FR2791430A1 - Capteur de pression a tige metallique fixee a un boitier pouvant etre assujetti directement a un dispositif, et procede pour fabriquer celui-ci - Google Patents

Abstract

Capteur de pression ayant une tige cylindrique métallique (10) pourvue d'un diaphragme (11) à une extrémité de celle-ci et d'une partie formant ouverture (12) à son autre extrémité, et un boîtier (30) qui définit intérieurement un passage de conduction (32) de pression communiquant avec la partie formant ouverture (12). La tige (lO) est fixée au boîtier (30) en fixant une partie filetée extérieure (21) d'un élément formant vis (20) intercalée entre la tige (10) et le boîtier (30) et une partie filetée intérieure (33) du boîtier (30). De la sorte, la partie formant limite (K) entre la tige (10) et le boîtier (13) est hermétiquement fermée. La tige (10) et le boîtier (30) n'ont pas besoin d'avoir la même dureté.

Description

CAPTEUR DE PRESSION A TIGE METALLIQUE FIXEE A UN BOITIER

POUVANT ETRE ASSUJETTI DIRECTEMENT A UN DISPOSITIF,

ET PROCEDE POUR FABRIQUER CELUI-CI

La présente invention est relative d'une manière générale à un capteur de pression dans lequel une tige métallique pourvue d'une membrane est fixée à un boîtier, ainsi qu'à un procédé pour fabriquer celui-ci, et elle est en particulier relative à un capteur de pression permettant de détecter une pression dans une fourchette de

plusieurs dizaines de Mpa jusqu'à environ 300 Mpa.

Comme capteur de pression de ce type, on utilise par exemple couramment un capteur de pression représenté sur la Fig. 23 pour détecter une pression (pression de carburant) à l'intérieur d'une tubulure de combustible (dispositif) J3 disposée dans un système d'injection de carburant pour véhicule. Le capteur de pression comporte une tige cylindrique creuse métallique J2 et un boîtier J5. La tige métallique J2 est fermée à une de ses extrémités par une membrane J1 et est ouverte à l'autre extrémité, et le boîtier J5 contient un passage J4 de conduction de pression communiquant avec l'extrémité ouverte de la tige J2 pour conduire un agent sous

pression jusque dans la tige J2.

Le côté d'extrémité ouverte de la tige métallique J2 est soudé au boîtier J5 au niveau d'une partie soudée J9, par exemple par soudage par faisceau d'électrons, ce qui permet de fermer hermétiquement la partie formant limite entre la tige métallique J2 et le boîtier J5. Ensuite, le boîtier J5 est relié de manière fixe à la tubulure J3 de combustible par l'intermédiaire d'un joint 6, d'une vis de liaison J7 et d'un élément d'étanchéité J8. La tubulure J3 de combustible est en métal ou analogue et est disposée à l'intérieur du compartiment moteur d'un véhicule. La pression d'un carburant est conduite de la tubulure J3 de carburant à la tige métallique J2 pour déformer la membrane J1I, et une partie détectrice, par exemple constituée par des jauges de déformation disposées sur la membrane J1I, transforme en signal électrique la

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déformation de la membrane JI. Le capteur de pression détecte donc la pression du

carburant en traitant le signal électrique.

Cependant, dans le capteur de pression ci-dessus, comme la liaison entre le boîtier J5 et la tubulure J3 de carburant nécessite les diverses pièces de liaison J6, J7 et J8, le coût est élevé. Par ailleurs, l'étanchéité au niveau de la partie reliée est insuffisante pour une pression élevée, par exemple de 200 MPa. Afin d'assurer une étanchéité suffisante pour la haute pression, il est envisageable de fixer directement le boîtier à la tubulure de carburant. Cependant, la fixation directe entraîne le problème suivant. La tige métallique J2 et le boîtier J5 doivent en effet avoir approximativement la même dureté compte tenu des caractères du soudage entre la tige J2 et le boîtier J5. En outre, la dureté de la tige J2 doit être accrue à mesure que la pression détectée augmente. Le boîtier J5 doit par conséquent avoir une grande dureté approximativement identique à celle de la tige J2. Le boîtier J5 et la tige J2 sont ordinairement en acier SUS630. Cependant, si ce boîtier dur J5 est fixé directement à la tubulure J3 de carburant, une force ou autre générée pendant la fixation risque de déformer la tubulure J3 de carburant. Bien que le capteur de pression puisse être séparé de la tubulure J3 de carburant afin de permettre son remplacement rapide, la tubulure J3 de carburant est fixée à l'intérieur du compartiment moteur et est difficile à remplacer. Il

importe donc d'empêcher la déformation de la tubulure J3 de carburant.

La présente invention a été mise au point compte tenu des problèmes ci-

dessus. La présente invention vise à réaliser un capteur de pression comportant une tige métallique pourvue d'une membrane et fixée à un boîtier, qui puisse être directement attaché à un dispositif sans provoquer la déformation du dispositif, et à réaliser un

procédé de fabrication de celui-ci.

A ces fins, un capteur de pression agencé conformément à l'invention comprend: une tige cylindrique creuse métallique ayant à une première extrémité une membrane et à sa troisième extrémité une partie formant ouverture, la membrane étant déplacée par une pression appliquée à celle-ci; une partie de détection disposée sur la membrane pour détecter la pression d'après le déplacement de la membrane; un boîtier destiné à être fixé à un dispositif, le boîtier définissant intérieurement un passage de conduction de pression qui communique avec la partie

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formant ouverture de la tige pour conduire la pression depuis le dispositif vers la membrane via la partie formant ouverture; et un moyen de poussée servant à pousser la tige contre le boîtier pour

fermer hermétiquement une partie formant limite entre la tige et le boîtier.

De préférence, la tige comporte une partie étagée destinée à recevoir la force de poussée. Ainsi, la force de poussée est appliquée d'une manière efficace à la tige dans la direction axiale de la tige. Le moyen de poussée peut être un moyen de liaison à vis qui est fixé pour pousser la tige contre le boîtier, ou une partie matée du

boîtier, qui est matée sur la tige.

D'autres objectifs et aspects de la présente invention apparaîtront plus clairement grâce à une meilleure compréhension des formes de réalisation préférées décrites ci-après en référence aux dessins suivants, sur lesquels: la Fig. 1 est une vue en coupe transversale représentant un capteur de pression selon une première forme préférée de réalisation de la présente invention; la Fig. 2 est une vue en perspective représentant une partie délimitée par un cercle II sur la Fig. 1; la Fig. 3 est une vue explicative présentant les dimensions d'une tige métallique dans la première forme de réalisation; la Fig. 4A est un graphique indiquant le résultat d'une expérience visant à optimiser l'angle 0 1 de la surface porteuse de la tige métallique; La Fig. 4B est un graphique illustrant le résultat d'une expérience visant à optimiser la longueur LI de la partie étagée de la tige métallique; la Fig. 5 est une vue éclatée du capteur de pression représenté sur la Fig. 1; la Fig. 6A est une vue en plan illustrant une étape d'assemblage du capteur de pression selon la première forme de réalisation, dans une direction indiquée par la flèche VIA sur la Fig. 6B; la Fig. 6B est une vue en coupe transversale suivant la ligne VIB- VIB de la Fig. 6A; la Fig. 7A est une vue en plan illustrant une étape qui suit l'étape illustrée sur les Fig. 6A et 6B pour l'assemblage du capteur de pression, dans une direction indiquée par la flèche VIIA sur la Fig. 7B;

la Fig. 7B est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne VIIB-

VIIB de la Fig. 7A;

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la Fig. 8A est une vue en plan illustrant une étape qui suit l'étape illustrée sur les figures 7A et 7B pour l'assemblage du capteur de pression, dans une direction indiquée par la flèche VIIIA sur la Fig. 8B; la Fig. 8B est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne VIIIB-VIIIB de la Fig. 8A; la Fig. 9A est une vue en plan illustrant une étape qui suit l'étape illustrée sur les figures 8A et 8B pour l'assemblage du capteur de pression, dans une direction indiquée par la flèche IXA sur la Fig. 9B;

la Fig. 9B est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne IXB-

IXB de la Fig. 9A; la Fig. 10 est une vue en coupe transversale représentant un capteur de pression selon une deuxième forme préférée de réalisation de la présente invention; les figures 1 1LA à 11C sont des schémas de principe illustrant un procédé de matage selon la deuxième forme de réalisation; la Fig. 12 est une vue explicative servant à expliquer une pression d'appui produite par matage; la Fig. 13 est un graphique illustrant une relation entre la température et la pression d'appui sur la surface d'étanchéité; la Fig. 14 est une vue en coupe transversale représentant un autre capteur de pression selon la deuxième forme de réalisation; la Fig. 15 est une vue en coupe transversale représentant un autre capteur de pression selon la deuxième forme de réalisation; la Fig. 16 est une vue en coupe transversale représentant schématiquement et partiellement un capteur de pression selon une troisième forme préférée de réalisation de la présente invention; les figures 17A et 17B sont des vues schématiques représentant d'autres exemples selon la troisième forme de réalisation, la Fig. 18 est une vue schématique représentant un exemple comparatif selon la troisième forme de réalisation; la Fig. 19A est une vue en plan représentant un capteur de pression, dans lequel une vis est entièrement logée dans un boîtier, dans une direction indiquée par la flèche XIXA de la Fig. 19B selon une quatrième forme préférée de réalisation de la présente invention;

la Fig. 19B est une vue en coupe transversale prise selon la ligne XIXB-

XIXB de la Fig. 19A;

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la Fig. 20A est une vue en plan représentant un capteur de pression dans une direction indiquée par la flèche XXA de la Fig. 20B, selon la quatrième forme de réalisation; la Fig. 20B est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne XXB-XXB de la Fig. 20A; la Fig. 21 est une vue en plan représentant une variante du capteur de pression selon la quatrième forme de réalisation; la Fig. 22A est une vue en plan représentant une autre variante du capteur de pression, dans une direction indiquée par la flèche XXIIA de la Fig. 22B, selon la quatrième forme de réalisation; la Fig. 22B est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne XXIIB-XXIIB de la Fig. 22A; et la Fig. 23 est une vue en coupe transversale représentant un capteur de

pression selon une technique antérieure.

Dans une première forme de réalisation,un capteur 100 de pression représenté sur la Fig. I peut être fixé à une tubulure de carburant (dispositif) dans un système d'injection de carburant pour véhicule afin de détecter la pression d'un agent sous pression dans la tubulure de carburant. L'agent sous pression est un carburant. En référence à la Fig. 1, le capteur 100 de pression comporte un boîtier 30 et une tige cylindrique creuse métallique 10 fixée au boîtier 30 par l'intermédiaire d'un élément formant vis 20. La tige métallique 10 comporte une membrane 11 à une première extrémité de celle-ci et une partie formant ouverture 12 à son autre extrémité. La tige métallique 10 comporte une partie étagée 13 du côté de la partie formant ouverture, à

diamètre extérieur plus grand que celui de la partie de celle-ci du côté membrane.

En référence à la Fig. 2, une puce de détection 40 en silicium mono-

cristallin (Si) est fixée à la surface extérieure de la membrane 11 par l'intermédiaire de verre 50 à bas point de fusion. La puce de détection 40 comporte une partie détectrice (jauges de déformation) servant à détecter une déformation générée lorsque la membrane 11 est déformée par la pression de l'agent sous pression conduit jusque dans la tige métallique 10 via la partie formant ouverture 12. Les caractéristiques du capteur

dépendent essentiellement de la membrane 11 et de la puce de détection 40.

Il convient que la matière utilisée pour former la tige métallique 10 ait une grande résistance mécanique, car la tige 10 est soumise à une pression extrêmement

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élevée. En outre, il faut que la matière ait un faible coefficient de dilatation thermique, car la puce de détection 40 en Si est fixée à la tige 10 par le verre 50. D'une manière spécifique, la tige métallique 10 est en matière principalement constituée de Fe, Ni et Co, ou Fe et Ni, et d'une matière de renforcement par dépôt, constituée par Ti, Nb et AI ou Ti et Nb ajoutés aux principaux constituants, et elle est formée par pressage,

découpage, moulage à froid ou autre.

Le boîtier 30 comporte une surface extérieure filetée afin de former une vis de fixation 31 dans le but d'être fixé directement à la tubulure de carburant. Un passage 32 de conduction de pression est défini dans le boîtier 30 pour communiquer avec la partie formant ouverture de la tige métallique 10. Le passage 32 de conduction de pression communique également avec la tubulure de carburant pour conduire l'agent

sous pression jusque dans la tige métallique 10.

L'élément formant vis 20 est cylindrique et couvre le pourtour extérieur de la tige métallique 10. Une partie filetée extérieure 21 est formée sur la surface du pourtour extérieur de l'élément formant vis 20, et une partie fileté intérieure formée sur le boîtier 30 pour correspondre avec la partie filetée extérieure 20. Une force de poussée est appliquée à la partie étagée 13 de la tige métallique 10 en fixant l'une à l'autre les parties filetées 21 et 33. La force de poussée fixe la tige métallique 10 sur le boîtier 30 et ferme hermétiquement la partie formant limite K entre la tige métallique 10 du côté de la partie formant ouverture et le boîtier 30 du côté du passage de conduction de pression. Dans ce cas, la partie filetée extérieure 21 et la partie filetée intérieure 33

coopèrent pour servir de moyen de poussée.

Ainsi, le boîtier 30 est fixé d'un côté à la tubulure de carburant, et est fixé de l'autre côté à la tige métallique 10 par l'intermédiaire de l'élément formant vis 20, en rendant ainsi les parties reliées étanches à une très forte pression et en retenant mécaniquement la tige 10. De plus, un carter de couplage 80 est fixé au boîtier 30 comme décrit plus loin. Par conséquent, le boîtier 30 doit présenter une résistance à la corrosion exercée par l'agent sous pression dans les conditions d'utilisation, et une résistance mécanique de la vis permettant de maintenir une tension axiale apte à générer une forte pression d'appui d'étanchéité au niveau de la partie formant limite K. Pour répondre à ces exigences, la matière utilisée pour former le boîtier 30 est choisie parmi l'acier au carbone (par exemple, S15C) couvert par un plaque de Zn, XM7, SUS430, SUS304, SUS 630 et autres. L'acier au carbone présente à la fois une résistance à la corrosion et une grande résistance mécanique, et le placage de Zn accroît la résistance à

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la corrosion. XM7, SUS430, SUS304 et SUS630 présentent une résistance à la corrosion. L'élément formant vis 20 doit avoir une grande résistance mécanique pour maintenir une tension axiale apte à générer une pression d'appui d'étanchéité suffisante lors de la fixation de la tige métallique 10 au boîtier 30. Il n'est pas nécessaire que l'élément formant vis 20 soit résistant à la corrosion, car il est disposé à l'intérieur de l'ensemble composé du boîtier 30 et du carter de couplage 80. L'élément formant vis

est en acier au carbone ou analogue.

Le repère 60 désigne un substrat en céramique. Des puces 62 de circuits intégrés, telles qu'une puce de circuit intégré d'amplificateur servant à amplifier un signal de sortie de la puce de détection 40 et une puce de circuit intégré de réglage de caractéristiques, sont fixées au substrat 60 par collage et sont couplées électriquement à des parties de câblage du substrat 60 en céramique par des fils 64 en AI. Une broche 66 est réunie à une partie de câblage du substrat 60 en céramique par de la soudure à

l'argent, et est électriquement couplée à une borne de connexion 70.

La borne de connexion 70 comporte des broches 72 de borne formées en résine 74, par moulage d'éléments rapportés. Une des broches 72 de borne est soudée par laser à la borne 66. La borne de connexion 70 est fixée au carter de connexion 80 par de la colle 76. Les broches 72 de borne peuvent être couplées électriquement à des unités extérieures telles qu'un microprocesseur. Le carter de connexion 80 couvre la borne de connexion 70 et est assemblé avec le boîtier 30 par l'intermédiaire d'un joint torique 90 pour constituer ainsi l'ensemble en coopération avec le boîtier 30. L'ensemble protège la puce de détection 40 et les puces de circuits intégrés contenues dans celui-ci contre l'humidité et contre les forces appliquées de manière mécanique et extérieure à celles-ci. Le carter de connexion 80 est en polyphénylène sulfite (PPS) ou analogue,

facilement hydrolysable.

En référence à la Fig. 3, on va maintenant expliquer plus en détail la forme de la tige métallique 10. Comme décrit plus haut, la tige métallique 10 comporte la partie étagée 13 du côté de la partie formant ouverture à diamètre extérieur plus grand que celui de l'autre partie de la tige 10 du côté membrane. En effet, la partie étagée 13 reçoit la tension axiale exercée par les parties filetées 21 et 33 fixées l'une à l'autre. La tension axiale génère la pression d'appui d'étanchéité au niveau de la partie formant

limite K et une force de réaction de la pression.

En référence à la Fig. 3, on va maintenant expliquer les dimensions de la tige métallique 10. La tige 10 a un diamètre extérieur D1 du côté membrane, qui est

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déterminé par les dimensions de la puce de détection 40, une dimension d'une partie réalisant un chevauchement entre le verre 50 et la puce 40, et un espace entre le pourtour extérieur du verre 50 et le pourtour extérieur de la tige 10. Les dimensions du profil de la tige 10 diminuent à mesure que le diamètre extérieur Dl diminue. Par exemple, le diamètre extérieur D Iest de 6,5 mm, une dimension qui a fait ses preuves

dans la pratique.

En ce qui concerne le diamètre D2 de la membrane, un grand diamètre est préférable pour la commodité d'utilisation, et un petit diamètre est préférable pour la sensibilité. Dans la présente forme de réalisation, le diamètre D2 de la membrane est établi à 2,5 mm pour des raisons de commodité d'utilisation. Un diamètre extérieur (diamètre de partie étagée) D3 de la partie étagée 13 est de préférence petit pour permettre une réduction du coût de la matière et une diminution des dimensions de la tige 10. Cependant, le diamètre extérieur Dl et la largeur W2 de la surface d'appui

limitent le diamètre extérieur D3.

La largeur W2 de la surface d'appui au niveau de la partie étagée 13 est la largeur d'une face destinée à recevoir la tension axiale exercée par la partie filetée intérieure 33. La précision de la mise en position de la tige 10 pour l'assemblage peut être améliorée en accroissant la largeur W2. La largeur W 1 de surface d'étanchéité de la tige 10 est par exemple établie à I mm. Si la largeur Wl de la surface d'étanchéité est trop petite, la propriété d'étanchéité risque d'être dégradée par des endommagements de la surface d'étanchéité. Si la largeur W1 est trop grande, la propriété d'étanchéité risque d'être dégradée par une diminution de la pression d'appui. Dans la présente forme de réalisation, la tige 10 est conique de façon que la surface d'étanchéité ait une dimension

souhaitable à l'extrémité du côté de la partie formant ouverture.

La dimension RI d'angle intérieur est un rayon de courbure au niveau de la partie d'implantation de la membrane 11 exposée à la partie creuse de la tige 10. Si la dimension RI d'angle intérieur est grande, plus aucune contrainte n'est exercée sur celle-ci. Cependant, la sensibilité est faible. D'autre part, si la dimension RI d'angle intérieur est faible, bien que la sensibilité soit grande, davantage de contraintes sont créées sur celle-ci. La dimension RI d'angle intérieur est déterminée sur la base d'une

gamme de pressions détectées ainsi que d'une épaisseur L3 de la membrane.

Une dimension R2 d'angle extérieur est un rayon de courbure au niveau de l'angle formant la partie de liaison entre la partie de la tige ayant le diamètre extérieur Dl et la surface d'appui de la partie étagée 13. Plus la dimension R2 d'angle extérieur augmente, plus la suppression de contraintes exercées sur celle-ci augmente et

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plus la largeur W2 de la surface d'appui diminue. Par exemple, la dimension R2 d'angle extérieur assurée dans l'intervalle (par exemple 0, 3 mm) entre la tige 10 et l'élément

formant vis 20 est établie au maximum à R0,9.

L'épaisseur L3 de la membrane influence la sensibilité et la pression de résistance, et est déterminée par les limites de la pression détectée ainsi que par la dimension Ri d'angle intérieur décrite plus haut. Un espace L4 entre la surface d'étanchéité et la surface d'appui est constitué par un espace entre un centre de la surface d'étanchéité et un centre de la surface d'appui perpendiculairement à la direction axiale de la tige 10. L'espace L4 est déterminé en fonction de la répartition de la pression

d'appui sur la surface d'étanchéité.

Un angle t1 de surface d'appui est défini entre la surface d'appui destinée à recevoir la tension axiale (force de poussée) communiquée par l'élément formant vis 20 et la direction axiale de la tige 10. L'angle d'appui 01 est déterminé en fonction de la répartition de la pression d'appui sur la surface d'appui. La Fig. 4A indique les contraintes (contraintes principales maximales MPa) générées sur la tige 10

et l'élément formant vis 20 par rapport à l'angle 0 1 de la surface d'appui.

D'une manière spécifique, les contraintes générées sur l'angle ayant la dimension R2 d'angle extérieur sont reportées à l'aide du repère * et les contraintes générées sur l'angle ayant la dimension Rl d'angle intérieur sont reportées à l'aide du repère M. Les contraintes générées sur la partie intérieure exposée à la partie creuse de la tige 10 sont reportées avec le repère *, et les contraintes générées sur la partie formant vis 20 sont reportées à l'aide du repère X. Comme on le comprend d'après la Fig. IA, les contraintes générées sur les parties respectives de la tige sont étroitement liées à l'angle 81 de surface d'appui. D'une manière appropriée, l'angle 01 de la surface

d'appui est compris par exemple entre 40 et 60 .

Un angle 02 de circonférence extérieure de surface d'étanchéité est un angle défini entre la surface d'étanchéité et la surface du bord latéral de la circonférence extérieure de la surface d'étanchéité, et est déterminé de façon appropriée en fonction de la répartition de la pression d'appui sur la surface d'étanchéité. Une longueur Ll de partie étagée est une longueur comprise entre l'extrémité inférieure de la surface d'appui et la surface d'étanchéité dans la direction axiale de la tige 10 de la Fig. 3 Si la longueur LI est trop grande, les contraintes générées sur une surface de montage de capteur (la surface de la membrane sur laquelle est montée la puce de détection 40) peuvent être affectées par la tension axiale exercée par l'élément formant vis 20 au point de dégrader

les caractéristiques du capteur.

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La Fig. 4B indique un changement dans les contraintes générées sur les jauges de la puce de détection 40 du fait de la tension axiale exercée par l'élément formant vis 20. Ce changement a été détecté en modifiant la longueur LI (mm) de partie étagée tout en fixant à 12,5 mm la longueur L2 de la tige, qui est une longueur entière dans la direction axiale de la tige 10. Le changement dans les contraintes exercées sur les jauges est indiqué sous la forme d'une vitesse de changement (MPa) sur le graphique

de la Fig. 4B.

Comme on le comprend d'après la Fig. 4B, si la longueur L2 de la tige est de 12,5 mm et la longueur LI de la partie étagée est d'environ 5 mm ou moins, la tension axiale (force de poussée) n'a pas d'effet sur les contraintes générées sur la surface de montage du capteur. Il est ainsi confirmé que la longueur L I de la partie étagée doit être égale ou inférieure à la moitié de la longueur L2 de la tige. En outre, plus la longueur L2 de la tige est faible, plus la commodité d'utilisation de la tige 10 est améliorée et plus le coût de la matière diminue. La limite inférieure de la longueur L2 est déterminée par la structure de l'élément formant vis 20 (par exemple, une longueur

utilisable de vis et une longueur non-utilisable de vis de l'élément formant vis 20).

En référence aux figures 5 à 9, on va ensuite expliquer un procédé d'assemblage du capteur 100 de pression décrit plus haut. La Fig. 5 représente une partie du capteur de pression 100 avant son assemblage. Les parties sont assemblées de la manière décrite ci-après, la direction axiale étant indiquée par une ligne en trait mixte

sur la Fig. 5.

Tout d'abord, lors d'une étape illustrée sur les figures 6A et 6B, l'élément formant vis 20 est assemblé avec la tige métallique 10 à laquelle la puce de détection 40 est collée par l'intermédiaire du verre 50. Ensuite, la tige métallique 10 est fixée au boîtier 30 en faisant tourner et en fixant l'un par rapport à l'autre la partie filetée

extérieure 21 de l'élément formant vis 20 et la partie filetée intérieure 33 du boîtier 30.

Lors de la fixation des parties filetées 21 et 33, la tige 10 faisant corps avec l'élément formant vis 20 est disposée en aval du boîtier 30 pour ne pas tourner avec celui-ci. Par

conséquent, la tige 10 a une position très précise.

Ensuite, lors d'une étape illustrée sur les Fig. 7A et 7B, le substrat 60 en céramique retenant la puce 62 assujettie à celui-ci par soudage de connexions et la broche 66 est fixé par collage à l'élément formant vis 20. Les parties conductrices du substrat 60 en céramique sont couplées électriquement à la puce de détection 40 par soudage de connexions ou analogue. Ensuite, lors d'une étape illustrée sur les figures 8A

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et 8B, la broche 66 est soudée à la borne de connexion 60 par un laser tel qu'un laser YAG. Ensuite, lors d'une étape illustrée sur les figures 9A et 9B, le carter de connexion 80 est installé dans une gorge du boitier 30 par l'intermédiaire du joint torique 90, et la gorge est matée en fixant ainsi le carter de connexion 80 au boîtier 30. De la sorte, le carter 100 de pression est terminé comme représenté sur les figures I et 9B. Le capteur 100 de pression assemblé est assujetti de manière fixe à la tubulure de carburant non représentée en fixant l'une à l'autre la vis de fixation 31 du boîtier 30 et

une partie filetée formée dans la tubulure de carburant.

La membrane 11 est déplacée par la pression (agent sous pression) du carburant, laquelle est conduite depuis la tubulure de carburant jusque dans la partie creuse de la tige 10 via le passage 32 de conduction de pression du boîtier 30 et la partie formant ouverture 12 de la tige 10. Le déplacement de la membrane 11 est converti en signal électrique par la puce de détection 40, et le signal électrique est traité par un circuit de traitement du capteur, présent sur le substrat 60 en céramique. De la sorte, la pression est détectée. L'injection de carburant est alors commandée par un

microprocesseur ou analogue sur la base de la pression détectée (pression de carburant).

Selon la présente forme de réalisation, la tige métallique 10 et le boîtier sont fixes et la partie formant limite K est rendue étanche en fixant l'une à l'autre les parties filetées 21 et 33. La tige 10 et le boîtier 30 n'ont pas besoin d'avoir à peu près la

même dureté compte tenu des performances de soudage, contrairement au cas habituel.

Le boîtier 30 peut être en matière tendre par rapport à la tige métalliquedure 10. Par conséquent, la tubulure de carburant ne se déforme pas même si le boîtier 30 est directement fixé à la tubulure de carburant. De plus, comme le boîtier 30 peut être fixé directement à la tubulure de carburant, on n'a pas besoin de pièces supplémentaires pour relier le capteur de pression à la tubulure de carburant, ce qui a pour conséquence une

structure simplifiée et une fixation plus rapide.

Dans la présente forme de réalisation, l'élément cylindrique formant vis est séparé de la tige 10, et la partie filetée extérieure 21 est formée sur le pourtour extérieur de l'élément formant vis 20. La force de poussée est transmise par l'élément formant vis 20 à la partie étagée 13 de la tige 10, en fermant hermétiquement la partie formant limite K. Dans ce cas, la force de poussée peut être efficacement appliquée à la tige 10 dans la direction axiale de la tige 10. Cependant, la tige 10 peut avoir une partie filetée extérieure destinée à coopérer avec la partie filetée intérieure 33, sur le pourtour extérieur de celle-ci de façon que la tige 10 puisse être directement fixée au boîtier 30

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en fixant les parties filetées. D'autres modifications sont également possibles à condition que deux parties filetées soient fixées pour fermer hermétiquement la partie formant limite. Dans la première forme de réalisation, la force de poussée est appliquée à la tige 10 en fixant les parties filetées. En revanche, dans une deuxième forme de réalisation préférée, la force de poussée est appliquée pour fermer hermétiquement la partie formant limite K en matant l'un avec l'autre la tige 10 et le boîtier 30. Les

différences entre la première et la deuxième formes de réalisation sont expliquées ci-

après. Les pièces identiques à celles de la première forme de réalisation sont désignées

par les mêmes repères, et on ne répète pas la même explication.

La Fig. 10 représente un capteur 200 de pression selon la deuxième forme de réalisation, pouvant détecter la pression dans la tubulure de carburant comme dans la première forme de réalisation. Dans le capteur 200 de pression, au niveau d'une partie matée 110 délimitée par un cercle sur la Fig. 10, une partie du boîtier 30 est matée sur la partie étagée 13 formée sur la surface du pourtour extérieur de la tige métallique 10. Ainsi, la force de poussée est appliquée à la partie étagée 13 en fixant de ce fait l'un à l'autre la tige 10 et le boîtier 30 et en fermant de manière étanche la partie formant limite K. La longueur de la tige 10 dans la direction axiale de celle-ci est suffisamment grande pour empêcher les contraintes du matage d'avoir des effets sur la membrane 11, ce qui constitue la principale caractéristique du capteur. Pour cette raison, un espace est ménagé entre le boîtier 30 et le substrat 60 en céramique, et une

entretoise annulaire 112 est disposée dans l'espace.

Les figures 11A à I IC illustrent un procédé pour mater la tige métallique 10 et le boîtier 30 au niveau de la partie matée 110. Comme représenté sur les figures, tout d'abord, la tige 10 est assemblée avec le boîtier 30 pour former la partie formant limite K. Ensuite, la partie du boîtier 30 indiquée par un cercle A en trait mixte sur la Fig. 1 lB est matée à l'aide d'un outil 120 chauffé à haute température (par

exemple à 180 C).

Ensuite, la température est ramenée à la température ambiante. A cet instant, comme représenté sur la Fig. 12, une pression d'appui P est produite au niveau de la partie formant limite K du fait d'une différence de coefficient de dilatation thermique entre la tige 10 et le boîtier 30. Les conditions de matage telles que la température sont établies de façon que la pression d'appui P ait une valeur spécifique ou une valeur supérieure. Ainsi, la partie formant limite K est fermée hermétiquement

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d'une manière appropriée. Après matage, l'assemblage est effectué sensiblement de la même manière que dans le cadre de la première forme de réalisation, en terminant ainsi

le capteur 200 de pression.

En ce qui concerne le coefficient de dilatation thermique, il est préférable que le coefficient de dilatation thermique de la tige 10 soit inférieur à celui du boîtier 30. Ainsi, le boîtier 30 peut être serré au cours du retour à la température ambiante de façon qu'une force soit appliquée pour rendre stable le matage. Par exemple, le coefficient de dilatation thermique de la tige 10 est approximativement compris entre 4 et 9 ppm/ C, et le coefficient de dilatation thermique du boîtier 30 est approximativement compris entre 10 et 18 ppm/ C. Plus la différence augmente entre les coefficients de dilatation thermique, plus la partie formant limite K est fermée d'une

manière efficace.

La pression d'appui P permettant de fermer hermétiquement la partie formant limite K d'une manière appropriée est produite en effectuant le matage à une température supérieure à celle à laquelle fonctionne le capteur 200 de pression. Par

exemple, un capteur de pression de véhicule est généralement utilisé à 140 C ou moins.

La Fig. 13 présente des pressions d'appui P1 sur une gamme de températures d'utilisation, le boîtier 30 ayant un coefficient de dilatation thermique de 14 ppm/ C et la tige 10 ayant un coefficient de dilatation thermique de 7 ppm/ C, le boitier et la tige étant matés à 180 C. Comme on le comprend d'après la Fig. 13, la pression d'appui est supérieure à une valeur spécifique (par exemple, approximativement supérieure à 125 MPa) nécessaire aux températures d'utilisation. Cela implique une fermeture étanche suffisante de la partie formant limite K. Il y a un cas o la tige métallique 10 ne peut pas avoir le coefficient de dilatation thermique inférieur à celui du boîtier 30, ou encore o la tige 10 ne peut pas présenter une différence suffisante de coefficient de dilatation thermique par rapport au boîtier 30, comparativement à la résistance mécanique de la matière et autres. Dans ce cas, comme représenté sur la Fig. 14, un élément supplémentaire 114 tel qu'une rondelle est disposé entre la tige 10 et le boîtier 30, et le matage est effectué par l'intermédiaire de l'élément supplémentaire 114. L'élément supplémentaire 114 a un coefficient de dilatation thermique supérieur à ceux de la tige 10 et du boîtier 30. Ainsi, les mêmes performances d'étanchéité que celles évoquées plus haut peuvent être réalisées au niveau de la partie formant limite K. Si les contraintes résultant du matage n'ont pas d'effet sur la membrane 1 1, on peut réduire la longueur de la tige 10. Comme représenté

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sur la Fig. 15, le capteur 200 de pression peut ne pas comporter l'entretoise 112. Ainsi,

les dimensions du capteur 200 de pression sont réduites.

Dans le capteur 200 de pression selon la deuxième forme de réalisation, la tige 10 et le boîtier 30 sont fixés l'un à l'autre par la force de poussée produite par matage. Il n'est donc pas nécessaire que la tige 10 et le boîtier 30 aient la même dureté l'un que l'autre. Par conséquent, les mêmes effets que ceux de la première forme de réalisation peuvent être obtenus. De plus, comme l'élément formant vis 20 servant à fixer la tige 10 au boîtier 30 n'est pas utilisé, le nombre de pièces est réduit en comparaison de celui de la première forme de réalisation. Le processus de matage ne se limite pas à celui décrit plus haut. Par exemple, la partie du boîtier 30 peut être

encastrée dans un évidement formé sur la surface périphérique extérieure de la tige 10.

En outre, comme le boîtier 30 peut être réalisé en matière tendre, la commodité d'utilisation du boîtier 30 est améliorée. Le boîtier 30 peut être fabriqué par un pressage ou analogue, à un faible coût de fabrication, lequel peut être réduit à environ un cinquième en comparaison du procédé de découpage classique. Le coût de la matière peut être réduit à environ un dixième en comparaison du procédé classique. Ces effets sont obtenus également dans la première forme de réalisation. De plus, la propriété d'étanchéité assurée entre la tige métallique 10 et le boîtier 30 par le procédé des première et deuxième formes de réalisation est suffisante si les surfaces d'étanchéité de la tige 10 et du boîtier 30 sont planes. Aucune cavité n'est créée au niveau de la partie formant limite K, comme dans le procédé de soudage classique. On peut contrôler les surfaces d'étanchéité au moment de l'assemblage. Ainsi, les capteurs de pression selon

les présentes formes de réalisation peuvent avoir une étanchéité très fiable.

Dans une troisième forme de réalisation préférée, la forme de la partie creuse de la tige est modifiée par rapport à celle des formes de réalisation précédentes

pour empêcher que des agents de contamination ne restent dans la partie creuse.

Globalement, il est préférable que les agents de contamination contenus dans l'agent sous pression ne se fixent pas à un capteur de pression et ne soient pas refoulés depuis le capteur de pression. Par exemple, dans un cas o le capteur de pression sert à détecter la pression d'un carburant dans un système courant de rail de véhicule, un blocage d'un injecteur disposé en aval du capteur de pression peut être provoqué par des agents de contamination relativement gros refoulés depuis le capteur

de pression.

Dans la structure classique représentée sur la Fig. 23, une tubulure JO10 est insérée dans la partie creuse de la tige métallique J2 jusqu'à buter contre la partie

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soudée J9 o la tige J2 et le boîtier J5 sont soudés l'un à l'autre, ce qui empêche une diminution de la résistance mécanique du fait du soudage. Cependant, la tubulure J10 forme une partie étroite dans la partie creuse de la tige J2 entre le passage J4 de conduction de pression et la membrane J 1. Dans cette structure, des agents de contamination adhèrent facilement à la partie étroite et se déposent sur celle-ci non seulement lors de l'assemblage du capteur de pression, mais encore pendant l'utilisation du capteur de pression. Il est difficile d'éliminer par lavage ou autre des agents de contamination collés. Les agents de contamination risquent alors d'être refoulés depuis le capteur de pression sous la forme d'une masse provoquant le problème ci-dessus et

des problèmes analogues.

Dans la présente forme de réalisation, comme représenté sur les figures 16, 17A et 17B, le diamètre S2 de la partie formant ouverture 12 de la tige 10 est inférieur au diamètre Si du passage 32 de conduction de pression. Ainsi, il devient difficile pour des agents de contamination d'adhérer à et de se déposer sur la paroi

interne de la partie creuse de la tige 10.

Comme la tige 10 et le boîtier 30 sont fixés l'un à l'autre par la force de poussée, de la manière décrite à propos de la première ou de la deuxième forme de réalisation, la tubulure classique n'est pas nécessaire pour empêcher une diminution de la résistance mécanique du fait du soudage. Sur la Fig. 16, le diamètre S2 de la partie formant ouverture 12 est de 3,5 mm et le diamètre SI du passage 32 de conduction de pression est de 5 mm. Même si, du fait d'une erreur au moment de l'assemblage, le centre de la tige 10 est décalé de 0,75 mm par rapport au centre du boîtier 30, après assemblage, la surface d'étanchéité 30A du boîtier 30 peut venir au contact de la surface

d'étanchéité de la tige 10.

Comme représenté sur la Fig. 17A, lorsque la partie intérieure de la partie creuse de la tige 10 présente une partie étagée de façon à avoir un grand diamètre S2 et un petit diamètre S3, les diamètres S 1, S2, S3 doivent satisfaire la relation S 1 > S2 > S3. En outre, comme représenté sur la Fig. 17B, si la partie creuse de la tige 10 est conique et agrandie vers la membrane 11, les diamètres Si et S2 doivent satisfaire la relation S1 > S2. Ainsi, on peut obtenir le même effet que celui décrit plus haut. Par ailleurs, comme dans l'exemple comparatif représenté sur la Fig. 18, si la paroi interne de la partie creuse de la tige 10 présente un brusque agrandissement, par exemple un évidement ou une partie concave, des agents de contamination se déposent facilement dans la partie agrandie, même si le diamètre S2 de la partie formant ouverture 12 est

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inférieur au diamètre SI du trou 32 de conduction de pression. Il est donc souhaitable

que la tige 10 ne comporte pas une telle partie à agrandissement brusque.

Dans la première forme de réalisation, le boîtier 30 ne renferme pas entièrement l'élément formant vis 20, et une partie de l'élément formant vis 20 autre que la partie filetée extérieure 21 est exposée à l'extérieur du boîtier 30. Ici, comme représenté sur les figures 19A et 19B, si la totalité de l'élément formant vis 20 est logée

dans le boîtier 30, le problème décrit ci-après se pose.

D'une manière spécifique, la tige métallique 10 à laquelle est fixée la puce de détection 40 est poussée contre le boîtier métallique 30 pour fermer hermétiquement la partie formant limite K. Pour pousser la tige 10 contre le boîtier 30, on fait tourner une partie hexagonale fixe 22 de l'élément formant vis 20 à l'aide d'un outil de serrage tel qu'un tournevis ou une clé. Ainsi, l'élément formant vis 20 est fixé au

boîtier 30 tandis qu'une traction axiale est générée.

Ici, l'élément formant vis 20 est fixé, le substrat 60 en céramique étant

monté sur celui-ci, pour amplifier et régler un signal produit par la puce de détection 40.

Par conséquent, le profil de la partie fixée 22 de l'élément formant vis 20 doit être plus grand que celui du substrat en céramique 60 pour effectuer la mise en place. En outre, comme l'outil de fixation décrit plus haut sert à assembler l'élément formant vis 20, un espace S doit être ménagé entre le boîtier 30 et la partie fixée 22. Cependant, l'espace S rend le boîtier 30 plus volumineux, ce qui a pour effet un plus grand encombrement du

capteur de pression.

La quatrième forme de réalisation propose un capteur de pression apte à résoudre les problèmes évoqués ci-dessus. En référence aux figures 20A et 20B, dans un capteur de pression selon la présente forme de réalisation, l'élément formant vis 20 comporte sur sa face supérieure une partie fixée 23. La partie fixée 23 comporte intérieurement une partie hexagonale concave, une paroi entourant la partie concave. La paroi présente une forme circulaire du côté de son pourtour extérieur, afin de correspondre à la forme intérieure du boîtier 30. L'élément formant vis 20 peut être fixé par la partie fixée 23. Il n'est pas nécessaire de former le grand espace S représenté sur les figures 19A et 19B. Comme la forme du côté du pourtour extérieur de la partie fixée 23 correspond à celle de la forme intérieure du boîtier 30, on peut réaliser un espace minime entre le boîtier 30 et l'élément formant vis 20, ce qui permet de réduire

l'encombrement du boîtier 30.

La forme de la partie concave n'est pas forcément hexagonale, elle peut être un polygone tel qu'un octogone ou un dodécagone observé dans la direction axiale

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de celle-ci. Ainsi, la partie fixée 23 peut être fixée rapidement par l'outil tel qu'une clé.

De préférence, le nombre des angles polygonaux de la partie concave est de huit ou davantage afin de rendre plus mince la paroi de la partie fixée 23 et d'accroître la surface de montage du substrat 60. En outre, de préférence, le nombre des angles polygonaux est de 18 ou moins. En effet, l'outil de fixation risque de riper sur la partie fixée 23 si le nombre d'angles polygonaux est trop élevé. Comme représenté sur la Fig. 21, la partie fixée 23 peut avoir la forme d'un pignon plutôt que la forme polygonale. Dans les capteurs de pression représentés sur les figures 20A, 20B et 21, l'extrémité inférieure de la partie fixée 23 est approximativement dans le même plan que la partie de montage sur laquelle est monté le substrat en céramique 60. Cependant, comme représenté sur les figures 22A et 22B, une partie fixée 23A peut comporter une extrémité inférieure non située dans le même plan que la partie de montage supportant le substrat en céramique 60. Sur les figures 22A et 22B, un étagement 24 est formé au niveau d'une partie plus haute que la partie de montage et la partie fixée 23A comporte une paroi mince au niveau d'une partie plus haute que l'étagement 24. Ainsi, une autre

pièce peut être montée sur l'étagement 24.

Bien que la présente invention ait été représentée et décrite en référence aux formes de réalisation préférées ci-dessus, il apparaitra aux spécialistes de la technique que des changements de forme et de détail peuvent y être apportés sans

s'écarter du cadre de l'invention tel qu'il est défini dans les revendications annexées.

Par exemple, la force de poussée permettant de fermer hermétiquement la partie formant limite K peut être créée à l'aide d'une agrafe en C. Dans ce cas, par exemple, une gorge annulaire est formée sur une partie du boîtier 30 pour retenir la tige 10, et la partie étagée 13 de la tige 10 qui retient une agrafe en C sur celle-ci est reçue dans la gorge. L'agrafe en C se déploie du fait de sa force élastique pour se placer dans la gorge pendant qu'on pousse sur la partie étagée 13. De la sorte, la tige 10 et le boîtier sont fixés hermétiquement l'un à l'autre au niveau de la partie formant limite K. En ce qui concerne la partie de détection (élément de détection) du capteur de pression, des jauges de déformation en silicium polycristallin peuvent être déposées directement sur la membrane I 1. Autrement, on peut former une partie de détection du type à capacitance. Dans la partie de détection du type à capacitance, une électrode est formée pour se trouver en regard d'une membrane, à distance de celle-ci, et détecte un changement de distance, provoqué par le déplacement de la membrane, en

tant que changement de capacitance.

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Le capteur de pression selon la présente invention peut être fixé directement à des systèmes de tubulures à haute pression, tels qu'une tubulure de transport de carburant installée en usine, un dispositif sous haute pression, et autre, en plus de la tubulure de carburant dans le système tel que le rail commun pour injecter du carburant dans un véhicule.

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Claims (19)

Revendications

1. Capteur de pression comprenant: une tige cylindrique creuse métallique (10) ayant à une première extrémité une membrane (11) et à sa troisième extrémité une partie formant ouverture (12), la membrane (1 I) étant déplacée par une pression appliquée à celle-ci; une partie de détection (40) disposée sur la membrane(11) pour détecter la pression d'après le déplacement de la membrane; un boîtier (30) destiné à être fixé à un dispositif, le boîtier définissant intérieurement un passage (32) de conduction de pression qui communique avec la partie formant ouverture (12) de la tige (10) pour conduire la pression depuis le dispositif vers la membrane (11) via la partie formant ouverture (12); et un moyen de poussée (20, 21, 33, 110) servant à pousser la tige 11 contre le boîtier (30) pour fermer hermétiquement une partie formant limite (K) entre la

tige (Il) et le boîtier (30).

2. Capteur de pression selon la revendication 1, dans lequel: la tige 10 comporte une première partie du côté de la partie formant ouverture (12) et une deuxième partie du côté de la membrane (11), la première partie ayant un diamètre extérieur plus grand que celui de la deuxième partie pour former une partie étagée 13; et le moyen de poussée (20, 21, 33, 110) applique une force de poussée à

la partie étagée (13) pour fermer hermétiquement la partie formant limite (K).

3. Capteur de pression selon l'une quelconque des revendications I et 2,

dans lequel: le moyen de poussée est un moyen de liaison formant vis (20, 21, 33)

qui est fixé pour pousser la tige (10) contre le boîtier (30).

4. Capteur de pression selon la revendication 3, dans lequel: le moyen de liaison formant vis est composé d'une partie filetée intérieure (33) du boîtier (30) et d'une partie filetée extérieure (21) présente du côté du

pourtour extérieur de la tige (10).

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5. Capteur de pression selon la revendication 4, dans lequel: la partie filetée extérieure (21) est réalisée sur un élément formant vis

(20) séparé de la tige (10).

6. Capteur de pression selon la revendication 3, dans lequel: le moyen de liaison à vis comporte une première partie filetée (21) réalisée sur un élément (20) fixé à ou faisant corps avec la tige (10), et une deuxième partie filetée (33) réalisée sur le boîtier (30) à fixer à la première partie filetée (21); et l'élément (20) comporte une partie fixée (23, 23a) sur un côté opposé du boîtier (30), la partie fixée (23, 23a) ayant une partie concave et une paroi entourant la partie concave, pour recevoir un outil servant à fixer l'une à l'autre la première partie

filetée et la deuxième partie filetée.

7. Capteur de pression selon la revendication 6, dans lequel l'élément

(20) est entièrement logé dans le boîtier (30).

8. Capteur de pression selon l'une quelconque des revendications 6 et 7,

dans lequel: la partie fixée (23, 23a) de l'élément (20) est entourée par une paroi interne du boîtier (30); et la forme du pourtour extérieur de la paroi de la partie fixée (23, 23a) est

à peu près la même que celle de la paroi intérieure.

9 Capteur de pression selon l'une quelconque des revendications 6 à 8,

dans lequel la partie concave a une forme polygonale.

10. Capteur de pression selon la revendication 9, dans lequel le nombre

des angles de la partie concave est égal ou supérieur à huit.

11. capteur de pression selon l'une quelconque des revendications 6 à

, dans lequel la première partie filetée(21) est une partie filetée extérieure et la

deuxième partie filetée (33) est une partie formant filetage intérieur.

12. Capteur de pression selon l'une quelconque des revendications I et

2, dans lequel le moyen de poussée (20, 21, 33, 110) est une partie matée ( 110) du

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boîtier (30), qui est matée sur la tige (10) pour fermer de manière hermétique la partie

formant limite (K).

13. Capteur de pression selon la revendication 12, dans lequel la tige (10) a un coefficient de dilatation thermique inférieur au coefficient de dilatation

thermique du boîtier (30).

14. Capteur de pression selon la revendication 13, dans lequel le coefficient de dilatation thermique de la tige (10) est approximativement compris entre 4 et 9 ppm/ C et le coefficient de dilatation thermique du boîtier (30) est

approximativement compris entre 10 et 18 ppm/ C.

15. Capteur de pression selon l'une quelconque des revendications 12 à

14, dans lequel la partie matée (110) est matée sur la tige (10) par l'intermédiaire d'un

élément supplémentaire (114) intercalé entre celles-ci..

16. Capteur de pression selon la revendication 15, dans lequel le coefficient de dilatation thermique de l'élément supplémentaire (114) est supérieur à

ceux de la tige (10) et du boîtier (30).

17. Procédé pour fabriquer le capteur de pression défini dans l'une

quelconque des revendications 13 à 16, comprenant les étapes consistant à:

mater la partie matée (110) sur la tige (30) tout en chauffant la partie matée (1 10); et

refroidir la partie matée pour la ramener à la température ambiante.

18. Procédé selon la revendication 17, dans lequel la matage de la partie matée (110) est effectué à une température supérieure à une température de

fonctionnement à laquelle fonctionne le capteur de pression.

19. Capteur de pression selon l'une quelconque des revendications 1 à

16, dans lequel la tige 10 est conique pour avoir une surface d'étanchéité à la deuxième extrémité de celle-ci, la surface d'étanchéité venant au contact du boîtier 30 au niveau de

la partie formant limite (K).