FR2783917A1 - Capteur de temperature - Google Patents
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Abstract
La présente invention propose un capteur de température comportant un élément de type thermistance reçu dans un boîtier métallique et un câble à isolation minérale pour acquérir les signaux provenant dudit élément de thermistance dans lequel le câble à isolation minérale emploie une structure de ventilation qui procure des caractéristiques stables de résistance à l'élément de type thermistance. L'élément de type thermistance (1) comprend une section de thermistance (la), constituée d'un semi-conducteur du type oxyde, et de fils d'électrode (1b) s'étendant à partir de la section de thermistance (la) pour acquisition de signaux de thermistance et est disposé sur l'extrémité d'un câble à isolation minérale (2) et reçu dans un couvercle métallique (3). Le câble à isolation minérale (2) emploie une structure dans laquelle des fils électriquement conducteurs (2b) connectés aux fils d'électrode (1b) sont isolés et maintenus dans un cylindre externe métallique (2a) par de la poudre isolante (2c) versée dans le cylindre externe (2a). Une quantité de ventilation d'au moins 5 x 10-4 ml/ MPa. sec est assurée à l'intérieur du cylindre externe (2a) à une température normale.
Description
CAPTEUR DE TEMPERATURE
La présente invention se rapporte à un capteur de tem-
pérature incorporant un élément de type thermistance qui est utilisé pour détecter la température et, plus précisé- ment, à un capteur de température présentant une résistance à la chaleur jusqu'à une température d'environ 1000 C qui
est approprié pour utilisation dans, par exemple, un cap-
teur de température des gaz d'échappement qui est installé sur un pot catalytique et ainsi de suite d'un système d'échappement pour automobile et détecte des températures anormales ou une détérioration du catalyseur et ainsi de suite. Ce type de capteur de température comporte de manière caractéristique un élément de type thermistance présentant une certaine caractéristique température/résistance à l'extrémité d'un élément de câblage pour l'acquisition des signaux provenant de la thermistance. Cette section
d'extrémité est recouverte d'un couvercle métallique cylin-
drique fermé au niveau de la partie inférieure aboutissant
à une structure dans laquelle l'élément de type thermis-
tance est logé dans l'espace formé par le couvercle métal-
lique et la section d'extrémité de l'élément de câblage.
Normalement, en versant une poudre isolante dans un espace situé entre un cylindre externe métallique et des fils conducteurs, la structure de l'élément de câblage est telle que les fils conducteurs sont isolés et maintenus
dans le cylindre externe, et ces fils conducteurs sont con-
nectés aux fils des électrodes disposés sur l'élément de
type thermistance.
Puisqu'un matériau du type thermistance composant
l'élément de type thermistance est constitué d'un semi-
conducteur du type oxyde, les caractéristiques ohmiques (caractéristiques de température/résistance) de la section
de thermistance fluctue en conformité avec la pression par-
tielle d'oxygène de l'atmosphère ambiante de l'élément de
type thermistance.
Dans ce type de capteur de température, puisque l'élément de type thermistance est logé dans le couvercle métallique, l'oxydation d'un métal résistant à la chaleur se produit à des températures élevées (par exemple 700 C et au-dessus) et la pression partielle de l'oxygène de
l'atmosphère interne diminue. Dans une atmosphère de réduc-
tion sévère, un phénomène se produit dans lequel l'oxygène est temporairement prélevé à partir du semi-conducteur en oxyde de la section de thermistance, ayant pour effet une perturbation des caractéristiques de résistance ci-dessus à
des températures élevées.
Il est en conséquence nécessaire de prévoir que l'élément de type thermistance soit logé dans un couvercle métallique avec une ventilation appropriée pour stabiliser les caractéristiques de la thermistance. Ici, dans le cas
d'un capteur de température employant une structure à dou-
bles tuyaux dans laquelle la périphérie de l'élément de câ-
blage est de plus recouvert d'un cylindre métallique, etc.,
(par exemple, celui décrit sur la figure 8 du brevet japo-
nais n 2 621 488, un chemin de ventilation peut être formé en utilisant l'écartement entre l'élément de câblage et le
cylindre métallique.
Les capteurs les plus récents doivent toutefois détec-
ter précisément des températures sur des plages de faible
variation de température et effectuer une commande mar-
che/arrêt pour estimation de la détérioration d'un cataly-
seur et ainsi de suite, demandant ainsi une réponse assez
rapide. Par suite, il est nécessaire de faire que le diamè-
tre externe de la section sensible à la température soit
plus petite pour accroître la vitesse de réponse du cap-
teur. La structure à doubles tuyaux précédemment mentionnée
est structurellement complexe et inappropriée à ces fins.
Par ailleurs, dans le cas d'une structure à un seul tuyau dans lequel la section d'extrémité d'un élément de
câblage muni d'un élément de type thermistance est seule-
ment recouverte d'un couvercle métallique cylindrique à partie inférieure fermée, bien qu'il soit avantageux de faire que le diamètre externe de la section sensible à la température soit plus petite, le chemin de ventilation pour l'élément de type thermistance doit ensuite être formé à
l'intérieur de l'élément de câblage.
Toutefois, comme il a été mentionné précédemment, puisque l'élément de câblage emploie une structure dans laquelle les fils conducteurs sont isolés et maintenus dans un cylindre externe métallique par de la poudre isolante versée dans le cylindre externe, on ne peut pas s'attendre à avoir une bonne ventilation. De plus, lorsque le diamètre externe de la section sensible à la température est rendu plus petit pour accroître la vitesse de réponse, puisque ceci demande que l'élément de câblage présente un diamètre
plus petit, il devient difficile d'assurer la ventilation.
En conséquence, on a besoin de clarifier la quantité de ventilation requise pour stabiliser les caractéristiques de
la thermistance.
De ce fait, en tenant compte des points ci-dessus, le but de la présente invention est de proposer un capteur de
température incorporant un élément de type thermistance lo-
gé dans un couvercle métallique et un élément de câblage pour acquisition des signaux provenant dudit élément de type thermistance, dans lequel l'élément de câblage emploie
une structure de ventilation qui procure des caractéristi-
ques stables de résistance de l'élément de type thermis-
tance et de proposer un procédé de fabrication pour un cap-
teur de température incorporant une telle structure
d'élément de câblage.
Comme résultat des études les plus récentes conduites
par les inventeurs de la présente invention et en se foca-
lisant sur la quantité de ventilation de l'élément de câ-
blage, on a déterminé par expérience que, si ladite quanti-
té de ventilation est égale ou supérieure à une quantité prescrite, des caractéristiques stables de résistance de la
thermistance sont obtenues, conduisant de ce fait à la réa-
lisation de la présente invention. -
La présente invention propose un capteur de tempéra-
ture muni d'un élément de type thermistance comportant une
section de thermistance constituée d'un matériau de ther-
mistance, d'un élément de câblage comprenant des fils élec-
triquement conducteurs couplés aux dits éléments de ther-
mistance, pour acquérir les signaux de thermistance prove-
nant de l'élément de type thermistance, isolés et maintenus
dans un cylindre externe métallique, et d'un couvercle mé-
tallique cylindrique qui reçoit ledit élément de type ther-
mistance comporte une ouverture à une première extrémité et est fermé à l'autre extrémité et raccordé audit cylindre externe au niveau de ladite ouverture; dans lequel ledit élément de câblage assure une quantité de ventilation dans ledit cylindre externe d'au moins 5 x10-4 ml/(MPa.sec) à
une température normale.
En conséquence, une quantité d'air extérieur basée sur
la quantité de ventilation prescrite précédemment sélec-
tionnée peut être introduit à travers l'intérieur de l'élément de câblage dans l'espace dans lequel l'élément de
type thermistance est logé, formé par le couvercle métalli-
que et l'élément de câblage, avec pour effet d'empêcher la formation d'une atmosphère réductrice sévère autour de l'élément de type thermistance. Ainsi, en conformité avec la présente invention, une structure de ventilation peut être réalisée qui procure des caractéristiques stables de
résistance de l'élément de type thermistance.
L'élément de type thermistance est de préférence cons-
titué d'un matériau de thermistance et de fil d'électrode
s'étendant à partir de la section de thermistance pour ac-
quisition des signaux de thermistance. Dans ce cas, les
fils d'électrode sont connectés aux fils conducteurs.
En conformité avec les études expérimentales conduites par les inventeurs de la présente invention, la quantité de
ventilation prescrite précédemment mentionnée est de préfé-
rence fixée à 1 x 10-3 ml/(MPa.sec) à une température nor-
maie et encore de préférence fixée à 5 x 10- 3 ml/(MPa.sec)
à une température normale.
Les inventeurs de la présente invention ont confirmé que le but de la présente invention peut être atteint à
condition que la quantité de ventilation mentionnée ci-
dessus soit fixée même si le diamètre externe du cylindre
externe, à savoir le diamètre externe de l'élément de câ-
blage, est réduit à 3 mm ou moins et que le diamètre ex-
terne du cylindre externe est réduit à 2,5 mm ou moins.
Comme premier moyen d'élément de câblage spécifique
pour obtenir la quantité de ventilation prescrite précédem-
ment mentionnée, les fils conducteurs de l'élément de câ-
blage peuvent être isolés et maintenus sur le cylindre ex-
terne en versant de la poudre isolante dans le cylindre ex-
terne entre ledit cylindre externe et les fils conducteurs,
le cylindre externe pouvant être amené à avoir un coeffi-
cient de dilatation thermique de 3 x 10-6 (/ C) ou plus
grand que celui de la poudre isolante.
Comme résultat, à une température élevée facilitant la formation d'une atmosphère réductrice, la poudre isolante versée dans le cylindre externe se rétracte par rapport au cylindre externe, permettant la formation d'un écartement
qui permet à la quantité de ventilation prescrite précédem-
ment mentionnée d'être fixée entre le cylindre externe et
la poudre isolante. Plus spécifiquement, de l'oxyde de ma-
gnésium peut être utilisé en tant que poudre isolante.
Dans un capteur de température dans lequel le cylindre externe précédemment mentionné présente un coefficient de dilatation thermique qui est au moins de 3 x 10-6/( C) plus grand que celui de la poudre isolante, les inventeurs de la présente invention ont déterminé par expérience que la quantité de ventilation est accrue par traitement thermique
de l'élément de câblage. La quantité de ventilation précé-
demment mentionnée peut être accrue à au moins la valeur précédemment mentionnée par traitement thermique de
l'élément de câblage à une température d'au moins 900 C.
Dans les capteurs de température, l'élément de câblage manque de manière caractéristique de flexibilité à des fins de courbure et ainsi de suite en raison de la présence du
cylindre externe métallique. En conséquence, le câblage en-
tre le capteur de température et les circuits externes est normalement connecté aux circuits externes en utilisant des câbles de sortie dans lesquels les câbles sont passés à
travers des tuyaux flexibles à partir de l'élément de câ-
blage. A ce moment, la connexion entre les câbles de sortie et l'élément de câblage est protégée de l'extérieur par un élément protecteur afin d'empêcher l'entrée d'humidité et de poussières et d'assurer la protection contre les chocs
externes et ainsi de suite.
Ainsi, l'échange d'air entre la section recevant l'élément de type thermistance et l'extérieur est effectué à travers chacun des intérieurs de l'élément de câblage, de
l'élément protecteur et du tuyau externe des câbles de sor-
tie. Dans ce type de structure, il est préféré de faire que l'intérieur du tuyau externe des câbles de sortie soit bien ventilé.
En conséquence, dans une structure utilisant les câ-
bles de sortie précédemment mentionnés, il est préféré de faire que les câbles de sortie, tels qu'une pluralité de fils électriquement conducteurs soient recouverts de tuyaux
externes flexibles.
Dans la présente invention, puisque les câbles dans les tuyaux externes sont composés d'une pluralité de fils
pour les câbles de sortie, des écartements sont formés en-
tre des fils correspondants et entre les tuyaux externes et les fils. La quantité de ventilation à l'intérieur des
tuyaux extérieurs en raison de la présence de ces écarte-
ments peut être rendue beaucoup plus grande que la quantité
de ventilation prescrite de l'élément de câblage précédem-
ment mentionné, éliminant ainsi tout problème de ventila-
tion.
La Fig. 1 est une vue en coupe transversale partielle-
ment découpée montrant un capteur de température en confor- mité avec un premier mode de réalisation de la présente in- vention. La Fig. 2 est une vue en coupe transversale le long de
la direction radiale du câble à isolation minérale du cap-
teur de température représenté sur la fig. 1.
La Fig. 3 est une vue en coupe transversale le long de la direction radiale des câbles de sortie du capteur de
température représenté sur la fig. 1.
La Fig. 4 est un graphique montrant la relation entre
la durée du traitement d'oxydation et la quantité de venti-
lation dans le câble à isolation minérale.
La Fig. 5 est un graphique illustrant la relation en-
tre le nombre de cycles de refroidissement et de chauffage et le taux de changement de la valeur ohmique de l'élément de type thermistance dans un capteur de température lorsque
la durée du traitement d'oxydation est changée dans le câ-
ble à isolation minérale.
Ce qui suit procure une explication de la présente invention par l'intermédiaire de ses modes de réalisation préférés en se référant aux dessins. Dans le présent mode de réalisation, le capteur de température de la présente invention est expliqué comme étant appliqué à un capteur de
température des gaz d'échappement installé sur un disposi-
tif de purification des gaz d'échappement pour automobile
tel qu'un pot catalytique qui détecte une température anor-
male ou une détérioration d'un catalyseur. Puisque ce cap-
teur de température est principalement installé dans le trajet des gaz d'échappement d'une automobile, la section
de détection de température doit posséder une certaine ré-
sistance à la chaleur, une certaine résistance au choc à
des températures élevées, une certaine résistance aux vi-
brations et ainsi de suite de façon à supporter des tempé-
ratures élevées de l'ordre de, par exemple, 1000 C.
Ainsi, un matériau résistant à la chaleur qui est apte à supporter de telles températures est également utilisé
dans la section de détection de température et une concep-
tion structurelle solide est employée. Plus récemment, une détection de température des gaz d'échappement plus précise a été requise par des systèmes de contrôle de moteur et on a besoin d'une détection de température présentant des temps de réponse améliorée. La Fig. 1 est une vue en coupe transversale partiellement découpée d'un premier mode de
réalisation d'un capteur de température de la présente in-
vention conçu pour prendre en compte de manière appropriée
ces nouvelles applications à des systèmes.
Le capteur de température 100 est constitué principa-
lement d'un élément de type thermistance 1, d'un câble à isolation minérale (élément de câblage) 2 pour acquérir les
signaux provenant de la thermistance, d'un couvercle métal-
lique 3 (boîtier métallique) qui reçoit l'élément de type thermistance 1 d'une manière telle qu'il ne soit pas en contact direct avec les gaz d'échappement, de câbles de sortie 4 pour connecter le câble à isolation minérale 2 aux circuits externes, d'une collerette 5 pour fixer le capteur à la paroi du tuyau 21 du trajet des gaz d'échappement et
d'un manchon (élément de protection) 6 qui protège la con-
nexion entre le câble à isolation minérale 2 et les câbles
de sortie 4.
Sur la Fig. 1, l'intérieur du trajet des gaz d'échappement 20 à travers lequel les gaz d'échappement s'écoulent est placé au- dessous de la paroi du tuyau 21 et
la section de détection de température du capteur de tempé-
rature 100, qui est composé de l'élément de type thermis-
tance 1 et du couvercle métallique 3 qui le reçoit, est in-
séré et fixé dans un trou 22 comportant un trou fileté for-
mé dans la paroi du tuyau 21 de façon à être exposé à
l'intérieur du trajet des gaz d'échappement 20.
Ici, une section conique 22a est formée dans la sur-
face interne du trou 22 plus proche du trajet des gaz d'échappement 20 que de la partie du trou fileté. Le cap-
teur de température 100 est ainsi fixé en position en pres-
sant sur la collerette 5 avec une vis 23.
La collerette 5 est constituée d'un métal résistant à la chaleur (par exemple, SUS304). Elle est raccordée à l'extérieur du câble à isolation minérale 2 et présente une forme conique correspondant à la section conique 22a du trou 22. Lorsque le capteur est fixé à la paroi du tuyau 21, en plus du fait que les gaz d'échappement ne peuvent pas s'échapper à partir du trajet des gaz d'échappement 20 comme résultat de la collerette 5 s'ajustant de manière sûre dans la section conique 22a, le capteur est supporté
dans le trou 22 de la paroi du tuyau 21.
Ensuite, l'élément de type thermistance comporte une
section de thermistance la, laquelle est formée par frit-
tage, en une forme cylindrique, d'un matériau de thermis-
tance présentant une excellente résistance à la chaleur constituée d'un semi-conducteur du type oxyde tel que Mn-Cr
et une paire de fils d'électrode lb incorporés par ajuste-
ment serré par retrait dans la section de thermistance la.
La paire des fils d'électrode lb est destinée à acquérir une sortie (résistance correspondant à une température) sous la forme de signaux de thermistance provenant de la section de thermistance la et est constituée d'un matériau de fil tel qu'un fil en platine présentant une excellente résistance à la chaleur et d'excellentes caractéristiques
de sortie.
La paire des fils d'électrode lb est incorporée gros-
sièrement en parallèle dans la direction de l'axe de la co-
lonne de la section de thermistance la à un intervalle mu-
tuellement constant (entre les électrodes), et une extrémi-
té de chaque fil se prolonge à partir de la section de thermistance la. Les extrémités se prolongeant de la paire
des fils d'électrode lb sont chacune électriquement connec-
tés par soudage par résistance au soudage au laser etc. aux niveaux des sections Ml indiquées avec un "x" sur la fig. 1 à une paire de fils conducteurs 2b d'un câble à isolation minérale (élément de câblage) 2 pour acquérir à l'extérieur
des signaux de la thermistance.
Une vue en coupe transversale dans la direction ra-
diale du câble à isolation minérale 2 est représenté sur la Fig. 2. Le câble à isolation minérale 2 isole et maintient une paire de fils conducteurs 2b constitués de métal, tel que de l'acier inoxydable, (SUS310S comme exemple) à l'intérieur d'un cylindre externe cylindrique 2 constitué d'un métal, tel que de l'acier inoxydable (SUS310S dans l'exemple). Dans le présent mode de réalisation, les fils conducteurs 2b sont isolés et maintenus dans un cylindre externe 2a en versant de la poudre isolante (élément de protection) 2C constituée de MgO, A1203 et ainsi de suite entre le cylindre externe 2a et chaque fil conducteur 2b à
l'intérieur du cylindre externe 2a.
Puisque ce câble à isolation minérale 2 est fabriqué en répétant l'étirement et le recuit à partir d'un matériau
de grand diamètre et est à l'état de faible diamètre au mo-
ment de l'utilisation, la poudre isolante 2c est tassée à une densité élevée et les deux fils conducteurs 2b sont
maintenus fermement en place. Le diamètre externe du cylin-
dre externe 2 (diamètre externe du câble à isolation miné-
rale 2) est de 3 mm ou moins et, dans l'exemple, le diamè-
tre externe 2a est sous la forme d'un cylindre présentant un diamètre externe de 2,3 mm, une épaisseur de paroi de
0,3 mm et une longueur de 60 mm. De plus, chaque fil con-
ducteur 2b présente un diamètre externe de, par exemple,
0,3 mm.
De plus, le câble à isolation minérale assure une cer-
taine quantité de ventilation à l'intérieur du cylindre ex-
terne 2a d'au moins 5 x 10-4 mm/(MPa.sec) à une température 1i normale lorsque l'air (par exemple, l'air industriel) s'écoule d'une extrémité à l'autre extrémité à une pression de 5 atm. Cette quantité de ventilation prescrite peut être obtenue en sélectionnant de manière appropriée le diamètre particulaire de la poudre isolante 2c (par exemple, un dia-
mètre particulaire moyen: 100 pm, une distribution de di-
mension particulaire: 75 à 150 pm), en versant la poudre isolante d'une manière telle aue des écartements appropriés
peuvent être formés et aucun tassement de la poudre iso-
lante plus dense qu'il n'est nécessaire même après
l'étirage du câble à isolation minérale.
De plus, il est préféré que le cylindre externe 2a
soit composé d'une manière telle que son coefficient de di-
latation thermique soit au moins de 3 x 10-6 (/ C) plus élevée que celui de la poudre isolante 2c afin d'obtenir la
quantité de ventilation prescrite précédemment mentionnée.
Dans l'exemple, SUS310S est utilisé comme matériau du cy-
lindre externe 2a et MgO (oxyde de magnésium) est utilisé
comme poudre isolante 2c et leurs coefficients de dilata-
tion thermique respectifs sont de 16,4 x 10-6/ C, pour SUS310S et de 13 x 10-6/ C pour MgO sur la plage allant de la température ambiante jusqu'à 400 C et de 19,5 x 10-6/ C pour SUS310S et de 15 x 10-6/ C pour MgO sur la plage des
températures allant de 400 C à 1000 C.
De plus, le couvercle métallique (boîtier métallique) 3 qui reçoit l'élément de type thermistance 1 est sous la
forme d'un cylindre à fond fermé constitué d'un métal ré-
sistant à la chaleur tel que SUS310S, comporte une ouver-
ture 3a à une première extrémité et une section fermée 3b à
l'autre extrémité et présente un diamètre externe de 3 mm.
Ainsi, la section de détection de température du présent mode de réalisation présente également un diamètre externe étroit de 3 mm. Dans l'exemple, le couvercle métallique présente une épaisseur de 0,3 mm et un diamètre interne de
2,4 mm.
L'ouverture 3 du couvercle métallique 3 recouvre le cylindre externe 2a et à la fois le couvercle métallique 2a
et le cylindre externe 2a sont fixés à cette section de re-
couvrement par soudage circonférenciel par, par exemple, soudage au laser de la surface interne du couvercle métal- lique 3 et de la surface externe du cylindre externe 2a (section indiquée par la référence numérique M2 sur la Fig. 1). L'ouverture 3a du couvercle métallique 3 est bloquée par le câble à isolation minérale 2 et l'élément de type
thermistance 1 est logé dans l'espace formé dans le couver-
cle métallique 3.
Ensuite, une paire de câbles de sortie 4 sont respec-
tivement connectés en utilisant un procédé de connexion
tels qu'un raccord ou un soudage à une paire de fils con-
* ducteurs 2b au niveau d'un site sur le côté opposé par rap-
port au coté o l'élément de type thermistance 1 et les
fils d'électrode lb sont connectés dans le câble à isola-
tion minérale 2 (section M3 sur la Fig. 1). Une vue en coupe transversale dans la direction radiale du câble de sortie 4 est représentée sur la Fig. 3. Ce câble de sortie
4 est constitué d'une pluralité de fils électriquement con-
ducteurs 4a recouvert d'un tuyau externe flexible 4b.
De cette manière, puisque les fils 4a à l'intérieur du tuyau externe 4b sont constitués d'une pluralité de fils (7 sont représentés dans l'exemple de fig. 3), un écartement est formé comme il est montré sur la fig. 3 entre chacun des fils correspondant 4a et entre le tuyau externe 4b et
les fils 4a.
Ici, les écartements formés dans les câbles de sortie
4 sont suffisamment plus grands que la quantité de ventila-
tion prescrite précédemment mentionnée à l'intérieur du câ-
ble à isolation minérale 2 rempli d'une manière appropriée
avec de la poudre isolante 2c.
De plus, les fils 4a peuvent être constitués, par exemple, d'un métal, tel que de l'acier inoxydable tandis que le tuyau externe 4b peut être constitué d'une matière
flexible telle qu'un plastique de tetrafluorure éthylène.
Dans l'exemple, en torsadant 7 fils présentant un diamètre
externe d'au moins 0,12 mm, chaque fil ne devient pas démê-
lé, qui en plus d'assurer une amélioration de l'aptitude au façonnage, améliore la résistance des câbles de sortie 4
par rapport à la contrainte de courbure.
La connexion avec un câble à isolation minérale 2 (fils conducteurs 2b) à une paire de câbles de sortie 4 est protégée de l'extérieur par un manchon 6. Le manchon 6 est sous la forme d'un cylindre constitué de métal tel que
SUS304 et est disposé depuis l'extérieur des câbles de sor-
tie 4 jusqu'à l'extérieur du cylindre extérieur 2a.
Le manchon 6 est fixé autour de l'extérieur du cylin-
dre externe 2a par soudage et ainsi de suite à la surface
externe de la collerette 5 et est fixée d'une manière ser-
rée au moyen d'une douille en caoutchouc 7 pour empêcher l'entrée de l'eau, de poussières et ainsi de suite (section M4 sur la fig. 1) tout en maintenant également l'intérieur
du manchon 6 hermétique. Dans le présent mode de réalisa-
tion, un élément protecteur est constitué par le manchon 6
et la douille en caoutchouc 7.
De plus, un coupleur 8 est prévu sur l'extrémité oppo-
sée à la connexion avec le câble à isolation minérale 2 (fils conducteurs 2b) dans une paire de câbles de sortie 4 (section d'orifice de sortie des câbles de sortie) pour connexion à des circuits externes (telle qu'une unité de commande électronique d'un véhicule) ou à un câble
s'étendant à partir d'un circuit externe et ainsi de suite.
Dans le capteur de température 100 présentant cette structure, la sortie de l'élément de type thermistance 1 est acquise avec une paire de fils d'électrode 2b puis transférée aux circuits externes après avoir été acquise par une unité externe au capteur à l'aide des câbles de
sortie 4 à partir du câble à isolation minérale 2.
De plus, dans le capteur de température 100, l'air à l'intérieur de couvercle métallique 3, à savoir à
l'intérieur de la section recevant l'élément de type ther-
mistance 1, se dilate ou se contracte due aux fluctuations de la température des gaz d'échappement pendant l'utilisation. Il s'ensuit que l'air intérieur s'écoule à
partir des écartements de la section de connexion du cou-
pleur 8 dans le coupleur 8, tandis que l'air extérieur s'écoule dans le coupleur 8 à partir de la partie en con-
tact avec l'air extérieur dans les circuits externes.
C'est-à-dire, comme il est montré par les flèches en tirets interrompus sur la fig. 1, à un certain instant
l'air extérieur s'écoule dans le coupleur 8, dans les écar-
tements des câbles de sortie 4, dans le manchon 6, dans la section contenant la poudre isolante 2c et dans l'élément
de type thermistance 1, après quoi il s'écoule dans la sec-
tion contenant l'élément de type thermistance 1. De plus, à un certain autre instant, l'air autour de l'élément de type thermistance 1 s'écoule vers l'extérieur suivant le chemin
opposé à celui décrit précédemment.
De cette manière, puisque le présent mode de réalisa-
tion prélève l'intérieur du câble à isolation minérale 2, qui est la section de détermination de vitesse de l'écoulement d'air précédemment mentionné pour être la quantité de ventilation prescrite précédemment mentionnée, l'air est efficacement échangé dans la section contenant l'élément de type thermistance 1 (intérieur du couvercle métallique 3), empêchant de ce fait que l'atmosphère autour
de l'élément de type thermistance 1 puisse devenir une at-
mosphère excessivement réductrice et peut procurer des ca-
ractéristiques stables de résistance à l'élément de type thermistance. Ensuite, le câble à isolation minérale 2, qui est le composant essentiel de la présente invention, est fabriqué en répétant un étirage et un recuit effectués de manière
programmée comme précédemment décrit. Comme on l'a précé-
demment mentionné, la distribution des dimensions particu-
laires sont ajustées de manière appropriée à l'avance pour obtenir la quantité de ventilation prescrite. Le câble à isolation minérale 2 est ensuite connecté à l'élément de type thermistance par soudage par résistance ou soudage au
laser des fils l'électrode lb de l'élément de type thermis-
tance fritté 1 aux fils conducteurs 2b.
Dans le présent mode de réalisation, toutefois, le câ-
ble à isolation minérale 2 entier est traité thermiquement à une température de 900 C ou plus pour obtenir un niveau
encore plus élevé de quantité de ventilation que précédem-
ment mentionné dans le câble à isolation minérale 2. La base pour ceci est décrite en se fondant sur un exemple
consistant à examiner la relation entre la quantité de yen-
tilation dans le câble à isolation minérale 2 et les carac-
téristiques de résistance de l'élément de type thermis-
tance. Le câble à isolation minérale 2 employait la structure décrite dans l'exemple précédent (diamètre externe: 2,3 mm) et a été traité thermiquement (traité pour oxydation) à une température de 900 C tout en étant assemblé avec l'élément de type thermistance 1 et le couvercle métallique 3. Le débit de ventilation (ml/sec) lorsque l'air (par exemple, de l'air industriel) était autorisé à s'écouler à
une pression de 5 atmosphères d'un côté jusqu'à l'autre cô-
té à une température normale (approximativement 25 C) a été
convertie en quantité par 1 MPa (ml/(MPa.sec)).
La Fig. 4 montre un graphique de la relation entre la
durée du traitement d'oxydation (hr) et la quantité de yen-
tilation (ml/MPa.sec)). Le traitement d'oxydation a été ef-
fectué pendant 0, 40 et 100 heures, et deux mesures ont été prises à chaque point au cours du temps. En outre, la Fig.
4 montre également un exemple comparatif dans lequel le cô-
té entrée air d'un câble à isolation minérale traité pour oxydation à une température de 900 C pendant 100 heures a
été fermé avec un élément de fermeture hermétique pour em-
pêcher fondamentalement l'écoulement de l'air.
Comme il est montré sur la fig. 4, comme résultat d'avoir effectué le traitement pour oxydation, la quantité de ventilation précédemment mentionnée s'est accrue au-delà de 5 x 10-4 (ml/MPa.sec) (équivalent à la valeur du tracé inférieur à 0 hr de la durée de traitement d'oxydation sur
la fig. 4) à une température normale et la quantité de ven-
tilation s'est accrue avec une augmentation de la durée du
traitement d'oxydation.
Les résultats de l'étude des caractéristiques de ré-
sistance de l'élément de type thermistance 1 pour chaque capteur de température 100 dans lequel le câble à isolation minérale a été traité pour oxydation pendant 0,40 ou 100 heures comme décrit ci-dessus sont montrés sur la Fig.5. La
Fig. 5 est un graphique montrant la relation entre le nom-
bre de cycles de refroidissement et de chauffage (axe hori-
zontal) et le taux de changement de la résistance (axe ver-
tical: taux de changement r, unités: %) indiquant le taux de changement de la résistance initiale dans l'élément de
type thermistance 1 tout en appliquant les cycles de re-
froidissement et de chauffage de 25 C jusqu'à 900 C à cha-
que capteur de température 100.
Sur la Fig. 5, le capteur de température traité pour oxydation pendant 0 hr est représenté avec des carrés
blancs et noirs, le capteur de température traité pour oxy-
dation pendant 40 heures avec des triangles blancs et noirs et le capteur de température traité pour oxydation pendant heures avec des cercles blancs et noirs. En outre, -un
capteur de température utilisant le câble à isolation miné-
rale de l'exemple comparatif précédemment mentionné dans lequel tout air est difficilement autorisé à s'écouler par fermeture d'une extrémité du câble à isolation minérale 2
est représenté avec un "x".
Comme il est montré sur la Fig. 4, une quantité de ventilation d'au moins 1 x 10-3 (ml/MPa.sec) a été obtenue à une température normale pendant un traitement d'oxydation de 40 heures et une quantité de ventilation d'au moins 5 x -3 (ml/MPa.sec) a été obtenu à une température normale
pendant un traitement d'oxydation de 100 heures.
Comme il est montré sur la Fig. 5, tous les capteurs
de température du présent mode de réalisation ont été uti-
lisés dans la pratique (par exemple, taux de changement de résistance à l'intérieur de 5 %). Le taux de changement de
la résistance a été favorablement inhibé associé à une aug-
mentation de la durée du traitement pour oxydation, à sa-
voir une augmentation de la quantité de la ventilation et
il a été difficile d'effectuer en particulier tout change-
ment du taux de changement de la résistance pour la durée
de traitement d'oxydation de 100 heures.
Ainsi, bien que des caractéristiques stables de résis-
tance de l'élément de type thermistance sont obtenues même si le câble à isolation minérale 2 n'est pas traité pour oxydation dans la mesure o la quantité de ventilation prescrite précédemment citée est obtenue, il est préféré d'obtenir une quantité de ventilation de 1 x 10-3 (ml/(MPa.sec)) à une température normale en effectuant le traitement d'oxydation et encore de préférence d'obtenir une quantité de ventilation de 5 x 10-3 (ml/(MPa.sec)) à
une température normale.
En outre, bien que le câble à isolation minérale 2 puisse être traité thermiquement seul, il est préféré de traiter thermiquement l'ensemble entier en assemblant la thermistance A et le couvercle métallique 2 avec le câble à
isolation minérale 2. Ceci est destiné à interdire la fo-r-
mation d'une atmosphère réductrice qui a un effet défavora-
ble sur les caractéristiques de résistance de l'élément de type thermistance à de températures élevées en formant un
film d'oxyde stable sur la surface interne du couvercle mé-
tallique 3.
De cette manière, en conformité avec le présent mode
de réalisation, une structure de ventilation peut être réa-
lisée qui procure des caractéristiques de résistance stable de l'élément de type thermistance en obtenant la quantité de ventilation prescrite précédemment mentionnée dans le câble à isolation minérale 2 présentant un diamètre externe de 3 mm ou moins. En particulier, dans l'exemple examiné représenté sur la fig. 5, les caractéristiques stables de
résistance de l'élément de type thermistance ont été con-
firmées être obtenues dans la mesure o la quantité de ven-
tilation prescrite précédemment mentionnée est atteinte pour un câble à isolation minérale 2 plus étroit présentant
un diamètre externe de 2,3 mm.
De plus, en conformité avec le présent mode de réali-
sation, puisque la quantité de ventilation est accrue par traitement thermique du câble à isolation minérale 2, la quantité de ventilation prescrite précédemment mentionnée peut être réalisée à un niveau plus élevé. En outre, la quantité de ventilation à l'intérieur des câbles de sortie 4 peut être suffisamment obtenue en utilisant une structure
comportant les écartements précédemment mentionnés.
Toutefois, récemment, afin d'empêcher que l'atmosphère autour de l'élément de type thermistance puisse devenir une atmosphère excessivement réductrice, des études ont été conduites dans le domaine de la fermeture hermétique de la structure de l'ensemble en développant des éléments de type
thermistance présentant des caractéristiques stables lors-
que fermés avec un tuyau métallique résistant à la chaleur qui est résistant aux effets de l'atmosphère ambiante ou en formant un revêtement d'oxyde stable sur la surface interne
du tuyau métallique résistant à la chaleur, ou en remplis-
sant la zone autour de la thermistance avec une substance inerte et certains de ces produits sont utilisés dans la pratique. Toutefois, même lorsque l'on utilise le procédé décrit ci-dessus, puisque les thermistances fermées hermétiquement comportent simplement une structure de matériaux bruts équilibrés en termes de leurs caractéristiques, s'il existe une variation dans la structure, les caractéristiques sont,
de manière correspondante, susceptibles aux fluctuations.
Dans le présent mode de réalisation, un capteur de tempéra-
ture supérieur est réalisé en ce qu'il est apte à stabili-
ser les caractéristiques de résistance de l'élément de type thermistance même eu égard à une structure similaire à
celle décrite précédemment.
(Autres modes de réalisation) En outre, bien que l'élément de câblage sous la forme d'un câble à isolation minérale 2 a employé une structure
dans laquelle les fils conducteurs 2b sont isolés et main-
tenus dans le cylindre externe 2a en versant à l'intérieur du cylindre externe 2a de la poudre isolante 2c entre ledit cylindre externe 2a et les fils conducteurs 2b, l'élément de câblage n'est pas limité à celui présentant une telle structure.
Si l'élément de câblage satisfait les deux points con-
sistant à employer une structure dans laquelle les fils électriquement conducteurs 2b connectés aux fils
d'électrode lb d'un élément de type thermistance sont iso-
lés et sont maintenus dans un cylindre métallique 2a et à être apte à atteindre la quantité de ventilation prescrite précédemment mentionnée, les autres sections peuvent être
constituées de toute manière quelconque désirée. Par exem-
ple, des fibres isolantes o un élément poreux peuvent être
utilisés en tant qu'élément de maintien qui isole et main-
tient les fils conducteurs.
De plus, bien que l'élément de type thermistance soit
sous la forme de ce que l'on appelle une thermistance ra-
diale dans laquelle une paire de fils d'électrode lb s'étendent dans la même direction à partir de la section de thermistance lb dans le présent mode de réalisation, la
paire des fils d'électrode peuvent s'étendre dans des di-
rections mutuellement opposées, un premier fil d'électrode étant connecté à l'élément de câblage et l'autre fil
d'électrode étant connecté au couvercle métallique, obte-
nant de ce fait ce que l'on appelle une thermistance
axiale, et la présente invention peut être également appli-
quée à ce que l'on appelle une thermistance axiale. En d'autres termes, le nombre des fils d'électrode peut être tout nombre désiré quelconque et les fils conducteurs de l'élément de câblage correspondent au nombre de fils d'électrode. De plus, la présente invention peut être également
utilisée dans des applications autres qu'un capteur de tem-
pérature des gaz d'échappement. La présente invention est
particulièrement appropriée pour l'utilisation dans un cap-
teur de température présentant un diamètre externe de la section de détection de température de 3 mm au moins et se caractérisant par une réponse rapide. De plus, elle est également appropriée pour une utilisation dans un capteur de température utilisé sur une plage de température allant
jusqu'à environ 1000 C, à laquelle température une atmo-
sphère réductrice tend à se former facilement autour de
l'élément de type thermistance.
Puisque le composant essentiel de la présente inven-
tion est la structure de ventilation de l'élément de câ-
blage, la conception des autres sections peut être naturel-
lement modifiée comme requis.
La présente invention n'est pas limitée par les modes de réalisation spécifiques décrits qui peuvent subir des variations considérables sans sortir de la portée de l'invention.
Claims (10)
1. Capteur de température comprenant: un élément de type thermistance (1) comportant une section de thermistance (la) constitué d'un matériau de thermistance;
un élément de câblage (2) comprenant des fils électri-
quement conducteurs (2b) couplés audit élément de type thermistance (1), pour acquérir les signaux de thermistance provenant de l'élément de type thermistance (1), isolés et maintenus dans un cylindre externe métallique (2a); et un boîtier métallique cylindrique (3) qui reçoit ledit élément de type thermistance (1), comporte une ouverture
(3) à une première extrémité et est fermé à l'autre extré-
mité (3b) et est raccordé audit cylindre externe (2a) au niveau de l'ouverture (3a); dans lequel,
ledit élément de câblage (2) fixe une quantité de ven-
tilation dans ledit cylindre externe (2a) d'au moins x 10-4ml/(MPa.sec) à une température normale.
2. Capteur de température selon la revendication 1, dans lequel l'élément de type thermistance (1) comporte une section de thermistance (la) constituée d'un matériau de
thermistance et de fils d'électrode (lb) s'étendant à par-
tir de la section de thermistance (la) pour acquisition des signaux de thermistance, lesquels fils d'électrode (lb)
sont connectés auxdits fils conducteurs (2b).
3. Capteur de température selon la revendication 1 ou 2, dans lequel une quantité de ventilation d'au moins 1 x
-3 ml/(MPa.sec)) est fixée.
4. Capteur de température selon la revendication 3, dans lequel une quantité de ventilation d'au moins 5 x 10-3
ml/(MPa.sec) est fixée.
5. Capteur de température selon l'une quelconque des
revendications 1 à 4, dans lequel le diamètre externe dudit
cylindre externe (2a) est de 3 mm ou moins.
6. Capteur de température selon la revendication 5, dans lequel le diamètre externe dudit cylindre externe (2a)
est de 2,5 mm ou moins.
7. Capteur de température selon l'une quelconque des
revendications 1 à 6, dans lequel lesdits fils conducteurs
(2b) sont isolés et maintenus dans le cylindre externe (2a) en remplissant l'élément de câblage (2b) avec de la poudre isolante (2c) entre ledit cylindre externe (2a) et lesdits fils conducteurs (2b) à l'intérieur dudit cylindre externe (2a) et ledit cylindre externe (2a) présente un coefficient de dilatation thermique d'au moins 3 x 10-6 (/ C) plus
grand que celui de ladite poudre isolante (2c).
8. Capteur de température selon la revendication 7,
dans lequel ladite poudre isolante (2c) est constituée es-
sentiellement d'oxyde de magnésium.
9. Capteur de température selon la revendication 7 ou 8, qui comprend ledit élément de câblage (2) d'un capteur
de température traité par oxydation thermique à une tempé-
rature de 900 C ou plus.
10. Capteur de température selon l'une quelconque des
revendications 1 à 9, dans lequel des câbles de sortie (4)
pour connexion à des circuits externes sont connectés auxdits fils conducteurs (2b) à un site sur le côté opposé par rapport au côté au niveau duquel ledit élément de type thermistance est couplé audit élément de câblage (2); la connexion entre lesdits câbles de sortie (4) et lesdits fils conducteurs (2b) est protégée de l'extérieur par des éléments de protection (6,7) disposés depuis l'extérieur desdits câbles de sortie (4) jusqu'à l'extérieur dudit cylindre externe (2a); et, lesdits câbles de sortie (4) sont essentiellement
constitués d'une pluralité de fils électriquement conduc-
teurs (4a) recouverts par des tuyaux de couverture flexible (4b).
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