Brevet FR3030765A1 — publié le 20160624

Procédé de détection d'un court-circuit dans un thermocouple. Domaine technique L'invention concerne un procédé de détection d'un court-circuit dans un thermocouple d'un capteur de température destiné à la mesure de températures pouvant varier entre - 40°C et + 1200°C, notamment dans un groupe moteur thermique d'un véhicule automobile. Art antérieur Comme représenté sur la figure 1, un dispositif de mesure de la température comporte classiquement un capteur de température 2 prolongé par un câble d'extension 3 permettant de connecter le capteur de température à un appareil de mesure 4. Le capteur de température 2 comporte classiquement une gaine de protection 5 métallique et une butée 6, montée sur la gaine de protection 5 et adaptée en fonction de l'application visée. L'appareil de mesure 4 est destiné à interpréter le signal électrique fourni par le capteur de température 2 et transmis par l'intermédiaire du câble d'extension 3. Cette interprétation permet une évaluation de la température à laquelle l'extrémité du capteur de température est soumise. A l'intérieur de la gaine de protection 5, le capteur de température 2 comporte classiquement un thermocouple 7 et un isolant minéral. Les fils de thermocouple 10 et 12 sont noyés dans l'isolant minéral, à l'exception de leurs extrémités qui, en se rejoignant, constituent le point chaud 13. Classiquement, l'isolant minéral est en alumine ou en magnésie, ce qui permet au thermocouple de résister aux contraintes environnementales, et notamment à des températures élevées. La figure 2 illustre le principe d'une mesure au moyen d'un thermocouple. La température Ti au point chaud 13 peut être évaluée comme égale à la somme de la température To au point froid et d'une valeur dépendant de la différence de potentiel électrique ou « tension » U. En cas de court-circuit entre les deux fils de thermocouple, la valeur de la différence de potentiel conduit à une évaluation erronée de la température au point chaud. Classiquement, pour détecter un court-circuit entre deux points d'un circuit, on mesure la résistance électrique entre ces deux points. Ce procédé conventionnel n'est cependant pas adapté pour détecter la défaillance d'un thermocouple. En effet, en situation normale, les deux fils de thermocouple ne sont en contact qu'au point chaud et la résistance électrique qui peut être mesurée entre deux points quelconques du thermocouple est toujours très faible. L'apparition d'un court-circuit ne modifie donc pas sensiblement la valeur de la résistance électrique aux bornes du thermocouple. Une solution, adoptée notamment par l'industrie aéronautique, consiste à mettre en oeuvre plusieurs thermocouples en parallèle. Une comparaison des mesures des différents thermocouples permet de détecter une défaillance de l'un d'eux. Cette solution est cependant coûteuse et mal adaptée aux applications automobiles. Le but de l'invention est de fournir une solution permettant de détecter une défaillance d'un thermocouple, et donc de garantir la fiabilité de la mesure de la température, à un coût moins élevé que celui des solutions antérieures. Résumé de l'invention L'invention propose un procédé de détection d'un court-circuit dans un thermocouple d'un capteur de température, le procédé comportant les étapes suivantes: a) sollicitation électrique du thermocouple, ladite sollicitation étant variable en fonction du temps ; b) réception d'une réponse à ladite sollicitation électrique ; c) comparaison de ladite réponse à une réponse-type ; d) alerte si ladite comparaison correspond à la présence d'un court-circuit. La sollicitation électrique peut en particulier présenter la forme d'une impulsion (Dirac), d'un signal carré ou d'un signal sinusoïdal. De préférence, un procédé selon l'invention est mis en oeuvre pour détecter un court- circuit dans un thermocouple d'un capteur de température dans un environnement à une température pouvant varier entre -40°C et + 1200°C, et en particulier dans un groupe moteur thermique d'un véhicule automobile. Le capteur de température peut être en particulier disposé dans leur d'admission en amont des injecteurs ou dans une tubulure d'admission de carburant ou de comburant ou dans une tubulure d'échappement, dans la tubulure d'échappement en amont de la turbine. De préférence encore, le capteur de température comporte un câble à isolant minéral comportant une gaine de protection métallique, et, à l'intérieur de la gaine de protection, deux fils de thermocouple en des matériaux adaptés pour former un thermocouple. Les deux fils de thermocouple sont isolés l'un de l'autre et de la gaine de protection au moyen de l'isolant minéral, à l'exception de leurs extrémités constituant le point chaud. De préférence, le couple de matériaux des premier et deuxième fils de thermocouple est de type N ou K, de préférence de type N. De préférence, l'isolant minéral est en alumine et/ou en magnésie. De préférence, la gaine de protection est métallique. De préférence, le diamètre extérieur de la gaine de protection est supérieur à 4 mm, de préférence supérieur ou égal à 4,5 mm. De préférence, le capteur de température comporte un capuchon rapporté (c'est-à-dire initialement indépendant et de préférence fixé sur le câble à isolant minéral) protégeant le point chaud. De préférence, le capuchon présente un rétreint (référencé 15 sur la figure 1), dont le diamètre extérieur au niveau du point chaud est de préférence inférieur à 3,5 mm, voire inférieur à 3 mm, voire inférieur à 2 mm, voire inférieur à 1,5 mm. De préférence encore, le capuchon recouvre, après l'étape d), plus de 10%, plus de 30%, plus de 60%, plus de 90%, de préférence sensiblement 100% de la surface latérale extérieure de la gaine de protection. De préférence, le capuchon est fixé hermétiquement sur la gaine de protection, de préférence par soudure laser. De préférence encore le capuchon est rempli d'un matériau isolant, de préférence sous forme de poudre, identique ou différent de l'isolant minéral du câble à isolant minéral, de préférence en un matériau choisi parmi l'alumine et/ou la magnésie, de manière qu'après montage du capuchon, les extrémités des fils de thermocouple soient isolées de l'extérieur par ledit matériau isolant. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et à l'examen du dessin annexé dans lequel ; la figure 1 représente schématiquement un dispositif de mesure de température ; la figure 2 illustre le fonctionnement d'un thermocouple ; la figure 3 représente schématiquement le comportement électrique d'un tronçon élémentaire d'une ligne de transmission ; la figure 4 représente schématiquement le comportement électrique d'un capteur de température à thermocouple.30 Définitions - Par « proximal » et « distal », on distingue les deux côtés d'un capteur de température selon l'invention. Le côté « distal » est celui du point chaud. - Par « point chaud », on désigne classiquement la jonction entre les deux fils de thermocouple, indépendamment de sa température. - Le "câble d'extension" est le câble qui connecte le capteur de température à l'appareil de mesure. - Le capteur de température s'étend depuis le point chaud jusqu'à l'extrémité proximale du câble à isolant minéral. - Par « comportant un », « présentant un » ou « comprenant un », on entend « comportant au moins un », sauf indication contraire. - Des références identiques sont utilisées pour désigner des organes analogues dans les différentes figures. Description détaillée Une ligne de transmission T, bien connue dans le domaine de l'électronique, et en particulier de la télécommunication, peut être classiquement modélisée par des premier et deuxième conducteurs électriques D1 et D2 agencés pour acheminer un signal électrique d'une source, ou "émetteur", vers une charge, ou "récepteur". Plus précisément, ce modèle est une suite infinie de tronçons élémentaires ST de longueur infinitésimale d/ tels que schématiquement illustrés sur la figure 3. Rd/, en Q, est la résistance linéaire, Cd/, en F, représente la capacité linéaire, Ld/, en H, représente l'inductance linéaire et Gd/, en S, représente la conductance linéaire. Cette modélisation d'une ligne de transmission permet d'établir des équations de propagation mettant en relation le gradient de tension électrique (évolution de la différence de potentiel entre les conducteurs électriques D1 et D2 par mètre linéaire de ligne de transmission) en un point de la ligne de transmission avec l'évolution temporelle de l'intensité électrique dans le conducteur électrique D1 en ce point de la ligne de transmission. Cette modélisation permet également d'établir des équations de propagation mettant en relation le gradient de l'intensité électrique (évolution de l'intensité électrique par mètre linéaire de ligne de transmission en un point de la ligne de transmission) avec l'évolution temporelle de la tension électrique entre les conducteurs électriques D1 et D2 en ce point de la ligne de transmission. Les inventeurs ont découvert que le comportement d'un capteur de température à thermocouple peut être simulé au moyen d'un circuit tel que représenté sur la figure 4, à la manière d'une ligne de transmission. Le conducteur électrique D1 part de l'appareil de mesure et comporte successivement le fil électrique 16 qui relie l'appareil de mesure au premier fil de thermocouple 10, le premier fil de thermocouple 10, le deuxième fil de thermocouple 12, puis le fil électrique 18 qui relie le deuxième fil de thermocouple à l'appareil de mesure 4. Le deuxième conducteur électrique D2 est un fil de masse constitué par le blindage du câble d'extension (ou un conducteur équivalent) et la gaine de protection 5 du câble à isolant minéral MIC. Dans le câble à isolant minéral MIC, les conducteurs électriques D1 et D2 sont connectés électriquement par l'intermédiaire de l'isolant minéral, ce qui correspond à une capacité Cmic et une conductance Gmic. Dans le câble d'extension 3, les conducteurs électriques D1 et D2 sont connectés par une capacité Cext et une conductance Gext. Enfin, les premier et deuxième fils de thermocouple 10 et 12 sont dans des matériaux différents, et présentent des résistances et inductances Ru:, et L10, et R12 et L12, respectivement. Dans un mode de réalisation, les résistances et inductance dans le câble d'extension peuvent être ignorées, comme représenté sur la figure 4. Les valeurs des résistances, inductances, capacités et conductances du modèle peuvent être déterminées par des mesures sur le capteur de température et le câble d'extension. Cette modélisation d'un capteur de température correspond à celle d'une série de lignes de transmission. Il est donc possible d'établir des équations de propagation, comme décrit précédemment et bien connu pour les lignes de transmission. Une sollicitation électrique variable en fonction du temps est injectée en amont du circuit modélisé (étape a)), de préférence à l'extrémité du câble d'extension connectée à l'appareil de mesure. La sollicitation électrique peut être en particulier une variation de la tension u(t) entre la masse et le fil électrique 16 du câble d'extension connectant le premier fil du thermocouple à l'appareil de mesure et/ou une variation d'intensité i(t) dans ce fil électrique. Les réponses correspondantes, en sortie du circuit, sont notées u'(t) et i'(t) sur la figure 4. La sollicitation électrique est transformée à mesure de sa progression dans le circuit, en fonction des valeurs des résistances, inductances, conductances et capacités. Cette transformation est différente selon que le circuit comporte un court-circuit ou non. La réponse en aval, de préférence à l'extrémité du câble d'extension connectée à l'appareil de mesure, est mesurée (étape b)), puis analysée afin de détecter la présence d'un court-circuit. Elle peut en particulier être comparée à une réponse-type correspondant à un fonctionnement normal (étape c)). Si la comparaison conduit à la conclusion qu'un court-circuit est présent, une alerte est envoyée (étape d)). Comme cela apparaît clairement à présent, l'invention fournit un procédé permettant de déterminer, de manière fiable et à un coût réduit, la présence d'un court-circuit dans un capteur de température comportant un thermocouple. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, fourni à des fins illustratives seulement.15 REVENDICATIONS1. Procédé de détection d'un court-circuit dans un thermocouple d'un capteur de température, le procédé comportant les étapes suivantes: a) sollicitation électrique du thermocouple, ladite sollicitation étant variable en fonction du temps ; b) réception d'une réponse à ladite sollicitation électrique ; c) comparaison de ladite réponse à une réponse-type ; d) alerte si ladite comparaison correspond à la présence d'un court-circuit. 2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel, à l'étape a), la sollicitation électrique présente la forme d'une impulsion, d'un signal carré ou d'un signal sinusoïdal. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le capteur de température est dans un environnement à une température variant entre -40° et 1200°C. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le capteur de température est dans un groupe moteur thermique d'un véhicule automobile. 5. Procédé selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel le capteur de température est dans un collecteur d'admission en amont des injecteurs ou dans une tubulure d'admission de carburant ou de comburant ou dans une tubulure d'échappement. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le capteur de température comporte un câble à isolant minéral comportant une gaine de protection métallique, et, à l'intérieur de la gaine de protection, deux fils de thermocouple (10, 12) en des matériaux adaptés pour former un thermocouple (7). 7. Procédé selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel l'isolant minéral est en alumine et/ou en magnésie. 8. Procédé selon l'une quelconque des deux revendications immédiatement précédentes, dans lequel le diamètre extérieur de la gaine de protection métallique est supérieur à 4 mm. 9. Procédé selon l'une quelconque des trois revendications immédiatement précédentes, dans lequel le capteur de température comporte un capuchon (15) rapporté protégeant le point chaud (13) du thermocouple (7). 10. Procédé selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel le capuchon présente un rétreint, dont le diamètre extérieur au niveau du point chaud est inférieur à 3,5 mm.10