Brevet FR2986321A1 — publié le 20130802

Domaine de l'invention La présente invention concerne un système de capteur et son procédé de fabrication, notamment un capteur démontable pour mesurer une pression. Etat de la technique Les capteurs démontables ou déportés, c'est-à-dire les capteurs qui ne sont pas installés dans l'environnement physique direct de l'installation de commande ou d'exploitation, comportent habituellement des éléments de capteur micro-électromécaniques logés dans des boîtiers de cellules de capteur. L'élément de capteur est par exemple installé sur le fond du boîtier et le boîtier est fermé hermétiquement vis-à-vis de l'extérieur. Des broches de branchement électrique sortent du boîtier. Pour des éléments de capteur, on prévoit une ouverture pour appliquer le milieu à mesurer dans le boîtier. De telles cellules de cap- teur de pression servent à détecter la pression de milieux gazeux ou li- quides. Les éléments de capteur installés doivent être vérifiés pour contrôler leur bon fonctionnement et être tarés, ce qui se fait de manière idéale très tôt dans le procédé de fabrication pour réduire au minimum le coût du procédé et de pouvoir réaliser des étapes de procé- dé de manière simple et rapide. Le document DE 10 2008 001 509 A 1 décrit un dispositif de capteur de pression ayant un élément de capteur et un boîtier hermétique relié par un passage avec des broches sortant du boîtier pour le branchement électrique. Il existe également un besoin en cellules de capteur uniformes et robustes qui se combinent de manière variable, de façon économique et souple à différents systèmes de connecteur et/ou d'interface pour des milieux. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour objet un système de capteur comprenant : un élément de capteur, un boîtier logeant l'élément de capteur et fermant celui-ci vis-à-vis de l'environnement, au moins un premier élément de contact électrique couplé électriquement à l'élément de capteur, un connecteur ayant au moins un second élément de contact électrique, et au moins un élément de ressort entre le second élément de contact électrique et le premier élément de contact électrique pour le branchement électrique de façon à relier électriquement l'élément de capteur au second élément de contact électrique du connecteur. L'invention a également pour objet un procédé de réalisa- tion d'un système de capteur, notamment d'un système de capteur con- sistant à : - installer un élément de capteur dans un boîtier le séparant de l'environnement, brancher électriquement au moins un premier élément de contact électrique à l'élément de capteur, contrôler le fonctionnement de l'élément de capteur dans le boîtier et après l'étape de contrôle, relier un connecteur ayant au moins un second élément de contact électrique par au moins un élément de ressort couplé entre le se- cond élément de contact électrique et le premier élément de contact électrique sur le boîtier pour que l'élément de capteur soit relié électriquement au second élément de contact électrique du connecteur. Ainsi, l'invention a pour objet de développer une cellule de capteur de construction uniforme comportant un élément de capteur dans un boîtier et qui soit à la fois robuste dans un environnement hostile et de construction compacte. Dès avant le branchement électrique avec le connecteur ou avant le branchement à un embout ou ajutage de pression, on peut contrôler le bon fonctionnement de la cellule de cap- teur et le cas échéant l'équilibrer ou la tarer. Le système de capteur a une structure modulaire permettant des interfaces variables avec un milieu et/ou les branchements électriques. Cela se réalise par des contacts à ressort avec un connecteur qui est raccordé de manière souple et fiable à l'élément de capteur. Le branchement par des éléments de ressort est possible sans étape de liaison supplémentaire telle que le soudage, le brasage, le collage ou la liaison et de plus, ce type de liaison permet un découplage mécanique très poussé entre la cellule de capteur et le connecteur. De façon particulièrement avantageuse, les faibles exi- 1 gences relatives au connecteur et/ou à l'ajutage de pression couplé à la cellule de capteur permettent d'assurer le bon fonctionnement complet du système de capteur avec une cellule de capteur robuste. Selon un développement, l'élément de ressort est un res- sort hélicoïdal et le premier élément de contact électrique comporte une 10 broche sur laquelle est emmanché le ressort hélicoïdal. Cela permet un branchement électrique variable entre le connecteur et l'élément de capteur et qui assure en même temps le découplage des contraintes mécaniques. Selon un développement préférentiel, le ressort hélicoïdal 15 a un premier segment ayant un premier diamètre et de façon adjacente à celui-ci, un second segment avec un second diamètre plus petit que le premier diamètre. En variante, la broche comporte un premier segment ayant un premier diamètre et de façon adjacente, un second segment avec un second diamètre plus petit que le premier diamètre. Dans les 20 deux cas, de façon avantageuse, on crée une butée mécanique entre le passage électrique et la surface de contact électrique, ce qui permet un branchement électrique fiable avec l'élément de capteur dans le boîtier. Selon un autre développement, l'élément de ressort a un étrier souple électro-conducteur appliqué sur le premier élément de 25 contact électrique. Cela permet également un contact électrique avec découplage des contraintes entre l'élément de capteur et le connecteur selon une solution simple et robuste. Selon un autre développement, l'élément de ressort est un ressort hélicoïdal de forme allant en diminuant et le premier élément 30 de contact électrique comporte une broche sur laquelle est emmanché le ressort hélicoïdal par son extrémité rétrécie. Selon un autre développement, le premier élément de contact électrique traverse un premier orifice du boîtier, ce qui assure un scellement hermétique du boîtier vis-à-vis de l'extérieur sans que 35 cela ne soit au détriment du contact électrique de l'élément de capteur. Selon un autre développement, le système de capteur comporte un premier joint entre le connecteur et le boîtier, ce qui a l'avantage de protéger complètement les contacts électriques vis-à-vis de l'environnement, par exemple vis-à-vis de l'influence nocive de subs- tances chimiques agressives qui pourraient détériorer le fonctionnement du système de capteur. Selon un autre développement, l'élément de capteur comporte un élément de capteur de pression et le boîtier a une seconde ouverture par laquelle l'élément de capteur est en liaison avec l'environnement. En particulier, ce type de système de capteur est très avantageux pour des capteurs de pression qui sont souvent utilisés dans des milieux liquides tels que de l'huile ou autre liquide qui, potentiellement, peuvent détériorer le contact. Selon un autre développement, le système de capteur comporte un ajutage de pression avec une cavité logeant à niveau, le boîtier et ayant un canal de pression couplé à la seconde ouverture du boîtier pour qu'un milieu puisse passer par le canal de pression et arriver sur l'élément de capteur. La structure modulaire du système de capteur permet un branchement souple et spécifique à chaque application du système de capteur avec différents ajutages de pression. Selon un autre développement, le système de capteur comporte un second joint entre l'ajutage de pression et le boîtier, ce qui a l'avantage de réaliser une liaison hermétiquement étanche entre le boîtier et l'ajutage de pression. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation de système de capteur représentés dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue éclatée d'un système de capteur selon un mode de réalisation de l'invention, la figure 2 est une vue en coupe schématique d'un autre mode de réalisation d'un système de capteur selon l'invention, la figure 3 est un schéma d'un détail d'un autre mode de réalisation d'un système de capteur, la figure 4 est un schéma d'un détail d'un autre mode de réalisation d'un système de capteur, la figure 5 est un schéma d'un détail d'un autre mode de réalisation d'un système de capteur, la figure 6 est un schéma d'un détail d'un autre mode de réalisa- tion d'un système de capteur, et la figure 7 est un schéma d'un procédé de réalisation d'un système de capteur selon l'invention. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 est une vue éclatée schématique d'un système de capteur 100 qui sera décrit de manière plus détaillée à l'aide de la figure 2 et des figures suivantes. Le système de capteur 100 comporte un capteur 1, par exemple un capteur de pression 1. Le capteur de pression 1 est applicable par exemple dans une plage de pression moyenne comprise entre 10 et 100 bars mais également dans une plage de basse pression ou une plage de haute pression supérieure à 100 bars. Le capteur de pression 1 peut être par exemple un capteur de pression de carburant, par exemple de gazole ou d'essence, un capteur de pression d'huile, un capteur CNG, un capteur de pression de trans- mission, un capteur de pression pour le liquide d'une installation de climatisation, un capteur de pression de liquide hydraulique, par exemple intégré dans le circuit de frein ou encore dans les amortisseurs d'un véhicule. Le capteur 1 comporte un élément de capteur 7, par exemple une puce de capteur ayant une structure micro-électromécanique logée dans un boîtier la. Le boîtier la est par exemple en métal, par exemple en acier. L'élément de capteur 7 est installé sur un socle en verre. Le boîtier la comporte en outre des éléments de contact lc couplés électriquement par des premiers éléments de contact électriques 6b ou des traversées électriques 6b à l'élément de capteur 7. Les premiers éléments de contact électriques 6b sont constitués par des broches couplées par un ressort de contacts lb aux éléments de contact lc. Les broches ont une forme cylindrique, conique, rectangulaire ou autre forme géométrique. Les premiers éléments de contact électriques 6b sortent par des premiers orifices 8a du boîtier la. Les broches 6 du capteur 1 permettent le branchement électrique de l'élément de capteur 7 de façon hermétiquement close dans le boîtier la. Le nombre de broches 6 du capteur 1 à la figure 1 est par exemple égal à trois mais n'importe quel autre nombre de broches 6 est possible. Au cas où l'élément de capteur 7 est un élément de cap- teur de pression, cet élément de capteur 7 a par exemple une structure micro-électromécanique recevant la pression par un second orifice 8b du boîtier. L'élément de capteur 7 est logé dans un boîtier en acier la fermé hermétiquement ; dans le mode de réalisation présenté ici, le boîtier a un fond et un couvercle constituant une autre partie du boîtier. Le fond du boîtier comporte une cavité constituant la surface de montage de l'élément de capteur 7. Le fond du boîtier constitue par exemple le côté de branchement hydraulique du système de capteur 100 de sorte que le second orifice 8b du boîtier permet l'accès au milieu jusqu'à la surface active de l'élément de capteur de pression 7. Les fils de liaison non représentés relient les branche- ments électriques de l'élément de capteur 7 à l'élément de contact lc. Le capuchon du boîtier la ouvre l'élément de capteur 7 et les éléments de contact lc en étant soudé au fond du boîtier. Le système de capteur 100 comporte un connecteur 2. Le connecteur 2 est par exemple un boîtier en matière plastique 2c logeant des inserts électro-conducteurs 2b comme des languettes de contact électriques ; ces éléments sont par exemple en métal. Les inserts 2b comportent sur leur côté non tourné vers le capteur 1, des seconds éléments de contact électriques 2a pour coupler les éléments de ressort 6a électriquement à la broche 6. Les seconds éléments de contact électriques 2a ont par exemple des surfaces de contact électriques ou des broches de contact. Les figures 3, 4, 5 et 6 montrent schématiquement des exemples de réalisation de tels ressorts de contact. Selon la figure 3, le premier élément de contact électrique ou la traversée électrique 6b correspond à une broche cylindrique. L'élément de ressort 6a est par exemple un ressort hélicoïdal emmanché sur la broche. La broche 6b comporte par exemple un premier segment avec un premier diamètre de broche et un second segment adjacent au premier segment et ayant un second diamètre inférieur au premier diamètre de broche. La broche 6b peut être dans une certaine mesure éta- 1 gée avec son extrémité tournée vers l'extérieur pour former une butée mécanique pour l'élément de ressort 6a. En emmanchant le connecteur 2 sur la broche 6b, on repousse l'élément de ressort 6a par l'effet de ressort sur le second élément de contact électrique 2a, ce qui permet un branchement électrique simple et fiable. Le connecteur 2 comporte un 10 guide 6c approprié pour le ressort hélicoïdal 6a. Le mode de réalisation de la figure 4 se distingue de celui de la figure 3 en ce que le ressort hélicoïdal 6a a un premier segment avec un premier diamètre d'hélice et un second segment, adjacent ayant un second diamètre d'hélice plus petit que le premier diamètre. La fi- 15 gure 4 montre le passage électrique 6b avec une broche de diamètre constant. Le premier segment du ressort hélicoïdal 6a est emmanché sur la broche 6b de sorte que le second segment du ressort hélicoïdal 6a fonctionne comme butée mécanique. Le ressort hélicoïdal 6a et la broche 6b sont logés dans un guide 6c du connecteur 2. 20 La figure 5 est une vue schématique d'un détail du sys- tème de capteur 100 ; l'élément de ressort 6a comporte un étrier souple électro-conducteur appliqué sur le passage électrique ou le premier élément de contact électrique 6b. L'étrier 6a, souple, électroconducteur, comporte par exemple un élément de ressort-lame tel qu'un 25 ressort en forme de "C" ou de "S". La figure 6 est le schéma d'un détail du système de capteur 100 dont l'élément de ressort 6a est engagé sur la broche du connecteur 2. L'élément de ressort 6a a une forme allant en diminuant vers le bas de sorte que le segment inférieur de l'élément de ressort 6a 30 s'applique directement sur la surface de contact du premier élément de contact électrique 6b et réalise ainsi le branchement électrique du premier élément de contact électrique 6b. Les modes de réalisation des figures 3 à 6 peuvent se configurer de façon variable et en fonction des applications par la forme 35 et du nombre de broches 6. En particulier, il est possible de coupler le connecteur 2 à des systèmes de branchement différents, de façon modulaire avec le capteur 1. En se reportant de nouveau à la figure 2, un premier joint 4 entre le connecteur 2 et le capteur 1 protège les contacts élec- triques des broches 6 complètement vis-à-vis de l'extérieur. Le premier joint 4 est par exemple un joint à deux composants ou un joint en silicone. Le système de capteur 100 comporte en outre un embout de raccordement 3 ayant une cavité 3a recevant le boîtier la et ayant un canal de pression 3b couplé à la seconde ouverture 8b du boîtier. L'ajutage de pression 3 est par exemple un ajutage métallique ou en matière plastique. En fonction de l'application, on a un second joint 5 entre l'ajutage de pression 3 et le boîtier la. Le second joint 5 peut être un joint torique. Mais on peut également relier l'ajutage de pression 3 au capteur 1 par collage, par soudage ou par surmoulage avec de la matière plastique. Pour cela, la surface du boîtier la sera rendue rugueuse, par exemple en lui donnant une structure par un laser dans la zone du second orifice 8b du boîtier pour permettre la réalisation d'une liaison solide entre l'ajutage 3 et le boîtier la. En outre, on réalise l'étanchéité de l'ajutage de pression 3, métallique par rapport au capteur 1 par un sertissage 3b des parois latérales du boîtier la. En variante, dans le cas d'un ajutage 3 en matière plastique, on peut souder par un rayon traversant l'ajutage 3 au boîtier la. Mais il est également possible de rendre l'ajutage de pression 3 étanche en surmoulant le capteur 1 avec de la matière plastique. Le canal de pression 3b permet d'appliquer le milieu à l'élément de capteur 7 ; le milieu est par exemple un gaz ou un liquide. Grâce à la structure modulaire du système de capteur, on a un contact souple et spécifique aux applications du système de capteur par diffé- rents ajutages de pression. L'élément de capteur 7 est par exemple un élément de capteur de pression à structure micro-électromécanique pour générer un signal de mesure caractéristique de la pression ambiante du milieu appliquée à l'élément de capteur 7. La figure 7 est un schéma d'un procédé 10 de réalisation d'un système de capteur, notamment d'un système de capteur 100 dé- crit en liaison avec les figures 1 à 6. Dans une première étape 11, on installe l'élément de capteur 7 dans un boîtier la en l'isolant vis-à-vis de l'environnement. Puis dans une seconde étape 12, on réalise le branchement électrique d'au moins un premier élément de contact électrique ou d'un passage électrique 6b à l'élément de capteur 7. En option, l'élément de contact électrique 6b peut traverser un orifice 8a du boîtier la. Déjà dans cette étape de fabrication, dans l'étape 13, on peut contrôler le fonctionnement de l'élément de capteur 7 logé dans le boîtier la. Le contrôle se fait par exemple par un équilibrage du cap- teur, une procédure de test électronique ou autre étape de contrôle. On s'assure ainsi du fonctionnement du capteur 1 dès le début de la chaîne de réalisation, ce qui se traduit par une économie de coût et de temps. Après l'étape de contrôle 13, on branche le connecteur 2 dans l'étape 14 ; le connecteur a au moins un second élément de contact électrique 2a, par exemple une surface de contact ou une broche de contact par lesquelles au moins un élément de ressort 6a est couplé entre le second élément de contact 2a et le premier élément de contact 6b pour être relié au boîtier la. L'élément de capteur 7 est relié électriquement au se- cond élément de contact électrique 2a par le connecteur 2. Si l'élément de capteur 7 comporte par exemple un élément de capteur de pression, on peut brancher un ajutage de pression 3, ce qui donne le système de capteur 100 tel que présenté aux figures 1 et 2.25 NOMENCLATURE 1 Capteur de pression la Boîtier 1 c Elément de contact 2 Connecteur 2a Elément de contact électrique 2b Insert 2c Boîtier en matière plastique 3 Ajutage de pression 3a Cavité/logement 3b Canal de pression 4 Premier joint 5 Second joint 6 Broche 6a Elément de ressort 6b Elément de contact électrique 6c Guidage 7 Elément de capteur 8 Orifice 8a, 8b Ouverture/orifice 10 Procédé de réalisation d'un système de capteur 11, 12, 13, 14 Etapes du procédé 10 100 Système de capteur25 REVENDICATIONS1°) Système de capteur (100) comprenant : un élément de capteur (7), un boîtier (la) logeant l'élément de capteur (7) et fermant celui-ci vis-à-vis de l'environnement, au moins un premier élément de contact électrique (6b) couplé électriquement à l'élément de capteur (7), un connecteur (2) ayant au moins un second élément de contact électrique (2a), et au moins un élément de ressort (6a) entre le second élément de contact électrique (2a) et le premier élément de contact électrique (6b) pour le branchement électrique de façon à relier électriquement l'élément de capteur (7) au second élément de contact électrique (2a) du connecteur (2). 2°) Système de capteur (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de ressort (6a) est un ressort hélicoïdal et le premier élément de contact électrique (6b) comporte une broche, sur lequel est emman- ché le ressort hélicoïdal. 3°) Système de capteur (100) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ressort hélicoïdal a un premier segment ayant un premier diamètre et un second segment adjacent ayant un second diamètre, plus petit que le premier diamètre du ressort hélicoïdal. 4°) Système de capteur (100) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la broche a un premier segment ayant un premier diamètre et un se- cond segment adjacent au premier ayant un second diamètre plus petit que le premier diamètre de la broche. 5°) Système de capteur (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce quel'élément de ressort (6a) comporte un étrier souple électro-conducteur appliqué sur le premier élément de contact électrique (6b). 6°) Système de capteur (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de ressort (6a) comporte un ressort hélicoïdal dont la forme va en diminuant et le premier élément de contact électrique (6b) a une broche de raccordement, le ressort hélicoïdal (6a) étant emmanché sur le second élément de contact électrique (2a) et son extrémité rétrécie, engagée sur la broche (6b). 7°) Système de capteur (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément de contact électrique (6b) traverse une première ou- verture (8a) du boîtier (la). 8°) Système de capteur (100) selon la revendication 1, caractérisé par un premier joint (4) entre le connecteur (2) et le boîtier (la). 9°) Système de capteur (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de capteur (7) comporte un élément de capteur de pression et le boîtier (la) a une seconde ouverture (8b) pour que l'élément de cap- teur (7) communique avec l'environnement. 10°) Système de capteur (100) selon la revendication 9, caractérisé par un ajutage de pression (3) ayant une cavité (3a) recevant le boîtier (la) à niveau et ayant un canal de pression (3b) couplé à la seconde ouverture de boîtier (8b) pour que le milieu puisse arriver sur l'élément de capteur (7) par le canal de pression (3b). 11°) Système de capteur (100) selon la revendication 10, comportant un second joint (5) entre l'ajutage de pression (3) et le boîtier (la).12°) Procédé (10) de réalisation d'un système de capteur (100), notamment d'un système de capteur (100) selon l'une des revendications 1 à 11 comprenant les étapes suivantes consistant à : installer (11) un élément de capteur (7) dans un boîtier (la) le sé- parant de l'environnement, brancher électriquement (12) au moins un premier élément de contact électrique (6b) à l'élément de capteur (7), contrôler (13) le fonctionnement de l'élément de capteur (7) dans le boîtier (la) et après l'étape de contrôle (13), relier (14) un connecteur (2) ayant au moins un second élément de contact électrique (2a) par au moins un élément de ressort (6a) couplé entre le second élément de contact électrique (2a) et le premier élément de contact électrique (6b) sur le boîtier (la) pour que l'élément de capteur (7) soit relié électriquement au second élément de contact électrique (2a) du connecteur (2). 13°) Procédé (10) selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'élément de capteur (7) comporte un élément de capteur de pression dont le boîtier (la) a une seconde ouverture (8b) qui permet à l'élément de capteur (7) d'être mis en contact avec l'environnement et le procédé (10) comprend en outre l'étape suivante consistant à : brancher un ajutage de pression (3) ayant un canal de pression (3b) au boîtier (la) pour qu'un milieu puisse passer par le canal de pression (3b) et être appliqué à travers la seconde ouverture de boî- tier (8b) à l'élément de capteur (7).30