennent une première partie 16b retenue dans le noyau 26a et sont parallèles de façon géné- rale à l'axe 14a. La première partie 16b pénètre dans deux prolongements fourchus 70a et 70b. Une seconde partie 16c des conducteurs n'est pas ainsi retenue et dépasse de l'extrémité axiale B du noyau 26a. Les secondes parties 16c sont juxtaposées à une cavité qu'elles délimitent entre elles. Une matière fusible 18a ayant une épaisseur prédéterminée t, formée d'un matériau conducteur de l'électricité comme indiqué précédemment, forme un pont entre les secondes parties conductrices 16c. Les secondes parties 16c dépassent des prolongements fourchus 70a, 70b. Une rampe ou partie effilée 62 du noyau 26a est disposée dans un tronçon élargi 64 du noyau 26a, dans lequel sont retenues les premières parties conductrices 16b. La partie effilée 62 se termine à un emplacement por- tant la référence 66 et qui est séparé de la matière fusible 18a par une distance d, si bien qu'une cavité 60 est ainsi délimitée. La distance d est prédéterminée afin qu'elle dépasse le double de l'épaisseur t. Ainsi, les prolongements fourchus 70a, 70b, les secondes parties conductrices 16c, la matière fusible 18a et l'extrémité 66 de la partie effilée 62 entourent périphériquement la cavité 60. Lorsque la distance d est supérieure au double de l'épaisseur t, il reste suffisamment de place pour que la matière fusible fondue 18a s'écoule à distance de la seconde partie conductrice 16c. En conséquence, la partie effilée 62 constitue un dispositif permettant à la matière fusible 18a, lorsqu'elle est à l'état fondu et que le noyau 26a est en position verticale, c'est-à-dire tourné de 90 dans le sens des aiguilles d'une montre par rapport à la position repré- sentée sur la figure 8, de s'écouler à distance des secondes parties 16c des conducteurs électriques. Ceci limite la possibilité de la disposition de la matière fusible fondue entre les secondes parties 16c et la forma- tion intempestive d'un court-circuit électrique lorsque la matière fondue 18a s'écoule en descendant le long de la partie effilée 62. La matière polymère dont est formé le noyau 26a retient les premières parties 16b de conducteurs et limite ainsi les possibilités de court-circuit élec- trique même si une partie de la matière fusible fondue 18a reste sur l'extrémité 66 de la partie effilée 62. La longueur L de la matière fusible 18a est de pré- férence supérieure ou égale à 6,3 mm afin que la matière fusible 18a puisse s'écouler à distance des parties d'élec- trodes 16c quelle que soit l'orientation du capteur, puisque la matière fusible 18a a un effet de mèche comme décrit précédemment. La masse de la matière fusible 18a doit être suffisamment grande pour que l'action des forces de pesanteur assurent l'écartement de la matière fusible 18a des parties d'électrodes 16c. En outre, la dimension de la matière fusible 18a doit être suffisamment grande pour que la résistance mécanique soit bonne et que les possibi- lités de transmission de courant électrique soient élevées, tout en étant suffisamment petite pour que le temps de réponse soit court. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux capteurs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Capteur pour détection de fluide à température élevée, muni d'un détecteur fusible, comportant un corps ayant un axe longitudinal, deux conducteurs électriques dont une première partie (16b) est fourchue et est retenue dans le corps, en direction générale parallèle à l'axe de celui-ci, et dont une seconde partie (16c) dépasse d'une extrémité axiale du corps, les secondes parties conduc- trices qui dépassent de la première extrémité du corps étant juxtaposées mais distantes et délimitant entre elles une cavité (60), et une matière fusible et conductrice de l'électricité (18a) qui est au contact des secondes parties conductrices qui dépassent de la première extrémité et formant un pont électrique entre elles, caractérisé en ce que le corps a une partie effilée (62) placée entre les premières parties (16b) des conducteurs contenus dans le corps, la partie effilée aboutissant à une certaine dis- tance de la matière fusible (18a) et participant à la déli- mitation de la cavité. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps est formé d'une matière polymère. 3. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière fusible (18a) a une épaisseur prédéter- minée (t), et la partie effilée (62) aboutit a une distance prédéterminée (d) de la matière fusible, cette distance (d) étant supérieure au double de l'épaisseur (t) de la matière fusible. 4. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière fusible (18a) a une longueur au moins égale à 6,3 mm. 5. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les secondes parties conductrices (16c) dépassent des prolongements fourchus. 6. Capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les prolongements fourchus (70a, 70b), les secondes parties conductrices (16c) , la matière fusible (18a) et la partie effilée (62) entourent périphériquement la cavité (60).