Brevet FR2666896A1 — publié le 19920320

PERFECTIONNEMENT AUX CAPTEURS DE MESURE DE LA CONDUCTIVITE THERMIQUE DE MATERIAUX La présente invention concerne La mesure de la conductivité thermique de matériaux, en vue de les caractériser. Une telle mesure de conductivité thermique est mise en oeuvre dans de nombreuses applications parmi lesquelles il convient de citer - L'étude de la thermo-régulation des tissus vivants en application médicale, - L'étude de la nature des tissus biologiques et notamment la teneur en lipides, protéines ou l'appréciation de degrés de brûlure ou de nécrose, - L'étude de la teneur en eau, - L'étude de l'irrigation sanguine tissulaire, - L'étude et la caractérisation de matériaux non biologiques à partir de Leur conductivité thermique. La technique antérieure a proposé un certain nombre de moyens pour permettre la mesure de la conductivité thermique de matériaux. Parmi ces moyens, il convient de citer, plus particulièrement, l'enseignement fourni par le brevet français n O 85-15 932 déposé au nom du CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE. Le capteur de mesure décrit dans ce brevet français donne satisfaction par son caractère robuste, de faible encombrement et ses caractéristiques de mesures précises, sensibles, stables et rapides. La fabrication a toutefois fait apparaître qu'un tel type de capteur est actuellement relativement-onéreux, en raison de l'exigence d'un usinage de précision nécessaire pour exécuter les différents éléments constitutifs et permettre leur association au moment de la phase de montage. Il a été constaté, par ailleurs, que si la réalisation par usinage permettait une exécution souple et évolutive, sans exigence d'investissement d'outillage particulier, en revanche il était difficile de produire des capteurs avec une grande reproductibilité de réalisation et de performances voisines. Par ailleurs, il a été constaté aussi une difficulté à réaliser convenablement l'étanchéité de La face d'application. Les perfectionnements selon la présente invention visent à proposer des améliorations permettant de réaliser, à un prix de revient particulièrement intéressant et de façon reproductible, des capteurs de faible dimension, fiables et sûrs possédant, par leur bonne possibilité de reproductibilité dimensionnelle, des caractéristiques thermiques proches, sinon identiques, facilitant l'interchangeabilité des capteurs dans les appareils de mise en service. Pour atteindre les objectifs ci-dessus, les perfectionnements selon L'invention consistent à réaliser le capteur de façon telle que la zone de mesure médiane et l'élément chauffant, d'une part, et la zone de mesure extérieure, d'autre part, sont formés par des circuits résistifs portés par La face arrière d'une trame pelliculaire en matière plastique souple, laquelle face est appliquée sur la face d'application de la platine à travers laquelle passent les conducteurs électriques connectés à des pastilles ou bornes de raccordement des circuits résistifs. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de L'invention. La fig. 1 est une coupe-élévation du capteur conforme à L'invention. La fig. 2 est une vue en plan prise à échelle différente sensiblement selon la ligne II-II de La fig. 1. La fig. 3 est une vue en plan illustrant un autre exemple de réalisation de certains des éléments constitutifs de L'objet de L'invention. Les fig. 4 et 5 montrent une variante de réalisation de l'un des éléments de L'invention. Selon la forme de réalisation illustrée par les fig. 1 et 2, le capteur de mesure de la conductivité thermique de matériaux comprend une platine 1 réalisée en une matière isolante électriquement et thermiquement, pouvant etre moulée ou usinée. La matière choisie est, de préférence, une matière plastique résistante, telle que par exemple une résine époxy incluant une charge de fibres de verre. Dans l'exemple illustré, le capteur est de forme générale cylindrique, de faible épaisseur et comporte, en conséquence, une platine 1 de forme générale circulaire qui est avantageusement pourvue d'un rebord périphérique 2. Il doit être considéré que les dispositions technologiques qui sont décrites ci-dessus, peuvent aussi être mises en oeuvre dans des capteurs de formes différentes et, par exemple, de forme allongée et non plus cylindrique. La platine 1 est réalisée pour présenter une face 3a dite d'application, qui délimite deux plages 4 et 5 qui peuvent être disposées dans un plan commun ou, au contraire, dans deux plans décalés comme cela est illustré par la fig. 1. Dans un tel exemple, la plage 4, dite médiane ou centra le dans le cas de réalisation du capteur sous une forme cylindrique, fait, de préférence, Légèrement saillie par rapport à la plage 5, dite extérieure ou périphérique externe dans le même cas de réalisation. La plage 4 est, de préférence, circulaire, alors que la plage 5 est annulaire en étant formée à La périphérie de la platine 1 et sensiblement en retrait du bord périphérique 2 auquel elle se raccorde par un congé ou un chanfrein analogue 6. La plage annulaire 5 est, dans un tel cas, concentrique à La plage médiane 4.Dans tous les cas, la plage 5 est séparée de la plage 4 par une creusure 7 qui est formée ou usinée sur au moins la face d'application 3a en étant constituée, dans le cas de réalisation illustrée, par une dépression annulaire. Selon L'invention, les plages 4 et 5 sont destinées à définir une zone de mesure Z1' dite médiane à même de mesurer la température de la zone correspondante du matériau sur lequel la face d'application 3a est appliquée. La plage 5 définit une zone Z2' dite extérieure de mesure de température de référence du matériau. Selon L'invention, les moyens constitutifs des zones Z1 et Z2 sont portées par la face arrière 10 d'une trame pelliculaire 11 qui est appliquée sur la face d'application 3a. La trame pelliculaire 11 peut être appliquée sur la face d'application 3a, soit par un moyen 12 de sertissage, soit encore par collage. Dans ce dernier cas, la trame pelliculaire 11 peut être liée aux plages 4 et 5 seulement comme illustré au dessin, ou encore suivre toutes les variations de niveau de la face d'application 3a en étant appliquée également dans le fond de la creusure ou dépression annulaire 7. La trame pelliculaire il est réalisée en une matière plastique souple ayant un caractère d'isolation électrique mais de transmission thermique. Une matière convenant particulièrement bien est constituée par un film de polyimide connu encore sous la marque commerciale de KAPTON commercialisé par la Société DUPONT de NEMOURS. Une telle feuille dont L'épaisseur à été manifestement exagérée à la fig. 1 pour des raisons d'appréciation visuelle peut, par exemple, être choisie, pour un diamètre de capteur égal à 25 mm, pour posséder une épaisseur voisine de 25 micromètres. La trame pelliculaire est réalisée de manière à comporter en relation avec Les zones Z1 et Z2 et à partir de sa face 10 respectivement des moyens 15 et 16 dont un exemple de réalisation est illustré par la fig 2. Les moyens 15 comprennent un premier circuit résistif 17 dit de chauffage se développant selon une forme géométrique appropriée, par exemple en grecques successives, à partir de deux pastilles ou bornes de raccordement 18. Les moyens 15 comprennent, par ailleurs et de préférence imbriqués avec le circuit 17, un circuit résistif 19, dit de mesure de La zone du matériau chauffé par L'infLuence du circuit 17. Le circuit 19, réalisé de semblable façon que le circuit 17, est pourvu, comme ce dernier, de deux pastilles ou bornes de raccordement 20. Les moyens 16 comprennent au moins un circuit 21 dit de référence et de mesure différentielle par rapport au circuit 19. Le circuit 21 est réalisé pour occuper la majeure partie de la zone 5 et présente, par exemple, à cet effet, une conformation également en grecque se développant sur la surface de la plage 5. Le circuit 21 est raccordé à deux pastilles ou bornes de contact 22. Dans une réalisation préférée, les moyens 16 comprennent, par ailleurs, un second circuit 23, dit de mesure absolue qui est établi parallèlement au circuit 21. Le circuit 23 est pourvu de deux bornes ou pastilles de raccordement 24. Les circuits 17, 19, 21 et 23 sont de préférence obtenus par photogravure, à partir d'un film de nickel recouvrant la face 10 de la trame pelliculaire Il et d'une épaisseur voisine de 25 micromètres. Comme cela ressort de la fig. 1, les différents circuits sont complétés par des conducteurs désignés dans leur ensemble par la référence 25 et branchés par soudure sur Les différentes bornes ou pastilles 18, 20, 22 et 24. Les conducteurs 25 traversent une ouverture 26 de la platine 1, de façon à être totalement enrobés dans une masse 27 de matière isolante électriquement et thermiquement, par exemple en polystyrène, remplissant le volume utile de la platine 1, défini par la face 3b opposée à la face 3a. La masse de matière isolante 27 est maintenue à l'intérieur de la platine 1 par l'intermédiaire d'un capot 28 en une matière isolante éléctriquement et thermiquement, immobilisé, par exemple par l'intermédiaire du moyen de sertissage 12 auquel il est associé. Le moyen de sertissage 12 est de préférence constitué par un anneau dont la Lièvre 29 est sertie par-dessus le congé ou le chanfrein 6. Les conducteurs 25 traversent le bord périphérique 2 et L'anneau 12 par l'intermédiaire de moyens de guidage et d'étanchéité 30, de type de connu dans la technique de fabrication des faisceaux de câbles. De préférence, le capot 28 est pourvu, sur ses deux faces, de deux films isolants 31 possédant un bon coefficient de réfléchissement. Tel que cela ressort de ce qui précède, le nouveau capteur selon L'invention peut être réalisé très facilement par photogravure à partir d'un masque, de manière à laisser subsister sur la face 10 de la trame pelliculaire 11 les circuits correspondant aux zones Z1 et Z2. De tels circuits, après exécution, peuvent être très facilement raccordés aux câbles 25 préalablement à la constitution du capteur. La première étape de montage consiste à utiliser une platine 1 obtenue, par exemple, par moulage d'une matière plastique appropriée et à assurer l'application de la trame pelliculaire 11 sur la face d'application 3a de cette platine, après engagement des conducteurs 25 à travers L'ouverture 26. L'adaptation de la trame pelliculaire 11 peut intervenir par collage ou par sertissage. Dans ce dernier cas, la platine 1 est alors pourvue du capot 28, de façon à fermer Le volume utile de la platine dans lequel une masse de matière isolante 27 est incorporée, par exemple en étant constituée par développement en mousse. Après cette opération, le sertissage du bord 29 peut intervenir pour immobiliser les éléments constitutifs, voire assurer Le maintien de la trame pelliculaire 11 sur la face d'application 3a, lorsqu'une liaison par collage n'est pas prévue. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, L'invention permet de réaliser de façon reproductible, rapide et à un faible prix des capteurs fiables, de faible encombrement, susceptibles de posséder les mêmes caractéristiques de reproductibilité dimensionnelle et donc de reproductibilité thermique facilitant leur interchangeabilité. La fig. 3 montre une variante de réalisation dans laquelle, notamment, les circuits de référence et de mesure absolue respectivement 21 et 23 sont réalisés pour comporter des segments de plages annulaires de même couverture angulaire, de préférence, et successivement imbriqués. Une telle disposition permet de disposer de meilleures capacités de mesure de référence et de mesure absolue. Les fig 4 et 5 illustrent une variante selon laquelle la trame pelliculaire 11 est aussi utilisée en tant que support de moyens de traitement de signal. Dans un tel cas, la trame se compose de deux pastilles P1 et P2 reliées par une barrette souple 40. La pastille P1 supporte les circuits 17, 19, 21, 23, alors que la barrette 40 porte des conducteurs de liaison 41. La pastille P2 est pourvue de circuits intégrés 42 auxquels sont branchés les conducteurs 41 et d'un bornier 43 sur lequel les conducteurs 25 sont raccordés. Les pastilles P1 et P2 sont repliées L'une vers L'autre par enroulement de la barrette 40 pour permettre un montage, tel qu'illustré par la fig. 5. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Capteur de mesure de la conductivité thermique de matériaux, du type comprenant une platine de support (1) en matière isolante électriquement et thermiquement, conformée pour présenter, d'une part, une face d'application (3a) délimitant des plages (4, 5) séparées par des dépressions (7) et occupées par une zone de mesure (Z1) dite médiane associée à un élément chauffant et une zone (Z2), dite extérieure, de mesure de référence et, d'autre part, une face arrière fermée par un capot (28) en matière isolante électriquement et thermiquement et avec lequel elle délimite un volume fermé rempli d'une masse de matière (27) isolante thermiquement enrobant des conducteurs électriques (25) raccordés aux zones médiane et extérieure, caractérisé en ce que la zone de mesure médiane (Z1) et l'élément chauffant, d'une part, et la zone de mesure (Z2) extérieure, d'autre part, sont formés par des circuits résistifs (15, 16) portés par ta face arrière (10) d'une trame pelliculaire (11) en matière plastique souple, laquelle face est appliquée sur La face d'application (3a) de la platine à travers laquelle passent les conducteurs électriques (25) connectés à des pastilles ou bornes de raccordement des circuits. 2 - Capteur de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que la trame pelliculaire (11) est réalisée en polyimide et porte sur une face des circuits résistifs obtenus par photogravure d'un film de nickel recouvrant ladite face. 3 - Capteur de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les circuits de la zone médiane (Z1) comprennent un circuit de mesure (19) et un circuit de chauffage (17) imbriqués. 4 - Capteur de mesure selon La revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit de mesure de la zone extérieure (Z2) comprend un circuit (2) de mesure différentielle et un circuit de mesure absolue (23). 5 - Capteur de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce que les circuits de mesure différentielle et absolue sont parallèles. 6 - Capteur de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce que les circuits de mesure différentielle et absolue sont imbriqués. 7 - Capteur de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la trame pelliculaire (11) est maintenue sur la platine par sertissage périphérique étanche. 8 - Capteur de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la trame pelliculaire est maintenue sur la platine par collage. 9 - Capteur de mesure selon L'une des revendications, caractérisé en ce que la trame pelliculaire (11) comporte une première pastille (P1) portant les circuits (17, 19, 21, 23), une seconde pastille (P2) portant des moyens de traitement de signal (42) et un bornier (43) et une barrette de repliage (40) reliant les pastilles et portant des conducteurs électriques (41).