Brevet FR2817619A1 — publié le 20020607

L'invention concerne un dispositif d'étanchéité pour un détecteur de température ou un détecteur de gaz, qui comporte un élément de détection pourvu d'un côté de mesure et d'un côté de raccordement, et un boîtier de détecteur, et dans lequel l'élément de détection est disposé dans un boîtier du détecteur et est relié au boîtier du détecteur au moins par l'intermédiaire du dispositif d'étanchéité, le dispositif d'étanchéité étant constitué par un élément d'étanchéité, une pièce de forme côté raccordement et une pièce de forme côté mesure et est disposé entre la pièce de forme côté raccordement et la pièce de forme côté mesure. L'invention concerne en outre un procédé pour fabriquer un tel dispositif d'étanchéité et l'utilisation d'une feuille de graphite. DE 197 14 203 C2 décrit à cet égard un système d'étanchéité entre un élément de détection et un boîtier métallique de détection d'un détecteur de gaz, dans lequel on utilise un élément d'étanchéité formé de 5 à 10 % en poids de l'allotrope hexagonal du nitrure de bore et au moins un composé céramique à base d'oxyde, de préférence de la stéatite. L'élément d'étanchéité préformé à partir d'un mélange pulvérulent est préfritté. Pour établir l'étanchéité entre l'élément de détection et le boîtier du détecteur, on dispose l'élément d'étanchéité ainsi préfabriqué et encore déformable, entre deux pièces de forme céramique, et on applique à ces pièces une force en direction de l'élément d'étanchéité. L'élément d'étanchéité se déforme et établit entre l'élément de détection et le boîtier du détecteur une liaison étanche aux gaz. Un serrage des pièces de forme céramique contre l'élément d'étanchéité est obtenu en permanence après déformation, par l'intermédiaire d'une douille métallique. DE 197 34 575 C2 décrit un dispositif similaire pour une même procédure de fabrication, dans laquelle on utilise un élément d'étanchéité formé d'un mélange consti- tué par un composé céramique et au moins un composé fluoré. Comme composé céramique, il est préférable d'utiliser de la stéatite ou l'allotrope hexagonal du nitrure de bore. Comme composé fluoré, on utilise un fluorure métallique bivalent ou trivalent, comme par exemple un fluorure de Ca, de Mg, de Sr, de Al ou de Y en une quantité comprise entre 15 et 70 % en poids. DE 195 32 090 Al décrit un dispositif similaire pour le même procédé de fabrication, dispositif dans lequel on utilise deux éléments d'étanchéité superposés formés de nitrure de bore et de stéatite. DE 196 28 423 C2 décrit un dispositif similaire pour le même procédé de fabrication, dans lequel on utilise un élément d'étanchéité formé à partir d'une poudre de stéatite. EP 0 939 314 A2 décrit un détecteur de gaz, dans lequel un élément de détection et un boîtier métallique sont étanchéifiés par l'intermédiaire d'un élément isolant. L'étanchéité entre l'élément de détection et l'élément isolant s'effectue à l'aide d'une matière contenant du verre, l'étanchéité étant délimitée des deux côtés de préférence par une couche d'amortissement formée de particules d'une charge de remplissage telle que Al203 ou du talc et des particules de liant tel que de l'argile ou des particules de verre cristallin. Les formes de réalisation indiquées plus haut présentent toutes l'inconvénient consistant en ce que l'élément d'étanchéité est formé par une poudre mélangée. Le traitement de poudre implique une technique opératoire compliquée et implique une charge élevée en poussière. La plupart du temps les poudres sont prédensifiées au moyen d'un procédé de mise en forme, pour former un corps pouvant être mieux manipulé et sont en outre préfrittées pour accroître la solidité. Dans le cas de l'utilisation de garnitures d'étanchéité en verre, une cuisson conjointement avec l'élément de détection est nécessaire pour obtenir une fusion du verre et un mouillage de l'élément de détection. Cependant les processus de mise en forme et de traitement thermique prennent toujours du temps et sont onéreux. Le problème de l'invention est de préparer un dispositif d'étanchéité simple pour un détecteur de température ou de gaz et un procédé de fabrication bon marché. Le problème est résolu grâce au fait que l'élément d'étanchéité est formé par un corps formé d'une feuille de matière plastique. Ce corps formé d'une feuille de matière plastique est obtenu par le fait qu'on applique une feuille de graphite ou une structure formée d'une feuille de graphite, qui peut être prédensifiée, d'une manière quelconque autour de l'élément de détection et on la comprime sur la pièce de forme située côté raccord et de la pièce de forme située côté mesure. Après la densification, un serrage des pièces de forme sur l'élément d'étanchéité est maintenu en permanence. La feuille de graphite peut être enroulée par exemple autour de l'élément de détection, mais on peut également utiliser une structure repliée formée d'une feuille de graphite, à la manière d'une fraise de col ou dans une simple disposition empilée. Dans le dispositif d'étanchéité selon l'invention il est avantageux de n'utiliser aucune poudre, mais d'utiliser une feuille pouvant être manipulée aisément. Un processus de mise en forme et de préfrittage, du type usuel pour les poudres, peut être par conséquent éliminé. Après la densification de la feuille de graphite pour former le corps en feuille de graphite, l'étanchéité entre l'élément de détection et le boîtier du détecteur est une étanchéité vis-à-vis des gaz et de l'humidité, sans aucun traitement thermique. Le corps formé de la feuille de graphite reste exempt de tout retrait et est élastique lors d'une utilisation ultérieure du détecteur de température ou de gaz, par exemple dans le système des gaz d'échappement d'un véhicule automobile. Par conséquent il n'apparaît aucune fissure ou fente pouvant conduire à des défauts d'étanchéi- té. Une utilisation du corps formé de la feuille de graphite est réalisée dans une atmosphère oxydante atteignant jusqu'à SOOOC et dans une atmosphère réductrice jusqu'à 2500 C. De même la stabilité chimique du corps formé de la feuille de graphite est très bonne, en dehors du contact avec des substances fortement oxydantes. D'une manière générale les deux corps de forme, entre lesquels est disposé le corps formé de la feuille de graphite, fournissent une large protection supplémentaire vis-à-vis de l'atmosphère et vis-à-vis d'attaques chimiques. Il est préférable que l'élément d'étanchéité possède une largeur comprise entre 1 mm et 15 mm. Ce dispositif d'étanchéité est particulièrement avantageux lorsque l'élément de détection est constitué par un substrat planar formé de Ail203 ou de ZrO2, sur le côté de mesure duquel est disposée au moins une couche sensible, que sur le côté raccordement sont disposés au moins deux contacts électriques et des voies électriquement conductrices pour relier les zones sensibles et les contacts électriques, une couche électriquement isolante séparant électriquement les voies conductrices de l'élément d'étanchéité. Le dispositif d'étanchéité est également avantageux lorsque l'élément de détection est formé par un petit tube en A203 ou en ZrO2, sur le côté de mesure duquel est disposée une zone sensible et sur le côté raccordement duquel sont disposés au moins deux contacts électriques et des voies électriquement conductrices destinées à relier les zones sensibles et les contacts électriques, une couche électriquement isolante séparant électriquement les voies conductrices par rapport à l'élément d'étanchéité. Il s'est avéré avantageux que la pièce de forme côté raccordement et la pièce de forme côté mesure soient formées par une céramique électriquement isolante, notam- ment du Ail203 ou de la stéatite. De préférence le boîtier du capteur est formé d'un métal. Le problème est résolu en ce qui concerne le procédé par le fait qu'on enveloppe l'élément de détection perpendiculairement à son axe longitudinal, dans au moins une zone partielle, avec une feuille de graphite ou avec une structure formée d'une feuille de graphite, qu'on dispose l'élément de détection entouré par la feuille de graphite ou par la structure formée d'une feuille de graphite, dans le boîtier du détecteur, qu'on dispose la pièce de forme côté raccordement et la pièce de forme côté mesure dans le boîtier du capteur de telle sorte que, vues dans la direction de l'axe longitudinal de l'élément de détection, ces pièces de forme sont situées en avant et en arrière de la structure formée de la feuille de graphite, et qu'on applique aux pièces de forme une force en direction de la feuille de graphite ou de la structure formée de la feuille de graphite et qu'on déforme la feuille de graphite ou la structure formée de la feuille de graphite de telle sorte qu'on obtient un corps pourvu de la feuille de graphite, qui établit une liaison étanche aux gaz et à l'humidité entre l'élément de détection et le boîtier du détecteur. Avantageusement un traitement thermique n'est pas nécessaire. Assurément la structure formée d'une feuille de graphite peut être prédensifiée mécaniquement. Le procédé est particulièrement simple lorsqu'on enroule une feuille de graphite au moins sur une partie de l'élément de détection, perpendiculairement à son axe longitudinal, notamment lorsqu'on applique l'enroulement entre 3 fois et 20 fois sur l'élément de détection. L'utilisation d'une feuille de graphite pour fabriquer le dispositif d'étanchéité et pour établir l'étanchéité entre un élément de détection et un boîtier d'un détecteur de température ou de gaz est idéale. Une feuille de graphite, qui comporte un gaufrage, est parti- culièrement bien déformable et élastique. Pour pouvoir insérer la feuille de graphite dans l'espace compris entre l'élément de détection et le boîtier du détecteur, la feuille devrait posséder une épaisseur située dans la gamme allant de 0,1 mm à 1 mm et de préférence dans la gamme allant de 0,4 mm à 0,6 mm. Pour envelopper uniquement une partie de l'élément de détection avec la feuille de graphite et d'obtenir, après la densification, un corps formé de la feuille de graphite encore suffisamment large, la feuille de graphite devrait posséder une largeur située dans la gamme comprise entre environ 2 mm et 25 mm et de préférence dans la gamme égale à 10 mm. Il est particulièrement approprié d'utiliser ici une feuille de graphite du type Supagraf ? 505 de la société James Waker Belgum N. V. située à Wilrijk-Anvers. Cette feuille ne doit posséder aucun constituant qui soit volatil lors d'un accroissement de la température. Par conséquent la feuille est complètement exempte de tout retrait. En outre la feuille de graphite possède un coefficient de dilatation thermique a égal à 7. 10-6 1/K, qui est accordé sur celui de l'oxyde d'aluminium, du type fréquemment utilisé pour des substrats d'éléments de détection. Les figures 1 à 4 vont permettre d'expliquer l'invention à titre d'exemple. La figure 1 représente une coupe longitudinale d'un détecteur de température comportant un élément de détection planar. La figure 2 représente une coupe transversale du détecteur de température de la figure 1 dans la zone de l'élément d'étanchéité. La figure 3 représente une coupe longitudinale d'un détecteur de gaz comportant un élément de détection en forme de petit tube. La figure 4 représente une coupe transversale du détecteur de gaz de la figure 3 dans la zone de l'élément de détection. La figure 1 représente une coupe longitudinale d'un détecteur ou capteur de température comportant un élément de détection 1 et un boîtier de détecteur 2, le boîtier 2 du détecteur étant ici simplement indiqué. L'élément de détection 1 se compose d'un substrat céramique planar 3 formé de Al203, sur lequel sont disposés une zone sensible 4 sur le côté de mesure et deux contacts électriques 5 sur le côté de raccordement. La zone sensible 4 et les contacts électriques 5 sont reliés entre eux par l'intermédiaire de conducteurs électriques 6. Les conducteurs électriques 6 sont recouverts en partie par une couche électriquement isolante 7. Entre l'élément de détection 1 et le boîtier du détecteur est disposé, pour la formation d'une liaison étanche aux gaz et à l'humidité, le corps 8 formé d'une feuille de graphite qui est délimité par la pièce de forme 9 située côté raccordement et formée de stéatite et par la pièce de forme 10 située côté mesure et formée de stéatite. La couche électriquement isolante 7 empêche un contact entre les conducteurs électriques 6 et le corps 8 formé de la feuille de graphite, de manière à éviter la formation d'un court-circuit entre les deux conducteurs électriques 6 sur la base de la bonne conductivité diélectrique du graphite. La figure 2 représente une coupe transversale AA'possible du détecteur de température de la figure 1 comportant l'élément de détection 1 et le boîtier de détecteur 2. Le boîtier 2 du détecteur est ici agencé sous la forme d'un tube ayant une section transversale circulaire, mais il pourrait être également agencé sous la forme d'un tube possédant une section transversale rectangulaire. On reconnaît le substrat 3, les conducteurs électriques 6 et la couche électriquement isolante 7 de l'élément de détection 1. Le corps formé de la feuille de graphite 8 forme une liaison étanche aux gaz et à l'humidité entre l'élément de détection 1 et le boîtier 2 du détecteur. La figure 3 représente une coupe longitudinale d'un détecteur de gaz comportant un élément de détection 1 et un boîtier 2, le boîtier 2 du détecteur étant ici à nouveau simplement indiqué. L'élément de détection 1 se compose d'un substrat céramique 3 en forme de petit tube, fermé d'un côté et constitué par du ZrO2, sur le côté de mesure duquel est disposée une zone sensible 4 et sur le côté de raccordement duquel sont disposés deux contacts électriques 5. La zone sensible 4 et les contacts électriques 5 sont reliés entre eux par l'intermédiaire de conducteurs électriques 6. Les conducteurs électriques 6 sont recouverts partiellement par une couche électriquement isolante 7. Entre l'élément de détection 1 et le boîtier 2 du détecteur est disposé, pour l'établissement d'une liaison étanche aux gaz et à l'humidité, le corps formé d'une feuille de graphite 8, qui est délimité par la pièce de forme 9 située côté raccordement et formée de Ail203 et par la pièce de forme 10 située côté mesure et formée de Ail203. La couche électriquement isolante 7 empêche un contact entre les conducteurs électriques 6 et le corps 8 formé d'une feuille de graphite, de manière à éviter la formation d'un court-circuit entre les deux conducteurs électriques 6 sur la base de la bonne conductivité électrique du graphite. La figure 4 représente une coupe transversale possible B-B'du détecteur de gaz de la figure 3 comportant un élément de détection 1 et le boîtier 2. Le boîtier 2 du détecteur est agencé ici sous la forme d'un tube possédant une section transversale de forme circulaire, mais il pourrait être également agencé sous la forme d'un tube possédant une section transversale rectangulaire. On reconnaît le substrat 3, les conducteurs électriques 6 et la couche électriquement isolante 7 de l'élément de détection 1. Le corps 8 formé par la feuille de graphite constitue une liaison étanche aux gaz et à l'humidité entre l'élément de détection 1 et le boîtier 2 du détecteur. Sur cette figure on peut voir que le substrat 3 possède, sur sa paroi intérieure, un autre conducteur électrique 11, par exemple pour l'établissement du contact d'une électrode de référence, et la cavité 12, par exemple pour un gaz de référence. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité pour un détecteur de température ou un détecteur de gaz, qui comporte un élément de détection (1) pourvu d'un côté de mesure et d'un côté de raccordement, et un boîtier de détecteur (2), et dans lequel l'élément de détection est disposé dans un boîtier du détecteur et est relié au boîtier (2) du détecteur au moins par l'intermédiaire du dispositif d'étanchéité, le dispositif d'étanchéité étant constitué par un élément d'étanchéité (8), une pièce de forme (9) côté raccordement et une pièce de forme (10) côté mesure et est disposé entre la pièce de forme côté raccordement et la pièce de forme côté mesure, caractérisé en ce que l'élément d'étanchéité (8) raccordement est formé par un corps formé d'une feuille de graphite. 2. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément d'étanchéité (8) possède une largeur comprise entre 1 mm et 15 mm. 3. Dispositif d'étanchéité selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément de détection (1) est formé par un substrat planar en Ail203 ou en ZrO2, sur le côté de mesure duquel est disposée au moins une zone sensible (4) et sur le côté raccordement duquel sont disposés au moins deux contacts électriques (5) et des voies électriquement conductrices destinées à relier les zones sensibles et les contacts électriques, une couche électriquement isolante séparant électriquement les voies conductrices par rapport à l'élément d'étanchéité. 4. Dispositif d'étanchéité selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément de détection est formé par un petit tube en Ail203 ou en ZrO2, sur le côté de mesure duquel est disposée une zone sensible (4) et sur le côté raccordement duquel sont disposés au moins deux contacts électriques (5) et des voies électriquement conductrices destinées à relier les zones sensibles et les contacts électriques, une couche électriquement isolante (7) séparant électriquement les voies conductrices par rapport à l'élément d'étanchéité. 5. Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la pièce de forme (9) côté raccordement et la pièce de forme (10) côté mesure sont formées par une céramique électriquement isolante. 6. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on utilise du Ail203 ou de la stéatite comme céramique électriquement isolante. 7. Dispositif d'étanchéité selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le boîtier du détecteur est réalisé en un métal. 8. Procédé pour fabriquer un dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on enveloppe l'élément de détection perpendiculairement à son axe longitudinal, dans au moins une zone partielle, avec une feuille de graphite ou avec une structure formée d'une feuille de graphite, qu'on dispose l'élément de détection entouré par la feuille de graphite ou par la structure formée d'une feuille de graphite, dans le boîtier du détecteur, qu'on dispose la pièce de forme côté raccordement et la pièce de forme côté mesure dans le boîtier du capteur de telle sorte que, vues dans la direction de l'axe longitudinal de l'élément de détection, ces pièces de forme sont situées en avant et en arrière de la structure formée de la feuille de graphite, et qu'on applique aux pièces de forme une force en direction de la feuille de graphite ou de la structure formée de la feuille de graphite et qu'on déforme la feuille de graphite ou la structure formée de la feuille de graphite de telle sorte qu'on obtient un corps pourvu de la feuille de graphite, qui établit une liaison étanche aux gaz et à l'humidité entre l'élément de détection et le boîtier du détecteur. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on enroule une feuille de graphite au moins sur une partie de l'élément de détection, perpendiculairement à son axe longitudinal. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on applique l'enroulement entre 3 fois et 20 fois sur l'élément de détection. 11. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la structure formée de la feuille de graphite est prédensifiée mécaniquement. 12. Utilisation d'une feuille de graphite pour former un dispositif d'étanchéité servant à établir l'étanchéité entre l'élément de détection et un boîtier d'un détecteur de température ou de gaz. 13. Utilisation selon la revendication 12, caractérisée en ce que la feuille de graphite possède un gaufrage. 14. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 12 à 13, caractérisée en ce que la feuille de graphite possède une épaisseur dans la gamme comprise entre 0, 1 mm et 1 mm. 15. Utilisation selon la revendication 14, caractérisée en ce que la feuille de graphite possède une épaisseur comprise entre 0,4 mm et 0,6 mm. 16. Utilisation selon l'une des revendications 12 à 15, caractérisée en ce que la feuille de graphite possède une largeur située dans la gamme de 2 mm à 25 mm. 17. Utilisation selon la revendication 16, caractérisée en ce que la feuille de graphite possède une largeur de l'ordre de 10 mm.