Brevet FR2779520A1 — publié le 19991210

CAPTEUR DE TEMPERATURE ET APPAREIL ELECTROMENAGER COMPORTANT UN TEL CAPTEUR L'invention se rapporte au domaine des capteurs de température à infrarouge, et à celui des appareils électroménagers utilisant de tels capteurs. Dans certains appareils électroménagers tels que par exemple des fours, en particulier des fours à micro- ondes, il est connu de déterminer au moyen d'un capteur de température sans contact, la température de l'aliment à chauffer. Un tel capteur de température comprend généralement une plaquette de matériau semi-conducteur présentant un évidement dans lequel est placé un élément sensible qui s'échauffe en réponse au rayonnement infrarouge d'une cible, une couche d'isolation thermique 16 disposée entre ledit élément sensible et ladite plaquette, un élément thermoélectrique qui génère un premier signal électrique représentatif de la différence entre la température de la cible et une température de référence, et un dispositif de détection de température par contact, qui émet un second signal représentatif de la température de référence. Les signaux électriques émis par ce type de capteur doivent être traités par un circuit électronique pour être exploitables de façon simple et fiable, par exemple pour élaborer une commande agissant sur le fonctionnement de l'appareil. Dans les appareils de type connu équipés d'un tel capteur, on a prévu de monter des cartes électroniques traitant les signaux émanant du capteur, les circuits électroniques de traitement étant physiquement dissociés dudit capteur. 2 2779520 Une telle disposition présente cependant l'inconvénient de grever le coût de fabrication de l'appareil, du fait du nombre de composants à monter séparément, donc du temps nécessaire à ces opérations et du coût de fabrication des composants. L'invention se propose de remédier à cet inconvénient, et de réaliser un capteur de température du type précité, intégrant au moins une partie de l'électronique de traitement. Dans ce but, le capteur suivant l'invention comprend des moyens de traitement électronique des signaux émis par l'élément thermoélectrique et le dispositif de détection de température par contact, ces moyens étant constitués par des composants formés dans ladite plaquette de matériau semi-conducteur. Ainsi, un tel capteur peut être adapté à plusieurs types d'appareils, par exemple un four comme mentionné précédemment, une friteuse, ou un grille-pain, moyennant une électronique de traitement particulière à chaque type d'appareils très réduite. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique de côté d'un capteur de type connu; - la figure 2 est une vue schématique de face de ce même capteur; - la figure 3 est une vue schématique de face d'un capteur suivant l'invention; 3 2779520 - la figure 4 est une vue schématique de face d'un capteur suivant un autre mode de réalisation de l'invention; - la figure 5 est une vue schématique de face d'un capteur suivant encore un autre mode de réalisation de l'invention; - la figure 6 est une vue schématique d'un four comportant un capteur conforme à l'invention; - la figure 7 est une vue schématique d'une friteuse comportant un capteur conforme à l'invention. lo Comme représenté aux figures 1 et 2, le capteur infrarouge 1 comprend une plaquette de matériau semi- conducteur 2 formant support, dans lequel est pratiqué un évidement o est placé un élément 3 sensible au rayonnement infrarouge d'une cible. Cet élément 3 est par exemple constitué d'une plaquette contenant du bismuth, dont une caractéristique majeure est de s'échauffer de façon sensible en réponse à un rayonnement infrarouge, suivant une loi connue. Un matériau diélectrique isolant thermique 16 est disposé dans l'espace séparant le bord périphérique de l'élément sensible 3 du bord de l'évidement de la plaquette 2 de semi-conducteur. Un élément thermoélectrique 6 du type thermocouple, constitué d'une série de liaisons électriques entre des soudures dites chaudes, solidaires de l'élément sensible, et des soudures dites froides, solidaires du bord de l'évidement du support, fournit un signal électrique V1 proportionnel à la différence de température entre l'élément sensible 3 et le support 2. Un dispositif de détection de température par contact 5 disposé sur le support 2, fournit un signal électrique V2 représentatif de la température du support 2, influencée par la température ambiante et par le rayonnement de diverses pièces environnantes. Cette température du support constitue une température de référence. Un tel dispositif, connu en soi, constitue un capteur de température commercialisé généralement sous la dénomination "thermopile à compensation de température" 4 2779520 Selon l'invention, et comme représenté à la figure 3, le capteur de température infrarouge 10 comprend des moyens de traitement électronique des signaux Vl et V2, émis par l'élément thermoélectrique 6 et le dispositif de détection de température par contact 5, ces moyens étant constitués par des composants formés dans la plaquette de matériau semi-conducteur 2. Les moyens de traitement des signaux V1 et V2 comportent en particulier un étage d'amplification 7, constitué d'un premier amplificateur 7a destiné à amplifier le signal Vl, et d'un second amplificateur 7b destiné à amplifier le signal V2, ainsi qu'un circuit 8 élaborant un signal représentatif de la température de la cible, à partir des premier et second signaux ainsi amplifiés. Ce circuit 8 est par exemple un circuit sommateur. Les moyens de traitement comprennent en outre un second étage d'amplification 9, destiné à amplifier le signal représentatif de la température de la cible, dont le gain est réglable au moyen d'un composant 11, telle qu'une résistance variable, extérieur au capteur de température, de sorte que le fonctionnement du capteur soit aisément adaptable aux différents types d'appareils susceptibles d'utiliser un capteur conforme à l'invention. En sortie de ce dernier étage d'amplification 9, le signal obtenu constitue un signal de sortie analogique Sa. Les moyens de traitement comprennent d'autre part un comparateur 12 recevant un signal de consigne en température C réglé par l'utilisateur, et le signal de sortie Sa du second étage d'amplification 9. Le signal de sortie Sc du comparateur 12, représentatif de l'écart entre la température de la cible et la consigne, est utilisé pour le pilotage d'une charge électrique et son alimentation, ou pour l'affichage. 2779520 Grâce à cette disposition, on comprend que les divers composants amplificateurs, sommateurs, étant fabriqués dans la même plaquette de matériau semi-conducteur que le support de l'élément sensible, sont facilement obtenus en grande série, à un coût réduit et avec une fiabilité accrue. Suivant un mode de réalisation particulier, tel l0 que représenté à la figure 4, les moyens de traitement comportent en outre un convertisseur analogique / numérique 13, permettant de convertir alternativement le signal de sortie Sa du second étage d'amplification 9 et le signal de consigne C, en signaux numériques Sn qui sont transmis à un micro-contrôleur (non représenté) extérieur au capteur de température, ledit micro-contrôleur étant destiné à piloter une charge électrique et son alimentation, par exemple une source de chaleur ou une source de rayonnement. Alternativement, comme représenté à la figure 5, les moyens de traitement comportent un interrupteur électronique 14 commandé par le signal de sortie Sc du comparateur 12, destiné également à piloter une charge électrique et son alimentation 15. Cet interrupteur 14 est réalisé directement dans la plaquette 2 en matériau semi- conducteur. Les composants électroniques mis en oeuvre dans les dispositifs décrits ci-dessus sont par exemple obtenus par des procédés de gravure, sérigraphie et/ou dépôt électrolytique appliqués à la plaquette de matériau semi- conducteur 2. Ils sont alimentés, comme il a été schématiquement représenté sur les figures, par une source commune qui délivre une tension continue, généralement de 5 Volts, entre une ligne neutre Vss et une ligne au potentiel Vcc. 6 2779520 Un capteur conforme à l'invention tel que décrit précédemment, peut avantageusement être utilisé dans un appareil électroménager. En particulier, comme représenté à la figure 6, un appareil électroménager utilisant un capteur de ce type peut être un four 20, le capteur 1 étant agencé en face d'un trou pratiqué dans la paroi supérieure 24 de la cavité du four 20, avec son élément sensible 3 situé directement en regard de la cible 21 à surveiller. Les rayonnements 22 émanant de la cible 21 sont traités par un dispositif optique 23, tel qu'un filtre et un jeu de lentilles, avant de frapper l'élément sensible 3. Un autre appareil électroménager utilisant un capteur de ce type peut être,comme cela a été représenté à la figure 7, une friteuse 30, dans laquelle le capteur 1 est agencé en regard de l'une des parois extérieures 34 de la cuve de cuisson 31, ladite cuve de cuisson 31 étant placée dans un boîtier externe 33, au-dessus d'une résistance électrique de chauffage 32. Grâce à la réalisation des composants et du support de l'élément sensible du capteur formés directement dans la même plaquette, on obtient un bloc capteur d'un encombrement réduit et d'un antiparasitage facile à réaliser, ce qui convient bien à son intégration dans les appareils électroménagers, o le gain de place est un facteur important de réduction des coûts de fabrication. 7 2779520 REVENDICATIONS 1. Capteur de température comprenant une plaquette de matériau semi-conducteur (2) présentant un évidement dans lequel est placé un élément sensible (3) qui s'échauffe en réponse au rayonnement infrarouge d'une cible, une couche d'isolation thermique (16) disposée entre ledit élément sensible (3) et ladite plaquette (2), un élément thermoélectrique (6) qui génère un premier signal électrique (V1) représentatif de la différence entre la température de la cible et une température de référence, et un dispositif de détection de température par contact (5), qui émet un second signal (V2) représentatif de la température de référence, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de traitement électronique des signaux (V1, V2) émis par l'élément thermoélectrique (6) et le dispositif de détection de température par contact (5), ces moyens étant constitués par des composants formés dans ladite plaquette (2) de matériau semi-conducteur. 2. Capteur de température selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de traitement électronique des signaux (Vi, V2) comportent un premier étage d'amplification (7), destiné à amplifier les premier et second signaux (Vi, V2), et un circuit (8) élaborant un signal représentatif de la température de la cible, à partir des premier et second signaux amplifiés. 3. Capteur de température selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de traitement électronique comprennent de plus un second étage d'amplification (9), 8 2779520 destiné à amplifier le signal représentatif de la température de la cible. 4. Capteur de température selon la revendication 3, caractérisé en ce le gain du second étage d'amplification (9) est réglable par action sur un composant (11) extérieur au capteur de température (10). 5. Capteur de température selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les moyens de traitement électronique comportent en outre un comparateur (12) recevant un signal de consigne en température (C) réglé par l'utilisateur, et15 le signal de sortie (Sa) du second étage d'amplification (9). 6. Capteur de température selon la revendication , caractérisé en ce que les moyens de traitement électronique comportent également un convertisseur analogique/numérique (13) permettant de convertir alternativement le signal de sortie (Sa) du second étage d'amplification (9) et le signal de consigne (C), en signaux numériques (Sn) qui sont transmis à un micro-contrôleur extérieur au capteur de température (10), ledit micro-contrôleur étant destiné à piloter une charge électrique et son alimentation. 7. Capteur de température selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de traitement électronique comportent en outre un interrupteur électronique (14) commandé par le signal de sortie (Sc) du comparateur (12), et destiné à piloter une charge électrique et son alimentation (15). 9 2779520 8. Appareil électroménager comportant un capteur de température selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9. Appareil électroménager selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est constitué par un four (20) et que le capteur (1) est agencé en face d'un trou (25) pratiqué dans l'une des parois (24) de la cavité du four (20). 10. Appareil électroménager selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est constitué par une friteuse (30) et que le capteur (1) est agencé en regard de l'une des parois extérieures (34) de la cuve de cuisson (31).