FR2895076A1

FR2895076A1 - Capteur combine de pression et de temperature

Info

Publication number: FR2895076A1
Application number: FR0655538A
Authority: FR
Inventors: Joerg Engelhardt; Olivier Stoll; Christian Roesser; Markus Ledermann; Stefan Warth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2007-06-22
Also published as: US7434470B2; DE102005060651A1; US20070186659A1

Abstract

Capteur combiné de pression et de température (10) d'un fluide comportant un corps de capteur (14) ayant un perçage traversant (24) vers une membrane (64) et un perçage (42) pour recevoir un capteur de température (28), la membrane (64) coopérant avec un capteur de pression (72).Une face frontale du corps du capteur (14) tournée vers le milieu comporte un chapeau (18) muni d'une cavité (36) pour recevoir le capteur de température (28).

Description

Domaine de 1'invention La presente invention concerne un capteur combine

de pression et de temperature comportant un corps de capteur ayant un per-gage traversant vers une membrane et un pergage pour recevoir un cap-teur de temperature, la membrane cooperant avec un capteur de pression. Etat de la technique Pour les installations de climatisation qui seront utilise-es a 1'avenir dans les vehicules, on remplacera les installations de climatisation actuelles R134a par des installations de climatisation a gaz carbonique CO2 car selon la reglementation europeenne, 1'agent R134a utilise jusqu'a present dans les installations de climatisation sera totalement interdit a partir de 2016. Contrairement a une installation de climatisation classique utilisant 1'agent frigorifique R134a, dans le cas d'une installation de cli- matisation a gaz carbonique CO2, it faut un signal de temperature et un signal de pression en aval du compresseur d'installation de climatisation pour reguler l'installation. L'utilisation de deux capteurs se-pares represente une mise en ceuvre de moyens importants car it faut au moins deux connecteurs, plusieurs faisceaux de cables et realiser les points d'etancheite a l'interface et a la liaison des differents composants. C'est pourquoi on cherche a obtenir le signal de pression et le signal de temperature par la combinaison d'un capteur de pression et d'un capteur de temperature. Les capteurs combines de pression et de temperature sont 25 par exemple decrits dans les documents EP 1 521 061 A2, DE 101 09 095 Al, DE 197 45 244 Al, EP 0 863 676 A2. Dans le cas de la solution proposee par le document DE 101 09 095 Al, on utilise un capteur a membrane frontale munie d'un doigt de mesure rapporte. Cette solution a toutefois 1'inconvenient que le 30 capteur de membrane frontale est tres sensible au niveau de la membrane et necessite un ecran de protection. Cette solution est celle utilisee pour les voitures de sport dont la duree de vie est extremement courte. La solution selon le document DE 197 45 244 Al decrit l'utilisation d'une piece filetee distincte pour le capteur de temperature dont on assure 1'etancheite 35 avec un simple joint torique. Mais, a long terme, le joint torique devient cassant et entraine des defauts d'etancheite. Une autre solution possible connue selon 1'etat de la technique concerne l'utilisation de la resistance d'entree d'un pont de mesure de pression installee sur une membrane pour obtenir un signal de temperature. Comme la membrane est relativement eloignee du milieu ou fluide mesure, le signal de temperature obtenu reste imprecis. Pour mesurer aussi loin que possible dans le milieu a mesurer selon cette solution, on utilise une technique de montage et de liaison complexe. Si le capteur vient en saillie dans le canal de mesure, sa section retrecit le canal et provoque des chutes de pression considerables deteriorant la mesure du signal de pression. Les solutions de 1'etat de la technique esquissees ci-dessus 10 ne constituent pas de solution satisfaisante pour les raisons expose-es. But de 1'invention La presente invention a pour but de developper un concept de capteur combine de pression et de temperature economique a fabriquer et qui soit aussi simple que possible et convienne notamment pour des 15 series de fabrication importantes. Expose et avantages de 1'invention A cet effet, l'invention concerne un capteur combine de pression et de temperature caracterise en ce qu'une face frontale du corps du capteur tournee vers le fluide comporte un chapeau f xe sur cette face 20 et muni d'une cavite pour recevoir le capteur de temperature. En d'autres termes, 1'extremite du capteur de pression exposee au milieu a mesurer comporte un chapeau en forme de plaque frontale munie d'un prolongement en forme de doigt logeant un capteur de temperature. Comme le chapeau prevu sur la face frontale du corps du 25 capteur est muni d'un prolongement en forme de doigt, le capteur de temperature ainsi entoure par ce prolongement penetre aussi loin que possible dans le fluide dont on veut mesurer la temperature, ce qui permet une mesure fable de la temperature effective du fluide. De maniere preferentielle, on realise le chapeau sous la 30 forme d'une plaque frontale fabriquee par un procede par emboutissage profond et la plaque frontale ainsi que la collerette realisee sur celle-ci et servant au montage et le prolongement en forme de doigt sont obtenus par une seule operation. L'etancheite en pression du capteur combine de pression et 35 de temperature selon l'invention est obtenue en ce que sur le capteur de pression, sous le prolongement servant de prise a un outil, par exemple en forme de six-pans, on realise un siege d'etancheite conique. Le siege coni- que permet de realiser une etancheite a la pression sur une surface relati- vement importante qui est beaucoup plus fable qu'un joint torique comme dans la solution proposee par le document DE 197 45 244 Al, pour toute la duree de vie du capteur combine de pression et de temperature. Le chapeau de la face frontale du capteur combine de pres- sion et de temperature, du cote du milieu a mesurer, comporte de preference une collerette peripherique facilitant le montage et le centrage du chapeau realise en forme de plaque frontale contre la face frontale du corps de capteur. En outre, la collerette offre la possibilite d'un assemblage thermique entre le chapeau et le corps de capteur combine de pres- to sion et de temperature. De maniere preferentielle, le chapeau realise en forme de plaque frontale munie d'un prolongement en forme de doigt entourant le capteur de temperature, est assemble thermiquement a la surface d'appui du capteur de pression par exemple par soudage par laser ; en outre, une 15 autre liaison thermique au niveau de l'ouverture alignee sur le pergage traversant realise dans le corps de capteur se fait egalement par un assemblage thermique. Le chapeau, realise sur la face frontale du capteur de pression, libere par son ouverture le pergage traversant pour fournir le signal de pression. A travers ce pergage, la pression du milieu ou fluide 20 agit sur la membrane delimitant le pergage traversant et logeant le capteur de pression. Le capteur de temperature du capteur combine de pression et de temperature est loge dans le prolongement en forme de doigt avec une masse coulee thermoconductrice pour ameliorer le couplage en tern- 25 perature. A cote de 1'amelioration du couplage en temperature, cette matiere a pour fonction de tenir la tete du capteur de temperature pendant le montage. Le capteur de temperature est une piece allongee de faible diametre dont une extremite comporte les contacts du capteur de temperature et dont 1'autre extremite porte la tete de capteur entouree par la 30 masse coulee a 1'interieur du prolongement en forme de doigt du chapeau. La masse coulee est par exemple une colle de silicone ayant des caracteristiques de conduction thermique remarquables. A la place de colle de silicone on peut egalement utiliser une pate thermoconductrice ou une colle conductrice en argent. 35 Le capteur de temperature est muni de preference d'un enrobage en matiere plastique qui Bert a l'isolation avec ajustage et a 1'amelioration du guidage de capteur de temperature lors de son introduction dans le pergage qui lui est reserve dans le corps du capteur.

La solution selon l'invention permet de transmettre le signal du capteur de temperature fourni par le capteur combine de pression et de temperature jusqu'au connecteur. En variante, on peut exploiter le signal du capteur de temperature dans un circuit d'exploitation et le coin- penser. Selon cette variante, on utilise un circuit d'exploitation numerique avec une interface numerique. Cela permet de supprimer une broche de connexion et d'ameliorer la precision de la mesure de temperature. La solution selon l'invention se caracterise par rapport aux solutions de 1'etat de la technique par une structure extremement simple et une fabrication economique puisqu'il suffit d'un nombre reduit de composants. En particulier, le capteur combine de pression et de temperature selon l'invention permet tres facilement une fabrication en grande serie. Le capteur de temperature propose dans le capteur combine selon l'invention fonctionne independamment de la mesure de pression et se caracterise par un temps de reponse court. Dessins La presente invention sera decrite ci-apres de maniere plus detaillee a 1'aide d'un exemple de realisation represents dans les dessins annexes dans lesquels : - la figure 1 montre la structure du capteur combine de pression et de temperature, - la figure 1.1 est une vue en perspective du dessous du corps du capteur avec l'interface et le chapeau en forme de plaque frontale munie d'un prolongement en forme de doigt recevant le capteur de tempera- ture, - la figure 2 est une vue en coupe du corps du capteur de la figure 1 montrant les pergages servant a mesurer la pression et recevoir le capteur de temperature, - la figure 3 montre la face frontale du corps du capteur avec le pergage 30 traversant et le capteur de temperature mis en place, -la figure 3.1 est une coupe du chapeau en forme de plaque frontale munie d'une masse coulee dans le prolongement en forme de doigt, et - la figure 4 montre la position de 1'assemblage thermique entre le chapeau et la surface d'appui de la face frontale du corps de capteur, 35 - la figure 5 est une coupe du capteur combine de pression et de temperature dont le montage et 1'assemblage sont termines.

Description de modes de realisation La figure 1 est une vue en perspective du capteur combine de pression et de temperature selon l'invention. Le capteur combine de pression et de temperature 10 coin- prend un epaulement de prise d'outil 12 realise a la figure 1 sous la forme d'un epaulement a six pans. Sous 1'epaulement de prise d'outil 12 se trouve le corps 14 du capteur muni d'un segment filets 16. Le segment filets 16 se termine par un conge de sortie de filetage 22. A 1'extremite inferieure du corps 14 du capteur it y a un chapeau 12 en forme de plaque frontale munie d'un prolongement 20 en forme de doigt pour recevoir un capteur de temperature. La piece de mesure de pression du capteur combine de pression et de temperature 10 est constituee par un pergage traversant 24 realise dans le corps 14 du capteur selon la figure 1 pour solliciter une membrane 64 (voir figure 1.1). La membrane 64 est realisee de preference sous la forme d'une membrane en acier portant un montage en pout a couche metallique mince mesurant la dilatation de la membrane 64 sous 1'effet de la pression regnant dans le pergage traversant 24. La figure 1.1 montre le corps du capteur combine de pression et de temperature selon la figure 1 en vue de dessous avec un cha- peau realise en forme de plaque frontale et represents coupe. Sous le conge de sortie de filetage 22 du segment filets 16 du corps 14 du capteur it y a une surface d'appui annulaire 26. La surface d'appui 26 facilite l'installation du chapeau 18 en forme de plaque frontale contre la face inferieure du corps 14 du capteur pour centrer cette plaque lorsqu'elle est mise en place contre la surface d'appui 26. Le chapeau 18 realise sous forme de plaque frontale comporte un orifice 34 aligns sur le pergage traversant 24 deja decrit en liaison avec la figure 1 et servant a mesurer la pression. Le capteur de temperature 28 traversant le corps 14 du capteur comporte une tete 32 se terminant dans la cavite 36 du pro- longement 20 en forme de doigt du chapeau 18 realise comme plaque frontale. Le capteur ou palpeur de temperature 28 est entoure de prefe- rence d'un enrobage en matiere plastique injectee 30 servant a isoler les contacts du capteur de temperature 28 et a ajuster et a guider le capteur de temperature 28 pendant le procede de montage dans le corps 14 du capteur. L'epaisseur de la paroi du chapeau 18 au niveau du prolonge- ment annulaire 20 correspond a 1'epaisseur de la paroi des autres parties du chapeau 18 realise en forme de plaque frontale. Le chapeau 18 est fa- brique de preference comme piece obtenue par emboutissage profond ; par ce procede, au cours d'une seule operation, on realise une collerette ainsi que le prolongement 20 en forme de doigt deja decrit. La figure 2 montre le corps du capteur combine de pression et de temperature selon une vue en coupe.

La representation de la figure 2 montre que le corps 14 du capteur combine de pression et de temperature 10 comporte, d'une part, le pergage traversant 24 pour saisir la pression du fluide ou milieu qui circule, et, d'autre part, un pergage 42 parallele a celui-ci et dans lequel se glisse le capteur de temperature 28. La longueur du capteur de tempera- ture 28 est designee par la reference 44. A 1'extremite tournee du cote du milieu a mesurer, le capteur de temperature 28 comporte une tete 32 et son autre extremite est munie de contacts 48 permettant de transmettre le signal de temperature. Le capteur de temperature 28 est entoure pratiquement sur toute sa longueur (sauf la tete 32) d'un enrobage en matiere plastique injectee 30. L'enrobage en matiere plastique injectee 30 facilite l'introduction du capteur de temperature 28 dans le pergage 42. Cela simplifie considerablement le montage et evite d'endommager le capteur de temperature 28 lorsqu'on le monte dans le corps 14 du capteur. Le capteur de temperature 28 est realise de preference sous la forme d'un ele- ment NTC ; mais it peut egalement 'are constitue par un thermo-element ou une resistance de platine. L'enrobage de matiere plastique injectee 30 garantit l'isolation des contacts 48 du capteur de temperature 28 et per-met le guidage precis du capteur de temperature 28 dans le pergage 42. Pour la fabrication on peut glisser le capteur de temperature 28 dans le pergage 42, sans difficultes, grace a la solution choisie et sans necessiter d'autres ajustages ou operations. Le corps 14 du capteur combine de temperature et de pres- sion 10 se trouve sur le cote exterieur du segment filete 16 deja decrit qui se termine par un conge de sortie de filetage 22. Le corps 14 du capteur a egalement un siege d'etancheite 46, conique, assurant 1'etancheite du corps de capteur 14 par rapport au milieu qui passe sur sa face frontale. Le siege d'etancheite conique se trouve en aval du point de mesure de la temperature, c'est-a-dire de la tete 32 du capteur de temperature 28. Grace a cela, le corps 14 du capteur peut 'are balaye de fagon optimale par le milieu dont on mesure la pression et la temperature. Le joint coni- que 46 offre en outre 1'avantage (par comparaison a un joint torique clas- sique) de constituer une surface d'etancheite beaucoup plus grande et de pouvoir regler exactement la force d'etancheite par le couple de serrage applique a la prise d'outil 12. La figure 3 est une vue en perspective de 1'extremite du corps de capteur cote milieu a mesurer.

Le segment filete 16 deja decrit se termine par le conge de sortie de filetage 22. Au niveau de la face frontale 40 du corps 14 du capteur, on a la surface d'appui 26 pour la plaque frontale constituee par le chapeau 18 (voir figure 3.1). Dans la vue de la figure 3, le capteur de temperature 28 entoure par 1'enrobage en matiere plastique injectee 30 est introduit dans le pergage 42 du corps 14 du capteur. Seule la tete 32 du capteur de temperature 28 depasse de la partie enrobee de matiere plastique injectee 30. La figure 3 montre egalement le pergage traversant 24 prevu dans le corps 14 du capteur. La figure 3.1 est une vue en coupe de la plaque frontale en 15 forme de chapeau munie du prolongement en forme de doigt dans lequel est place une masse coulee, thermoconductrice. Si comme le montre la vue en coupe de la figure 3.1, le chapeau 18 realise comme plaque frontale est installe dans la direction de la ache contre la surface d'appui 26 du corps 14 du capteur comme repre- 20 sente a la figure 3, la tete 32 du capteur de temperature 28 penetre dans la masse coulee 50 thermoconductrice prealablement introduite dans le prolongement 20 en forme de doigt. Le cote interieur de la cavite 36 porte la reference 52. La vue de la figure 3.1 montre en outre que le chapeau 18 25 realise sous forme de plaque frontale presente un orifice 34 aligne sur le pergage traversant 24 du corps 14 du capteur selon la figure 3. De plus, le chapeau 18 en forme de plaque frontale est muni d'une collerette 54. La collerette 54 est assemblee sur le cote interieur 56 a la surface d'appui 26 au niveau de la face frontale du corps de capteur 14, par exemple par un 30 procede d'assemblage thermique tel que le soudage par laser. Lors de 1'assemblage du chapeau 18 realise sous forme de plaque frontale selon la figure 3.1 au corps 14 du capteur, la tete 32 du capteur de temperature 28 penetre dans la cavite 36 du prolongement en forme de doigt 20 du chapeau 18 realise en forme de plaque frontale. Le prolongement 20 en 35 forme de doigt, egalement realise comme chapeau 18 formant une plaque frontale, peut avoir differentes longueurs pour permettre differentes pro- fondeurs de penetration du capteur de temperature 28 dans le milieu. On ameliore le couplage en temperature par une masse thermoconductrice 50 telle que par exemple une colle de silicone, un pout thermique en option entre le prolongement 20 en forme de doigt et sa paroi 38, la masse coulee thermoconductrice avec la tete 32 du capteur de temperature 28. La position de montage cote frontal, la profondeur de penetration variable depen- dant de la longueur du prolongement 20 en forme de doigt du chapeau 18 et la proximite avec le milieu a mesurer permettent d'avoir une mesure de temperature tres precise et tres rapide. La figure 4 montre le chapeau en forme de plaque frontale a 1'etat assemble sur le corps de capteur.

Le chapeau 18 en forme de plaque frontale, selon la representation de la figure 4, est centre par sa collerette 54 contre la surface d'appui 26 de la face inferieure du corps 14 du capteur. Le centrage automatique se fait par 1'engagement du chapeau 18 en forme de plaque frontale sur la surface d'appui 26 de la face inferieure du corps 14 du capteur. L'ouverture 34 du chapeau 18 en forme de plaque frontale est alignee sur le pergage traversant 24 du corps 14 du capteur (voir la representation de la figure 3). Pour realiser 1'etancheite entre le chapeau 18 en forme de plaque frontale et la surface d'appui 26 du corps 14 du capteur, on utilise de preference un procede d'assemblage thermique. On realise un premier point d'assemblage peripherique 60 entre la surface d'appui 26 et le cote interieur 46 de la collerette 54. On realise egalement un second point d'etancheite par un second point d'assemblage thermique 62 entourant l'ouverture 34 au niveau de la face superieure du corps 14 du capteur. Ainsi, la mesure de la temperature du milieu dans lequel est immerge le prolongement en forme de doigt 20 sera independante de la mesure de pression faite par l'orifice 34 et le pergage traversant 24 a 1'aide du capteur combine de pression et de temperature 10 tel que propose. La figure 4 montre en outre que la cavite 36 du prolongement 20 en forme de doigt dans laquelle penetre la tete 32 du capteur de temperature 28 est remplie dans une zone de remplissage 58 avec une masse coulee 50 thermoconductrice. Suivant 1'application, la cavite 36 peut 'are munie de la masse coulee 50 thermoconductrice sur toute sa zone de remplissage 58 ; it est egalement possible de ne remplir qu'une partie de la cavite 36 avec une quantite plus faible de masse coulee 50 thermoconductrice comme cela apparait a la figure 3.1. La figure 5 montre le capteur combine de pression et de temperature completement monte.

Dans la representation de la figure 5, le chapeau 18 en forme de plaque frontale est assemble a la surface d'appui 26 du corps 14 du capteur. L'orifice 34 realise dans le chapeau 18 en forme de plaque frontale est aligne sur le pergage traversant 24 du corps 14 du capteur dont le cote exterieur est deja muni du segment filete 16 deja evoque se terminant par le conge de sortie ou de fin de filetage 22. Entre la collerette 54 du chapeau 18 en forme de plaque frontale et la surface d'appui 26 du corps de capteur on a un premier point d'assemblage thermique 60 ; le second point d'assemblage thermique 62 tourne autour de l'orifice 34 pour assurer 1'etancheite en pression du prolongement 20 en forme de doigt. Le capteur de temperature 28 peut 'are un element NTC, un thermocouple ou une resistance de platine qui s'etend dans le pergage 42 du corps 14 en etant ajuste dans celui-ci par 1'enrobage en matiere plastique 30. La tete 32 du capteur de temperature 28 penetre dans la cavite 36 du prolongement 20 en forme de doigt alors que les contacts 48 traversent 1'epaulement formant une prise d'outil 12 (par exemple un epaulement a six pans) et vient en contact au-dessus de celui-ci. Le pergage traversant 24 de la partie de mesure de pression du corps 14 du capteur est delimite par une membrane 64. Le cote infe- rieur 66 de la membrane 64 est sollicite par la pression et ainsi le cote superieur 38 de la membrane, qui est de preference une membrane en acier, se deforme. La membrane, realisee de preference comme membrane en acier, transforme la pression a laquelle elle est soumise en une force transmise a un poussoir 70. Le poussoir 70 pousse lui-meme contre une puce de silicium 72 logee dans le support de plaquette 74. La plaquette de silicium 72 comprend par exemple des resistances piezo-electriques en silicium avec en meme temps un circuit d'exploitation, integre. Les signaux peuvent 'are pris comme des contacts 76 au cote superieur du support de plaquette 74 et 'are traites dans 1'appareil de commande par exemple pour une installation de climatisation de vehicule automobile.

Claims

REVENDICATIONS

1) Capteur combine de pression et de temperature (10) d'un fluide comportant un corps de capteur (14) ayant un pergage traversant (24) vers une membrane (64) et un pergage (42) pour recevoir un capteur de tempe-rature (28), la membrane (64) cooperant avec un capteur de pression (72), caracterise en ce qu' une face frontale du corps (14) du capteur (14) tournee vers le fluide comporte un chapeau (18) f xe sur cette face et muni d'une cavite (36) pour recevoir le capteur de temperature (28). io

2) Capteur combine de pression et de temperature selon la revendication 1 caracterise en ce que le chapeau (18) est une piece obtenue par emboutissage profond munie 15 d'une collerette (54) peripherique et d'un prolongement (20) en forme de doigt.

3) Capteur combine de pression et de temperature selon la revendication 1, 20 caracterise en ce que le chapeau (18) est assemble a une surface d'appui (26) du corps de capteur (14) a un point de jonction par une premiere liaison (60) par matiere.

4) Capteur combine de pression et de temperature selon la revendica-25 tion 1, caracterise en ce que le chapeau (18) comporte une ouverture (34) correspondant au pergage traversant (24) du corps de capteur (14). 30

5) Capteur combine de pression et de temperature selon la revendication 3, caracterise en ce que la premiere liaison par matiere (60) passe au niveau de la collerette (54) du chapeau (18) et une seconde liaison par matiere (62) du chapeau (18) et 35 du corps de capteur (14) est prevue autour de l'ouverture (34) dans le chapeau (18).

6) Capteur combine de pression et de temperature selon la revendication 1, caracterise en ce que le capteur de temperature (28) est integre dans une masse coulee (50) 5 thermoconductrice, placee dans la cavite (36).

7) Capteur combine de pression et de temperature selon la revendication 1, caracterise en ce que 10 le capteur de temperature (28) est muni d'un enrobage en matiere plastique (30) s'etendant sur la longueur (44) ou une partie de la longueur (44) du capteur de temperature (28).

8) Capteur combine de pression et de temperature selon la revendica-15 tion 2, caracterise en ce que le capteur de temperature (14) comporte un siege d'etancheite conique (46) qui se trouve derriere le prolongement en forme de doigt (20) du chapeau (18) dans la direction d'action du milieu. 20

9) Capteur combine de pression et de temperature selon la revendication 1, caracterise en ce que le corps de capteur de temperature (28) est un element NTC, un thermo-25 couple ou une resistance de fluide.

10) Capteur combine de pression et de temperature selon la revendication 6, caracterise en ce que 30 la masse coulee thermoconductrice (50) est une colle de silicone, une colle d'argent conducteur ou une pate thermoconductrice. 35