Brevet FR2822542A1 — publié le 20020927

CAPTEUR DE TEMPERATURE ET PROCEDE POUR SA FABRICATION La présente invention concerne un capteur de température comprenant un couple de fils d'électrodes de délivrance de signaux, qui sont raccordés aux deux faces d'extrémité opposées d'un dispositif à thermistance Un capteur de température de ce type est décrit dans la demande de brevet japonais publiée et examinée (kokoku) NO 52-7535. Dans ce capteur de température, une paire de fils d'électrodes sont connectés à deux faces d'extrémité opposées d'un dispositif à thermistance de manière que le dispositif à thermistance soit intercalé entre eux, et ressortent du dispositif à thermistance. Les fils d'électrodes et le dispositif à thermistance sont réunis entre eux par cuisson moyennant l'utilisation d'un matériau électriquement conducteur, résistant à la chaleur. Cependant dans le capteur de température existant décrit précédemment, des fissures apparaissent dans les parties de liaison entre les fils d'électrodes et le dispositif à thermistance sous l'effet de vibrations et de chocs thermiques et ceci conduit, dans le pire des cas, à l'apparition d'un décollement. C'est pourquoi il est nécessaire d'améliorer la solidité de la liaison. Conformément à un premier aspect de l'invention il est prévu un capteur de température comprenant : un dispositif à thermistance, et une paire de fils d'électrodes pour prélever un signal sur la thermistance, qui sont réunis aux deux faces d'extrémité opposées dudit dispositif à thermistance de telle sorte que des premiers côtés d'extrémité des fils enserrent entre eux ledit dispositif à thermistance et que l'autre côté d'extrémité ressort du dispositif à thermistance, caractérisé en ce que ledit capteur de température comprend un élément de retenue électriquement isolant servant à retenir ladite paire de fils d'électrodes, tout en conservant un interstice entre eux. Conformément à cet agencement, l'élément de retenue électriquement isolant retient la paire de fils d'électrodes alors que ces derniers sont séparés l'un de l'autre par un interstice. Conformément à cet agencement, l'élément de retenue électriquement isolant retient la paire de fils d'électrodes tandis que ces derniers sont séparés l'un de l'autre par un interstice. Par conséquent l'invention peut empêcher des courts-circuits entre les fils d'électrodes et un écart des fils d'électrodes résultant de vibrations et de chocs thermiques et peut éventuellement empêcher le décollement de parties de liaison entre les fils d'électrodes et le dispositif à thermistance. Ici, l'élément de retenue peut utiliser un élément comportant des trous, dans lesquels les fils de la paire d'électrodes sont respectivement insérés. De préférence, un élément en verre électriquement isolant scelle de façon étanche ledit dispositif à thermistance et des parties de liaison entre ledit dispositif à thermistance et ladite paire de fils d'électrodes, et ledit élément de retenue peut être disposé sur l'autre côté d'extrémité de ladite paire de fils d'électrodes par rapport à l'élément en verre. Etant donné que la partie en verre scelle les parties de liaison entre le dispositif à thermistance et les fils d'électrodes, ceci permet de mieux empêcher un détachement des parties fixées. Dans ce cas, l'élément de retenue est disposé sur l'autre côté d'extrémité de la paire de fils d'électrodes par rapport à l'élément en verre. Ici, l'élément en verre et l'élément de retenue peuvent être espacés l'un de l'autre, mais sont de préférence proches l'un de l'autre étant donné que la position de l'élément en verre et ses dimensions peuvent être plus facilement déterminées sur la base de l'élément de retenue en tant que référence. De préférence, un capuchon formé d'alumine est placé sur l'extérieur de l'élément en verre étant donné que la résistance à la chaleur des parties de liaison entre le dispositif à thermistance et les fils d'électrodes peut être améliorée pour résister à une température plus élevée. Le capteur de température selon l'invention peut comporter plusieurs éléments de retenue. Chacun des moyens décrits précédemment peut fournir totalement son effet lorsque le capteur de température selon l'invention est appliqué à un capteur utilisé dans un environnement à haute température non inférieure à 500OC. Les fils d'électrodes peuvent être formé par un métal à point de fusion élevé tel que du Pt ou un alliage de Pt, et l'élément de base et les fils d'électrodes peuvent être cuits simultanément ou fixés. Ils présentent une excellente résistance aux hautes températures et une excellente résistance aux vibrations. Selon un second aspect de l'invention, il est prévu un procédé pour fabriquer un capteur de température comprenant un dispositif à thermistance et une paire de fils d'électrodes servant à délivrer un signal de la thermistance et connectés aux deux faces d'extrémité opposées du dispositif à thermistance de telle sorte que des premiers côtés d'extrémité des fils enserrent entre eux ledit dispositif à thermistance et que l'autre côté d'extrémité ressort du dispositif à thermistance, et comprenant en outre un élément de retenue électriquement isolant pour retenir les fils de la paire d'électrodes tout en maintenant un interstice entre eux, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes consistant à utiliser un métal à point de fusion élevé tel que du Pt ou un alliage de Pt pour lesdits fils d'électrodes ; mouler une poudre céramique telle que de l'alumine ou de la zircone sous une forme comprenant deux trous pour ledit élément de retenue ; et insérer les fils d'électrodes dans les trous et les cuire simultanément. Ce procédé de fabrication permet de réaliser de façon appropriée le capteur de température décrit selon le premier aspect et peut également fabriquer de façon appropriée un élément de retenue équipé de fils métalliques à point de fusion élevé (fils d'électrodes à point de fusion élevé) qui présentent une excellente résistance aux hautes températures et une excellente résistance aux vibrations. Dans ce procédé de fabrication, on peut granuler une poudre céramique puis la mouler selon un moulage de précision et on peut exécuter une cuisson simultanée dans un four atmosphérique ou un four réducteur entre 1500 et 1600OC. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après avec référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue d'ensemble d'un capteur de température selon une forme de réalisation de la présente invention ; - la figure 2 est une vue en coupe transversale schématique à plus grande échelle d'une partie sensible à la température sur la figure 1. - les figures 3 (a) et 3 (b) sont des vues d'ensemble montrant respectivement une seule structure de corps d'un élément échantillon et un élément de retenue équipé de fils d'électrodes ; - la figure 4 représente un exemple dans lequel l'élément de retenue est séparé d'un élément en verre ; et la figure 5 représente un exemple dans lequel plusieurs éléments de retenue sont disposés. On va expliquer ci-après l'invention en se basant sur les différentes formes de réalisation préférées représentées sur les dessins annexés. La figure 1 est une vue montrant l'agencement complet d'un capteur de température SI selon une forme de réalisation de l'invention. La figure 2 représente une vue à plus grande échelle montrant une structure en coupe à l'intérieur d'un capot métallique (tuyau métallique) 2 qui constitue une partie sensible à la température sur la figure 1. Ce capteur de température SI peut être appliqué à un capteur de température de gaz d'échappement utilisé dans un environnement à haute température au moins égale à 500OC par exemple. En référence à la figure 1, le chiffre de référence 1 désigne un boîtier possédant la forme d'un cylindre étagé. Le boîtier 1 est formé d'un matériau métallique (tel que de l'acier inoxydable) possédant une résistance élevée à la chaleur. Une partie filetée la apte à être couplée par vissage avec un trou de raccordement d'un élément tel qu'un tuyau d'échappement, est formée sur une surface périphérique extérieure du boîtier 1 au niveau de l'une de ses extrémités. Une partie formant raccord Ib devant être raccordée à des éléments de câblage est formée sur l'autre extrémité du boîtier 1 pour établir une connexion électrique avec un circuit externe. Le boîtier 1 comporte en outre une partie en forme d'écrou le permettant un accouplement par vissage avec la partie filetée la, et un élément d'étanchéité 1d possédant un joint torique et une garniture d'étanchéité pour maintenir une étanchéité à l'air par rapport à l'élément à mesurer. Le capot métallique 2 est monté et fixé par soudage laser, etc. sur une partie contractée à l'une des extrémités du boîtier 1. Le capot métallique 2 partage le corps principal de la partie sensible à la chaleur. C'est la partie qui est exposée à l'environnement de mesure, alors que le capteur SI est couplé par vissage à l'élément à mesurer. Le capot métallique 2 est formé d'un métal résistant à la chaleur tel que de l'acier inoxydable. Le capot métallique 2 est un cylindre comportant une partie formant fond à l'un de ses côtés d'extrémité et une partie ouverte de l'autre côté, et possédant un diamètre de 1,3 mm par exemple. L'autre côté d'extrémité du capot métallique 2 est réuni au boîtier, et la figure 2 montre la structure interne du capot métallique 2. Un dispositif à thermistance 3 est logé à l'intérieur du capot métallique 2 sur l'un des côtés d'extrémité du capot (côté du fond). Le dispositif à thermistance 2 est un moule fritté en forme de feuille, qui est formé d'un matériau semiconducteur (matériau de thermistance) constitué par un oxyde de Y-Cr-Mn comme constituant principal, par exemple, et peut résister à une température élevée (par exemple 1000OC ou plus). Une paire de fils d'électrodes 4 formés de platine ou analogue sont connectés au dispositif à thermistance 3 à l'intérieur du capot métallique 2 de manière à délivrer un signal à thermistance (un signal de sortie) utilisant la caractéristique résistance (R) -température (T). L'une des extrémités de chaque fil d'électrode 4 est connectée à chacune des faces d'extrémité opposées du dispositif à thermistance 3, tout en étant exposée par rapport au dispositif à thermistance 3. Ici le dispositif à thermistance 3 et chaque fil d'électrode 4 sont fixés entre eux par cuisson moyennant l'utilisation d'un matériau électriquement conducteur résistant à la chaleur (par exemple une pâte de Pt-V, une pâte de Ai-Ni, une pâte de Ag-Cu, etc...). Les fils d'électrodes sont séparés l'un de l'autre et sont disposés en parallèle de sorte que l'autre extrémité de chaque fil d'électrode 4 s'étend en direction de l'autre extrémité du capot métallique 2 (en direction du côté ouvert) le long de l'axe du capot métallique 2. Bien que ceci ne soit pas représenté, l'autre extrémité de chaque fil d'électrode 4 est connectée électriquement à une borne prévue pour la partie formant connecteur lb au moyen d'un élément de câblage à l'intérieur du boîtier 1. Chaque fil d'électrode 4 qui s'étend à l'intérieur du capot métallique 2, traverse un tube isolant 5, est retenu par ce tube isolant, et un isolant électrique est fixé entre les fils d'électrodes 4, et entre le fil d'électrode 4 et le capot métallique 2. Deux éléments divisés sont réunis ensemble pour former le tube isolant 5 par exemple. Un élément en verre électriquement isolant 6 scelle de façon étanche le dispositif à thermistance 3 et les parties de liaison entre le dispositif à thermistance 3 et les fils d'électrodes 4. Cet élément en verre 6 est formé d'alumine ou d'un verre cristallisé tel que de la silice. Un capuchon 7 en aluminium est placé à l'extérieur de cet élément en verre 6 et est enroulé autour du dispositif à thermistance 3 scellé par le verre. Dans cette forme de réalisation, un élément de retenue électriquement isolant 8 est disposé à proximité du dispositif à thermistance 3 à l'intérieur du capot métallique 2 de manière à retenir la paire de fils d'électrodes 4. La figure 3 (a) représente une seule structure corporelle de cet élément de retenue 8. L'élément de retenue 8 est un article moulé coulé formé d'une céramique isolante telle que de l'alumine et possède des trous 8a, dans lesquels les fils d'électrode 4 sont respectivement insérés, ces fils étant séparés l'un de l'autre par un espacement correspondant à l'interstice présent entre les fils d'électrodes 4. L'élément de retenue 8 est disposé en contact avec l'élément en verre 6, entre l'élément en verre 6 et le tube isolant 5 comme représenté sur la figure 2. L'autre côté d'extrémité de chaque fil d'électrode 4 partant de la partie de scellement de l'élément en verre 6 pénètre dans chaque trou 8a de l'élément de retenue 8. C'est pourquoi l'élément de retenue 8 retient les fils d'électrodes 4 tout en conservant un interstice entre eux. Par ailleurs les fils d'électrodes 4 peuvent être retenus tout en étant en contact avec la surface intérieure des trous 8a ou peuvent être réunis et fixés aux trous 8a en utilisant du verre résistant à la chaleur, un adhésif minéral, le matériau conducteur mentionné précédemment ou un matériau de brasage. Sinon pour le fil d'électrode on utilise un métal à point de fusion élevé, tel que du platine ou un alliage de platine (Pt-Ir, Pt-Rh, etc...), et l'élément de retenue 8 est formé par moulage par avance d'une poudre céramique telle que de l'alumine, de la zircone, etc..., sous une forme comportant deux trous (8a). On insère ensuite le fil d'électrode à point de fusion élevé dans l'article moulé, et on les cuit simultanément. Le produit résultant est le plus préférable étant donné qu'il possède une résistance élevée à la température et aux vibrations. La poudre céramique décrite ici est mise sous la forme de granulés, puis on la moule selon un moulage de précision. On peut exécuter la cuisson simultanée à l'intérieur d'un four atmosphérique ou d'un four réducteur entre 1500 et 1600 oC. De cette manière on peut obtenir l'élément de retenue 8 équipé des fils métalliques à point de fusion élevé (fils d'électrodes à point de fusion élevé). La figure 3 (b) représente un tel élément de retenue 8. A titre d'exemple, le capteur de température SI peut être assemblé de la manière suivante. On cuit les fils d'électrodes 4 sur et en les intégrant aux deux faces d'extrémité du dispositif à thermistance 3, cuit et moulé sous une forme semblable à une feuille, moyennant l'utilisation du matériau électriquement conducteur décrit plus haut. Ensuite on immerge l'ensemble résultant dans du verre liquide de sorte que l'élément en verre 6 scelle l'ensemble. Ensuite on enfonce l'élément en verre 6 dans le capuchon 7. On peut également réaliser le scellement au moyen de l'élément en verre 6 en disposant le dispositif à thermistance 3 intégré aux fils d'électrodes à l'intérieur du capuchon 7, puis en ajoutant du verre liquide. Dans ce cas, la capacité de fixation liée à la solidification du verre réunit le capuchon et l'élément en verre 6. Ici, l'étape d'insertion de chaque fil d'électrode 4 dans le trou 8a de l'élément de retenue 8 et l'assemblage de l'élément de retenue 8 à chaque fil d'électrode 4 peuvent être exécutés soit avant soit après l'étape d'étanchéité au moyen de l'élément en verre 6 décrit plus haut. Etant donné que dans cette forme de réalisation on utilise l'agencement dans lequel l'élément en verre 6 et l'élément de retenue 8 sont maintenus en contact réciproque, la position de l'élément de verre 6 et ses dimensions peuvent être aisément déterminés par rapport à la position de l'élément de retenue 8 et par rapport à ses dimensions en tant que référence, si l'étape d'assemblage est exécutée avant l'étape d'étanchéité ou de scellement avec le verre. Lorsque l'assemblage de l'élément de retenue 8 est exécuté après l'étape de scellement avec le verre, l'élément de retenue 8 et l'élément en verre 6 peuvent conserver simplement un contact réciproque ou bien peuvent être réunis et fixés moyennant l'utilisation d'un adhésif minéral. Ensuite lorsque l'assemblage de l'élément de retenue 8 est réalisé avec l'étape de scellement avec le verre, l'élément de retenue 8 et l'élément en verre 6 sont réunis l'un à l'autre au moyen de la puissance de liaison produite par du verre lors de sa solidification. Le dispositif à thermistance 3, les fils d'électrodes 4, l'élément en verre 6, le capuchon 7 et l'élément de retenue 8 sont intégrés entre eux de la manière décrite précédemment. On assemble ensuite le tube isolant 5 sur l'ensemble unitaire ainsi obtenu, et on raccorde entre eux des fils d'électrodes 5 et les bornes de la partie formant connecteur lb du boîtier 1. On place le capot métallique 2 sur le dispositif à thermistance 3 et on le fixe au boîtier 1, ce qui permet d'achever la réalisation du capteur de température SI. On insère ce capteur de température SI dans un trou de montage (non représenté) formé dans un tuyau d'échappement d'une automobile par exemple et on le fixe par vissage dans le trou de montage à l'aide de l'écrou le et de la partie filetée la. Lorsqu'un fluide devant être mesuré (par exemple des gaz d'échappement) rencontre la partie sensible à la température, le dispositif à thermistance 3 délivre un signal correspondant à la température du fluide à mesurer par l'intermédiaire des fils d'électrodes 4 et des bornes de la partie de connexion formant connecteur lb. Conformément à cette forme de réalisation, l'élément de retenue électriquement isolant 8 retient la paire de fils d'électrodes 4, ces derniers conservant cependant un interstice mutuel. C'est pourquoi cette forme de réalisation permet d'empêcher un court-circuit entre les fils d'électrodes 4, et une déviation des fils d'électrodes 4 résultant d'une vibration et d'un choc thermique. Il en résulte que cette forme de réalisation permet d'empêcher un décollement des parties de liaison entre les fils d'électrodes 4 et le dispositif à thermistance 3. Dans une forme de réalisation, l'élément en verre électriquement isolant 6 scelle le dispositif à thermistance 3 et les parties de liaison entre le dispositif à thermistance 3 et les fils d'électrodes 4, et l'élément de retenue 8 est disposé sur l'autre côté d'extrémité de la paire de fils d'électrodes 4 par rapport à l'élément en verre 6. C'est pourquoi, comme cela est souhaitable cette forme de réalisation empêche le décollement des parties de liaison au moyen du scellement avec le verre, ce qui en plus de l'effet fournit par l'élément de retenue 8. Dans cette forme de réalisation, l'élément de retenue 8 est disposé tout en conservant le contact avec l'élément en verre 6. C'est pourquoi la position de l'élément en verre 6 et ses dimensions peuvent être aisément déterminées par rapport à l'élément de retenue 8 en tant que référence, lors de l'étape de scellement dans le verre, comme décrit précédemment. Conformément à cette forme de réalisation, on place le capuchon 7 formé d'alumine sur l'extérieur de l'élément en verre 6. Par conséquent, comme cela est souhaitable, la résistance à la chaleur des parties de liaison entre le dispositif à thermistance 3 et les fils d'électrodes 4 à une température plus élevée, peut être améliorée. Dans la forme de réalisation décrite précédemment, l'élément de retenue 8 reste en contact avec l'élément en verre 6 et le dispositif à thermistance 3. Cependant l'élément en verre 6 et l'élément de retenue 8 peuvent être séparés l'un de l'autre comme cela est représenté sur la figure 4. De même on peut prévoir plusieurs éléments de retenue 8 comme cela et représenté sur la figure 5 (montrant deux éléments de retenue). En référence à la figure 2, on a représenté le capuchon 7, l'élément de retenue 8, le tube isolant 5 et le capot métallique 2 comme étant en contact réciproque, mais ils peuvent être également séparés les uns des autres. Cependant, ils sont de préférence en contact réciproque étant donné que le diamètre de la partie sensible à la température peut être réduit et que la réponse de cette partie peut être améliorée. Dans la forme de réalisation décrite plus haut, au moins l'effet fourni par l'élément de retenue 8 empêche le décollement des parties de liaison 3. C'est pourquoi on peut supprimer l'élément en verre 6 et le capuchon 7. REVENDICATIONS 1. Capteur de température comprenant : un dispositif à thermistance (3), et une paire de fils d'électrodes (4) pour prélever un signal de la thermistance, qui sont réunis aux deux faces d'extrémité opposées dudit dispositif à thermistance de telle sorte que des premiers côtés d'extrémité des fils enserrent entre eux ledit dispositif à thermistance et que l'autre côté d'extrémité ressort hors du dispositif à thermistance, caractérisé en ce que ledit capteur de température comprend un élément de retenue électriquement isolant (8) servant à retenir ladite paire de fils d'électrodes, tout en conservant un interstice entre eux. 2. Capteur de température selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément de retenue (8) comporte des trous (8a) dans lesquels lesdits fils d'électrodes (4) sont insérés. 3. Capteur de température selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif à thermistance (3) et des parties de liaison entre ledit dispositif à thermistance et ladite paire de fils d'électrodes (4) sont scellés par un élément en verre électriquement isolant (6) et que ledit élément de retenue (8) est disposé sur l'autre côté d'extrémité de ladite paire de fils d'électrodes par rapport audit élément en verre. 4. Capteur de température selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit élément en verre (6) et ledit élément de retenue (8) sont en contact l'un avec l'autre. 5. Capteur de température selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit élément en verre (6) et ledit élément de retenue (8) sont espacés l'un de l'autre. 6. Capteur de température selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un capuchon (7) formé d'alumine est placé sur l'extérieur dudit élément en verre (6). 7. Capteur de température selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs desdits éléments de retenue (8). 8. Capteur de température selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est utilisé dans un environnement possédant une température supérieure à 500OC. 9. Capteur de température selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour lesdits fils d'électrodes (4) on utilise un métal à point de fusion élevé tel que du Pt ou un alliage de Pt. 10. Capteur de température selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément de retenue (8) et ledit fil d'électrode (4) sont par avance simultanément cuits ou fixés. 11. Procédé pour fabriquer un capteur de température comprenant un dispositif à thermistance (3) et une paire de fils d'électrodes (4) servant à délivrer un signal de la thermistance et connectés aux deux faces d'extrémité opposées dudit dispositif à thermistance de telle sorte que des premiers côtés d'extrémité des fils enserrent entre eux ledit dispositif à thermistance et que l'autre côté d'extrémité ressort dudit dispositif à thermistance, et comprenant en outre un élément de retenue électriquement isolant (8) pour retenir ladite paire de fils d'électrodes tout en maintenant un interstice entre eux, caractérisé en ce que ledit procédé comprend les étapes consistant à : utiliser un métal à point de fusion élevé tel que du Pt ou un alliage de Pt pour lesdits fils d'électrodes (4) ; mouler une poudre céramique telle que de l'alumine ou de la zircone sous une forme comprenant deux trous pour ledit élément de retenue (8) ; et insérer lesdits fils d'électrodes dans lesdits trous et les cuire simultanément. 12. Procédé pour fabriquer un capteur de température selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite poudre céramique est granulée, puis est moulée selon un moulage de précision. 13. Procédé pour fabriquer un capteur de température selon la revendication 11, dans lequel la température de ladite cuisson simultanée est comprise entre 1500 et 1600OC et que ladite cuisson simultanée est exécutée dans un four atmosphérique ou dans un four réducteur.