Brevet FR3075365A1 — publié le 20190621

Capteur hautes temperatures comprenant des thermocouples avec une jonction chaude commune La presente invention concerne un capteur de temperature, notamment pour mesurer des temperatures elevees, par exemple superieures a 900°C, voire a 1000 °C. L'invention s'applique en particulier aux capteurs de temperature adaptes pour mesurer la temperature des gaz de vehicules automobiles tels que les gaz d'echappement, par exemple. De tels capteurs de temperatures sont notamment utilises dans des systemes de recirculation des gaz d'echappement EGR ( Le temps de reponse est ainsi ameliore et le proc6d6 d'assemblage du capteur est simplifie avec une seule jonction chaude. L'invention permet de generer n signaux crees par une seule jonction chaude. La fonction de redondance peut etre geree par un unique boitier electronique (le deuxieme connecteur du thermocouple). II est aussi possible de diagnostiquer la casse d'un ou plusieurs des monobrins par la mesure de la resistance en ligne entre les fils metalliques pour chacune des configurations de branchement (ou de thermocouples). De plus, si l'un des fils metalliques du thermocouple est sectionne a ('avant du capteur de temperature, entrainant le disfonctionnement de la premiere soudure chaude, un thermocouple secondaire prend le relais pour mesurer la temperature Ti. Le capteur de temperature est toujours apte a fournir une information de temperature dans le moteur du vehicule, sans etre en mode degrade. Les caracteristiques ci-dessus pourront etre utilisees seules ou en combinaison, en apportant un avantage particulier. Les caracteristiques de ('invention seront decrites plus en detail en se referant aux dessins annexes dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un capteur de temperature comprenant un thermocouple selon l'art anterieur; - la figure 2 est une vue schematique d'un capteur de temperature comprenant quatre fils metalliques selon un premier mode de realisation de !Invention; - la figure 3 est un schema electrique simplifie de ce capteur de temperature; 4 - la figure 4 est un schema electrique simplifie d'un capteur de temperature comprenant trois fils metalliques selon un deuxieme mode de realisation de l'invention; - la figure 5 est schema electrique simplifie d'un capteur de temperature 5 comprenant cinq fils metalliques selon un troisieme mode de realisation de l'invention ; - la figure 6 est une vue en perspective d'une gaine isolante multibrins; - la figure 7 est une vue en perspective d'un deuxieme connecteur electrique. La figure 1 represente une vue en coupe longitudinale d'un capteur de 10 temperature 1 pour vehicule automobile selon l'art anterieur. Le capteur de temperature 1 comprend un thermocouple 2 comportant un element sensible a la temperature forme par une soudure chaude 7. Le thermocouple 2 comporte deux premiers fils metalliques 3a, 3b de nature differente soudes entre eux a leur premiere extremite 4a, 4b formant la soudure 15 chaude 7 pour mesurer une temperature T1 dans le milieu a mesurer (gaz d'echappement d'un vehicule ou pile a combustible, par exemple). Les deux premiers fils metalliques 3a, 3b comportent chacun une deuxieme extremite 5a, 5b reliee electriquement a un voltmetre mesurant la tension V entre les deux deuxiemes extremites 5a, 5b. 20 Les deux premiers fils metalliques 3a, 3b sont constitues de deux metaux differents, comme par exemple un couple de metaux Nisil/Nicrosil. Le thermocouple est de type J, K, T, R, S, N, par exemple. En connaissant la temperature de reference T2 a un point froid distant du point chaud, et la tension V aux deuxiemes extremites 5a, 5b des deux premiers fils 25 metalliques 3a, 3b du thermocouple, on en deduit la temperature T1 de la soudure chaude (ou point chaud) qui correspond a la temperature du milieu a mesurer dans le moteur du vehicule. Le capteur de temperature 1 comprend une enveloppe de protection 17 (ou capuchon) dans laquelle est !ogee la soudure chaude 7. 30 L'enveloppe de protection 17 presente une forme generale tronconique se prolongeant longitudinalement. L'enveloppe de protection 17 est realisee en un materiau metallique resistant a des temperatures elevees, tel qu'un alliage de chrome, de nickel et de fer du type Inconel® (marque d6pos6e) ou encore en acier r6fractaire. 35 Comme illustre sur la figure 1, l'enveloppe de protection 17 comporte une extremite fermee 18 ayant un diametre plus petit que le reste de l'enveloppe de protection 17. La soudure chaude 7 est disposee dans cette extremite fermee 18. Le capteur de temperature 1 comprend une gaine isolante 6 entourant les deux premiers fils metalliques 3a, 3b du thermocouple 2. 40 L'enveloppe de protection 17 est fixee a une extremite avant 19 de la gaine isolante 6, par sertissage par exemple. Les deux premiers fils metalliques 3a, 3b sont entoures et maintenus dans la gaine isolante 6 qui presente deux canaux de passage associes chacun a l'un des 5 deux premiers fils metalliques 3a, 3b de sorte que les deux premiers fils metalliques 3a, 3b soient isoles entre eux et maintenus par la gaine isolante 6. La gaine isolante 6 est par exemple de forme generale allongee selon une direction longitudinale correspond a la direction longitudinale des deux premiers fils 5 metalliques 3a, 3b. Cette gaine isolante 6 peut presenter une forme generale cylindrique. A titre d'exemple, la gaine isolante 6 presente un cceur 20 en matiere ceramique electriquement isolant et resistante a la chaleur, qui est entoure par une couche externe 21 en acier refractaire. La couche externe 21 peut etre en acier 10 inoxydable, par exemple. Le cceur 20 de la gaine isolante 6 peut etre en magnesie ou alumine, par exemple. Le capteur de temperature 1 comprend un tube de renfort 22 entourant la gaine isolante 6. Le tube de renfort 22 entoure la gaine isolante 6 partiellement, c'est-a-dire qu'elle ne ('entoure pas sur toute sa longueur. 15 Le capteur de temperature 1 comprend un joint elastomere haute temperature 23 assurant une isolation entre le tube de renfort 22 et la gaine isolante 6. Le capteur de temperature 1 comprend un moyen de fixation 24 destine a etre fixe sur une paroi d'un environnement moteur (non presentee). Cette paroi delimite un milieu dont on cherche a connaitre la temperature. La paroi peut etre une paroi 20 d'un conduit d'un systeme d'echappement des gaz de combustion ou dans une pile a combustible, a titre d'exemple. Le moyen de fixation 24 est fixe au tube de renfort 22. Le moyen de fixation 24 entoure une portion du tube de renfort 22. Lorsque le capteur de temperature 1 est fixe sur la paroi du vehicule, l'extremite avant 19 de la 25 gaine isolante 6 se situe dans l'environnement du moteur pour lequel on cherche a obtenir la temperature T1, cet environnement etant en contact avec des gaz d'echappement chaud, par exemple. Le moyen de fixation 24 forme une etancheite entre l'environnement du moteur et l'exterieur. 30 Le moyen de fixation 24 comporte une vis 25 destinee a etre vissee dans un orifice filete prevu dans la paroi du vehicule. Les deuxiemes extremites 5a, 5b des fils metalliques 3a, 3b sont chacune reliees a un fil electrique 14 distinct par l'intermediaire d'un premier connecteur electrique 15. 35 Les fils electriques 14 sont relies a un deuxieme connecteur electrique 16. Le deuxieme connecteur electrique 16 est destine a recevoir un connecteur d'un vehicule qui est relie a un dispositif electronique de controle (non represente). Selon ('invention telle qu'illustree sur la figure 2, le capteur de temperature 1 comprend au moins un troisieme fil metallique 3c comprenant une premiere 40 extremite 4c soudee aux premieres extremites 4a, 4b des deux fils metalliques 3a, 3b du thermocouple 2 formant un thermocouple secondaire ayant la merle soudure chaude 7 que celle du thermocouple 2 permettant de mesurer la temperature T1 dans le vehicule. 6 Autrement dit, tous les thermocouples formes par des fils metalliques supplementaires presentent une soudure chaude 7 ou element sensible a la temperature commun. Le troisieme fil metallique 3c comporte une deuxieme extremite 5c reliee 5 electriquement au voltmetre mesurant la tension entre la deuxieme extremite 5c du troisieme fil metallique 3c et la deuxieme extremite 5a, 5b de l'un des deux premiers fils metalliques 3a, 3b pour determiner la temperature Ti. La gaine isolante 6 entoure tous les fils metalliques 3a, 3b, 3c. Le premier fil metallique 3a et le troisieme fil metallique 3c sont formes du 10 merle metal qui est different de celui du deuxieme fil metallique 3b. La figure 2 illustre un premier mode de realisation dans lequel le capteur de temperature 1 comprend un troisieme fil metallique 3c et un quatrieme fil metallique 3d soudes a la soudure chaude 7 du thermocouple 2 formant quatre thermocouples dont trois thermocouples secondaires ou supplementaires pour mesurer la 15 temperature T1 dans le vehicule. Ils ont en commun la merle soudure chaude 7. Le premier fil metallique 3a et le troisieme fil metallique 3c sont de merle nature. Le deuxieme fil metallique 3b et le quatrieme fil metallique 3d sont de merle nature mais de nature differente par rapport au premier fil metallique 3a et au 20 troisieme fil metallique 3c. La soudure chaude 7 est !ogee dans une enveloppe de protection 17, comme decrit precedemment. Le premier fil metallique 3a, le deuxieme fil metallique 3b, le troisieme fil metallique 3c et le quatrieme fil metallique 3d sont entoures par la merle gaine 25 isolante 6, comme illustree sur la figure 7. La gaine isolante 6 presente un cceur 20 en matiere ceramique electriquement isolant et resistante a la chaleur, qui est entoure par une couche externe 21 en acier refractaire. La couche externe 21 peut etre en acier inoxydable, par exemple. Le cceur 20 de la gaine isolante 6 peut etre en magnesie ou alumine, par exemple. 30 La couche externe 21 est realisee en un materiau metallique resistant a des temperatures elevees, tel qu'un alliage de chrome, de nickel et de fer du type Inconel® (marque d6pos6e) ou encore en acier r6fractaire. Les quatre fils metalliques 3a, 3b, 3c, 3d sont relies a des fils electriques 14 distincts par l'intermediaire d'un premier connecteur electrique 15 qui sont identiques 35 a ceux de la figure 1. Les fils electriques 14 sont relies a un deuxieme connecteur electrique 16 tel que represente sur la figure 7. Le deuxieme connecteur electrique 16 est destine a recevoir un connecteur d'un vehicule par l'intermediaire d'un moyen de connexion 27 qui est relie a un 40 dispositif electronique de controle (non represente). Le deuxieme connecteur electrique 16 comprend un composant electronique 26. 7 Le composant electronique 26 est relie au moyen de connexion 27 par des liaisons electriques 28. Le voltmetre est integre dans le composant electronique 26. Dans cet exemple de la figure 7, le deuxieme connecteur electrique 16 5 comprend huit fils electriques 14 relies a huit fils metalliques de sept thermocouples. La figure 3 est un schema electrique simplifie de ce capteur de temperature 1 selon le premier mode de realisation de la figure 2 montrant les quatre fils metalliques 3a, 3b, 3c, 3d et leurs deuxiemes extremites 5a, 5b, 5c, 5d respectives reliees a un voltmetre. 10 Les quatre fils metalliques 3a, 3b, 3c, 3d comprennent chacun une premiere extremite 4a, 4b, 4c, 4d soudee ensemble pour former une soudure chaude 7 commune pour mesurer une temperature T1 dans le vehicule. Le voltmetre mesure un premier signal de tension V3->2 entre la deuxieme extremite 5c du troisieme fil metallique 3c et la deuxieme extremite 5b du deuxieme 15 fil metallique 3b qui est lie a la difference entre la temperature T1 et la temperature T2, T2 etant la temperature froide de reference. Le voltmetre mesure egalement un deuxieme signal de tension V3->4 entre la deuxieme extremite 5c du troisieme fil metallique 3c et la deuxieme extremite 5d du quatrieme fil metallique 3d qui est lie a la difference entre la temperature T1 et la 20 temperature T2. Le voltmetre mesure egalement un troisieme signal de tension V1_>2 entre la deuxieme extremite 5a du premier fil metallique 3a et la deuxieme extremite 5b du deuxieme fil metallique 3b qui est lie a la difference entre la temperature T1 et la temperature T2. 25 Le voltmetre mesure egalement un quatrieme signal de tension V1_>4 entre la premiere extremite 5a du premier fil metallique 3a et la deuxieme extremite 5d du quatrieme fil metallique 3d qui est lie a la difference entre la temperature T1 et la temperature T2. Le capteur de temperature 1 comprend ainsi quatre thermocouples 2 30 mesurant la temperature T1 pour fournir quatre signaux de temperature qui sont traites pour obtenir une fonction de redondance. La figure 4 est un schema electrique simplifie d'un capteur de temperature 1 selon un deuxieme mode de realisation montrant trois fils metalliques 3a, 3b, 3c et leurs deuxiemes extremites 5a, 5b, 5c respectives reliees a un voltmetre. 35 Le voltmetre mesure un premier signal de tension V3->2 entre la deuxieme extremite 5c du troisieme fil metallique 3c et la deuxieme extremite 5b du deuxieme fil metallique 3b qui est lie a la difference entre la temperature T1 et la temperature T2, T2 etant la temperature froide de reference. Le voltmetre mesure egalement un deuxieme signal de tension V1_>2 entre la 40 deuxieme extremite 5a du premier fil metallique 3a et la deuxieme extremite 5b du deuxieme fil metallique 3b qui est lie a la difference entre la temperature T1 et la temperature T2. 8 Le capteur de temperature 1 comprend ainsi deux thermocouples 2 mesurant la temperature T1 pour fournir deux signaux de temperature et obtenir une fonction de redondance. Le premier fils metalliques 3a et le troisieme fil metallique 3c sont de meme 5 nature mais de nature diff6rente du deuxieme fil metallique 3b. La figure 5 est un schema electrique simplifie d'un capteur de temperature 1 selon un troisieme mode de realisation montrant cinq fils metalliques 3a, 3b, 3c, 3d, 3e et leurs deuxiemes extremites 5a, 5b, 5c, 5d, 5e respectives reliees a un voltmetre. 10 Le capteur de temperature 1 comprend, en plus des premiers et deuxiemes fils metalliques 3a, 3b, un troisieme fil metallique 3c, un quatrieme fil metallique 3d et un cinquieme fil metallique 3e soudes a la meme soudure chaude 7 par leurs premieres extremites respectives 4a, 4b, 4c, 4d, 4e formant six thermocouples 2 pour mesurer la temperature T1 dans le vehicule. 15 Le premier fil metallique 3a et le troisieme fil metallique 3c sont de meme nature. Le deuxieme fil metallique 3b, le quatrieme fil metallique 3d et le cinquieme fil metallique 3e sont de meme nature mais de nature differente du premier fil metallique 3a et du troisieme fil metallique 3c. 20 Le voltmetre mesure un premier signal de tension V3->2 entre la deuxieme extremite 5c du troisieme fil metallique 3c et la deuxieme extremite 5b du deuxieme fil metallique 3b qui est lie a la difference entre la temperature T1 et la temperature T2, T2 etant la temperature froide de reference. Le voltmetre mesure egalement un deuxieme signal de tension V3_>4 entre la 25 deuxieme extremite 5c du troisieme fil metallique 3c et la deuxieme extremite 5d du quatrieme fil metallique 3d qui est lie a la difference entre la temperature T1 et la temperature T2. Le voltmetre mesure egalement un troisieme signal de tension V3_>5 entre la deuxieme extremite 5c du troisieme fil metallique 3c et la deuxieme extremite 5e du 30 cinquieme fil metallique 3e qui est lie a la difference entre la temperature T1 et la temperature T2. Le voltmetre mesure egalement un quatrieme signal de tension Vi->2 entre la deuxieme extremite 5a du premier fil metallique 3a et la deuxieme extremite 5b du deuxieme fil metallique 3b qui est lie a la difference entre la temperature T1 et la 35 temperature T2. Le voltmetre mesure egalement un cinquieme signal de tension V1->4 entre la premiere extremite 5a du premier fil metallique 3a et la deuxieme extremite 5d du quatrieme fil metallique 3d qui est lie a la difference entre la temperature T1 et la temperature T2. 40 Le voltmetre mesure egalement un sixieme signal de tension V1->5 entre la premiere extremite 5a du premier fil metallique 3a et la deuxieme extremite 5e du cinquieme fil metallique 3e qui est lie a la difference entre la temperature T1 et la temperature T2. 9 De maniere generale, le capteur de temperature 1 peut comprendre n fils metalliques (ou monobrins) soudes a Ia merle soudure chaude 7, n etant superieur ou egale a 3. Comme vu avec les exemples des figures 4 et 5, le nombre de fils metalliques 5 constitues d'un premier type de metal A peut etre different du nombre de fils metalliques constitues d'un deuxieme type de metal B. SeIon une variante (non representee), le capteur de temperature 1 comprend un element sensible a Ia temp6rature unique destin6 a mesurer une temperature froide T2 commune a tous les thermocouples 2. 10 Une seule temperature froide T2 est ainsi mesuree, simplifiant le capteur de temperature et reduisant les coOts. De preference, l'element sensible a Ia temperature destine a mesurer une temperature froide T2 est integre dans le composant electronique 26. Le composant electronique 26 permet aussi de traiter les n signaux de 15 temperature generes par les n sondes de temperature simultanement, pour obtenir une fonction de redondance. Le composant electronique 26 peut egalement realiser des fonctions de filtrage, controle, transmission de donnees, entre autre. En variante, plusieurs mesures de Ia temperature de reference T2 sont 20 possibles pour traiter Ia redondance. II est possible de diagnostiquer Ia casse d'un ou plusieurs des fils metalliques par Ia mesure de Ia resistance en ligne pour chacune des configurations branchements. Les fils metalliques non utilises sont raccordes a Ia masse pour Ia 25 compatibilite electromagnetique. Ainsi, lorsqu'un thermocouple est defaillant d0 a Ia casse d'un fil metallique, Ia presence d'un autre fil metallique de merle nature (chimique) REVENDICATIONS1. Capteur de temperature (1) pour vehicule automobile comprenant : - un thermocouple (2) comportant un premier fil metallique (3a) et un deuxieme fil metallique (3b) de nature differente soudes entre eux a leur premiere extremite (4a, 4b) formant une soudure chaude (7) pour mesurer une temperature T1 dans le vehicule, lesdits fils metalliques (3a, 3b) comportant chacun une deuxieme extremite (5a, 5b) reliee electriquement a un voltmetre mesurant la tension entre les deux deuxiemes extremites (5a, 5b) pour determiner la temperature T1, - une gaine isolante (6) entourant les deux fils metalliques (3a, 3b), et - une enveloppe de protection (17) dans laquelle est !ogee la soudure chaude (7), caracterise en ce qu'il comprend: - au moins un troisieme fil metallique (3c) comprenant une premiere extremite (4c) soudee a la soudure chaude (7) du thermocouple (2) pour mesurer la temperature T1 dans le vehicule, !edit troisieme fil metallique (3c) comportant une deuxieme extremite (5c) reliee electriquement au voltmetre mesurant la tension entre la deuxieme extremite (5c) du troisieme fil metallique (3c) et la deuxieme extremite (5a, 5b) de l'un des deux premiers fils metalliques (3a, 3b) pour determiner la temperature Ti. 2. Capteur de temperature (1) selon la revendication 1, caracterise en ce que la gaine isolante (6) entoure tous les fils metalliques (3a, 3b, 3c). 30 3. Capteur de temperature (1) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caracterise en ce que les deuxiemes extremites (5a, 5b, 5c) des fils metalliques (3a, 3b, 3c) sont chacune reliees a un fil electrique (14) par l'intermediaire d'un premier connecteur electrique (15), lesdits fils electriques (14) etant relies a un merle 35 deuxieme connecteur electrique (16). 4. Capteur de temperature (1) selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caracterise en ce que le premier fil metallique (3a) et le troisieme fil metallique (3c) sont formes du merle metal qui est different de celui du deuxieme fil metallique (3b). 40 5. Capteur de temperature (1) selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, caracterise en ce qu'il comprend un troisieme fil metallique (3c) et un quatrieme fil metallique (3d) soudes a la soudure chaude (7) du thermocouple (2) formant quatre thermocouples (2) pour mesurer la temperature T1 dans le vehicule, le premier fil 11 metallique (3a) et le troisieme fil metallique (3c) etant de meme nature, et le deuxieme fil metallique (3b) et le quatrieme fil metallique (3d) etant de meme nature. 6. Capteur de temperature (1) selon I'une quelconque des revendications 1 a 4, 5 caract6ris6 en ce qu'il comprend un troisieme fil metallique (3c), un quatrieme fil metallique (3d) et un cinquieme fil metallique (3e) soudes a la soudure chaude (7) du thermocouple (2) formant six thermocouples (2) pour mesurer la temperature T1 dans le vehicule, le premier fil metallique (3a) et le troisieme fil metallique (3c) etant de meme nature, et le deuxieme fil metallique (3b), le quatrieme fil metallique (3d) et 10 le cinquieme fil metallique (3e) etant de meme nature. 15