FR2721105A1 - Capacitive sensor for determining spacing between moving components - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un capteur capacitif à électrodes concentriques, comprenant une électrode centrale cylindrique de détection entourée d'une électrode de garde et d'une électrode extérieure annulaires et coaxiales à l'électrode centrale. Ces trois électrodes sont électriquement isolées entre elles par deux bagues en matériau diélectrique. The present invention relates to a capacitive sensor with concentric electrodes, comprising a cylindrical sensor central electrode surrounded by a guard electrode and an annular outer electrode and coaxial with the central electrode. These three electrodes are electrically insulated from each other by two rings of dielectric material.
L'invention vise aussi un procédé de fabrication de ce capteur.The invention also relates to a method of manufacturing this sensor.
Convenablement connecté à une chaine de mesure capacitive, ce type de capteur permet de déterminer la distance séparant son électrode centrale d'une surface électriquement conductrice voisine. L'invention trouve alors une application particulièrement intéressante dans le domaine aéronautique pour le contrôle actif du jeu existant entre les aubes d'un rotor et le carter d'une turbomachine. En effet, une des possibilités d'améliorer le rendement des moteurs d'avions consiste à réduire au minimum le jeu qui existe entre les extrémités des aubes et le carter. Ne pouvant être minimisé une fois pour toutes, car dépendant principalement de la température de fonctionnement du moteur, ce jeu doit être contrôlé en permanence pour assurer des fuites minimales. Il est donc primordial pour les constructeurs de moteurs d'avions de disposer d'un capteur performant pour effectuer la mesure dynamique de jeu. Suitably connected to a capacitive measurement chain, this type of sensor makes it possible to determine the distance separating its central electrode from a neighboring electrically conductive surface. The invention finds a particularly advantageous application in the aeronautical field for the active control of the clearance between the vanes of a rotor and the casing of a turbomachine. Indeed, one of the possibilities to improve the efficiency of aircraft engines is to minimize the clearance between the blade tips and the crankcase. Can not be minimized once and for all, because depending mainly on the operating temperature of the engine, this game must be constantly monitored to ensure minimal leaks. It is therefore essential for aircraft engine manufacturers to have a high-performance sensor to perform dynamic gaming measurement.
L'invention s'intéresse plus particulièrement à la réalisation d'un capteur capacitif à longue durée de vie pouvant fonctionner dans une ambiance corrosive à haute température. The invention is more particularly concerned with producing a long-life capacitive sensor that can operate in a high-temperature corrosive environment.
Un capteur capacitif à électrodes concentriques est connu du brevet GB-2 071 852 qui décrit un capteur comprenant une électrode centrale de détection entourée d'une gaine métallique cylindrique, jouant le rôle d'une électrode de garde, dont elle est séparée par un isolant minéral. Ce capteur est connecté à un câble coaxial, l'électrode centrale étant raccordée à l'âme de ce câble et l'électrode de garde au blindage du câble. Le capteur est fixé sur le carter d'une turbomachine au droit d'une ouverture pratiquée dans la paroi, face à une rangée d'aubes du rotor. La surface conductrice de l'électrode de détection est alors alignée sur la surface interne du carter. Chaque extrémité d'aube forme avec l'électrode de détection un condensateur dont la capacite est fonction de la distance qui la sépare de l'électrode. Le capteur est incorporé dans une chaîne de mesure qui permet de déterminer le jeu entre les aubes et le carter de la turbomachine. La configuration adoptée permet d'obtenir un capteur de structure simple et réduit les variations parasites de capacité entre l'électrode de détection et l'électrode de garde qui l'entoure, portée au même potentiel. Ces variations sont dues aux déformations des électrodes et aux variations de la permittivité du matériau diélectrique, conséquences directes des fluctuations de température. Cependant, ce capteur a une durée de vie insuffisante pour une utilisation sur des moteurs industriels. A capacitive sensor with concentric electrodes is known from patent GB-2,071,852 which describes a sensor comprising a central detection electrode surrounded by a cylindrical metal sheath, acting as a guard electrode, from which it is separated by an insulator mineral. This sensor is connected to a coaxial cable, the central electrode being connected to the core of this cable and the shielding electrode of the cable. The sensor is fixed on the casing of a turbomachine to the right of an opening in the wall facing a row of blades of the rotor. The conductive surface of the detection electrode is then aligned with the inner surface of the housing. Each end of the blade forms with the detection electrode a capacitor whose capacitance is a function of the distance which separates it from the electrode. The sensor is incorporated in a measurement chain that determines the clearance between the blades and the casing of the turbomachine. The configuration adopted makes it possible to obtain a sensor of simple structure and reduces the parasitic variations in capacitance between the detection electrode and the guard electrode which surrounds it, brought to the same potential. These variations are due to the deformations of the electrodes and the variations of the permittivity of the dielectric material, direct consequences of temperature fluctuations. However, this sensor has an insufficient life for use on industrial engines.
Un autre exemple de capteur capacitif a électrodes concentriques est décrit dans le brevet FR-2 568 004 au nom du demandeur Ce capteur est constitué d'une électrode centrale de détection, d'une électrode de garde et d'une électrode extérieure, métalliques et isolées électriquement entre elles, reliées à un câble triaxial, pour le raccordement à une chaîne de mesure de capacité. L'électrode de détection et l'électrode de garde sont prévues pour être mises au même potentiel et l'électrode extérieure pour être mise à la masse, ce qui permet de maintenir l'électrode centrale à un potentiel parfaitement déterminé, indépendamment des conditions ambiantes. La tenue mécanique de l'ensemble et la liaison électrique avec le câble sont assurées par des soufflets élastiques conducteurs, isolés entre eux, prenant appui sur des éléments internes du corps du capteur. La liaison mécanique souple assurée par les soufflets permet au capteur de résister aux hautes températures et aux fortes pressions existant dans les turbomachines industrielles. Ce brevet propose l'utilisation d'alliage "kovar" pour les parties métalliques et d'alumine pour les isolants. Cependant la conformation de la partie avant du capteur et sa complexité rendent sa fabrication particulièrement onéreuse. De plus, cette configuration n'assure pas un positionnement sûr de l'électrode centrale. Another example of a capacitive sensor with concentric electrodes is described in patent FR-2,568,004 in the name of the applicant. This sensor consists of a central detection electrode, a guard electrode and an external electrode, metallic and electrically isolated from each other, connected to a triaxial cable, for connection to a capacitance measuring chain. The sensing electrode and the guard electrode are provided to be set at the same potential and the outer electrode to be grounded, thereby maintaining the central electrode at a perfectly determined potential regardless of the ambient conditions. . The mechanical strength of the assembly and the electrical connection with the cable are provided by conductive elastic bellows, insulated between them, bearing on internal elements of the body of the sensor. The flexible mechanical connection provided by the bellows allows the sensor to withstand the high temperatures and high pressures existing in industrial turbomachines. This patent proposes the use of "kovar" alloy for metal parts and alumina for insulators. However, the conformation of the front part of the sensor and its complexity make its manufacture particularly expensive. In addition, this configuration does not ensure a secure positioning of the central electrode.
Les capteurs décrits précédemment présentent donc l'inconvénient de ne pas pouvoir résister à des températures de fonctionnement suffisamment élevées, ou d'avoir une géométrie complexe qui entraîne des coûts de fabrication importants. De plus, les capteurs disponibles sur le marché, lorsqu'ils permettent d'atteindre des températures de fonctionnement élevées, ont une durée de vie nettement insuffisante pour les applications industrielles. The sensors described above thus have the disadvantage of not being able to withstand sufficiently high operating temperatures, or of having a complex geometry that results in significant manufacturing costs. In addition, sensors available on the market, when they achieve high operating temperatures, have a life span clearly inadequate for industrial applications.
Le but principal de l'invention est donc de pallier ces inconvénients et de proposer un capteur capacitif compact, de géométrie simple, présentant des garanties de grande fiabilité pour un fonctionnement à haute température dans un milieu corrosif. The main object of the invention is therefore to overcome these disadvantages and to provide a compact capacitive sensor, of simple geometry, with guarantees of high reliability for high temperature operation in a corrosive environment.
Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de fabrication et d'assemblage des différentes parties du capteur, offiant les mêmes garanties. Another object of the invention is to provide a method for manufacturing and assembling the different parts of the sensor, offering the same guarantees.
L'invention porte sur un capteur capacitif à électrodes concentriques, qui est constitué d'un corps raccordé à un câble électrique triaxial. Ce câble comprend une âme, une première gaine métallique et une seconde gaine métallique sensiblement concentriques. Le corps du capteur comporte une électrode centrale cylindrique de détection directement raccordée à l'rame du câble triaxial et entourée d'une électrode de garde et d'une électrode extérieure, sensiblement annulaires et coaxiales à l'électrode centrale. L'électrode de garde est raccordée à la première gaine du câble, l'électrode extérieure à la seconde gaine. Les trois électrodes sont en matériau conducteur de l'électricité et sont isolées entre elles par deux bagues en matériau diélectrique. Le câble est un câble triaxial du commerce résistant aux hautes températures. L'invention est caractérisée par le fait que les trois électrodes du capteur sont réalisées en alliage réfractaire ou en superalliage, à base de nickel, de cobalt et/ou de fer, recouvert d'un revêtement d'aluminiure du ou des métaux de base de l'alliage réfractaire ou du superalliage, modifié par du palladium, et par le fait que les deux bagues sont réalisées en céramique réfractaire chimiquement compatible avec le matériau des électrodes. The invention relates to a capacitive sensor with concentric electrodes, which consists of a body connected to a triaxial electric cable. This cable comprises a core, a first metallic sheath and a second substantially concentric metallic sheath. The sensor body has a cylindrical sensor central electrode directly connected to the triaxial cable string and surrounded by a guard electrode and an outer electrode, substantially annular and coaxial with the central electrode. The guard electrode is connected to the first sheath of the cable, the outer electrode to the second sheath. The three electrodes are electrically conductive material and are insulated from each other by two rings of dielectric material. The cable is a commercial triaxial cable resistant to high temperatures. The invention is characterized in that the three electrodes of the sensor are made of refractory alloy or superalloy, based on nickel, cobalt and / or iron, covered with an aluminide coating of the base metal or metals of the refractory alloy or superalloy, modified by palladium, and in that the two rings are made of refractory ceramic chemically compatible with the material of the electrodes.
On entend par alliage réfractaire un alliage qui résiste aux températures élevées - en étant si nécessaire protégé contre la corrosion - à condition de ne pas être soumis à des contraintes mécaniques notables. Un superalliage se distingue d'un alliage réfractaire en ce qu'il présente une bonne résistance mécanique notamment au fluage aux températures élevées. By refractory alloy is meant an alloy that is resistant to high temperatures - if necessary protected against corrosion - provided it is not subject to significant mechanical stresses. A superalloy is distinguished from a refractory alloy in that it has a good mechanical strength including creep at high temperatures.
La mise en oeuvre d'une telle combinaison de matériaux céramiques et métalliques permet au capteur de supporter sans dommage 1000 cycles thermiques d'une heure, de refroidissement et de chauffage accélérés, tant en oxydation à 1100"C qu'en corrosion à 850"C en présence de sulfate de sodium. The implementation of such a combination of ceramic and metallic materials allows the sensor to withstand without damage 1000 accelerated thermal cycles of one hour, accelerated cooling and heating, both in oxidation at 1100 "C and corrosion at 850" C in the presence of sodium sulfate.
Selon une caractéristique préférée de l'invention, qui assure une meilleure tenue mécanique des connexions, le corps du capteur est raccordé au câble triaxial par l'intermédiaire d'un capot constitué de deux couvercles tronconiques sensiblement concentriques, isolés électriquement entre eux. Le premier couvercle assure la continuité électrique entre l'électrode de garde et la première gaine du câble, le second couvercle entre l'électrode extérieure et la seconde gaine du câble. Ces deux couvercles sont réalisés dans le même matériau que les électrodes. According to a preferred feature of the invention, which provides a better mechanical strength of the connections, the sensor body is connected to the triaxial cable via a cover consisting of two substantially concentric frustoconical covers electrically insulated from each other. The first cover provides electrical continuity between the guard electrode and the first cable jacket, the second cover between the outer electrode and the second cable jacket. These two covers are made of the same material as the electrodes.
L'invention vise également un procédé de fabrication d'un capteur tel que défini cidessus, dans lequel le corps du capteur est assemblé par emboîtement, les unes dans les autres, de l'électrode de détection, de la première bague en matériau diélectrique, de l'électrode de garde, de la seconde bague en matériau diélectrique et de l'électrode extérieure. Ce procédé de fabrication est caractérisé par le fait que les parties métalliques, en superalliage ou en alliage réfractaire, sont soumises à un traitement de protection par dépôt d'un revêtement d'aluminiure du ou des métaux de base du superalliage ou de l'alliage, modifié par du palladium. Ce revêtement est obtenu en déposant un alliage de palladium et dudit ou desdits métaux de base, que l'on soumet à un recuit de diffusion puis à un dépôt d'aluminium qui, par diffùsion au cours du traitement, forme un aluminiure du métal de base. Un tel traitement, appliqué à la protection des aubes de turbines fixes et mobiles des turbomachines, et son procédé de mise en oeuvre sont décrits dans le brevet FR-2 638 174 au nom du demandeur. The invention also relates to a method of manufacturing a sensor as defined above, in which the body of the sensor is assembled by interlocking, in one another, the detection electrode of the first ring of dielectric material, the guard electrode, the second ring of dielectric material and the outer electrode. This manufacturing process is characterized in that the metal parts, made of superalloy or refractory alloy, are subjected to a protective treatment by depositing an aluminide coating of the base metal (s) of the superalloy or of the alloy. , modified by palladium. This coating is obtained by depositing an alloy of palladium and said one or more base metals, which is subjected to a diffusion annealing and then to an aluminum deposit which, during the course of the treatment, forms a metal aluminide. based. Such a treatment, applied to the protection of turbine blades fixed and mobile turbomachines, and its method of implementation are described in the patent FR-2 638 174 in the name of the applicant.
L'invention vise enfin l'assemblage du corps, du capot et du câble du capteur en une seule étape par soudure haute-fréquence, par frittage par étincelage ou par une technique de brasure dite brasage-diffusion. Finally, the invention relates to the assembly of the body, the cap and the sensor cable in a single step by high-frequency welding, by spark sintering or by a so-called soldering-diffusion brazing technique.
Selon un premier mode de fabrication du capteur, I'accrochage mécanique des différents éléments constituant le corps du capteur est alors assuré au moyen d'une composition de scellement, constituée d'un mélange de poudres dans un véhicule organique et minéral, appliquée en couche mince sur les surfaces des pièces à assembler et soumise à un traitement thermique. Le mélange de poudres comprend en masse 70 à 90 % d'aluminium, 5 à 25 % de silicium, 0 à 5 % de silice et 0 à 5 % de métal modérateur choisi parmi le chrome, le nickel, et le fer et les mélanges de ceux-ci. Le véhicule est composé d'un liant organique dissous dans un solvant de façon à former un liquide visqueux à action défloculante et d'un liant minéral choisi parmi les acides borique et phosphorique et leurs sels de chrome, d'aluminium et des métaux du groupe VIIIa de la classification périodique et de leurs mélanges, qui a une forme visqueuse à la température de décomposition du liant organique. Le traitement thermique consiste à porter la composition de scellement progressivement à une température inférieure à 100"C pour évaporer le solvant, puis à une température inférieure à 400"C mais suffisante pour décomposer le liant organique et amener le liant minéral à l'état liquide. On porte enfin l'ensemble à une température d'au moins 1000"C en atmosphère non oxydante, pour éliminer le liant minéral et faire réagir les poudres de la composition pour transformer la couche intermédiaire en un ciment de scellement formant une liaison fortement adhérente. According to a first mode of manufacture of the sensor, the mechanical attachment of the various elements constituting the body of the sensor is then ensured by means of a sealing composition, consisting of a mixture of powders in an organic and inorganic vehicle, applied in a layer. thin on the surfaces of the parts to be assembled and subjected to heat treatment. The powder mixture comprises, by weight, 70 to 90% of aluminum, 5 to 25% of silicon, 0 to 5% of silica and 0 to 5% of moderating metal chosen from chromium, nickel and iron and mixtures thereof. of these. The vehicle is composed of an organic binder dissolved in a solvent so as to form a viscous liquid with deflocculating action and a mineral binder selected from boric and phosphoric acids and their salts of chromium, aluminum and metals of the group VIIIa of the periodic table and their mixtures, which has a viscous form at the decomposition temperature of the organic binder. The heat treatment consists in progressively bringing the sealing composition to a temperature below 100 ° C. in order to evaporate the solvent, then at a temperature below 400 ° C., but sufficient to break down the organic binder and bring the inorganic binder to the liquid state. . Finally, the assembly is brought to a temperature of at least 1000 ° C in a non-oxidizing atmosphere, to remove the inorganic binder and react the powders of the composition to transform the intermediate layer into a cement bond forming a strongly adherent bond.
Selon un second mode de fabrication du capteur, I'accrochage mécanique des éléments du corps est assuré par frottement, les électrodes et les bagues diélectriques étant alors usinées à cotes serrées. According to a second mode of manufacture of the sensor, the mechanical attachment of the body elements is ensured by friction, the electrodes and the dielectric rings then being machined to tight dimensions.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée du capteur et d'exemples de mise en oeuvre du procédé de fabrication, donnés à titre indicatif et non limitatif, dans lesquels on se réfère aux figures annexées. The invention will be better understood on reading the detailed description of the sensor and examples of implementation of the manufacturing method, given by way of indication and not limitation, in which reference is made to the appended figures.
La figure 1 est une vue de côté en coupe axiale d'un capteur capacitif agencé selon l'invention. Figure 1 is a side view in axial section of a capacitive sensor arranged according to the invention.
La figure 2 est un exemple de mise en oeuvre d'un capteur selon l'invention, dans une chaîne de mesure de jeu entre les aubes d'un rotor et le carter d'une turbomachine. FIG. 2 is an exemplary implementation of a sensor according to the invention, in a game measurement chain between the vanes of a rotor and the casing of a turbomachine.
Selon la figure 1, le capteur comprend un corps (1) et un capot (2). According to Figure 1, the sensor comprises a body (1) and a cover (2).
Le corps est composé:
-d'une électrode de détection (3) de forme cylindrique directement raccordée à
l'âme (4) du câble triaxial (5),
-d'une bague diélectrique (6) annulaire coaxiale à l'électrode de détection (3),
-d'une électrode de garde (7) annulaire et coaxiale à la bague (6) et à l'électrode
de détection (3),
-d'une bague diélectrique (8) annulaire et coaxiale aux deux électrodes (3,7) et à
la bague (6),
-d'une électrode extérieure (9) annulaire et coaxiale aux deux électrodes (3,7) et
aux deux bagues (6,8)
Les électrodes sont en alliage réfractaire ou en superalliage, à base de nickel, de cobalt et/ou de fer, recouvert d'un revêtement d'aluminiure du ou des métaux de base de l'alliage ou du superalliage, modifié par du palladium, et les bagues diélectriques sont en céramique réfractaire. Ces deux matériaux sont choisis de façon à être chimiquement compatibles et à présenter des coefficients de dilatation voisins. Enfin, le diamètre de l'électrode de détection est choisi de façon à être inférieur à la plus petite dimension de la surface conductrice en regard du capteur et constituant la seconde armature du condensateur.The body is composed of:
a sensor electrode (3) of cylindrical shape directly connected to
the core (4) of the triaxial cable (5),
an annular dielectric ring (6) coaxial with the detection electrode (3),
a guard electrode (7) which is annular and coaxial with the ring (6) and the electrode
detection (3),
a dielectric ring (8) which is annular and coaxial with the two electrodes (3,7) and
the ring (6),
an outer annular electrode (9) coaxial with the two electrodes (3,7) and
to both rings (6,8)
The electrodes are made of refractory alloy or superalloy, based on nickel, cobalt and / or iron, covered with an aluminide coating of the base metal or metals of the alloy or superalloy, modified by palladium, and the dielectric rings are made of refractory ceramic. These two materials are chosen so as to be chemically compatible and to have adjacent expansion coefficients. Finally, the diameter of the detection electrode is chosen to be smaller than the smallest dimension of the conductive surface facing the sensor and constituting the second armature of the capacitor.
Le capot (2) du capteur se compose de deux couvercles réalisés dans le même matériau que les électrodes:
-un premier couvercle (10) tronconique disposé en regard de l'électrode de
garde (7) et assurant la continuité électrique entre la première gaine (11) du
câble (5) et cette électrode (7),
-un second couvercle (12) tronconique, isolé du couvercle (10), disposé en
regard de l'électrode extérieure (9) et assurant la continuité électrique entre la
seconde gaine (13) du câble (5) et cette électrode. Une autre fonction de ce
couvercle est d'assurer une protection mécanique du corps du capteur.The cover (2) of the sensor consists of two covers made of the same material as the electrodes:
a first frustoconical cover (10) arranged opposite the electrode of
guard (7) and ensuring the electrical continuity between the first sheath (11) of the
cable (5) and this electrode (7),
a second frustoconical lid (12), isolated from the lid (10), disposed in
view of the outer electrode (9) and ensuring the electrical continuity between the
second sheath (13) of the cable (5) and this electrode. Another function of this
cover is to provide mechanical protection of the sensor body.
Pour les deux exemples de fabrication qui suivent les parties métalliques du capteur sont en superalliage à base de nickel commercialisé sous la référence IN738 et les bagues diélectriques sont en alumine. For the two manufacturing examples that follow the metal parts of the sensor are nickel-based superalloy marketed under the reference IN738 and the dielectric rings are alumina.
Premier exemple de fabrication du capteur:
On usine les différents éléments du corps et du capot du capteur, les électrodes et les bagues isolantes présentant un jeu volontairement compris entre 0,1 et 0,2 mm. On applique ensuite le revêtement de protection des parties métalliques, en effectuant successivement:
I.-un dépôt électrolytique au tonneau d'un alliage de palladium et de nickel;
II.-un recuit de diffùsion sous vide secondaire, meilleur que 10-3 Pa à 8500C
pendant 2 heures;
III.-une aluminisation en caisse basse-activité (chromaluminisation) décrite dans le
brevet FR-I 490 744 au nom du demandeur.First example of manufacture of the sensor:
The various elements of the body and the sensor cover are machined, the electrodes and the insulating rings having a clearance voluntarily between 0.1 and 0.2 mm. The protective coating of the metal parts is then applied, successively performing:
I. a barrel electrolytic deposit of an alloy of palladium and nickel;
II.-a secondary vacuum diffu- sion annealing, better than 10-3 Pa at 8500C
during 2 hours;
III.-aluminization in a low-activity case (chromaluminization) described in the
patent FR-I 490 744 in the name of the applicant.
On prépare ensuite une composition de scellement dans les proportions suivantes:
- 12%, en masse, de poudre de silicium dont la granulométrie est comprise entre 30
et 50 Clam. A sealing composition is then prepared in the following proportions:
- 12%, by mass, of silicon powder whose particle size is between 30
and 50 Clam.
- 2,5%, en masse, de poudre de silice (SiO2) dont la granulométrie est comprise entre 20 et 50 CLm. 2.5%, by weight, of silica powder (SiO2) whose particle size is between 20 and 50 μm.
- 82,5%, en masse, de poudre d'aluminium dont la granulométrie est comprise
entre 3 et 5 Zm. 82.5% by weight of aluminum powder, the particle size of which is
between 3 and 5 Zm.
- 3%, en masse, de poudre de chrome dont la granulométrie est comprise entre 10
et 20 llm. 3%, by weight, of chromium powder, the particle size of which is between 10 and
and 20 μm.
Ces poudres sont dispersées dans une solution de polyacrylate d'ammonium stabilisée au fer. Cette dispersion étant devenue homogène, on l'étend par une solution molaire d'acide phosphorique (H3PO4) ou d'acide borique (H3BO3), en quantité suffisante pour obtenir une pâte fluide. These powders are dispersed in an iron stabilized ammonium polyacrylate solution. This dispersion having become homogeneous, it is extended by a molar solution of phosphoric acid (H3PO4) or boric acid (H3BO3), in an amount sufficient to obtain a fluid paste.
Puis on assemble le corps (1) du capteur selon les étapes suivantes:
I.-les faces des électrodes qui seront en contact avec les bagues isolantes et les
deux faces de chaque bague sont enduites de la composition de scellement. Les
éléments du capteur sont ensuite étuvés 30 mn à 80"C;
II.-l'électrode extérieure (5) est disposée sur une surface plane et remplie de pâte.Then we assemble the body (1) of the sensor according to the following steps:
I. the faces of the electrodes which will be in contact with the insulating rings and the
two faces of each ring are coated with the sealing composition. The
sensor elements are then steamed for 30 minutes at 80 ° C .;
II.-The outer electrode (5) is disposed on a flat surface and filled with paste.
On introduit alors la seconde bague (4) que l'on remplit de pâte, et l'on répète
l'opération pour l'électrode de garde (3), la première bague (2) et l'électrode de
détection (1). L'excédant est ensuite éliminé;
III.-le corps du capteur ainsi assemblé est étuvé pendant 30 mn à 80"C puis subit
un recuit sous air confiné pendant 30 mn à 350"C et un recuit de diffusion sous
hydrogène pendant 4 heures à 1050"C, enfin un recuit de relaxation, de 30 minutes
environ, à une température supérieure à la température d'utilisation prévue.We then introduce the second ring (4) which is filled with dough, and we repeat
the operation for the guard electrode (3), the first ring (2) and the electrode of
detection (1). The excess is then eliminated;
III.-The body of the sensor thus assembled is steamed for 30 minutes at 80 ° C and then undergoes
air annealing for 30 minutes at 350 ° C and diffusion annealing under
hydrogen for 4 hours at 1050 ° C, finally a relaxation annealing, 30 minutes
approximately, at a temperature above the intended use temperature.
Enfin, pour assembler le corps (1), le capot (2) et le câble triaxial (8) on dispose le capot en regard du corps et on introduit le câble. Les parties métalliques du capteur, d'une part, et celles du câble de mesure, d'autre part, sont alors mises en contact et reliées aux bornes d'un poste de soudure haute fréquence. On obtient ainsi, en une seule opération, les soudures A, B, C, D et E. Finally, to assemble the body (1), the cover (2) and the triaxial cable (8) has the cover facing the body and the cable is introduced. The metal parts of the sensor, on the one hand, and those of the measuring cable, on the other hand, are then brought into contact and connected to the terminals of a high-frequency welding station. Thus, in a single operation, the welds A, B, C, D and E are obtained.
En variante les soudures peuvent être réalisées par un procédé dit de "frittage par étincelage" décrit dans le brevet GB-I 508 350 et qui consiste à faire passer entre les éléments métalliques constitutifs du capot, du corps et du câble le courant de décharge d'une batterie de condensateurs. As a variant, the welds can be produced by a so-called "spark-sintering" process described in patent GB-I 508 350, which consists in passing between the metallic elements constituting the cover, the body and the cable the discharge current. a capacitor bank.
On peut aussi assembler ces trois éléments par brasage-diffusion, en utilisant des feuilles de brasure au palladium du type MBF 1007 commercialisées par Allied Meltglass
Products, et en portant l'ensemble à 850 C sous vide.These three elements can also be assembled by soldering-diffusion using palladium solder films of the MBF 1007 type marketed by Allied Meltglass.
Products, and carrying the assembly at 850 C under vacuum.
Deuxième exemple de fabrication du capteur:
Les différentes parties constitutives du corps du capteur sont usinées avec des
tolérances dimensionnelles sévères, afin de permettre un ajustage à cotes serrées. On
applique ensuite le traitement de protection sur les parties métalliques comme cela a
été décrit dans le premier exemple de fabrication. Puis, on assemble le corps du
capteur en mettant en oeuvre des techniques de sertissage connues de l'homme de
métier et permettant d'obtenir après assemblage un excellent accrochage mécanique,
par frottement, de l'ensemble des éléments. On assemble, enfin, le corps, le capot et le
câble selon l'une des méthodes décrites dans le premier exemple de fabrication.Second example of manufacture of the sensor:
The different constituent parts of the sensor body are machined with
severe dimensional tolerances to allow tight fitting. We
then apply the protective treatment on the metal parts as this has
has been described in the first example of manufacture. Then, we assemble the body of
sensor by implementing crimping techniques known to man of
profession and to obtain after assembly an excellent mechanical fastening,
by friction, of all the elements. We assemble, finally, the body, the hood and the
cable according to one of the methods described in the first example of manufacture.
En variante, il est possible de déposer le revêtement de protection sur les
électrodes après leur assemblage avec les bagues diélectriques.Alternatively, it is possible to deposit the protective coating on the
electrodes after their assembly with the dielectric rings.
Des applications particulièrement intéressantes du capteur peuvent être trouvées dans l'industrie aéronautique. Ainsi, un exemple d'utilisation du capteur, illustré par la figure 2, propose de connecter le capteur (20) à une chaîne de mesure capacitive (21), telle que décrite dans le brevet FR-2 608 751, qui permet de déterminer le jeu entre les aubes (22) du rotor et le stator (23) d'un turboréacteur. Cette mesure peut alors être exploitée pour chercher à améliorer le rendement du réacteur en contrôlant ce jeu. Particularly interesting applications of the sensor can be found in the aeronautical industry. Thus, an example of use of the sensor, illustrated in FIG. 2, proposes to connect the sensor (20) to a capacitive measuring chain (21), as described in patent FR-2 608 751, which makes it possible to determine the clearance between the blades (22) of the rotor and the stator (23) of a turbojet engine. This measurement can then be exploited to seek to improve the efficiency of the reactor by controlling this game.
Une tel ensemble présente les caractéristiques suivantes:
- étendue de mesure: 1,2 mm,
- sensibilité statique de l'ensemble capteur-chaîne de mesure pour un jeu de 0,2 mm: 8,75 mV. > m~l,
- bruit de fond mesuré en sortie de chaîne: 8 zV.Hz-1/2,
- détectivité de l'ensemble lorsque la bande passante est de 300 kHz: 22 zm efficaces. On
entend par détectivité le signal tel que le rapport signal / bruit = 1.Such an assembly has the following characteristics:
- measuring range: 1.2 mm,
- static sensitivity of the sensor-measuring chain assembly for a clearance of 0.2 mm: 8.75 mV. > m ~ l,
- measured noise at the output of the string: 8 zV.Hz-1/2,
- Detectivity of the set when the bandwidth is 300 kHz: 22 zm effective. We
detectivity means the signal such as the signal-to-noise ratio = 1.
Le champ d'application de l'invention peut s'étendre à de nombreux domaines, par exemple au contrôle de processus industriels dans lesquels sont impliqués des éléments mobiles (machine outil, chaîne de montage notamment) travaillant dans un environnement sévère et/ou dangereux. The field of application of the invention can extend to many fields, for example to the control of industrial processes in which mobile elements (machine tool, assembly line in particular) involved in a harsh and / or dangerous environment are involved. .
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9407032A FR2721105B1 (en) | 1994-06-09 | 1994-06-09 | Capacitive sensor with concentric electrodes and its manufacturing process. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| FR9407032A FR2721105B1 (en) | 1994-06-09 | 1994-06-09 | Capacitive sensor with concentric electrodes and its manufacturing process. |
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| Publication Number | Publication Date |
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ID=9464020
Family Applications (1)
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Country Status (1)
| Country | Link |
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| FR (1) | FR2721105B1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| GB2406381A (en) * | 2003-09-27 | 2005-03-30 | Future Technology | Capacitive sensor for measuring distance to an object |
| WO2010055264A1 (en) | 2008-11-13 | 2010-05-20 | Nanotec Solution | High temperature capacitive sensor with cement bonding |
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1994
- 1994-06-09 FR FR9407032A patent/FR2721105B1/en not_active Expired - Fee Related
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| US9372204B2 (en) | 2010-10-12 | 2016-06-21 | Future Technology (Sensors) Ltd | Sensor assemblies |
| CN103261845B (en) * | 2010-10-12 | 2016-08-10 | 未来技术(传感器)有限公司 | Sensor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2721105B1 (en) | 1996-08-14 |
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