Brevet FR2880685A1 — publié le 20060714

La présente invention concerne le domaine des capteurs de température. Plus précisément encore, la présente invention concerne le domaine des capteurs de température comprenant un boîtier qui loge un 5 élément thermosensible. La présente invention s'applique en particulier, mais non exclusivement, à un capteur de température comprenant une thermistance. La présente invention trouve notamment mais non exclusivement application à la mesure de la température d'air à haute température, typiquement supérieure à 700 C, telle que la mesure des gaz d'échappement d'un véhicule automobile. De nombreux capteurs de température ont déjà été proposés dans l'état de la technique. Une des caractéristiques principales d'un capteur de température est son temps de réponse qui correspond au temps que va mettre le capteur pour détecter une nouvelle température B lors d'une variation brutale d'une température A à une température B. Bien souvent il est nécessaire que ce temps de réponse soit le plus faible possible. On a illustré sur la figure 1 annexée, schématiquement, un capteur de température connu constitué principalement d'un élément sensible 1 dont la résistance électrique varie en fonction de sa température, protégé par un boîtier de protection fermé 2, par exemple en acier réfractaire vis-à-vis de l'extérieur (gaz, eau, humidité, etc...). Deux conducteurs électriques 3 sont en contact avec l'élément sensible 1 et cheminent le long du boîtier de protection 2 pour être accessibles à l'extérieur de celui-ci et fournir une information électrique représentative de la résistance de l'élément 1 et par conséquent de la température mesurée. Ces conducteurs 3 sont isolés et maintenus entre eux par une gaine isolante 4 logée dans le boîtier 2. Généralement la gaine isolante 4 est réalisée en matériau céramique. De nombreux capteurs du type illustré sur la Figure 1 ont déjà été réalisés. La demanderesse a cependant constaté que les capteurs de température du type illustré sur la Figure 1 présentent un temps de réponse important. En effet, l'interface entre l'élément sensible 1 et le boîtier de protection 2 est de l'air. Or l'air a une conductivité thermique très faible et rend difficile la transmission de la chaleur du milieu extérieur vers l'élément sensible 1. On a déjà tenté d'améliorer la situation. En particulier, il a déjà été proposé, pour limiter le problème précité et ainsi augmenter la transmission de chaleur à l'élément sensible 1 d'insérer une poudre 5 thermiquement conductrice, telle qu'une poudre non organique, à la place de l'air autour de l'élément sensible 1. Cette proposition présente cependant un inconvénient majeur: il est difficile d'insérer de manière industrielle l'élément sensible 1 lorsque la poudre est en place, et inversement. La présente invention a pour but de proposer de nouveaux moyens permettant une réalisation d'un capteur de température présentant un temps de réponse faible et ce de manière industrielle. Ce but est atteint selon l'invention grâce à un capteur de température comprenant un élément thermosensible placé dans un boîtier de protection caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un capuchon céramique massif, placé autour de l'élément thermosensible, à l'intérieur du boîtier de protection. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels: - la Figure 1 représente une vue schématique en coupe axiale longitudinale d'un capteur de température conforme à l'état de la technique, - la Figure 2 représente une vue en coupe axiale longitudinale similaire d'un capteur de température conforme à la présente invention, la Figure 3 représente une vue schématique d'implantation d'un capteur de température conforme à la présente invention. On aperçoit sur la Figure 2 annexée un capteur de température comprenant un élément thermosensible 10, par exemple une thermistance, lié à deux fils conducteurs 12, 14 et placé dans un boîtier de protection 16 par exemple en acier réfractaire. Les fils conducteurs 12, 14 sont isolés et maintenus entre eux par une gaine isolante céramique 18. Plus précisément la gaine 18 comporte deux canaux longitudinaux, parallèles et traversants, qui reçoivent respectivement l'un des deux fils 12, 14. Bien que cela ne soit pas représenté sur la droite de la figure 2, les fils 12, 14 émergent à l'extérieur du boîtier 16 pour permettre le prélèvement de l'information électrique représentative de la température 10 mesurée. Comme on le voit sur la Figure 2, et comme indiqué précédemment, dans le cadre de la présente invention, un capuchon céramique massif 20 est placé autour de l'élément thermosensible 10 à l'intérieur du boîtier de protection 16. Le capuchon céramique 20 possède une enveloppe externe complémentaire de l'extrémité borgne du boîtier de protection 16 de sorte que la surface extérieure du capuchon 20 épouse étroitement le contour interne de l'extrémité du boîtier 16. Le capuchon céramique massif 20 possède ainsi typiquement de préférence une enveloppe externe cylindrique de révolution autour d'un axe longitudinal 22 qui coïncide avec l'axe longitudinal du boîtier 16. Le capuchon céramique 20 possède un orifice ou logement borgne 24 conçu pour recevoir l'élément thermosensible 10. Là encore de préférence, la géométrie de l'orifice 24 est complémentaire de l'enveloppe extérieure de l'élément thermosensible 10 pour épouser étroitement la surface de celui-ci. L'orifice 24 peut être cylindrique de révolution autour de l'axe 22 précité. Le capuchon céramique 20 est inséré lors du montage entre 30 l'élément thermosensible 10 et le boîtier de protection 16 comme on le voit sur la Figure 2. En adaptant au mieux la forme du capuchon céramique 20 à la forme de l'élément thermosensible 10 et au volume interne du boîtier de protection 16, le volume d'air entre ces derniers est minimisé et le temps de réponse est ainsi nettement amélioré. Les capteurs du type précédemment décrit permettent d'améliorer nettement la situation par rapport aux capteurs antérieurs connus. En effet, le capuchon céramique massif 20 permet d'assurer la transmission de la chaleur provenant de l'extérieur, via le boîtier de protection 16, vers l'élément thermosensible 10. Cependant, la demanderesse a constaté que dans certaines configurations la gaine 18 peut retarder la stabilisation en température de l'élément thermosensible 10. En effet, la gaine isolante céramique 18 représente généralement une masse et un volume non négligeables par rapport aux autres pièces et est située entre la partie du capteur immergée dans le milieu extérieur dont la température est à mesurer et le milieu ambiant où est connecté le circuit de mesure. La Figure 3 montre la position de la gaine isolante céramique 18 par rapport aux différents milieux et capteurs. Sur la Figure 3 le milieu extérieur dont on veut mesurer la température et dans lequel est placé l'élément thermosensible 10, est référencé ME et le milieu ambiant par lequel émergent le capteur et les fils de prise d'information 12, 14, est référencé MA. La chaleur est en partie diffusée à travers la gaine isolante céramique 18. Cette diffusion si elle est importante peut augmenter le temps que l'élément thermosensible 10 va mettre pour atteindre la nouvelle température d'équilibre, en cas d'évolution, et par conséquent augmente le temps de réponse. De ce fait, dans le cadre de la présente invention il est également préconisé que d'une part le capuchon céramique 20 qui entoure l'élément thermosensible 10 et d'autre part la gaine 18 qui entoure les fils de liaison électrique 12, 14, présentent des conductivités thermiques différentes: la conductivité thermique du capuchon céramique 20 doit être élevée tandis que la conductivité thermique de la gaine isolante céramique 18 doit être très faible comparée à la conductivité thermique du capuchon céramique 20. A titre d'exemple non limitatif, la conductivité thermique du capuchon céramique 20 est au moins deux fois supérieure à celle de la gaine céramique 18, préférentiellement trois fois supérieure et très avantageusement au moins cinq fois supérieure à cette dernière. La demanderesse a réalisé des mesures de temps de réponse du capteur tel que décrit ci-dessus pour diverses valeurs de conductivité thermique de la gaine céramique 18, avec et en l'absence de capuchon céramique 20. Plus précisément les tests réalisés pour déterminer le temps de réponse du capteur ont consisté à soumettre subitement la partie active du capteur qui est à une température ambiante de 25 C à un flux d'air à 600 C avec un débit de cinq mètres par seconde. Le temps de réponse défini ici est le temps que le capteur met pour atteindre 90% de sa valeur finale, soit 600 C. Les résultats obtenus sont répertoriés dans le tableau ci-dessous. conductivité Temps de réponse (s) thermique de la gaine céramine (18) (W/mK) sans capuchon 28 30 céramique 20 avec capuchon 28 23 céramique 20 de conductivité thermique 28W/mK 14 2 9 La première ligne correspond à un capteur dépourvu de capuchon céramique 20 et comportant une gaine isolante céramique 18 ayant une conductivité thermique de 28W/mK. Ce cas correspond à un temps de 20 réponse de 30 secondes. La deuxième ligne correspond à un capteur comportant un capuchon céramique 20 dont la matière céramique a une conductivité thermique de 28W/mK et une gaine céramique 18 de même conductivité thermique de 28W/mK. Le temps de réponse mesuré est alors de 23 secondes. La troisième ligne du tableau correspond à un capteur comprenant un capuchon céramique de conductivité thermique de 28W/mK et une gaine céramique 18 de conductivité thermique de 1OW/Mk. Le temps de répons est égal à 14 secondes. Enfin, la quatrième ligne du tableau ci-dessous correspond à un capteur comprenant un capuchon céramique 20 de conductivité thermique de 28W/mK et une gaine céramique 18 de conductivité thermique de 2W/mK. Le temps de réponse est de 9 secondes. Le tableau ci-dessous démontre clairement que l'utilisation d'un capuchon céramique 20 permet d'améliorer nettement le temps de réponse du capteur et que par ailleurs l'utilisation d'une gaine 18 présentant une conductivité thermique inférieure à celle du capuchon 20 permet d'améliorer encore le temps de réponse. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes 20 de réalisation particuliers qui viennent d'être décrits mais s'étend à toute variante conforme à son esprit. 7 REVENDICATIONS 1. Capteur de température comprenant un élément thermosensible (10) placé dans un boîtier de protection (16), caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un capuchon céramique massif (20) inséré entre l'élément thermosensible (10) et le boîtier de protection (16). 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre une gaine en matériau céramique (18) qui entoure 10 les fils de liaison (12, 14) de l'élément thermosensible (10). 3. Capteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la gaine céramique (18) qui isole les fils de liaison électrique (12, 14) de l'élément thermosensible (10) présente une conductivité thermique inférieure à celle du capuchon céramique massif (20). 4. Capteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la conductivité thermique du capuchon massif (20) est au moins égale au double de la conductivité thermique de la gaine (18). 5. Capteur selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé par le fait que la conductivité thermique du capuchon (20) est au moins trois fois supérieure, avantageusement au moins cinq fois supérieure à la conductivité thermique de la gaine (18). 6. Capteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'enveloppe extérieure du capuchon (20) est complémentaire du volume interne du boîtier de protection (16). 7. Capteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le capuchon (20) comprend un logement (24) dont la géométrie est complémentaire de l'enveloppe extérieure de l'élément thermosensible (10).