Brevet FR2822231A1 — publié le 20020920

I'avion. CAPTEUR DE TEMPÉRATURE La présente invention concerne un capteur de tem- pérature, dans lequel un élément formant thermistance est supporté par un câblage (une tige gainée) servant à déli- vrer un signal de la thermistance à l'extérieur au moyen de la réunion de fils d'électrode de l'élément formant ther- mistance au câblage. Habituellement, un capteur de température de ce type est proposé, selon un agencement classique, dans le brevet japonais publié sans examen (Kokai) N 2000-88673. Le capteur de température comprend un élément formant thermis- tance, des fils d'électrode reliés à l'élément formant thermistance pour détecter un signal de la thermistance et un câblage (une tige gainée) servant à délivrer le signal de thermistance ainsi détecté à l'extérieur, et, dans le capteur de température, l'élément formant thermistance est supporté par le câblage au moyen de la jonction des fils d'électrode au câblage. Par ailleurs, le capteur de température classique mentionné précédemment est agencé de telle sorte qu'un corps moulé en céramique est disposé autour d'une périphé- rie extérieure de l'élément formant thermistance, tandis qu'un interstice est prévu entre l'élément formant thermis- tance et le corps céramique moulé, et en outre qu'une péri- phérie du corps en céramique moulé est recouverte par un capot métallique. En effet, étant donné que l'élément formant ther- mistance, qui est réuni au câblage et est supporté par ce dernier, est situé dans un état, dans lequel l'élément for- mant thermistance flotte dans le capot métallique, dans le cas o des vibrations sont appliquées au capteur de tempé rature, une charge est appliquce aux fils d'électrode qui supportent l'élément formant thermistance, ce qui conduit à un risque consistant en ce que les fils d'électrode se rompent. Pour traiter ce problème, il a été proposé de remplir l'intérieur du corps céramique moulé logeant l'élément formant thermistance avec un adbésif minéral de manière à fixer l'élément formant thermistance et les fils d'électrode. Mais dans ce cas, lorsque la température devient élevée, une contrainte de traction est appliquée aux fils d'électrode en raison de la différence de coeffi cients de dilatation linéaire entre des fils d'électrode et l'adhésif minéral fixé aux fils d'électrode, ce qui conduit également au risque que les fils d'électrode se rompent. C'est pourquoi la présente invention a été déve loppée sur la base du problème indiqué précédemment, et un but de l' invention est de fournir un capteur de tempéra ture, dans lequel un élément formant thermistance est sup porté par un câblage de manière à délivrer un signal de la thermistance à l'extérieur, au moyen de la jonction de fils d'électrode de l'élément formant thermistance au câblage, de sorte que la résistance des fils d'électrode de l'élément formant thermistance aux vibrations est amélio rce, ce qui empêche une rupture des fils d'électrode. En vue d'atteindre l'objectif indiqué précédem ment, il est prévu conformément à la présente invention un capteur de température, caractérisé en ce qu'il comporte un élément formant thermistance, des fils d'électrode, qui sont reliés audit élément formant thermistance pour détec ter un signal de la thermistance, et un câblage servant à délivrer ledit signal de la thermistance à l'extérieur, ledit élément formant thermistance étant supporté par ledit câblage au moyen de la réunion desdits fils d'électrode audit câblage, caractérisé en ce qu'au moins des parties desdits fils d'électrode sont maintenues dans un état non fixé, par un isolant. Conformément à la présente invention, étant donné que les fils d'électrode sont retenus par l'isolant, méme dans le cas o des vibrations sont appliquées au capteur, les fils d'électrode ne peuvent pas vibrer, ce qui a pour effet que la résistance des fils d'électrode aux vibrations est améliorée. En outre étant donné que l'isolant est un corps moulé et n'est pas fixé aux fils d'électrode, il ne se présente aucun cas o une contrainte de traction est appliquée aux fils d'électrode à partir de l'isolant lorsque la température devient élevée. Selon une caractéristique de l' invention, ledit isolant comprend de l'alumine ou de la mullite. Selon une caractéristique de l' invention, ledit isolant comporte des zones formant trous, dans lesquelles lesdits fils d'électrode sont insérés, et lesUits fils d'électrode sont supportés dans lesdites zones formant trous. Selon une caractéristique de l' invention, ledit isolant est formé par l ' assemblage d' une pluralité de par- ties, qui sont divisées au niveau desdites zones formant trous. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci après prise en référence aux dessins annexés, sur les quels: - la figure 1 est une vue en coupe partielle mon trant l'agencement d'ensemble d'un capteur de température selon une forme de réalisation de l'inventioni - la figure 2 est une vue en coupe à plus grande échelle montrant une partie de détection de température du capteur de température représenté sur la figure 1; - la figure 3 est un schéma représentant l'état dans lequel un seul isolant représenté sur la figure 2 est divisé; - la figure 4A est un graphique représentant le résultat d'un test de résistance aux vibrations exécuté à 900 C en l' absence d'un tel isolant, tandis que la figure 4B est un graphique représentant le résultat d'un test de vibration exécuté à 900 C en présence de l'isolant; - la figure 5A est un graphique représentant le résultat d'un test de résistance aux vibrations exécuté à 1000 C en l' absence d'un tel isolant, tandis que la figure B est un graphique représentant le résultat d'un test de vibration exécuté à 1000 C en présence de l'isolant; - la figure 6 est un schéma représentant un isolant modifié; et - la figure 7 est une vue en coupe représentant un état dans lequel un corps céramique moulé est intercalé entre un capot métallique et un élément formant thermis- tance et l'isolant La présente invention va être décrite ci-après sur la base de formes de réalisation représentées sur les dessins annexés. La figure 1 représente l'agencement d'ensemble d'un capteur de température S1 selon une forme de réalisation de la présente invention, dans lequel le capteur de température est représenté en coupe transver- sale, hormis une partie de détection de température 1 de ce capteur. En outre, la figure 2 est une vue en coupe à plus grande échelle de la partie 1 de détection de température représentée sur la figure 1. Le capteur de température S1 est monté par exemple dans le système d'échappement d'une automobile, pour être utilisé en tant que capteur de la température des gaz d'échappement. Tout d'abord, en se référant principalement à la figure 2, on va décrire la partie 1 de détection de tempé rature. Le chiffre de référence 2 désigne un capot métal lique formé d'un métal tel que de l'acier inoxydable, qui présente une résistance supérieure à la chaleur et, dans cette forme de réalisation, le capot métallique 2 est agencé avec une forme cylindrique étagée comportant une partie inférieure à une extrémité et une ouverture à son autre extrémité. Un élément formant thermistance 3 est logé dans le capot métallique 2, sur une extrémité de ce dernier (l 'extrémité o la partie inférieure est prévue). Dans cette forme de réalisation, l'élément for- mant thermistance 3 peut supporter une utilisation à des températures élevoss (par exemple 800 C ou plus) et un corps cylindrique moulé et fritté constitué par un matériau semiconducteur (matériau de thermistance) comprenant du (Y-Cr-Mn)O-Y2O3 en tant que constituant principal. En outre, une paire de fils d'électrode 4 est connectée à l'élément formant thermistance 3 pour détecter un signal de thermistance (un signal de sortie utilisant une caractéristique résistance (R) - température (T)). Les fils d'électrode 4 comprennent un fil en métal précieux tel que du platine, un fil de verre-métal ou un fil de cuivre et sont connectés à l'élément formant thermistance 3 en y étant fixés par montage frété, lorsque l'élément formant thermistance 3 est fritté. Dans cette forme de réalisation, les fils d'électrode respectives 4 sont distants l'un de l'autre en étant parallèles et partent à partir de l'élément formant thermistance 3 de manière à s'étendre en direction de l'autre extrémité (l 'extrémité o l'ouverture est prévue) du capot métallique 2, le long de l'axe de ce dernier. En outre, dans cette forme de réalisation, on utilise des fils de platine pour l'électrode respective 4. En outre, à l'autre extrémité (l'extrémité o l'ouverture est prévue) du capot métallique 2, une tige gainée 5 qui agit en tant que câblage pour la délivrance d'un signal de la thermistance à partir des fils d'électrode 4 en direction de l'extérieur, est insérce dans le capot métallique 2 à partir de l'ouverture de ce dernier. La tige gainée 5 est agencée de telle sorte qu'une paire de fils centraux 5a formés d'un métal tel que de l'acier inoxydable, est logée dans le tube extérieur 5b formé d' un métal tel que l' acier inoxydable, et qu'une poudre isolante formée de magnésie est introduite entre les fils centraux 5a et le tube extérieur 5b. Cette tige gainée 5 et le capot métallique 2 sont réunis et fixés entre eux par matage du capot métallique 2 à son autre extrémité autour du tube extérieur 5b de la tige gainée 5 et soudage de la partie matée autour de la circonférence complète de la tige, ce qui a pour effet que l'élément formant thermistance 3 logé dans le capot métal- llque 2 ne peut pas être exposé à l'environnement exté- rieur. Ensuite, sur l'extrémité du capot métallique 2, o la tige gainée 5 est insérée dans le capot métallique 2, les fils 5a du noyau font saillie à partir du tube exté- rieur 5b et les fils centraux respectifs 5a, qui sont ainsi en saillie, sont amenés à chevaucher la paire de fils d'électrode 4, ce qui a pour effet que la paire de fils 5a sont réunis à la paire de fils d'électrode 4 par soudage par résistance ou par soudage par laser des parties en che vauchement (parties de jonction K sur la figure 2). Ensuite on connecte électriquement les fils 4, 5a entre eux par l'intermédiaire des parties de jonction K. Ici comme cela est représenté sur la figure 2, un isolant 6 est prévu entre l'élément formant thermistance 3 et une partie d'extrémité du tube extérieur 5a de la tige gainée 5 pour retenir la paire de fils d'électrode 4. L'isolant 6 possade une paire de zones formant trous 6a, dans lesquelles les fils d'électrode sont insérés de sorte que les fils d'électrode 4 ainsi insérés sont supportés respectivement dans les zones de trous 6a. L'agencement de l'isolant lui-même est représenté sur la figure 3. Comme représenté sur la figure 3, dans cette forme de réalisation, l'isolant 6 est un tube isolant cylindrique formé d'alumlne ou de mullite qui possède essentiellement le même coefficient de dilatation linéaire que celui du platine qui constitue les fils d'électrode 4 dans cette forme de réali sat ion, et des trous internes (trous traversants) du tube isolant sont agencés comme les zones de trous 6a. L'isolant 6 est constitué par assemblage de deux parties divisées 6b, qui sont diviséss en deux dans une position correspondant aux zones de trous 6a le long des axes de ces zones. Ensuite on insère les fils d'électrode 4 et les fils centraux 5a et on les dispose dans les zones de trous 6a de l'isolant 6 conjointement avec les parties de jonc tion K des fils d'électrode 4 et des fils centraux 5a de manière qu'ils soient retenus par l'isolant 6, ce qui a pour effet que les fils d'électrode 4 et les fils centraux a sont électriquement isolés vis-à-vis du capot métallique 2. Ici les fils 4, 5a et les parties de jonction K ne sont pas fixées à l'isolant 6 dans les zones de trous de ce der- nier de sorte qu'ils peuvent se déplacer dans l'étendue de l'espace respectivement à l'intérieur des zones de trous 6a. En outre, le capot métallique 2 est embouti de telle sorte que son diamètre est réduit par l'intermédiaire d'une partie étagée par rapport à l'autre extrémité (extré mité o l'ouverture est prévue) en direction de la première extrémité (extrémité o la partie de fond est prévue) des capots. En d'autres termes une partie du capot métallique 2, qui loge l'élément formant thermistance 3, est réalisée sous la forme d'une partie de faible diamètre 2a, tandis qu'une partie située à l'extrémité du capot métallique 2, o ce dernier est réuni à la tige gainée 5, est agencée sous la forme d'une partie de grand diamètre 2b. En outre, comme cela est représenté sur la figure 1, une partie d'extrémité opposée de la tige gainée 5 à l'opposé de son extrémité ou la tige gainée 5 est connectée à la partie 1 de détection de température, est connecté électriquement à un élément de câblage 7 pour l'établisse- ment d'une connexion externe. Cet élément de câblage 7 de connexion externe est agencé de manière à être connecté électriquement à un circuit externe, non représenté, le capteur de température S1 et le circuit externe sont à même de communiquer entre eux par l'intermédiaire de cet élément de câblage 7 de connexion externe, pour échanger des slgnaux. Des fils conducteurs respectifs 7a de l'élément de câblage de connexion externe 7 sont connectés électri quement aux fils de ncyau respectifs 5a de la tige gainée 5 par l'intermédiaire de bornes de connexion 8. Par exemple les fils centraux 5a de la tige gainée 5 sont réunis res pectivement aux bornes de connexion, par soudage, tandis que les fils conducteurs 7a de l'élément de câblage de connexion externe 7 sont réunis respectivement aux bornes de connexion par sertissage des bornes de connexion 8. En outre, les parties de jonction des fils conducteurs 7a de l'élément de câblage de connexion externe 7 et les fils centraux 5a de la tige gaince 5 sont recou- verts chacun par un tube de résine 9 formé d'une résine de protection résistante à la chaleur. Une partie de jonction de l'élément de câblage de connexion externe 7 incluant les tubes en résine 9 et la tige gainée 5 ainsi qu'une partie de la tige gainée 5 entre sa partie de connexion au niveau du côté de la partie de détection de température et sa par- tie de connexion au niveau du côté de l'élément de câblage de connexion externe est recouverte par un tube métallique 10 pour sa protection. Ce tube métallique 10 est maté et fixé à l'élément de câblage de connexion externe 7 par l'intermé- diaire d'un tampon de caoutchouc 11 prévu dans l'élément de câblage de connexion externe 7 à une extrémité, o le tube métallique 10 est raccordé à l'élément de câblage de connexion externe 7. En outre une nervure 12 est fixée sur la tige gaince 7 de manière à retenir cette dernière et est fixée à cette tige par matage et soudage. Le tube métallique 10 est monté sur cette nervure 12 et y est fixé par matage et soudage. Un élément fileté (un élément de montage) 13 est prévu de manière à pénétrer dans le tube métallique 10, et étant donné que l'élément fileté 13 est libre sur le tube métallique 10, l'élément fileté 13 peut être connecté aisément par vissage sur une partie de montage du capteur S1. Le capteur de température S1 peut être assemblé par exemple de la manière indiquée ci-après. Les parties respectives sont matées ou soudées conformément à ce qui a été décrit ci-dessus. La tige gainse 5 et l'élément de câblage de connexion externe 7 sont connectés entre eux par l'intermé diaire de bornes de connexion 8, et le tube métallique 10, la nervure 12 et l'élément fileté 13 sont montés autour de la périphérie extérieure de la tige gainée 5. D'autre part, les fils d'électrode 4 de l'élément formant thermistance 3 sont connectés aux fils centraux 5a de la tige gainse 5, et les fils d'électrode 4, les fils centraux 5a et les parties de jonction K sont assemblés à l'isolant 6 de telle sorte qu'ils sont enserrés entre les parties divisées 6b de l'isolant 6. Ensuite on insère l'élément formant thermistance 3, auquel l'isolant 6 est ainsi assemblé, dans le capot métallique 2 qui est agencé par emboutissage avec la forme étagée, et on fixe entre eux le capot métallique 2 et le tube extérieur 5b de la tige gainée 5. Un capteur de tempé- rature S1 représenté sur la figure 1 est ainsi terminé. On introduit ce capteur de température S1 par exemple dans un trou de montage (non représenté) formé dans un tuyau d'échappement d'une automobile, et on met en place le capteur de température S1 moyennant la mis en aboutement de la nervure 12 et du trou de montage, puis on le monte sur le tuyau d'échappement en le vissant dans le trou de montage par l'intermédiaire de l'élément fileté 13. Ensuite, lorsqu'un fluide (tel qu'un gaz d'échappement) devant être mesuré vient en contact avec la partie 1 de détection de température, qui fait saillie dans le tuyau d'échappement, un signal correspondant à la température du fluide devant être mesuré est désigné pour être délivré à l'extérieur par l'intermédiaire des fils d'électrode 4, de la tige gainée 5 et de l'élément de câblage de connexion externe 7 sous la forme d'un signal délivré par l'élément formant thermistance 3. - Comme cela a été décrit précédemment, cette forme de réalisation est caractérisée principalement en ce qu'en réunissant les fils d'électrode respectifs 4 à la tige gainée (un fil) 5, les fils d'électrode 4 sont retenus par l'isolant 6 dans un état non fixé entre l'élément formant thermistance 3 et la tige gainée 5 dans le capteur de tem- pérature S1, dans lequel l'élément formant thermistance 3 est supporté par la tige gaince 5. Conformément à cette forme de réalisation, étant donné que les fils d'électrode respectifs 4 sont retenus par l'isolant 6, même dans le cas o les vibrations (par exemple des vibrations d' automobiles) sont appliquées au capteur S1, les fils d'électrode 4 ne peuvent pas vibrer, ce qui a pour effet que la résistance des fils d'électrode 4 aux vibrations est améliorée. Ici, on va illustrer ci-après des résultats spé- cifiques d'évaluation de l'amélioration de la résistance aux vibrations. On a préparé un échantillon équipé de l'isolant 6 comme dans le cas de cette forme de réalisa tion, et on a préparé un échantillon sans l'isolant 6 à titre d'exemple comparatif. On a soumis les deux échantil lons à des tests de résistance aux vibrations à des tempé ratures de 900 C et 1000 C en appliquant des accélérations aux échantillons dans différentes gammes de fréquences (bandes de fréquences). Les résultats des tests exéautés à 900 C sont représentés sur les figures 4A et 4B, et les résultats des tests effectués à 1000 C sont représentés sur les figures 5A et 5B. Sur ces figures, les accélérations mesurées en G sont portées en ordonnées et les bandes de fréquences en Hz sont portées en abscisses; dans chaque cas, chaque test est effectué avec deux échantillons, le résultat de chaque test étant repéré par O s'il est bon et par X s'il est défaillant. Comme représenté sur la figure 4A, dans l'échan- - tillon ne comportant pas l'isolant, les fils d'électrode ne se sont pas cassés jusqu'à 45G dans l' ensemble des gammes complètes de fréquences à 900 C, mais se sont cassés lorsque l'accélération a atteint 50G. Au contraire, comme représenté sur la figure 4B, dans l'échantillon comportant l'isolant comme dans le cas de la forme de réalisation de l'invention, la résistance aux vibrations a été améliorée de sorte que les fils d'électrode ne se cassaient pas à 60G dans l 'ensemble des gammes de fréquences. L'accélération de G était l'accélération maximale d'une machine de test utilisée lors des tests. En outre, des résultats similaires d'évaluation ont été obtenus à partir de tests similaires effectués à 1000 C (figures 5A et 5B, respectivement). En outre lisolant 6 est un corps céramique moulé et n' est pas fixé aux fils d' électrode 4, ce qui diffère de l'exemple claselque indiqué précédemment, dans lequel les fils d'électrode sont fixés à l'adhésif minéral. Compte tenu de ceci, même s'il existe une différence de coefficients de dilatation linéaire entre les fils d'électrode respectifs 4 et l'isolant 6, les déplacements des fils d'électrode 4 et de l'isolant 6 sous l'effet de la dilatation thermique (ou de la contraction thermique) deviennent indépendants les uns des autres et par consé quent il n'existe presque aucun cas o une contrainte est appliquée aux fils d'électrode respectifs 4 sous l'effet du déplacement de l'isolant 6, qui résulte de la dilatation thermique (ou de la contraction thermique). Par conséquent, conformément à cette forme de réalisation, étant donné qu'il n'existe presque aucun cas o une contrainte de traction est appliquée par l'isolant 6 aux fils d'électrode respectifs 4 lorsque la température est élevée, la résistance des fils d'électrode 4 de l'élément formant thermistance 3 aux vibrations peut être améliorée, ce qui empêche la rupture des fils d'électrode 4. On notera que dans cette forme de réalisation, comme mode préféré, on adopte un isolant lorsque l'isolant 6, qui comprend de l'alumine ou de la mullite qui possède essen- tiellement le même coefficient de dilatation linéaire que celui du fil d'électrode (fils de platine 4). Cependant, dans cette forme de réalisation, on peut adopter le verre en tant que matériau de l'isolant. En outre, dans cette forme de réalisation on a adopté en tant qu'isolant 6 la structure qui possède les zones de trous 6a, dans lesquelles les fils d'électrode 4 sont insérés de manière à être supportés dans ces zones, et qui est constituée par l 'assemblage des deux parties divi- soes 6b, qui sont divisces en les deux moitiés au niveau des zones de trous 6a. Conformément à cet agencement, comme cela a été décrit précédemment, l'isolant 6 peut être assemblé aisément aux fils d'électrode 4 après que les fils d'électrode 4 aient été réunis aux fils de noyau 5a de la tige gainée 5. Ici, à la place desdites deux parties divisées 6a mentionnées précédemment (deux moitiés d'isolant), on peut utiliser quatre parties divisées 6b (quatre quarts d'iso- lant) en tant qu'isolant 6, qui est divisé, comme représenté sur la figure 6, au niveau de deux zones de trous 6a et entre les zones de trous 6a le long des axes des zones de trous 6a. En outre, il n'est pas nocessaire que l'isolant 6 comporte touj ours le tube isolant divisé comme décrit pré- cédemment, et au contraire il peut comporter un tube iso- lant qui est formé sous la forme d'un corps d'un seul tenant. Dans ce cas par exemple les fils d'électrode 4 et les fils centraux 5a de la tige gainée 5 sont insérés à partir des extrémités respectives des zones de trous 6a respectives de l'isolant 6, et les deux fils 4, 5a peuvent se chevaucher respectivement à l'intérieur des zones de trous 6a. Ici, des trous travereants sont formés par avance dans l'isolant 6 dans des parties correspondant aux parties en chevauchement des deux fils 4, 5a de manière à s'étendre à partir des zones de trous 6a jusqu'à la surface de l'iso lant 6. Ensuite on soude par laser les parties en chevau- chement en projetant des faisceaux laser à travers ces trous, ce qui a pour effet que les fils d'électrode 4 et les fils de noyau 5a peuvent être réunis entre eux après que les fils d'électrode 4 ont été assemblés dans l'isolant 6. On notera que, comme cela est représenté sur la figure 7, un corps cylindrique céramique moulé 20, qui est assez similaire à celui décrit dans la demande de brevet japonais non examinée mentionnée précédemment peut être intercalé de manière à être placé entre le capot métallique 2 et l'élément formant thermistance 3 et l'isolant 6. Dans ce cas, dans la forme de réalisation représentée, le capot métallique 2 n'est pas réalisé avec la forme cylindrique étagée, mais est agencé avec essentiellement une forme de cylindre droit en raison de l'accroissement de l'épaisseur du corps céramique moulé 20. En outre, bien que l'élément formant thermistance 3 ne soit pas protégé, on peut adopter un agencement, dans lequel aucun capot métallique 2 n'est prévu. En outre la configuration de l'isolant 6 peut être n'importe quelle configuration tant que l'isolant peut retenir les fils d' électrode, et par conséquent n' est pas limitée à la configuration décrite dans la forme de réalisation indiquée précédemment. En résumé, l'objet de l 'invention réaide dans un capteur de température, dans lequel l'élément formant ther mistance est supporté par le câblage, au moyen de la réunion des fils d'électrode au câblage, caractérisé en ce que les fils d'électrode sont retenus entre l'élément for mant thermistance et le câblage à l'état non fixé par l'isolant, et par conséquent les autres parties du capteur de température peuvent être modifiées, du point de vue conception, comme cela s'avère requis. REVENDICATIONS 1. Capteur de température, caractérisé en ce qu'il comporte: un élément formant thermistance (30), des fils d'électrode (4), qui sont reliés audit élément formant thermistance pour détecter un signal de la thermistance, et un câblage (5) servant à délivrer ledit signal de thermistance, à l'extérieur, ledit élément formant thermistance étant supporté par ledit câblage au moyen de la réunion desdits fils d'électrode audit câblage, caractérisé en ce qu'au moins des parties desdits fils d'électrode, sont maintenues dans un état non fixé, par un isolant (6). 2. Capteur de température selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit isolant (6) comprend de l'alumine ou de la mullite. 3. Capteur de température selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit isolant (6) comporte des zones formant trous (6a), dans lesquelles lesdits fils d'électrode (4) sont insérés, et que lesdits fils d'électrode sont supportés dans lesdites zones formant trous. 4. Capteur de température selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit isolant (6) est formé par l'assemblage d'une pluralité de parties (6b), qui sont