Brevet FR2793025A1 — publié le 20001103

I La présente invention a trait à un capteur d'humidité relative, notamment pour appareil de chauffage et/ou climatisation, dans l'habitacle d'un véhicule automobile. La présente invention a plus spécialement trait à un capteur d'humidité relative, notamment pour appareil de chauffage et/ou climatisation, en contact ou échange direct avec son environnement, en particulier à variation d'impédance à savoir un capteur de type capacitif ou résistif.10 Dans l'humidité il y a de nombreux éléments susceptibles de détruire les capteurs aussi ces derniers doivent être protégés de toutes les formes d'agressions physico- chimiques ou impuretés diverses de leur environnement proche.15 En effet, lesdites agressions ou impuretés du milieu environnant, tant extérieur qu'intérieur, peuvent être dues notamment: - au sel, notamment au brouillard salin et/ou aux projections de sel lors des salaisons de routes - au soufre - aux vapeurs d'essence, aux gaz d'échappement - à la fumée de cigarette etc... Aussi il devient indispensable aujourd'hui de mettre point des capteurs qui bien qu'étant en contact direct avec le milieu extérieur, tels que des capteurs à variation d'impédance, par30 exemple, résistent néanmoins aux principales et plus fréquentes agressions et/ou impuretés de l'environnement. La conséquence principale de ces agressions et impuretés diverses est une détérioration progressive en cours d'utilisation de l'ensemble des constituants des capteurs et en particulier des suivants: - l'élément sensible; - le support de l'élément sensible; et - des électrodes. Aussi il n'est pas rare de voir annoncer par des fournisseurs de ce type de capteurs des dérives de la mesure dès la deuxième année de l'ordre de 20 % à 30 %. On note également des augmentations notables dans les temps de réponse.et des variations de la mesure de l'ordre de 50 %. Il faut donc envisager des remplacements relativement fréquents de ces capteurs, environ tous les deux ans. Il est devenu d'autant plus urgent de régler ce problème de dégradation des capteurs d'humidité relative, soumis aux différentes sortes agressions mentionnées ci-dessus, que les contraintes d'environnement se sont encore récemment sévérisées dans le secteur automobile.20 Il s'agit en effet d'un problème de sécurité dans le cas de la conduite automobile: une mesure d'humidité relative à des fins préventives permet notamment d'améliorer la visibilité en alertant par exemple de la présence d'humidité dans l'air avant25 l'apparition de buée sur le pare-brise. La présente invention a trait à un capteur d'humidité relative dans l'air, notamment pour appareil de chauffage et/ou climatisation, du type comportant un élément sensible relié30 électriquement à au moins deux électrodes et porté par un support, caractérisé en ce qu'au moins une partie du capteur est protégée par au moins un moyen de protection perméable à l'eau et à l'air et imperméable aux impuretés. Le capteur d'humidité relative conforme à la présente invention possède ainsi l'avantage d'être protégé en particulier contre des infiltrations de sel, fréquentes en période de salaisons des routes et/ou lors de brouillard salin, sans empêcher l'élément sensible du capteur de " voir " parfaitement le milieu environnant. Le capteur d'humidité relative selon la présente invention permet en outre d'éviter les erreurs de mesure d'humidité relative, les modifications du temps de réponse et possède une durée de vie largement augmentée comparée à celle des capteurs d'humidité relative de l'art antérieur.10 Le capteur conforme à l'invention présente d'excellentes caractéristiques de sensibilité à l'humidité et une faible dérive après avoir été exposé à des conditions sévères pendant longtemps.15 Le rôle habituel et essentiel d'un capteur est de visualiser une information à mesurer dans le milieu dans lequel il se trouve. Dans le cas d'un capteur d'humidité relative dans l'air cela nécessite un contact entre un élément dit sensible et20 l'air. On entend par élément sensible, la partie du capteur qui permet de convertir une information non-électrique en information électrique exploitable.25 Dans le cas d'un capteur résistif, c'est l'humidité qui fait varier la résistance. Dans le cas d'un capteur capacitif, l'humidité pénètre dans le diélectrique et fait varier la capacité. Aussi l'élément sensible sera réalisé en tout type de matériau approprié apte à présenter une variation de ses propriétés électriques (résistance ou capacité) en fonction de l'humidité du milieu ambiant. 35 Mais des variations indésirables de la capacité d'un capteur peuvent être dues à des agressions physico-chimiques ou impuretés, par exemple, et peuvent induire des erreurs dans la mesure de la capacité, donc de l'information que l'on souhaite extraire de cette mesure. La protection des capteurs d'humidité relative dans le cadre de la présente invention permet de limiter dans le temps ces variations et donc d'augmenter la durée de vie de ces capteurs. La présence d'une membrane filtrante constitue un capotage protecteur en particulier de l'élément sensible qui ne perturbe ou ne diminue aucunement le temps de réponse du capteur. Dans le cas des capteurs capacitifs, l'élément sensible est un condensateur dont le diélectrique est constitué d'une substance hygroscopique. Cet élément sensible qui fait partie du capteur est généralement porté par un support encore appelé " substrat ", pouvant être notamment en métal, en céramique ou en plastique.20 Généralement, des composants électroniques du capteur permettent un prétraitement des signaux électriques issus de l'élément sensible et les renvoient vers une partie électronique constituée, par exemple, par des circuits imprimés ou des25 couches épaisses. On a constaté qu'il est préférable que la connexion entre les " électrodes " et la partie élément sensible, qui est en général réalisée par soudage (encore appelé " bonding "), soit30 également protégée d'éventuelles infiltrations de sel et d'autres attaques physico-chimiques. Ainsi dans le cas d'un support/substrat en métal, en protégeant spécifiquement de manière avantageuse ces connecteurs, on évite le risque d'avoir un contact direct entre l'électrode et le support/substrat en raison par exemple d'un dépôt de sel éventuel, ce qui entraînerait un court-circuit. Comme exemple de revêtement de protection du support/substrat du capteur selon l'invention, on peut citer un gel. De préférence on utilise un gel à base de silicones.5 Avantageusement, ledit gel est déposé par centrifugation en une couche d'épaisseur constante, ladite couche présentant de préférence, sur l'élément sensible, une épaisseur d'environ 1 micron à environ 50 microns.10 La présence de sel ou d'autres types d'agressions chimiques peut aussi provoquer la dégradation des composants électroniques du capteur. Les connecteurs, le support/substrat et éventuellement une partie de l'élément sensible sont de préférence également protégés de manière spécifique. Une telle protection est avantageusement réalisée par époxyage, technique comportant le dépôt d'une poudre d'un revêtement en matière isolante telle que20 du plastique thermodurcissable, sur une surface métallique à protégée, par un mécanisme électrostatique. Tout type de matériau assurant une protection efficace contre des agressions du milieu ambiant telles que définies ci- dessus peut convenir. De préférence un tel revêtement protecteur est constitué de résines époxyde. Par ailleurs, un autre intérêt du procédé par époxyage réside essentiellement dans l'homogénéité du dépôt obtenu et ce quelle que soit la surface à protéger. La présente invention va maintenant être décrite plus en détails, dans ces caractéristiques et autres avantages, en référence aux dessins annexés, donnés à titre purement illustratif et dans lesquels: la Figure 1 représente un schéma d'un premier mode de réalisation du capteur selon la présente invention; la Figure 2 représente une vue latérale, en section partielle par un plan vertical médian passant par les connecteurs d'un deuxième mode de réalisation d'un capteur selon l'invention; la Figure 3 représente une variante du mode de réalisation précédent; la Figure 4 représente une vue latérale, en section partielle par un plan vertical médian passant par les connecteurs d'un quatrième mode de réalisation d'un capteur selon l'invention, et la Figure 5 représente une vue en perspective d'un autre mode de réalisation du capteur conforme à la présente invention. Selon la présente invention, la partie protégée du capteur est avantageusement constituée par l'élément sensible (12) et/ou le support (14) et/ou les électrodes (18, 20). Sur la Figure 1, on voit un premier mode de réalisation d'un capteur d'humidité relative (10) selon l'invention comportant une partie protégée constituée par: - un élément sensible (12) en contact direct avec un milieu extérieur porté par un support (14) comportant des contacts électriques ou connexions (16) de composants électroniques, (circuit imprimé (40), circuit électronique (42)) de l'élément sensible (12), - des connecteurs (deux électrodes dont une anode (18), et une cathode (20) l'anode (18) traversant un isolant telle qu'un matériau en verre (19)), et - des fils électriques gainés (34). Dans cet exemple de réalisation du capteur de l'invention, le moyen de protection est constitué par un gel (30). De préférence ce gel est à base de silicones. Sur la Figure 2, on a représenté un boîtier (22) dans lequel est placé l'élément sensible (12) et son support (14), et qui comporte une fenêtre (24) agencée en regard d'une face de l'élément sensible (12) et équipée d'une membrane filtrante (26). Dans ce mode de réalisation, on observe que: - la partie supérieure de l'élément sensible (12) est en contact avec le milieu extérieur pour " visualiser " l'humidité relative à mesurer; - l'élément sensible (12) est solidaire d'un support/substrat (14) conducteur de préférence, l'élément sensible (12) étant posé ou collé sur le support/substrat (14) avec une colle conductrice; - un boîtier (22) entoure l'élément sensible (12) et son support (14); et que - des sorties électriques interconnectées au support/substrat (14) sont prévues, une première broche de sortie qui est solidaire du support (14) ainsi qu'une deuxième broche qui traverse le support (14) en passant à travers un isolant (19) -pouvant être, par exemple, en verre de manière à éviter les courts-circuits. Dans ce deuxième mode de réalisation plusieurs protections sont ainsi schématisées: - la fenêtre de visualisation ou d'échange avec l'extérieur (24), agencée sur le boîtier (22), est équipée d'une membrane filtrante (26). Le choix du matériau permet une étanchéité parfaite au fenêtrage. Ainsi, ladite membrane filtrante (26) est fixée de manière étanche au rebord (29) de ladite fenêtre (24). De préférence, la membrane filtrante est à base de résine fluorocarbonée. Elle peut être réalisée en Téflon(, ou en Goretex(, ces matériaux étant cités à titre non limitatif. - un gel (30), de préférence à base de silicones, protège la partie externe des électrodes (18, 20). Sur la Figure 3, est représentée une variante du mode de réalisation précédent dans laquelle: - est absente la membrane filtrante; et - un gel (30), de préférence siliconé, vient noyer le support (14) et les parties externes des interconnexions à l'intérieur du boîtier (22). Bien entendu, dans un tel mode de réalisation il est tout à fait envisageable de prévoir, selon encore une autre variante non représentée, la présence d'une membrane filtrante à l'instar25 du capteur schématisé à la Figure 2. Sur la Figure 4 est schématisé encore un autre mode de réalisation du capteur de l'invention dans lequel on observe que: - l'électrode (20) est reliée électriquement à l'élément sensible (12) et est maintenue mécaniquement par le support/substrat (14); - l'électrode 18 est reliée électriquement à l'élément sensible (12) et est maintenue mécaniquement par l'isolant (19) qui permet l'isolation galvanique entre l'électrode (18) et le substrat (14). - la protection contre les agressions physico-chimiques, ou contre des impuretés, des électrodes (18, 20), du substrat (14) et éventuellement d'une partie de l'élément sensible (12) est assurée par un revêtement en matière isolante, avantageusement5 réalisé par époxyage (32). Bien entendu, dans un tel mode de réalisation il est tout à fait envisageable de prévoir, selon encore une autre variante non représentée, la présence d'une membrane filtrante à l'instar10 du capteur schématisé à la Figure 2. Sur la Figure 5 on voit encore un autre mode de réalisation du capteur conforme à la présente invention. Dans cette variante d'exécution, non seulement un fenêtrage (24,25) est prévu de part et d'autre de l'élément sensible (12) mais en outre, ledit fenêtrage présente une ouverture de plus grande taille comparée à celle des autres modes de réalisation décrits ci-dessus du capteur de l'invention. Cette ouverture, située à la hauteur de l'élément sensible (12), permet avantageusement un échange d'air par rapport à l'axe de l'élément sensible (12). Ainsi l'échange entre l'air extérieur et l'air intérieur est favorisé contrairement à certaines réalisations de capteurs d'humidité relative dans lesquelles l'air se piège à l'intérieur au fur et à mesure ou à d'autres réalisations encore o des ouvertures sont disposées tout autour de l'élément sensible, ces différents autres systèmes n'étant pas très performants.30 Aussi dans la variante d'exécution qui est représentée à la Figure 5, le boîtier (22) du capteur (10) conforme à l'invention comporte deux fenêtres (24, 25) opposées agencées de part et d'autre de l'élément sensible (12), chacune des fenêtres étant35 équipée d'une membrane filtrante (26, 27). De préférence, le boîtier (22) présente une forme cylindrique et les fenêtres (24,25) sont diamétralement opposées, l'élément sensible (12) étant agencé dans un plan axial du boîtier (22).5 Lorsque le boîtier du capteur conforme à la présente invention est de forme cylindrique, le pas de vis (23) est aussi de manière avantageuse enduit d'une graisse de silicones pour mieux résister, par exemple, aux agressions salines.10 Des protections complémentaires pour la connexion entre l'élément sensible et les connecteurs par un gel, à base de silicones par exemple, ainsi que pour les connecteurs eux-mêmes, par époxyage, comme il vient d'être décrit ci-dessus, sont bien15 entendu également souhaitables dans le cas de cette autre variante d'exécution. En conséquence, la présente invention procure pour la première fois un capteur d'humidité relative, notamment pour appareil de chauffage et/ou climatisation, protégé dans ces constituants essentiels et qui est approprié pour une utilisation notamment dans des conditions environnementales sévères comme décrites ci-dessus améliorant nettement, en particulier, la sécurité et le confort dans la conduite25 automobile. Il REVENDICATIONS 1. Capteur d'humidité relative (10), notamment pour appareil de chauffage et/ou climatisation, du type comportant un élément sensible (12) relié électriquement à au moins deux électrodes (18, 20) et porté par un support (14), caractérisé en ce qu'au moins une partie du capteur (10) est protégée par au moins un moyen de protection (26, 27, 30, 32) perméable à l'eau et à10 l'air et imperméable aux impuretés. 2. Capteur d'humidité relative selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite au moins une partie protégée du capteur est constituée par l'élément sensible (12) et/ou le15 support (14) et/ou les électrodes (18, 20). 3. Capteur d'humidité relative selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit au moins un moyen de protection est constitué par un gel (30), de préférence à base de silicones. 4. Capteur d'humidité relative selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit gel (30) est déposé par centrifugation en une couche d'épaisseur25 constante. 5. Capteur d'humidité relative selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que sur l'élément sensible (12) ladite couche présente une épaisseur d'environ 130 micron à environ 50 microns. 6. Capteur d'humidité relative selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément sensible (12) et son support (14) sont disposés dans un boîtier (22) comportant au moins une fenêtre (24) agencée en regard d'une face de l'élément sensible (12). 7. Capteur d'humidité relative selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite au moins une fenêtre (24, 25) est équipée d'une membrane filtrante (26). 8. Capteur d'humidité relative selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite membrane filtrante (26, 27) est fixée de manière étanche au rebord (29) de ladite fenêtre (24, 25). 9. Capteur d'humidité relative selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le boîtier (22) comporte deux fenêtres opposées (24, 25) agencées de part et d'autre de l'élément sensible, chacune des fenêtres étant équipée d'une membrane filtrante (26, 27). 10. Capteur d'humidité relative selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le boîtier (22) est cylindrique et les fenêtres (24, 25) sont diamétralement opposées, l'élément sensible (12) étant agencé dans un plan20 axial du boîtier (22). 11. Capteur d'humidité relative selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que ladite membrane filtrante (26, 27) est à base d'une résine fluorocarbonée.25 12. Capteur d'humidité relative selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit au moins un moyen de protection est constitué par un revêtement en matière isolante (32), réalisé notamment par époxyage, et en ce que la partie protégée30 par époxyage est constituée par le support (14) et/ou les électrodes (18, 20) et éventuellement une partie de l'élément sensible (12).