FR2716834A1

FR2716834A1 - Sensor embedding device

Info

Publication number: FR2716834A1
Application number: FR9402395A
Authority: FR
Inventors: Mazzoni Michel
Original assignee: SAGEP
Current assignee: SAGEP
Priority date: 1994-03-02
Filing date: 1994-03-02
Publication date: 1995-09-08
Anticipated expiration: 2014-03-02
Also published as: FR2716834B1

Abstract

Device for embedding a sensor at the end of a tubular support. The sensor (11) is mounted on a face of a plate (12) projecting from the end of a tubular support (13). A mould body (18) fitted with a mould pipe (19), recovers one end of the support into which is slid the plate (12). A removable insert (22)is located in the insert and engages in the mould pipe. It has a stop face (28) parallel to the plate (12). The insert has a hole (34) perpendicular to the face opening into the mould pipe at the sensor position on the plate and a rod (36) slides in the hole and carries an annular joint (38) and locates the sensor during embedding by moulding. An opposed rod (41,42) forces the plate towards the insert stop to press the joint against the sensor surface. A polymerisable resin is injected to embed the sensor.

Description

DISPOSITIF D'ENROBAGE D'UN CAPTEUR
L'invention concerne un dispositif d'enrobage d'un capteur tel que par exemple un capteur ampérométrique adapté à mesurer la teneur d'une substance dans un fluide. Le dispositif conforme à l'invention, formant moule, permet notamment d'améliorer la mise en oeuvre et les performances d'un tel capteur dans des conditions d'exploitation difficiles.DEVICE FOR COATING A SENSOR
The invention relates to a device for coating a sensor such as for example an amperometric sensor suitable for measuring the content of a substance in a fluid. The device according to the invention, forming a mold, makes it possible in particular to improve the implementation and the performance of such a sensor under difficult operating conditions.

On connaît, par exemple un type de capteur ampéremétrique formant une sorte de cellule électrochimique miniature et apte à mesurer la teneur d'une substance dissoute dans un fluide et susceptible de participer à une réaction d'oxydoréduction. Un mode de réalisation actuellement préféré d'un tel capteur est réalisé à partir d'un substrat de silicium auquel on a fait subir les traitements photolithographiques appropriés, porté par une plaquette isolante formant par exemple circuit imprimé, ce dernier assurant les nécessaires liaisons électriques avec le capteur. Dans le cas d'un capteur destiné à être immergé dans une conduite où circule un liquide, il a été proposé de monter la plaquette sur laquelle est installé le capteur à l'extrémité d'un support tubulaire engagé sensiblement radialement dans la conduite de façon que le capteur soit relativement éloigné de la paroi de la conduite et par conséquent parfaitement en contact avec le fluide en circulation. L'autre extrémité du tube formant support est accessible à l'extérieur de la conduite grâce à un dispositif d'introduction spécial, à boisseau étanche. Bien entendu, le support tubulaire est obturé au voisinage de son extrémité immergée. There is known, for example, a type of amperometric sensor forming a sort of miniature electrochemical cell and capable of measuring the content of a substance dissolved in a fluid and capable of participating in a redox reaction. A currently preferred embodiment of such a sensor is produced from a silicon substrate which has undergone the appropriate photolithographic treatments, carried by an insulating plate forming for example a printed circuit, the latter ensuring the necessary electrical connections with the sensor. In the case of a sensor intended to be immersed in a pipe in which a liquid circulates, it has been proposed to mount the plate on which the sensor is installed at the end of a tubular support engaged substantially radially in the pipe so that the sensor is relatively far from the wall of the pipe and therefore perfectly in contact with the circulating fluid. The other end of the support tube is accessible outside the pipe thanks to a special introduction device, with a sealed plug. Of course, the tubular support is closed in the vicinity of its immersed end.

Les conducteurs de liaison, s'étendant dans le tube support, sont accessibles à l'extérieur de la conduite et le capteur est aisément interchangeable, avec son support.The connecting conductors, extending in the support tube, are accessible outside the pipe and the sensor is easily interchangeable, with its support.

Cependant, dans des conditions d'exploitation difficiles (ce qui est particulièrement le cas pour les capteurs de chlore immergés dans les conduites d'eau d'un réseau) la durée de vie des capteurs est limitée et ils doivent être régulièrement remplacés. Le réétalonnage d'un tel capteur est long et difficile, principalement en raison d'importantes dispersions de caractéristiques entre les capteurs. However, under difficult operating conditions (which is particularly the case for chlorine sensors immersed in the water pipes of a network) the lifetime of the sensors is limited and they must be replaced regularly. The recalibration of such a sensor is long and difficult, mainly due to large dispersions of characteristics between the sensors.

L'un des buts de l'invention est de réduire les dispersions de caractéristiques des capteurs, simplifiant les opérations d'étalonnage. One of the aims of the invention is to reduce the dispersion of the characteristics of the sensors, simplifying the calibration operations.

Un autre but de l'invention est de réaliser effectivement l'étanchéité du montage de la plaquette du capteur à l'extrémité du support tubulaire, même sous haute pression. Another object of the invention is to effectively seal the mounting of the sensor wafer at the end of the tubular support, even under high pressure.

L'idée de base de l'invention consiste à réaliser un enrobage particulier du capteur à l'extrémité de son support tubulaire, propre à déterminer de façon précise et reproductible la surface sensible du capteur en contact avec le fluide (I'eau) et éliminer ainsi l'une des causes de dispersion des caractéristiques. The basic idea of the invention consists in making a particular coating of the sensor at the end of its tubular support, capable of determining in a precise and reproducible manner the sensitive surface of the sensor in contact with the fluid (water) and thus eliminating one of the causes of dispersion of the characteristics.

Plus précisément, I'invention concerne donc un dispositif d'enrobage d'un capteur à l'extrémité d'un support tubulaire, ledit capteur étant monté sur une face d'une plaquette faisant saillie à l'extrémité dudit support tubulaire, caractérisé en ce qu'il comporte un corps de moulage muni d'un conduit de moulage apte à recevoir une extrémité dudit support tubulaire en coulissement et ladite plaquette, en ce que ledit corps abrite un insert amovible présentant une surface de butée engagée dans ledit conduit de moulage et disposée sensiblement parallèlement et en regard de la position de ladite plaquette, en ce que ledit insert comporte un premier perçage perpendiculaire à ladite surface de butée et débouchant dans ledit conduit de moulage en regard de l'emplacement dudit capteur sur ladite plaquette et en ce qu'une tige porte-joint est montée à coulissement dans ledit perçage, I'extrémité de ladite tige dans ledit conduit de moulage étant conformée pour porter un joint annulaire et le maintenir sur ledit capteur pendant une opération d'enrobage. More specifically, the invention therefore relates to a device for coating a sensor at the end of a tubular support, said sensor being mounted on one face of a plate projecting at the end of said tubular support, characterized in that it comprises a molding body provided with a molding conduit capable of receiving one end of said sliding tubular support and said plate, in that said body houses a removable insert having a stop surface engaged in said molding conduit and disposed substantially parallel and facing the position of said plate, in that said insert comprises a first bore perpendicular to said abutment surface and opening into said molding duct opposite the location of said sensor on said plate and in that a seal carrier rod is slidably mounted in said bore, the end of said rod in said molding duct being shaped for port er an annular seal and maintain it on said sensor during a coating operation.

Ainsi, grâce au dispositif d'enrobage défini ci-dessus la surface effective du capteur dépend des dimensions de la fenêtre définie par le joint annulaire. Thus, thanks to the coating device defined above, the effective surface of the sensor depends on the dimensions of the window defined by the annular seal.

Le dispositif de moulage comporte avantageusement des moyens pour solliciter la plaquette vers la surface de butée de l'insert afin de presser le joint contre la surface du capteur pendant le moulage du matériau d'enrobage. The molding device advantageously comprises means for urging the wafer towards the abutment surface of the insert in order to press the seal against the surface of the sensor during the molding of the coating material.

L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui va suivre d'un dispositif d'enrobage conforme à son principe, donnée à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en élévation du dispositif d'enrobage, selon une coupe
I - I de la figure 2 - la figure 2 est une vue de dessus du dispositif de la figure 1; et - la figure 3 est une vue de détail de l'insert amovible.The invention will be better understood in the light of the following description of a coating device in accordance with its principle, given by way of example with reference to the accompanying drawings in which - Figure 1 is an elevational view of the coating device, according to a section
I - I of Figure 2 - Figure 2 is a top view of the device of Figure 1; and - Figure 3 is a detail view of the removable insert.

Sur les dessins, on a représenté un dispositif d'enrobage 10 d'un capteur
1 1 monté sur une face d'une plaquette 12 faisant saillie à l'extrémité d'un support
tubulaire 13, ici à section circulaire sensiblement, dans un plan médian axial de
celui-ci. La largeur de la plaquette 12 correspond sensiblement au diamètre
intérieur du support tubulaire. Le capteur 1 1 est situé sur la partie de la plaquette
12 qui est à l'extérieur du support 13.In the drawings, there is shown a device 10 for coating a sensor.
1 1 mounted on one side of a plate 12 projecting from the end of a support
tubular 13, here substantially circular in section, in an axial median plane of
this one. The width of the plate 12 corresponds substantially to the diameter
inside of the tubular support. The sensor 1 1 is located on the part of the plate
12 which is outside the support 13.

Sur les figures 1 et 2, le capteur et son support sont représentés avant
enrobage mais en place dans le dispositif d'enrobage 10. Ce dernier se compose
principalement d'un corps de moulage 18, présentant une face supérieure
horizontale, muni d'un conduit de moulage 19 (apte à recevoir une extrémité de support tubulaire 13 en coulissement ainsi que la plaquette 12 qui en fait saillie) et d'un insert amovible 22 incrusté transversalement dans un logement 23 ouvert à la face supérieure dudit corps. Le conduit de moulage 19 est perpendiculaire à la face supérieure du corps 18. Cet insert a globalement la forme d'un barreau à section rectangulaire (ou carrée) et le logement 23 communique avec le conduit de moulage 19. Ce logement est de forme et dimensions adaptées à celles du barreau.In Figures 1 and 2, the sensor and its support are shown before
coating but in place in the coating device 10. The latter consists
mainly of a molding body 18, having an upper face
horizontal, provided with a molding duct 19 (able to receive a sliding tubular support end 13 as well as the plate 12 which projects therefrom) and a removable insert 22 embedded transversely in a housing 23 open at the upper face of said body. The molding duct 19 is perpendicular to the upper face of the body 18. This insert has the overall shape of a bar of rectangular (or square) section and the housing 23 communicates with the molding duct 19. This housing is of shape and dimensions adapted to those of the bar.

Un positionnement précis du barreau est obtenu grâce à un pion cylindrique 25 solidaire du corps. L'insert comporte un trou calibré 26 dans lequel vient se loger le pion. Dans cette position, L'insert 22 présente une surface de butée 28, plane (figure 3) engagée dans le conduit de moulage 19 et disposée sensiblement parallèlement et en regard de la position de la plaquette 12 dans le conduit de moulage, notamment en regard du capteur 11. L'insert 22 et au moins une partie centrale du corps de moulage 18 sont en polytétrafluoroéthylène ou tout autre matériau analogue sur lequel le matériau d'enrobage utilisé ne peut adhérer. Dans l'exemple décrit, ledit corps 18 comporte un noyau 30 en un tel matériau, globalement cylindrique tubulaire, dans lequel est défini le conduit de moulage 19 (plus exactement la partie extrême de celui-ci) comportant une découpe ou échancrure latérale définissant une partie du logement 23 dudit insert. Plus généralement, toutes les parties du dispositif d'enrobage qui sont susceptibles d'être en contact avec le matériau d'enrobage sont en polytétrafluoroéthylène ou matériau analogue, pour permettre un démoulage facile.Precise positioning of the bar is obtained by means of a cylindrical pin 25 secured to the body. The insert has a calibrated hole 26 in which the pin is housed. In this position, the insert 22 has a flat abutment surface 28 (FIG. 3) engaged in the molding duct 19 and arranged substantially parallel and facing the position of the plate 12 in the molding duct, in particular facing of the sensor 11. The insert 22 and at least a central part of the molding body 18 are made of polytetrafluoroethylene or any other similar material on which the coating material used cannot adhere. In the example described, said body 18 comprises a core 30 of such a material, generally cylindrical tubular, in which is defined the molding duct 19 (more precisely the end part thereof) comprising a lateral cutout or notch defining a part of the housing 23 of said insert. More generally, all the parts of the coating device which are liable to be in contact with the coating material are made of polytetrafluoroethylene or similar material, to allow easy demolding.

Selon une caractéristique importante de l'invention l'insert 22 comporte un premier perçage 34 perpendiculaire à ladite surface de butée 28, qui débouche dans le conduit de moulage 19 en regard de l'emplacement du capteur 11 sur la plaquette 12. Une tige porte-joint 36 est montée à coulissement dans ce perçage. According to an important characteristic of the invention, the insert 22 includes a first bore 34 perpendicular to said abutment surface 28, which opens into the molding duct 19 opposite the location of the sensor 11 on the wafer 12. A rod carries -joint 36 is slidably mounted in this bore.

L'extrémité de cette tige qui débouche dans le conduit de moulage est conformée pour porter un joint annulaire 38 et le maintenir sur ledit capteur (c'est-à-dire sur la surface sensible de celui-ci) pendant une opération d'enrobage, notamment pendant l'introduction et le durcissement d'une résine appropriée dans le conduit de moulage 19. Dans l'exemple le joint 38 est un joint torique en matériau élastomère de dimensions prescrites et bien déterminées. La tige 36 s'étend aussi dans une gorge radiale 40 dudit corps de moulage 18, ouverte à la face supérieure de celui-ci et se termine par un bouton de manoeuvre 37.The end of this rod which opens into the molding duct is shaped to carry an annular seal 38 and maintain it on said sensor (that is to say on the sensitive surface thereof) during a coating operation , in particular during the introduction and hardening of a suitable resin in the molding duct 19. In the example the seal 38 is an O-ring made of elastomeric material of prescribed and well determined dimensions. The rod 36 also extends in a radial groove 40 of said molding body 18, open at the upper face of the latter and ends with an operating button 37.

En outre, le dispositif comporte des moyens pour solliciter ladite plaquette 12 vers la surface de butée 28 afin de presser le joint 38 contre la surface du capteur. Ces moyens sont ici, constitués par une tige de poussée 41 montée dans un second perçage 42, s'étendant dans le corps 18 comme dans le noyau 30 et débouchant dans ledit conduit de moulage 19 en regard dudit insert. L'extrémité de la tige de poussée 41 vient ainsi porter contre la face de la plaquette 12 qui ne porte pas le capteur. La plaquette étant légèrement flexible, cette action a pour effet d'assurer un bon contact sans jeu entre le joint torique 38 et le capteur 11. La tige de poussée 41 se termine par un bouton de manoeuvre 43. Les tiges 36 et 41 sont en polytétrafluoroéthylène ou analogue. In addition, the device includes means for urging said plate 12 towards the abutment surface 28 in order to press the seal 38 against the surface of the sensor. These means are here constituted by a push rod 41 mounted in a second bore 42, extending in the body 18 as in the core 30 and opening into said molding conduit 19 opposite said insert. The end of the push rod 41 thus comes to bear against the face of the plate 12 which does not carry the sensor. The plate being slightly flexible, this action has the effect of ensuring good contact without play between the O-ring 38 and the sensor 11. The push rod 41 ends with an operating button 43. The rods 36 and 41 are in polytetrafluoroethylene or the like.

Pour faciliter l'introduction du matériau d'enrobage du côté du capteur, des saignées rectilignes 44 sont pratiquées sur les côtés de ladite surface de butée 28 de l'insert 22, dans le conduit de moulage. Dans l'exemple décrit, on a prévu deux saignées 44 s'étendant de part et d'autre de l'orifice 34a dudit premier perçage 34. To facilitate the introduction of the coating material on the sensor side, rectilinear grooves 44 are formed on the sides of said abutment surface 28 of the insert 22, in the molding duct. In the example described, two grooves 44 are provided extending on either side of the orifice 34a of said first bore 34.

Enfin, L'insert 22 comporte une creusure 46 s'étendant entre le bord inférieur de celui-ci et l'orifice 34a dudit premier perçage 34. Cette creusure permet de dégager la place nécessaire pour loger et enrober la "goutte" de silicone déposée sur la plaquette pour protéger les connexions et soudures entre le capteur et les conducteurs de liaison. Pour contrôler la quantité de matériau d'enrobage introduite dans le support tubulaire 13, des obturateurs semi-cylindriques 48 en matériau élastomère sont disposés à l'intérieur dudit support 13 entre la paroi interne de celui-ci et chacune des faces de la plaquette 12. De préférence, le matériau d'enrobage est une résine polymérisable, mise en oeuvre avec un catalyseurdurcisseur. Après enrobage le joint annulaire fait partie intégrante du support du capteur. Finally, the insert 22 includes a recess 46 extending between the lower edge of the latter and the orifice 34a of said first bore 34. This recess makes it possible to free up the space necessary to house and coat the "drop" of silicone deposited on the plate to protect the connections and welds between the sensor and the connecting conductors. To control the amount of coating material introduced into the tubular support 13, semi-cylindrical shutters 48 made of elastomeric material are disposed inside said support 13 between the internal wall of the latter and each of the faces of the wafer 12 Preferably, the coating material is a polymerizable resin, used with a hardening catalyst. After coating the annular seal is an integral part of the sensor support.

Claims

1. - Device for coating a sensor at the end of a tubular support, said sensor being mounted on one face of a plate projecting at the end of said tubular support, characterized in that it comprises a molding body (18) provided with a molding duct (19) able to receive one end of said sliding tubular support and said plate, in that said body houses a removable insert (22) having a stop surface (28) engaged in said molding duct and disposed substantially parallel and facing the position of said wafer, in that said insert comprises a first bore (34) perpendicular to said abutment surface and opening into said molding duct opposite location of said sensor on said wafer and in that a seal-carrying rod (36) is slidably mounted in said bore,

The end of said rod in said molding duct being shaped to carry an annular seal (38) and hold it on said sensor during a coating operation.

2. - Device according to claim 1 characterized in that it comprises means (41, 42) for urging said plate towards said abutment surface, in order to press said seal against the surface of said sensor.

3. - Device according to claim 2 characterized in that said means for urging said wafer comprises a second bore (42) opening into said molding conduit opposite said insert and a push rod (41) mounted in this second bore, I end of this push rod coming to bear against the face of said plate which does not carry said sensor.

4. - Device according to one of the preceding claims characterized in that said insert (22) has the overall shape of a rectangular section bar and in that said body comprises an open housing (23) at its upper part, communicating with said molding duct, of shape and dimensions adapted to those of said bar, said bar being put in place and immobilized in said housing.

5. - Device according to one of the preceding claims characterized in that said insert (22) comprises rectilinear grooves (44) formed on the sides of said abutment surface, in said molding duct, to promote the introduction of material coating.

6. - Device according to claim 5 characterized in that it comprises two such grooves (44) extending on either side of the orifice (34a) of said first bore.

7. - Device according to one of the preceding claims, characterized in that said insert comprises a recess (46) extending between the lower edge thereof and the orifice of said first bore.

8. - Device according to one of the preceding claims characterized in that said insert (22) and at least a central part of said body are made of polytetrafluoroethylene or similar material.

9. - Device according to claim 8 characterized in that said body comprises a core (30) in which is defined said molding duct, comprising a lateral cutout defining a part of the housing of said insert, and in that this core is made of polytetrafluoroethylene or the like.

10. - Device according to one of the preceding claims characterized in that it is adapted to receive a polymerizable resin used with a hardener catalyst.