EP3221674A1 - Capteur de température - Google Patents

Capteur de température

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EP3221674A1
EP3221674A1 EP15804908.0A EP15804908A EP3221674A1 EP 3221674 A1 EP3221674 A1 EP 3221674A1 EP 15804908 A EP15804908 A EP 15804908A EP 3221674 A1 EP3221674 A1 EP 3221674A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
temperature sensor
insulated cable
reinforcing tube
protective sheath
mineral
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15804908.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Piotr ZAKRZEWSKI
Mahmoud Sfaxi
Nicolas Gelez
Olivier Dixneuf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Electrification SAS
Original Assignee
Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=52450410&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP3221674(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Valeo Systemes de Controle Moteur SAS filed Critical Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Publication of EP3221674A1 publication Critical patent/EP3221674A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/08—Protective devices, e.g. casings
    • G—PHYSICS
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    • G01K1/08—Protective devices, e.g. casings
    • G01K1/12—Protective devices, e.g. casings for preventing damage due to heat overloading
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    • G01K1/20—Compensating for effects of temperature changes other than those to be measured, e.g. changes in ambient temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01K13/02—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow
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    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
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    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01K2205/02—Application of thermometers in motors, e.g. of a vehicle for measuring inlet gas temperature
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    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01K2205/04—Application of thermometers in motors, e.g. of a vehicle for measuring exhaust gas temperature

Definitions

  • the invention relates to a temperature sensor comprising a thermocouple for measuring temperatures that can vary between -40 ° C and + 1200 ° C especially in a thermal engine group of a motor vehicle.
  • a temperature measuring device conventionally comprises a temperature sensor 2 extended by an extension cable 3 making it possible to connect the temperature sensor to a measuring device 4.
  • the temperature sensor 2 conventionally comprises a metal protective sheath and a stop 6, mounted on the protective sheath 5 and adapted according to the intended application.
  • the measuring apparatus 4 is intended to interpret the electrical signal supplied by the temperature sensor 2 and transmitted via the extension cable 3. This interpretation allows an evaluation of the temperature at which the end of the temperature sensor is subject.
  • the temperature sensor 2 conventionally comprises a thermocouple 7 and an inorganic insulator 8, conventionally made of alumina or magnesia, which enables the thermocouple to withstand the environmental stresses, and especially the temperatures high.
  • thermocouple 7 is an assembly of first and second conductive wires, 10 and 12, respectively, connected to each other and end-to-end at a hot spot 13.
  • the potential difference AU at the terminals of the first and second conductive son depends on the difference between the hot spot temperature ⁇ and the temperature T 0 at said terminals, according to the Seebeck effect, well known.
  • a mineral insulated cable 14 or MIC (“ore insulated cable”) cable is manufactured.
  • a mineral insulated cable has a metal protective sheath and, inside the protective sheath 5, two thermocouple wires 10 and 12 made of materials adapted to form a thermocouple, the two thermocouple wires being insulated. one of the other and the protective sheath 5 by means of the mineral insulation 8 (fig.3a).
  • thermocouple wires To form the junction between the two thermocouple wires, or "hot spot" 13, a little mineral insulation is extracted from one end of the cable, for example by sandblasting or scraping, typically to a depth between 2 and 10 mm. At this so-called “distal” end, the two thermocouple wires thus emerge from the insulator, while being encircled by the protective sheath 5 (FIG 3b).
  • thermocouple wires The two end portions of the thermocouple wires thus released are mechanically brought together until they are brought into contact with each other and then connected, for example by electric welding (FIG.
  • the recessed end portion of the protective sheath may then optionally be filled with insulating material, which is identical to or different from the mineral insulator of the mineral insulated cable, and then closed so as to protect the thermocouple, for example by electric welding (FIG. 3d).
  • a shrinkage 15 is conventionally made on the distal end portion of the protective sheath 5, typically by drawing or hammering.
  • the shrinkage conventionally makes it possible to improve the response time of the temperature sensor.
  • Such a manufacturing method is however difficult to automate and currently involves delicate manual operations.
  • thermocouple temperature sensor There is therefore a need for a solution to facilitate the automation of the manufacture of a thermocouple temperature sensor.
  • thermocouple temperature sensor comprising the following successive steps:
  • thermocouple wires thus released, so as to constitute a thermocouple hot spot
  • step d independently of the preceding steps, preferably after step d), protection of the protective sheath by means of a reinforcing tube, the reinforcing tube leaving said protective sheath over the side of said hot point (distal side) .
  • the combination of a small diameter mineral insulating cable and a reinforcing tube receiving the mineral insulated cable can form a constriction and therefore limit or to eliminate the shrinkage conventionally formed by deformation of the protective sheath.
  • the automation of the manufacturing process is considerably simplified.
  • a method according to the invention may also comprise one or more of the following optional features:
  • the protective sheath has a constant diameter over more than 80%, more than 90%, more than 95%, or even substantially 100% of its length;
  • the reinforcing tube is fixed by welding on the protective sheath;
  • an insulating material is encapsulated, preferably in the form of a powder, which is identical to or different from the inorganic insulator of the mineral insulated cable, preferably of a material chosen from alumina and / or magnesia, so that after step d), said end portions of the encapsulated thermocouple wires are insulated from the outside by said insulating material.
  • the invention also proposes a temperature sensor comprising a thermocouple defining a hot spot, said temperature sensor comprising a mineral insulated cable with an outside diameter of less than 4 mm and a reinforcing tube partially accommodating the mineral insulated cable, the mineral insulated cable protruding out of the reinforcing tube on the hot spot side, so as to constitute a narrowing.
  • a temperature sensor according to the invention may in particular be manufactured according to a method according to the invention, possibly adapted so that the temperature sensor has one or more of the optional characteristics described below.
  • a temperature sensor according to the invention may also include one or more of the following optional features:
  • the length of the part of the mineral insulated cable which protrudes out of the reinforcing tube, on the hot spot side is greater than 5 mm, preferably greater than 7 mm, preferably greater than 9 mm and / or less than 15 mm, preferably less than 13 mm, preferably less than 1 1 mm;
  • the mineral insulated cable protrudes beyond the distal end of the reinforcing tube, i.e. the hot spot side, so that, in the direction of the length of the mineral insulated cable, the hot spot is located beyond the distal end of the reinforcing tube;
  • the outer diameter of the mineral insulated cable is preferably less than 3.5 mm, preferably less than 3 mm, preferably less than 2.5 mm, preferably less than 2 mm, preferably less than 1.5 mm; preferably less than 1.2 mm;
  • the protective sheath has no shrinkage or has a necking whose outer diameter is greater than the inner diameter of the protective sheath out of the region of said necking or has a necking whose outer diameter is greater than 80% preferably greater than 90%, preferably greater than 95% of the outer diameter of the protective sheath outside the region of said necking;
  • the reinforcing tube covers more than 10%, more than 30%, more than 60%, more than 90%, preferably substantially 100% of the external lateral surface of the protective sheath of the mineral insulated cable;
  • the wall of the reinforcing tube has a thickness greater than or equal to 0.3 mm and / or less than 1.2 mm;
  • the cumulative thickness of the protective sheath and the reinforcing tube is greater than 16% and / or less than 70% of the outer diameter of the mineral insulated cable;
  • the reinforcing tube is fixed on the protective sheath, preferably by laser welding, preferably at the distal end of the reinforcing tube; -
  • the temperature sensor comprises a fixed mechanical stop, preferably welded, on the reinforcing tube.
  • the invention also relates to the use of a temperature sensor according to the invention in an environment at a temperature above 800 ° C, at 900 ° C, at 1000 ° C, at 1100 ° C and / or below -10 ° C, at -20 ° C, -30 ° C, preferably ranging between -40 ° C and 1200 ° C, and in particular in a thermal engine group of a motor vehicle.
  • the invention relates to a thermal engine group of a motor vehicle comprising a temperature sensor according to the invention, and a motor vehicle comprising a heat engine unit according to the invention.
  • the temperature sensor may in particular be disposed in the exhaust manifold upstream of a turbine of a turbocharger or in a fuel or oxidizer intake manifold or in an exhaust manifold.
  • FIG. 1 shows schematically a temperature sensor connected to a measuring apparatus
  • thermocouple schematically illustrates the operating principle of a thermocouple
  • Fig. 3 (Fig. 3a-3d) illustrates the method of manufacturing a temperature sensor according to the prior art
  • FIG. 4 shows, in longitudinal section, a temperature sensor according to the invention.
  • proximal and distal there are two sides of a temperature sensor according to the invention.
  • distal is that of the hot spot.
  • Hot spot conventionally refers to the junction between the two thermocouple wires, regardless of its temperature.
  • the mineral insulated cable has a smaller outer diameter than the reinforcing tube. This is why the part of the mineral insulated cable that protrudes from the reinforcing tube on the heat point side is called “necking”.
  • “Insulating material” or “mineral insulator” means, unless otherwise indicated, any material having an electrical rigidity greater than 10 MV / m and resistivity at room temperature greater than 1 GQrm, typically ceramic materials.
  • thermocouple sensor according to the invention is manufactured from a mineral insulated cable 14 of small diameter.
  • the protective sheath 5 may be of any electrically conductive material, preferably of a material selected from stainless steels, preferably from the Inconel family with a wall thickness typically close to 10% of the outer diameter of mineral insulated cable. preferably thicker than 10% to promote mechanical strength.
  • the thermocouple wires 10 and 12 may be flexible or rigid. Preferably, they have a substantially circular cross section.
  • the material pair of the first and second thermocouple wires 10 and 12 is NiSil / NiCroSil.
  • thermocouple wires 10 and 12 which extend beyond the mineral insulator 8 conventionally meet at the hot spot 13. They are housed in a chamber 43 resulting from the encapsulation, preferably filled with an insulating material, preferably of mineral nature, which may be identical to or different from that contained in the protective sheath of the mineral insulated cable.
  • the insulating material is a material selected from the group consisting of alumina and / or magnesia.
  • thermocouple wires 10 and 12 which extend possibly beyond the proximal end 44 of the mineral insulated cable 14 may have a length greater than 5 cm, greater than 10 cm, greater than 20 cm, greater than 50 cm.
  • these wires can thus serve as an extension cable 3, to electrically connect the temperature sensor 2 to the measuring device 4.
  • the thermocouple wires are used as a cable extension, their projecting proximal end portions 50 and 52 must be electrically insulated.
  • thermocouple wires 10 and 12 comprise electrical connection means, for example connection terminals allowing their connection to the measuring device 4 and / or to an extension cable 3.
  • the protective sheath 5 of the mineral insulated cable does not show any shrinkage. Its diameter is substantially constant from its proximal end 44 to its distal end 62.
  • the protective sheath 5 of the mineral insulated cable has a reduced shrinkage, preferably a shrinkage whose outside diameter is greater than the internal diameter of the the protective sheath 5 outside the region of said constriction.
  • the temperature sensor comprises a reinforcing tube 60, preferably in inconel, partially covering the protective sheath.
  • the reinforcing tube 60 is fixed on the protective sheath, preferably by welding.
  • the outer diameter of the reinforcing tube 60 is less than 7 mm, 6 mm, 5 mm, 4 mm, 3 mm.
  • the inner side surface of the reinforcing tube which delimits the light of the reinforcing tube, bears on the outer lateral surface 22 of the protective sheath 5.
  • the light of the reinforcing tube is of a shape substantially complementary to the external lateral surface 22 of the protective sheath 5, which allows a close contact between the inner lateral surface of the reinforcing tube and the outer lateral surface 22 of the protective sheath 5.
  • the reinforcing tube extends to the proximal end 44 of the protective sheath.
  • the reinforcing tube does not extend to the distal end 62 of the protective sheath.
  • the reinforcing tube comprises a distal end portion beveled so that its outer diameter gradually joins the outer diameter of the protective sheath.
  • a mechanical stopper 6 is fixed, preferably welded, on the reinforcing tube 60.
  • the mechanical stopper 6 advantageously allows a precise local adaptation of the diameter of the temperature sensor, and therefore a good match to the intended application.
  • the largest transverse dimension of the mechanical stop ie in a plane perpendicular to the longitudinal direction corresponding to the length of the mineral insulated cable is greater than 8 mm and / or less than 25 mm.
  • the outer lateral surface of the temperature sensor thus comprises a cylindrical portion 64 whose outer diameter is defined by the reinforcing tube 60, an intermediate portion 66, corresponding to the distal end portion of the beveled reinforcing tube, and a necking 56.
  • the shrinkage 56 improves the response time of the temperature sensor.
  • the outer diameter of the shrinkage at the hot spot is preferably less than 3.5 mm, or even less than 3 mm, or even less than 2 mm, or even less than 1, 5 mm.
  • the length of the necking 56 is preferably greater than 5 mm and / or less than 15 mm.
  • a temperature sensor according to the invention can be manufactured according to steps a) to e) above.
  • Steps a) to c) may correspond to the steps conventionally implemented according to the prior art, as described in the preamble.
  • step a a mineral insulated cable or a section of insulated mineral cable is prepared.
  • step b) one can extract mineral insulation from one end of the mineral insulated cable, as in the prior art, preferably to a depth of between 2 and 7 mm, so as to clear parts distal terminals of the thermocouple wires.
  • step c) the distal end portions 40 and 42 of the thermocouple wires 10 and 12 are connected to each other, i.e., brought into physical contact with each other. electrically connected, permanently, so as to form a hot spot 13.
  • the connection is preferably made by hot welding.
  • thermocouple resulting from the connection of the two thermocouple wires is encapsulated so as to be protected from the environment.
  • the hot spot 13 is encapsulated by deformation of the protective sheath and welding, as in the prior art illustrated by the arrows of Figure 3c.
  • the encapsulation in the protective sheath is performed without forming a necking from said protective sheath.
  • the outer diameter of the mineral insulated cable is therefore substantially constant until its distal end 62.
  • the chamber 43 resulting from the encapsulation is filled with an insulating material, which is identical to or different from the mineral insulator of the mineral insulated cable, preferably in powder form.
  • the powder of insulating material may in particular be an alumina powder or a magnesia powder.
  • step e) the mineral insulated cable is introduced, preferably in force, into the longitudinal lumen of the reinforcing tube to a position in which its distal end portion protrudes from the distal end of the reinforcing tube. This distal end portion thus defines the constriction 56.
  • the reinforcing tube is fixed, preferably welded to the protective sheath 5.

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Abstract

L'invention concerne un capteur de température comportant un thermocouple (7) définissant un point chaud (13), ledit capteur de température comportant un câble à isolant minéral (14) de diamètre extérieur supérieur à 2 mm et inférieur à 5 mm et un tube de renfort (60) duquel le câble à isolant minéral fait saillie du côté du point chaud, de manière à constituer un rétreint.

Description

CAPTEUR DE TEMPERATURE
Domaine technique
L'invention concerne un capteur de température comportant un thermocouple 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 8, classiquement en alumine ou en magnésie, ce qui permet au thermocouple de résister aux contraintes environnementales, et notamment à des températures élevées.
Comme illustré sur la figure 2, le thermocouple 7 est un assemblage de premier et deuxième fils conducteurs, 10 et 12, respectivement, connectés l'un à l'autre et bout-à- bout en un point chaud 13. La différence de potentiel AU aux bornes des premier et deuxième fils conducteurs dépend de la différence entre la température au point chaud ΤΊ et la température T0 auxdites bornes, suivant l'effet Seebeck, bien connu.
Pour fabriquer un capteur de température destiné à des applications dans lesquelles la température peut varier entre -40°C et 1200°C, on procède classiquement suivant les étapes suivantes :
On fabrique d'abord un câble à isolant minéral 14, ou câble MIC (« minerai insulated cable », en anglais). Un câble à isolant minéral comporte une gaine de protection 5 métallique, et, à l'intérieur de la gaine de protection 5, deux fils de thermocouple 10 et 12 en des matériaux adaptés pour former un thermocouple, les deux fils de thermocouple étant isolés l'un de l'autre et de la gaine de protection 5 au moyen de l'isolant minéral 8 (fig.3a).
Pour constituer la jonction entre les deux fils de thermocouple, ou « point chaud » 13, un peu d'isolant minéral est extrait d'une des extrémités du câble, par exemple par sablage ou grattage, typiquement sur une profondeur comprise entre 2 et 10 mm. A cette extrémité dite « distale », les deux fils de thermocouple émergent ainsi de l'isolant, tout en étant ceinturés par la gaine de protection 5 (fig. 3b).
Les deux parties terminales des fils de thermocouple ainsi dégagées sont rapprochées mécaniquement jusqu'à être mises en contact l'une avec l'autre, puis connectées, par exemple par soudure électrique (fig. 3c).
La partie terminale évidée de la gaine de protection peut être ensuite, optionnellement, remplie de matériau isolant, identique ou différent de l'isolant minéral du câble à isolant minéral, puis refermée de manière à protéger le thermocouple, par exemple par soudure électrique (fig. 3d).
Par ailleurs, après fermeture de la gaine de protection 5 ou avant la découpe du câble à isolant minéral, on réalise classiquement un rétreint 15 sur la partie terminale distale de la gaine de protection 5, classiquement par tréfilage ou martelage. Le rétreint permet classiquement d'améliorer le temps de réponse du capteur de température. Un tel procédé de fabrication est cependant difficile à automatiser et implique actuellement des opérations manuelles délicates.
Il existe donc un besoin pour une solution permettant de faciliter l'automatisation de la fabrication d'un capteur de température à thermocouple.
Un but de l'invention est de répondre à ce besoin. Résumé de l'invention
L'invention propose un procédé de fabrication d'un capteur de température à thermocouple comportant les étapes successives suivantes :
a) fabrication d'un câble à isolant minéral comportant deux fils de thermocouple s'étendant sur toute la longueur du câble et noyés dans un isolant minéral, l'isolant minéral étant ceinturé par une gaine de protection, le diamètre extérieur du câble à isolant minéral étant supérieur à 2 mm et inférieur à 5 mm, de préférence inférieur à 4 mm ;
b) extraction d'isolant minéral d'une des extrémités du câble à isolant minéral sur une profondeur comprise entre 2 et 7 mm de manière à dégager des parties terminales des fils de thermocouple ;
c) connexion des parties terminales des fils de thermocouple ainsi dégagées, de manière à constituer un point chaud de thermocouple ;
d) protection dudit point chaud par encapsulation au moyen de la gaine de protection ;
e) indépendamment des étapes précédentes, de préférence après l'étape d), protection de la gaine de protection au moyen d'un tube de renfort, le tube de renfort laissant dépasser ladite gaine de protection du côté dudit point chaud (côté distal).
Comme on le verra plus en détail dans la suite de la description, la combinaison d'un câble à isolant minéral de petit diamètre et d'un tube de renfort recevant le câble à isolant minéral permet de former un rétreint et donc de limiter, voire de supprimer le rétreint classiquement formé par déformation de la gaine de protection. L'automatisation du procédé de fabrication en est considérablement simplifiée.
Par ailleurs, il en résulte une amélioration de la résistance mécanique du capteur de température, et donc une augmentation de sa durée de vie.
Un procédé selon l'invention peut encore comporter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes :
- à l'issue de l'étape d), la gaine de protection présente un diamètre constant sur plus de 80%, plus de 90%, plus de 95%, voire sensiblement 100% de sa longueur ;
- le tube de renfort est fixé par soudure sur la gaine de protection ;
- lors de l'encapsulation à l'étape d), on encapsule 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 l'étape d), lesdites parties terminales des fils de thermocouple encapsulées soient isolées de l'extérieur par ledit matériau isolant.
L'invention propose également un capteur de température comportant un thermocouple définissant un point chaud, ledit capteur de température comportant un câble à isolant minéral de diamètre extérieur inférieur à 4 mm et un tube de renfort logeant partiellement le câble à isolant minéral, le câble à isolant minéral faisant saillie hors du tube de renfort du côté du point chaud, de manière à constituer un rétreint.
Un capteur de température selon l'invention peut être en particulier fabriqué suivant un procédé selon l'invention, éventuellement adapté pour que le capteur de température présente une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles décrites ci-après.
Un capteur de température selon l'invention peut encore comporter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes :
- la longueur de la partie du câble à isolant minéral qui fait saillie hors du tube de renfort, du côté du point chaud, est supérieure à 5 mm, de préférence supérieure à 7 mm, de préférence supérieure à 9 mm et/ou inférieure à 15 mm, de préférence inférieure à 13 mm, de préférence inférieure à 1 1 mm ;
- le câble à isolant minéral fait saillie au-delà de l'extrémité distale du tube de renfort, c'est-à-dire du côté du point chaud, de manière que, selon la direction de la longueur du câble à isolant minéral, le point chaud soit localisé au-delà de l'extrémité distale du tube de renfort ;
- le diamètre extérieur du câble à isolant minéral est de préférence inférieur à 3,5 mm, de préférence inférieur à 3 mm, de préférence inférieur à 2,5 mm, de préférence inférieur à 2 mm, de préférence inférieur à 1 ,5 mm, de préférence inférieur à 1 ,2 mm ;
- de préférence, la gaine de protection ne présente pas de rétreint ou comporte un rétreint dont le diamètre extérieur est supérieur au diamètre intérieur de la gaine de protection hors de la région dudit rétreint ou présente un rétreint dont le diamètre extérieur est supérieur à 80%, de préférence supérieur à 90%, de préférence supérieur à 95% du diamètre extérieur de la gaine de protection hors de la région dudit rétreint ;
- le tube de renfort recouvre 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 du câble à isolant minéral ;
- la paroi du tube de renfort présente une épaisseur supérieure ou égale à 0,3 mm et/ou inférieure à 1 ,2 mm ;
- l'épaisseur cumulée de la gaine de protection et du tube de renfort est supérieure à 16% et/ou inférieure à 70% du diamètre extérieur du câble à isolant minéral ;
- le tube de renfort est fixé sur la gaine de protection, de préférence par soudure laser, de préférence à l'extrémité distale du tube de renfort ; - le capteur de température comporte une butée mécanique fixée, de préférence soudée, sur le tube de renfort.
L'invention concerne également l'utilisation d'un capteur de température selon l'invention dans un environnement à une température supérieure à 800°C, à 900°C, à 1000°C, à 1 100°C et/ou inférieure à -10°C, à -20°C, à -30°C, de préférence variant entre -40°C et 1200°C, et en particulier dans un groupe moteur thermique d'un véhicule automobile.
L'invention concerne enfin un groupe moteur thermique d'un véhicule automobile comportant un capteur de température selon l'invention, et un véhicule automobile comportant un groupe moteur thermique selon l'invention. Le capteur de température peut être en particulier disposé dans le collecteur d'échappement en amont d'une turbine d'un turbocompresseur ou dans une tubulure d'admission de carburant ou de comburant ou dans une tubulure d'échappement.
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 capteur de température connecté à un appareil de mesure ;
- la figure 2 illustre schématiquement le principe de fonctionnement d'un thermocouple ;
- la figure 3 (fig. 3a à 3d) illustre le procédé de fabrication d'un capteur de température selon la technique antérieure ; et
- la figure 4 représente, en coupe longitudinale, un capteur de température selon l'invention.
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 à isolant minéral présente un diamètre extérieur inférieur à celui du tube de renfort. C'est pourquoi on appelle « rétreint » la partie du câble à isolant minéral qui dépasse du tube de renfort, du côté du point chaud. - Par « matériau isolant » ou « isolant minéral », on désigne, sauf indication contraire, tout matériau présentant une rigidité électrique supérieure à 10 MV/m et résistivité à température ambiante supérieure à 1 GQrm, typiquement des matériaux céramiques.
- 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
Les figures 1 à 3 ayant été décrites en préambule, on se reporte à présent à la figure 4. Un capteur à thermocouple selon l'invention est fabriqué à partir d'un câble à isolant minéral 14 de petit diamètre.
La gaine de protection 5 peut être en un matériau conducteur électriquement quelconque, de préférence en un matériau choisi parmi les aciers inoxydables, de préférence de la famille Inconel avec une paroi d'épaisseur typiquement proche d 10% du diamètre extérieur de cable à isolant minérale, de préférence d'épaisseur plus grande que 10% pour favoriser la robustesse mechanique. Les fils de thermocouple 10 et 12 peuvent être souples ou rigides. De préférence, ils présentent une section transversale sensiblement circulaire.
De préférence, le couple de matériaux des premier et deuxième fils de thermocouple 10 et 12 est NiSil/NiCroSil.
Les parties terminales distales en saillie 40 et 42 des fils de thermocouple 10 et 12 qui s'étendent au-delà de l'isolant minéral 8 se rejoignent classiquement au point chaud 13. Elles sont logées dans une chambre 43 résultant de l'encapsulation, de préférence remplie d'un matériau isolant, de préférence de nature minérale, qui peut être identique ou différent de celui contenu dans la gaine de protection du câble à isolant minéral. De préférence, le matériau isolant est en un matériau choisi dans le groupe formé par l'alumine et/ou la magnésie.
Les parties terminales proximales en saillie 50 et 52 des fils de thermocouple 10 et 12 qui s'étendent éventuellement au-delà de l'extrémité proximale 44 du câble à isolant minéral 14 peuvent présenter une longueur supérieure à 5 cm, supérieure à 10 cm, supérieure à 20 cm, supérieure à 50 cm. Avantageusement, ces fils peuvent ainsi servir de câble d'extension 3, pour connecter électriquement le capteur de température 2 à l'appareil de mesure 4. Bien entendu, si les fils de thermocouple sont utilisés comme câble d'extension, leurs parties terminales proximales en saillie 50 et 52 doivent être isolées électriquement.
A leur extrémité proximale, les fils de thermocouple 10 et 12 comportent des moyens de connexion électrique, par exemple des bornes de connexion autorisant leur connexion à l'appareil de mesure 4 et/ou à un câble d'extension 3.
Dans un mode de réalisation représenté sur la figure 4, la gaine de protection 5 du câble à isolant minéral ne présente pas de rétreint. Son diamètre est sensiblement constant depuis son extrémité proximale 44 jusqu'à son extrémité distale 62. En variante, la gaine de protection 5 du câble à isolant minéral présente un rétreint réduit, de préférence un rétreint dont le diamètre extérieur est supérieur au diamètre intérieur de la gaine de protection 5 hors de la région dudit rétreint.
Le capteur de température comporte un tube de renfort 60, de préférence en inconel, couvrant partiellement la gaine de protection.
Dans un mode de réalisation, le tube de renfort 60 est fixé sur la gaine de protection, de préférence par soudure.
De préférence, le diamètre extérieur du tube de renfort 60 est inférieur à 7 mm, à 6 mm, à 5 mm, à 4 mm, à 3 mm.
La surface latérale intérieure du tube de renfort, qui délimite la lumière du tube de renfort, est en appui sur la surface latérale extérieure 22 de la gaine de protection 5. De préférence, la lumière du tube de renfort est de forme sensiblement complémentaire à la surface latérale extérieure 22 de la gaine de protection 5, ce qui permet un contact étroit entre la surface latérale intérieure du tube de renfort et la surface latérale extérieure 22 de la gaine de protection 5.
De préférence, le tube de renfort s'étend jusqu'à l'extrémité proximale 44 de la gaine de protection. Cependant, le tube de renfort ne s'étend pas jusqu'à l'extrémité distale 62 de la gaine de protection. De préférence, le tube de renfort comporte une partie terminale distale biseautée de manière à ce que son diamètre extérieur rejoigne progressivement le diamètre extérieur de la gaine de protection.
De préférence encore, une butée mécanique 6 est fixée, de préférence soudée, sur le tube de renfort 60. La butée mécanique 6 permet avantageusement une adaptation locale précise du diamètre du capteur de température, et donc une bonne adéquation à l'application visée. De préférence, la plus grande dimension transversale de la butée mécanique (c'est-à-dire dans un plan perpendiculaire à la direction longitudinale correspondant à la longueur du câble à isolant minéral) est supérieure à 8 mm et/ou inférieure à 25 mm.
En parcourant le capteur de température depuis la butée mécanique 6, voire depuis l'extrémité proximale 44 (en faisant abstraction de la butée mécanique 6), jusqu'à l'extrémité distale 62, la surface latérale extérieure du capteur de température comporte ainsi une portion cylindrique 64 dont le diamètre extérieur est défini par le tube de renfort 60, une portion intermédiaire 66, correspondant à la partie terminale distale biseautée du tube de renfort, et un rétreint 56.
Avantageusement, le rétreint 56 améliore le temps de réponse du capteur de température. Pour disposer d'un temps de réponse adapté, le diamètre extérieur du rétreint 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.
La longueur du rétreint 56 est de préférence supérieure à 5 mm et/ou inférieure à 15 mm.
Un capteur de température selon l'invention peut être fabriqué suivant les étapes a) à e) ci-dessus.
Les étapes a) à c) peuvent correspondre aux étapes classiquement mises en œuvre selon la technique antérieure, comme décrit en préambule.
A l'étape a), on prépare un câble à isolant minéral ou un tronçon de câble à isolant minéral.
A l'étape b), on peut extraire de l'isolant minéral d'une des extrémités du câble à isolant minéral, comme selon la technique antérieure, de préférence sur une profondeur comprise entre 2 et 7 mm, de manière à dégager des parties terminales distales des fils de thermocouple.
A l'étape c), comme représenté sur la figure 4, les parties terminales distales 40 et 42 des fils de thermocouple 10 et 12 sont connectées l'une à l'autre, c'est-à-dire mises en contact physique et connectées électriquement, de manière définitive, de manière à former un point chaud 13. La connexion est de préférence réalisée par soudure à chaud.
A l'étape d), le thermocouple résultant de la connexion des deux fils de thermocouple est encapsulé de manière à être protégé de l'environnement.
Dans un mode de réalisation préféré, le point chaud 13 est encapsulé par déformation de la gaine de protection, puis soudure, comme selon la technique antérieure illustrée par les flèches de la figure 3c. De préférence, l'encapsulation dans la gaine de protection est effectuée sans formation d'un rétreint à partir de ladite gaine de protection. Le diamètre extérieur du câble à isolant minéral est donc sensiblement constant jusqu'à son extrémité distale 62.
De préférence, la chambre 43 résultant de l'encapsulation est remplie d'un matériau isolant, identique ou différent de l'isolant minéral du câble à isolant minéral, de préférence en poudre. La poudre de matériau isolant peut être en particulier une poudre d'alumine ou une poudre de magnésie.
A l'étape e), le câble à isolant minéral est introduit, de préférence en force, dans la lumière longitudinale du tube de renfort jusqu'à une position dans laquelle sa partie terminale distale dépasse de l'extrémité distale du tube de renfort. Cette partie terminale distale définit ainsi le rétreint 56.
De préférence, le tube de renfort est fixé, de préférence soudé sur la gaine de protection 5.
Comme cela apparaît clairement à présent, les étapes d'un procédé de fabrication selon l'invention, et en particulier l'obtention d'un rétreint, sont simples et peuvent être automatisées. Il en résulte une réduction importante du coût de fabrication.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, fourni à des fins illustratives seulement.

Claims

REVENDICATIONS
1 Capteur de température comportant un thermocouple (7) définissant un point chaud (13), ledit capteur de température comportant un câble à isolant minéral (14) de diamètre extérieur supérieur à 2 mm et inférieur à 5 mm et un tube de renfort (60) duquel le câble à isolant minéral fait saillie du côté du point chaud, de manière à constituer un rétreint.
2 Capteur de température selon la revendication précédente, dans lequel le diamètre extérieur du câble à isolant minéral est inférieur à 3,5 mm. 3 Capteur de température selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le tube de renfort (60) recouvre plus de 90% de la surface latérale extérieure (22) de la gaine de protection (5) du câble à isolant minéral.
4 Capteur de température selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le tube de renfort comporte une paroi latérale présentant une épaisseur supérieure ou égale à 0,3 mm.
5 Capteur de température selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la longueur de la partie du câble à isolant minéral qui fait saillie hors du tube de renfort, du côté du point chaud, est supérieure à 5 mm.
6 Capteur de température selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la gaine de protection ne comporte pas de rétreint ou comporte un rétreint dont le diamètre extérieur est supérieur au diamètre intérieur de la gaine de protection hors de la région dudit rétreint.
7 Capteur de température selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant une butée mécanique fixée sur le tube de renfort. 8 Procédé de fabrication d'un capteur de température à thermocouple selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit procédé comportant les étapes successives suivantes :
a) fabrication d'un câble à isolant minéral (14) comportant deux fils de thermocouple (10,12) s'étendant sur toute la longueur du câble et noyés dans un isolant minéral (8), l'isolant minéral étant ceinturé par une gaine de protection (5), le diamètre extérieur du câble à isolant minéral étant inférieur à 4 mm ;
b) extraction d'isolant minéral d'une des extrémités du câble à isolant minéral sur une profondeur comprise entre 2 et 7 mm de manière à dégager des parties terminales (40,42) des fils de thermocouple ;
c) connexion des parties terminales (40,42) des fils de thermocouple ainsi dégagées, de manière à constituer un point chaud (13) de thermocouple ;
d) protection dudit point chaud par encapsulation au moyen de la gaine de protection ;
e) indépendamment des étapes précédentes, de préférence après l'étape d), protection de la gaine de protection au moyen d'un tube de renfort (60), le tube de renfort laissant dépasser ladite gaine de protection du côté dudit point chaud. Utilisation d'un capteur de température selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans un environnement à une température supérieure à 100°C. Groupe moteur thermique d'un véhicule automobile comportant un capteur de température selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 ou fabriqué selon un procédé conforme à la revendication 8.
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