Brevet FR2737008A1 — publié le 19970124

Sonde permettant de mesurer la température d'un corps en la captant à la surface - La plupart des dispositifs de mesure de températures de corps chauds ou froids sont réalisés en incorporant dans ce corps un capteur de température dont les caractéristiques sont adaptées à l'étendue des températures à mesurer. Cette solution est courante pour la mesure des températures des fluides circulant dans des tuyautenes et contenus dans des ballons ou réservoirs. Des dispositifs appelés doigts de gant ou des enveloppes dont les parois sont conductrices pénètrent ou sont installés dans le conducteur ou le contenant du fluide. La sonde de température qui est l'objet du présent brevet, prélève l'information de température à la surface du corps concerné par la mesure. L'avantage de cette solution est de simplifier le montage de la sonde, tout en obtenant une mesure de la température du corps ou du fluide contenu dans ce corps dont la précision soit homogène avec celle du capteur de température incorporé dans la sonde. De plus, le montage proposé dans le présent brevet, isole la sonde contre les agressions mécaniques ou chimiques et évite tout accident électrique (court-circuit, mise à la terre, ...) pouvant perturber la mesure. Description Tous les composants de la sonde et ses modes de montage sont représentés sur les dessins n" I et nO 2. Elle est constituée de A - un corps conducteur de la chaleur A présentant une surface plane, convexe ou concave SI et une surface convexe S2 dont la vue en coupe B présente des arpètes (trapèze ou rectangle) comme figuré en Al et B1, ou ne présente pas d'arête : arc de cercle ou courbe elliptique comme figuré en A2 et B2. O - un trou O réalisé dans le corps de la sonde. Ce trou, de préférence légèrement conique, est de profondeur suffisante pour contenir le capteur et ses connexions bifilaires, trifilaires ou quadrifilaires selon le type de capteur utilisé ainsi que les éléments nécessaires à l'isolement des conducteurs de sortie du capteur et ceux de raccordements du cordon CR bifilaire, trifilaire ou quadrifilaire qui véhicule la mesure électrique (courant, tension, fréquence, ..) représentative de la température de la sonde. - ce trou est placé à proximité de la surface S I qui viendra en contact avec le corps ou l'enveloppe dont la sonde doit prélever la température, la distance entre l'axe de ce trou et cette surface étant, de préférence plus faible que la distance de cet axe avec la surface S2 de la sonde (voir dessin n" 1). - ce corps de sonde est réalisé dans un matériau bon conducteur de la chaleur cuivre ou alliage de cuivre, aluminium ou alliage d'aluminium. Le choix précis de ce matériau ne fait pas partie de la présente invention. Ce choix est fonction de la précision recherchée pour la mesure de température et des caractéristiques thermiques et chimiques du corps sur lequel la sonde sera montée. - les surfaces de la sonde qui ne sont pas en contact avec le corps, sont éventuellement et préférentiellement l'objet d'un traitement ou recouvrement propre à diminuer leur émissivité thermique : polissage, métallisation, chromage, nickelage ou étamage brillant pour un alliage de cuivre, polissage ou oxydation anodique blanche brillante pour un alliage d'aluminium (traitement ou recouvrement a). Ces mêmes surfaces seront éventuellement l'objet d'un traitement ou recouvrement par quelque procédé que ce soit (peinture, oxydation anodique profonde, surmoulage plastique, vernissage isolant, ..) ayant pour objet de réaliser un isolement thermique entre la sonde et son environnement (traitement ou recouvrement b). Les deux traitements ou recouvrements a et b peuvent être éventuellement combinés dans les deux ordres possibles: - traitement ou recouvrement réduisant l'émissivité suivi d'un traitement ou recouvrement isolant thermiquement ou, - traitement ou recouvrement isolant thermiquement suivi d'un traitement ou recouvrement réduisant l'émissivité. C - Un capteur de température C et ses sorties sur 2, 3 ou 4 conducteurs est installé dans le trou O du corps de la sonde. La nature du capteur choisi qui est fonction de l'étendue des températures mesurées et de la précision et de l'immunité recherchées ne fait pas partie de la présente invention. Les différents types de capteurs les plus courants peuvent être utilisés dans cet assemblage: - résistance à coefficient de température connu et stable (résistance thermométrique au platine ou au nickel par exemple), - céramique ou autre matériau semi-conducteur à fort coefficient de température et dont la résistance varie en fonction de la température selon une loi connue (thermistance); - thermocouple obtenu par le contact de deux conducteurs de nature différente, - capteur semi-conducteurs à jonction (diode ou jonction émetteur, base d'un transistor) dont on mesure le courant inverse ou la tension directe, - quartz (cristal) dont la taille est effectuée selon un plan de coupe qui entraîne une variation sensible de la fréquence de résonance en fonction de la température;; - circuit intégré comprenant un élément sensible à la température et les composants nécessaires aux conversions (amplification, linéarisation) nécessaires à l'obtention d'un signal électrique directement utilisable par l'appareil ou le système qui exploite cette mesure. La liste ci-dessus n'est pas exhaustive et ne constitue pas une limitation du domaine d'application de la présente invention. Sont aussi éventuellement introduits dans le trou O du corps de la sonde: CR - L'extrémité d'un cordon de raccordement CR bifilaire, bifilaire ou quadrifilaire permettant de transmettre la grandeur électrique représentative de la température ou les deux grandeurs électriques (tensions ou courants) qui permettront de connaître la température mesurée par un traitement électronique approprié (analogique ou analogique et digital). Le diamètre, la nature et la conductibilité des conducteurs composants le cordon qui ne font pas partie de la présente invention sont adaptés au type de capteur utilisé dans la sonde et à la longueur de raccordement prévue entre la sonde et l'appareil ou le système qui exploite la mesure.De même, les isolants entre conducteurs et l'isolant extérieur du cordon sont choisis en fonction des températures auxquelles ils sont exposés par contact ou rayonnement avec le corps dont la température est mesurée. Ce cordon n'est pas introduit dans le corps de la sonde si les fils composants le capteur peuvent sortir directement du corps de la sonde (cas des thermocouples) . CE - Les moyens de connexion électrique CE entre les conducteurs de sorties du capteur et les conducteurs du cordon de raccordement CR le cas échéant. Ces moyens de connexion ne font pas partie de la présente invention et peuvent être de différents types - soudure directe du conducteur (soudure électrique), - brasure par un métal d'apport - sertissage dans des pièces intermédiaires (clips) qui emprisonnent chacun un conducteur de sortie de la sonde et un conducteur du cordon, - épissure dans le cas oli le conducteur de raccordement contient des conducteurs multibrins, - combinaison de deux des moyens précédemment décrits. D - Une pièce ou un ensemble de pièces D ayant pour but d'isoler entre eux les conducteurs précédemment raccordés et d'éviter tout contact entre l'un d'eux et le corps de la sonde D1 - Gouttière réalisée par extrudage ou moulage en plastique d'une longueur telle qu'elle isole individuellement les conducteurs nus de la sonde et du cordon. Cette gouttière contient 2, 3 ou 4 gorges selon le nombre de conducteurs raccordés.Sa forme extérieure est cylindrique et le diamètre de ce cylindre est tel qu'elle s'ajuste et se referme en enserrant les conducteurs quand l'ensemble est introduit dans le trou O du corps de la sonde (sonde + cordon + moyens de connexion + gouttière), D2 - Pièces de tissus préalablement cousues ou collées selon le dessin D2 et dont la partie médiane D2M ourlée par collage ou couture est introduite entre les conducteurs, les deux ailes D2A sont repliées autour des conducteurs avant introduction dans la sonde, D3 - Tubes souples de tissus, éventuellement imprégnés d'un isolant, chaussés en accordéon autour de chaque conducteur avant raccordement, et retendus sur les conducteurs pour en assurer l'isolement avant introduction de l'ensemble dans le corps de la sonde, D4 - Simple pièce de tissus isolant enroulée autour de chaque conducteur raccordé avant introduction dans la sonde, D5 - Isolant réalisé par surmoulage des conducteurs préalablement raccordés. F - Un ou des moyens de fixation de l'ensemble constitué par le corps de sonde, le capteur C, le cordon CR raccordé au capteur par les moyens CE et l'isolant D protégeant les conducteurs métalliques et les intermédiaires nécessaires pour réaliser les raccordements CE. Cette fixation est préférentiellement obtenue par remplissage du trou O, par une résine d'inclusion qui peut-être d'un type quelconque à condition qu'elle ait les caractéristiques suivantes: - neutralité chimique à l'égard des composants A, C, CR, CE et D, - contraintes mécaniques générées par son durcissement compatible avec les mêmes composants et leurs enveloppes isolantes, en particulier l'enveloppe isolante de la sonde le cas échéant; - inertie physique et chimique et coefficient de dilatation compatible avec la plage des températures de mesures auxquelles la sonde est destinée, Les résines appropriées peuvent être de divers types : epoxy ou silicone, ce choix ne faisant pas partie de la présente invention. Les modes de fixation précédemment décrits peuvent être complétés par un sertissage, le corps de la sonde présentant une fente horizontale et des parties pliables par serrage, permettant le maintien du cordon (dessin coupe A3). Ce mode préférentiel de fixation peut être remplacé par un mode plus classique : fixation du cordon à l'aide d'un bouchon fileté conique étanche ou un presse étoupe (dessin A4) Dans ce cas, la résine d'inclusion peut être remplacée par un fluide isolant. J - Modes de fixation de la sonde à la surface du corps dont elle mesure la température. La fixation et le contact intime entre la sonde et la surface du corps peuvent être assurés de diverses façons: - collage à l'aide d'une colle à deux éléments agissant par composition chimique entre ces éléments et les matériaux (métal, verre ou autre) constituant le corps dont la températures est mesurée (dessin Jt); - brasure si les métaux constituant le corps de sonde et le corps dont la température est mesurée s'y prêtent (dessin J1); - soudure à froid si les conditions précédemment évoquées s'y prêtent, - maintien par cerclage métallique ou plastique à la surface du corps dont la température est mesurée (dessin J 2). La surface du corps dont la température est mesurée peut être préalablement préparée par nettoyage chimique ou par nettoyage physique, abrasion et/ou polissage par un moyen classique; - sa forme peut aussi être modifiée pour présenter une partie plane par lamage ou meulage si le corps dont la température est mesurée et les conditions d'accessibilité s'y prêtent (dessin J3). Dans une variante prévue, la sonde peut être fixée par vissage: - par vissage direct dans un trou préalablement percé et taraudé dans le corps dont la température est mesurée (dessin J4); - par vissage sur une pièce intermédiaire fixée par un des moyens préalablement décrits sur le corps dont la température est mesurée (dessin J5). La conductibilité thermique de l'ensemble peut aussi être améliorée par addition d'un composant fluide favorisant la conductibilité thermique (graisse silicone par exemple) entre la sonde vissée ou serrée par cerclage et la surface où elle est appliquée. Dans une autre variante, le corps de la sonde destiné à un montage sur un corps cylindrique est constitué de deux demi brides circulaires dont le diamètre intérieur est identique au diamètre du corps cylindrique (voir variantes : dessins A5 et A6). Une seule de ces demi brides présente le trou O qui contiendra le capteur, ce trou étant préférentiellement situé plus près de la surface intérieure de cette demi bride que de sa surface extérieure. Ces deux demi brides dont l'épaisseur peut être différente, sont serrées autour du corps cylindrique par l'intermédiaire de vis (repère A51) et de trous taraudés ou par un cerclage métallique ou autre à l'aide d'un collier de serrage (repère A61). Un fluide intermédiaire améliorant la conductibilité thermique peut être déposé sur la surface de contact entre les brides et le corps cylindrique avant serrage. REVENDICATIONS 1 - Sonde destinée à la mesure de température d'un corps par contact avec sa surface caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un corps de sonde A réalisé dans un matériau bon conducteur de la chaleur et comprenant un trou 0 placé préférentiellement plus prés de la surface S1 qui vient en contact avec celle du corps dont la sonde mesure la température que de la surface 52 de cette sonde en contact avec son environnement 2 - Sonde selon la revendication 1 caractérisée en ce que le trou 0 est d'une profondeur suffisante pour contenir l'ensemble constitué par: un capteur C, l'témité d'un cordon de raccordement CR, des moyens CE de connexion entre les conducteurs de sortie du capteur C et ceux du cordon CR ainsi que la ou les piéces D necessaires a l'isolement électrique entre les différents conducteurs et entre ces conducteurs et le corps A de la sonde. 3 - Sonde selon la revendication 2 caractérisée en ce que la fixation de rensemble dans le trou O du corps de sonde A est réalisée par le remplissage du trou O avec une résine d'inclusion F. 4 - Sonde selon la revendication 3 caractérisée en ce que la fixation de l'ensemble est complétée par le sertissage SE de l'extrémité du corps de sonde A autour du cordon de raccordement CR. 5 - Sonde selon la revendication 3 caractérisée en ce que la fixation de l'ensemble est complétée par un bouchage avec serrage du cordon de raccordement CR par un bouchon fileté conique BF. 6 - Sonde selon une des revendications 3, 4 ou 5 caractérisée en ce que sa fixation sur le corps dont elle mesure la température est assurée par un collage ou par un brasage J1. 7 - Sonde selon une des revendications 3, 4 ou 5 caractérisée en ce que sa fixation est assurée par une vis V1 et un trou taraudé TR1 dans le corps dont cette sonde mesure la température. 8 - Sonde selon une des revendications 3, 4 ou 5 caractérisée en ce que sa fixation est assurée par un collier de serrage CS entourant le corps dont cette sonde mesure la température. 9 - Sonde selon une des revendications 3, 4 ou 5 caractérisée en ce qu'elle est constituée de deux demi brides circulaires BC ayant un diamètre intérieur identique au diamètre extérieur du corps cylindrique dont cette sonde mesure la température, une seule de ces demi brides comportant le trou O ou est situé le capteur de température. 10 - Sonde selon la revendication 9 caractérisée en ce que sa fixation est assurée par serrage des demi brides autour du corps dont cette sonde mesure la température à l'aide de vis V et de trous taraudés TR réalises dans l'une des deux demi brides.