Brevet FR2958038A1 — publié le 20110930

-1- Capteur de température La présente invention concerne un capteur de température, notamment pour mesurer des températures élevées. L'invention s'applique en particulier aux capteurs de température adaptés pour mesurer la température des gaz de véhicules automobiles tels que les gaz d'échappement ou les gaz dans le compartiment moteur. De tels capteurs comprennent un élément sensible à la température tel qu'une thermistance, relié vers l'extérieur à un circuit électrique / électronique d'exploitation 10 d'un signal de mesure, via des fils électriques. De façon connue, un tel capteur comprend un boîtier de protection logeant à une extrémité une thermistance et un tube chemisé comprenant deux fils isolés entre eux protégés par une enveloppe extérieure métallique et connectés à la thermistance, généralement par soudage. 15 Ces fils électriques du tube chemisé cheminent le long du boîtier de protection pour être accessibles à l'extérieur de celui-ci et pour fournir une information électrique représentative de la résistance de la thermistance et par conséquent de la température mesurée. Cependant l'utilisation du tube chemisé comporte quelques inconvénients. 20 Premièrement, le tube chemisé présente un certain coût. De plus l'élément sensible ne doit pas être écarté du tube chemisé pour résister aux contraintes vibratoires. En outre, le tube chemisé limite la circulation de l'air entre la zone du capteur environnant l'élément sensible et la zone de connexion aux fils électriques reliés à l'unité de traitement, risquant ainsi de soumettre l'élément sensible à une atmosphère réductrice 25 entraînant la dérive de l'élément sensible. L'invention a donc pour objectif de proposer un capteur permettant de pallier ces inconvénients de l'art antérieur. À cet effet, l'invention a pour objet un capteur de température pour véhicule automobile comprenant : 30 - un élément sensible à la température, - deux fils électriques présentant chacun une extrémité reliée à l'élément sensible à la BRT0497FR (ES6783 CFRO371) 2958038 -2- température pour acheminer l'information fournie par l'élément sensible à la température à une unité de traitement, caractérisé en ce que ledit capteur comporte une première et une seconde gaines isolantes disjointes présentant respectivement deux canaux de passage pour les deux fils 5 électriques, telles que la première gaine isolante soit agencée à proximité de l'élément sensible, et la seconde gaine isolante chemine le long du capteur. Ce capteur ne comporte donc plus de tube chemisé mais assure les fonctions d'un tel tube chemisé, notamment de liaison électrique entre l'élément sensible et l'unité de traitement par l'intermédiaire des deux fils électriques, ainsi que d'isolation électrique de ces deux fils électriques par l'intermédiaire de la seconde gaine isolante. En outre la première gaine isolante supporte les contraintes vibratoires, et la séparation des deux gaines isolantes et une taille suffisamment petite de la première gaine isolante permettent de ne pas augmenter le temps de réponse du capteur tout en évitant de créer une atmosphère réductrice. Ledit capteur peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison : - la première gaine isolante est solidarisée à l'élément sensible, - la solidarisation est obtenue par cimentage, - les fils électriques sont fixés à au moins une des gaines isolantes, la fixation est faite par cimentage, le ciment est un ciment adhésif, le ciment présente un coefficient de dilatation sensiblement égal au coefficient de dilatation de ladite au moins une gaine isolante, - lesdites gaines isolantes sont de forme générale sensiblement cylindrique, 25 - la première gaine isolante présente un diamètre inférieur au diamètre de la seconde gaine isolante, - la première gaine isolante présente un diamètre de l'ordre de 1,7 mm et la seconde gaine isolante présente un diamètre de l'ordre de 2,4 mm. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description 30 suivante, donnée à titre d'exemple, sans caractère limitatif, en regard des dessins BRT0497FR (ES6783 CFRO371) 2958038 -3- annexés sur lesquels : la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'un capteur selon l'invention, - la figure 2 est une représentation schématique longitudinale de deux gaines isolantes du capteur de la figure 1, 5 la figure 3 est une vue en perspective partielle des deux gaines isolantes du capteur de la figure 1, - la figure 4a est une vue en coupe longitudinale de la première gaine isolante du capteur de la figure 1, la figure 4b est une vue de côté de la première gaine isolante du capteur de la figure 10 1, la figure 5a est une vue en coupe longitudinale partielle de la seconde gaine isolante du capteur de la figure 1, et la figure 5b est une vue de côté de la seconde gaine isolante du capteur de la figure 1. 15 Dans ces figures les éléments sensiblement identiques portent les mêmes numéros de référence. On a représenté sur la figure 1 un capteur de température 1 comprenant un boîtier de protection 3 réalisé en un matériau métallique résistant à des températures élevées et de forme générale tubulaire logeant un élément sensible à la température tel 20 qu'une thermistance 5, et deux premiers fils électriques 7 ayant chacun une extrémité connectée à la thermistance 5 et une extrémité opposée connectée à un second fil électrique 9 servant à assurer la liaison électrique avec un circuit électrique/électronique d'une unité de traitement pour acheminer le signal de température fourni par la thermistance 5 à l'unité de traitement. Le boîtier de protection 3 est réalisé en un matériau métallique résistant à des températures élevées, tel qu'un alliage de chrome, de nickel et de fer du type Inconel® 601 (marque déposée) ou encore en acier réfractaire. Comme on le remarque sur la figure 1, le boîtier 3 peut comporter une première partie 3a au niveau de la thermistance 5 et une deuxième partie 3b de diamètre supérieur à la première partie 3a au niveau de la zone de connexion des premiers 7 et seconds 9 BRT0497FR (ES6783 CFR0371) 2958038 -4- fils électriques. La thermistance 5 est un composant passif en matériau semi-conducteur dont la résistance varie en fonction de la température et peut être du type CTN, coefficient de température négatif (ou NTC, Négative Température Coefficient en anglais) lorsque la 5 température décroît en fonction de l'élévation de la température ou de type CTP coefficient de température positif (ou PTC, Positive Température Coefficient en anglais) dans le cas contraire. Les premiers fils électriques 7 sont maintenus dans une première gaine isolante 11 à proximité de la thermistance 5 de taille réduite et dans une seconde gaine isolante 10 13 qui chemine le long du capteur 1 (figures 1 à 3). Les deux gaines isolantes 11 et 13 sont distinctes et sans contact mécanique entre elles. Chaque gaine isolante 11,13 présente un canal de passage 15 associé pour chaque premier fil électrique 7 de sorte qu'ils soient isolés entre eux et maintenus par la gaine isolante 11,13. 15 Chaque gaine isolante 11,13, en matière céramique électriquement isolante et résistante à la chaleur par exemple, est de forme générale allongée, dont la direction longitudinale correspond à la direction des premiers fils électriques 7. Chaque gaine 11,13 comporte une enveloppe de forme générale cylindrique, de manière à pouvoir épouser la paroi de forme tubulaire, par exemple de la première partie 3a, du boîtier de 20 protection 3 et être maintenue par celui-ci. Par ailleurs, afin de supporter les contraintes vibratoires auxquelles est soumise la thermistance 5, la première gaine isolante 11 peut être solidarisée à la thermistance 5, par exemple par cimentage. On peut pour cela utiliser par exemple un ciment adhésif. De plus, de façon à éviter des écarts de dilatation entre le ciment et la première gaine 25 isolante 11, on peut choisir un ciment de coefficient de dilatation sensiblement égal au coefficient de dilatation de la première gaine isolante 11. On peut prévoir aussi de maintenir les premiers fils électriques 7 par exemple par un cimentage de ces premiers fils électriques 7 avec la première gaine isolante 11. Comme précédemment, on peut pour cela utiliser par exemple un ciment adhésif et 30 également de coefficient de dilatation sensiblement égal au coefficient de dilatation de BRT0497FR (ES6783 CFR0371) 2958038 -5- la première gaine isolante 11. De façon similaire, on peut prévoir de maintenir les premiers fils électriques 7 par exemple par un cimentage de ces premiers fils électriques 7 avec la seconde gaine isolante 13. Comme précédemment, on peut pour cela utiliser par exemple un ciment 5 adhésif et également de coefficient de dilatation sensiblement égal au coefficient de dilatation de la seconde gaine isolante 13. En outre, le cimentage permet de positionner axialement la thermistance 5 dans le capteur 1. Par ailleurs, comme on le remarque très clairement sur les figures 1 à 3, la 10 première gaine isolante 11 est beaucoup plus petite que la deuxième gaine isolante 13. Cette taille réduite de la première gaine isolante permet de former un support de la thermistance 5 sans ajouter d'inertie risquant d'augmenter significativement el temps de réponse du capteur 1. En se référant aux figures 4a et 4b, les dimensions d'une telle première gaine 15 isolante 11 sont données à titre d'exemple : - une longueur 1 de l'ordre de 3 mm, un diamètre d de l'ordre de 1,7 mm, un diamètre d' pour chaque canal de passage 15 de l'ordre de 0,5 mm, et - un entraxe e entre les deux canaux de passage 15 de l'ordre de 0,15 mm. 20 De même, en se référant aux figures 5a et 5b, les dimensions de la seconde gaine isolante 13 sont données à titre d'exemple : - une longueur L de l'ordre de 60 mm, - un diamètre D de l'ordre de 2,4 mm, un diamètre D' pour chaque canal de passage 15 de l'ordre de 0,5 mm. 25 Par ailleurs, comme on le constate sur les figures 3 et 5b, la seconde gaine isolante 13 présente deux rainures 31 longitudinales de part et d'autre de la seconde gaine isolante 13, permettant d'éviter que cette dernière ne tourne une fois montée dans le corps du capteur 1. Ainsi, la première gaine isolante 1l assure l'isolation électrique et le support de 30 la thermistance 5 sans dégrader le temps de réponse du capteur 1, et la seconde gaine BRT0497FR (ES6783 CFRO371) 2958038 -6- isolante 13 assure l'isolation électrique sur toute la longueur du capteur 1 jusqu'à la zone de connexion des premiers fils électriques 7 aux seconds fils électriques 9. La séparation des deux gaines isolantes 11 et 13 permet de ne pas ajouter d'inertie à la thermistance 5 et donc de ne pas dégrader le temps de réponse du capteur 5 1. Le diamètre suffisamment petit de la première gaine isolante 11 permet encore d'assurer un temps de réponse rapide alors que le diamètre plus important de la seconde gaine isolante 13 permet de résister aux contraintes mécaniques. Par ailleurs, les premiers fils électriques 7 peuvent être reliés par l'intermédiaire d'une pièce de liaison électrique 17, par exemple sous forme de cosse, aux seconds fils 10 électriques 9 de diamètre plus important et de matériaux moins nobles, pour réduire les coûts. En outre, le boîtier de protection 3 peut comporter un système de fixation 19 sur une paroi (non représentée) délimitant un milieu dont on cherche à connaître la température, tel que la culasse d'un moteur. Pour cela, le système de fixation 19 peut 15 comporter une butée 21 extérieure et un moyen de serrage tel qu'une vis 23 pour serrer la butée 21 contre une surface d'appui complémentaire de la paroi délimitant le milieu à mesurer. Le boîtier 3 peut encore loger un isolant 25 électrique au niveau de la connexion électrique des premiers 7 et des seconds 9 fils électriques, un joint d'étanchéité 27 20 entourant partiellement les deux seconds fils électriques 9 à l'extrémité opposée du capteur 1 par rapport à la thermistance 5, et éventuellement une entretoise 29 interposée entre l'isolant électrique 25 et le joint d'étanchéité 27, formée dans l'exemple d'une seule pièce avec l'isolant électrique 25. L'isolant électrique 25 présente également une forme générale cylindrique de 25 manière à pouvoir épouser la paroi de forme tubulaire, par exemple de la seconde partie 3b, du boîtier de protection 3 et être maintenu par celui-ci. À titre d'exemple, l'isolant électrique 11 est en matière céramique électriquement isolante et résistante à la chaleur. L'isolant électrique 25 comporte deux logements pour recevoir les cosses de connexion 17 et permet donc d'isoler électriquement les deux cosses de connexion 17 30 l'une par rapport à l'autre et également par rapport au boîtier 3. De plus, cet isolant 25 BRT0497FR (ES6783 CFRO371) 2958038 -7- limite le mouvement en translation des cosses de connexion 17 afin d'éviter qu'une traction sur les seconds fils électriques 9 n'entraîne une éjection ou une détérioration des composants internes du capteur 1. Le joint d'étanchéité 27 est quant à lui réalisé par exemple en élastomère et 5 présente également une forme générale cylindrique de manière à pouvoir épouser la paroi de forme tubulaire, par exemple de la seconde partie 3b, du boîtier de protection 3 et être maintenu par celui-ci. BRT0497FR (ES6783 CFRO371) REVENDICATIONS1. Capteur de température pour véhicule automobile comprenant : un élément sensible (5) à la température, deux fils électriques (7) présentant chacun une extrémité reliée à l'élément sensible (5) à la température pour acheminer l'information fournie par l'élément sensible (5) à la température à une unité de traitement, caractérisé en ce que ledit capteur comporte une première (11) et une seconde (13) gaines isolantes disjointes présentant respectivement deux canaux de passage (15) pour les deux fils électriques (7), telles que la première gaine isolante (11) soit agencée à proximité de l'élément sensible (5), et la seconde gaine isolante (13) chemine le long du capteur. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première gaine isolante (11) est solidarisée à l'élément sensible (5). 3. Capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la solidarisation est obtenue par cimentage. 4. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fils électriques (7) sont fixés à au moins une des gaines isolantes (11,13). 5. Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fixation est faite par cimentage. 6. Capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le ciment est un ciment adhésif. 7. Capteur selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le ciment présente un coefficient de dilatation sensiblement égal au coefficient de dilatation de ladite au moins une gaine isolante (11,13). 8. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites gaines isolantes (11,13) sont de forme générale sensiblement cylindrique. 9. Capteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la première gaine BRT0497FR (ES6783 CFR0371) 2958038 -9- isolante (11) présente un diamètre (d) inférieur au diamètre (D) de la seconde gaine isolante (13). 10. Capteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que la première gaine isolante (11) présente un diamètre (d) de l'ordre de 1,7 mm et la seconde 5 gaine isolante (13) présente un diamètre (D) de l'ordre de 2,4 mm. BRT0497FR (ES6783 CFRO371)