FR3032272A1

FR3032272A1 - Dispositif de determination de pression et de temperature, capteur de pression et de temperature comprenant un tel dispositif et procede de fabrication d’un tel dispositif

Info

Publication number: FR3032272A1
Application number: FR1550795A
Authority: FR
Inventors: Hammouda Chokri Ben; Marc Novellani
Original assignee: MGI Coutier SA
Current assignee: Akwel SA
Priority date: 2015-02-02
Filing date: 2015-02-02
Publication date: 2016-08-05
Anticipated expiration: 2035-02-02
Also published as: US20160223378A1; CN105841737B; CN105841737A; FR3032272B1

Abstract

Ce dispositif de détermination de pression et de température comprend une membrane (2) présentant une face de contact (4) avec le fluide (F), un élément de détermination de pression (6), un élément de détermination de température (10) et un support pour supporter l'élément de détermination de température (10). Le support présente une face d'implantation qui est opposée à la face de contact (4). L'élément de détermination de température (10) est disposé sur la face d'implantation (12).

Description

La présente invention concerne un dispositif de détermination de pression et de température destiné à déterminer des pressions et des températures d'un fluide s'écoulant par exemple dans un véhicule automobile. De plus, la présente invention concerne un capteur de pression et de température comprenant un tel dispositif de détermination de pression et de température. Par ailleurs, la présente invention concerne un procédé de fabrication d'un tel dispositif de détermination de pression et de température. La présente invention s'applique notamment au domaine des véhicules automobiles, en particulier aux véhicules utilitaires, aux véhicules de tourisme et aux poids lourds, afin de déterminer et de mesurer les pressions et les températures de différents fluides s'écoulant dans un tel véhicule, tels qu'un carburant, de l'huile, une solution aqueuse d'urée (SCR) ou de l'air s'écoulant dans le circuit d'admission d'air. EP0893676A2 illustre un capteur de pression et de température comprenant un dispositif de détermination de pression et de température, lequel comprend une membrane en contact avec le fluide, un élément de détermination de température et un élément de détermination de pression de type capacitif. Comme l'élément de détermination de température est immergé dans le fluide, l'élément de détermination de température a un temps de réponse très court. Cependant, un tel montage réduit la durée de service du dispositif de détermination de pression et de température, car l'élément de détermination de température est exposé à des fluides corrosifs, tel qu'un carburant. Il est possible d'encapsuler l'élément de détermination de température pour le protéger contre le fluide, mais cela augmente considérablement le coût de fabrication et cela augmente le temps de réponse. En outre, un tel montage nécessite de percer plusieurs passages dans la membrane, de façon à passer les pattes de connexion électriques de l'élément de détermination de température, ce qui risque de fragiliser la membrane et de polluer le dispositif de détermination de pression et de température. La présente invention a notamment pour but de résoudre, en tout ou partie, les problèmes mentionnés ci-avant.

Dans ce but, l'invention a pour objet un dispositif de détermination de pression et de température, destiné à déterminer des pressions et des températures d'un fluide, s'écoulant par exemple dans un véhicule automobile, le dispositif de détermination de pression et de température comprenant au moins : - une membrane présentant une face de contact destinée à être en contact avec le fluide, - un élément de détermination de pression solidaire de la membrane et comprenant au moins une piste piézorésistive sensible à la pression, - un élément de détermination de température qui est sensible à la température, et - un support solidaire de la membrane et configuré pour supporter l'élément de détermination de température ; le dispositif de détermination de pression et de température étant caractérisé en ce que le support présente une face d'implantation qui est 15 opposée à la face de contact, l'élément de détermination de température étant disposé sur la face d'implantation. Ainsi, un tel montage de l'élément de détermination de température dispense de percer des passages dans la membrane, ce qui conserve la résistance mécanique de la membrane et ce qui évite de polluer 20 le dispositif de détermination de pression et de température. De plus, un tel montage de l'élément de détermination de température augmente la durée de service du dispositif de détermination de pression et de température, car l'élément de détermination de température est isolé du fluide corrosif, tel qu'un carburant. 25 Dans la présente demande, le terme « déterminer » et ses dérivés signifie générer un signal représentatif d'une grandeur physique. Ainsi, un élément de détermination de pression génère des signaux représentatifs de la pression, et un élément de détermination de température génère des signaux représentatifs de la température. 30 Une piste piézorésistive peut former un élément de détermination de pression, car, sous l'effet d'une pression exercée par le fluide sur la face de contact, la piste piézorésistive subit un déséquilibre proportionnel à cette pression, donc génère une tension représentative de cette pression. En effet, un composant piézorésistif a une résistance électrique qui change en fonction 35 d'une contrainte mécanique (pression) subie par ce composant.

Une unité électronique de signaux peut ensuite conditionner les signaux générés par l'élément de détermination de température et par l'élément de détermination de pression. En fonction de l'application prévue pour le dispositif de détermination de pression et de température, l'unité électronique peut délivrer une réponse analogique ou une réponse numérique. Selon une variante, l'élément de détermination de température peut être disposé indirectement sur la face d'implantation du support. Par exemple, on peut interposer entre la face d'implantation et l'élément de détermination de température une couche, par exemple en matériau thermiquement conducteur. Selon une variante avantageuse, la distance entre la face d'implantation et l'élément de détermination de température est inférieure à 0,2 mm.

Selon une variante, la face orientée vers la membrane est globalement parallèle à la face de contact. Selon une variante, la face orientée vers la membrane couvre totalement ou partiellement la face de contact. Selon une variante, la membrane est composée d'une céramique, de préférence comprenant au moins 95% d'alumine, la membrane ayant de préférence une épaisseur comprise entre 0,1 mm et 0,5 mm, c'est-à-dire entre 100 pm et 500 pm. Ainsi, une telle céramique permet à la membrane de se déformer rapidement sous l'effet de la pression exercée par le fluide, de sorte que la ou chaque piste piézorésistive peut déterminer la pression du fluide. De plus, une telle céramique permet un dépôt rapide et précis des pistes piézorésistive(s) et thermistante(s). Selon une variante, la membrane est globalement plate. Ainsi, une telle membrane présente une face plane, ce qui simplifie le dépôt de la ou de chaque piste piézorésistive.

Selon une variante, la membrane peut avoir une forme globalement elliptique, par exemple circulaire, ou une forme globalement rectangulaire, par exemple carrée. Selon une variante, le support supporte en outre au moins un composant électronique, par exemple un circuit intégré.

Selon un mode de réalisation, le dispositif de détermination de pression et de température comprend une embase formant le support, l'embase présentant une première face d'embase orientée vers la membrane et une deuxième face d'embase opposée à la membrane, la deuxième face d'embase formant la face d'implantation sur laquelle est disposé l'élément de détermination de température.

Ainsi, la distance entre le fluide et l'élément de détermination de température est limitée aux épaisseurs de l'embase et de la membrane, ce qui assure un temps de réponse relativement court. Selon une variante, l'embase et la membrane peuvent être fabriquées avec précision selon la technique dénommée en anglais « flush 10 membrane », dans laquelle la membrane peut être rapportée à l'embase par l'intermédiaire d'un verre de scellement ou joint en verre. Selon une variante, le dispositif de détermination de pression et de température comprend en outre un joint en verre solidarisé à l'embase et à la membrane. Ainsi, un tel joint en verre permet de rendre étanche une 15 chambre entourant l'élément de détermination de pression. Pour fabriquer ce joint en verre, il faut disposer une pâte de verre (silice) entre la membrane et l'embase, puis chauffer à la température de fusion du verre. Selon une variante, l'embase comprend au moins 95% d'alumine, l'embase étant configurée pour définir une chambre autour de l'élément de 20 détermination de pression. Ainsi, une telle embase définissant la chambre permet de faire des mesures de pression relative ou absolue. Selon une variante, l'embase présente au moins un trou de mise à l'atmosphère débouchant d'une part sur la membrane et d'autre part sur l'extérieur du dispositif de détermination de pression et de température. Ainsi, 25 un tel trou de mise à l'atmosphère permet de mesurer des pressions relatives. Alternativement, l'embase est configurée de sorte que la chambre est étanche. En d'autres termes, l'embase est dépourvue de trou de mise à l'atmosphère. Ainsi, une telle embase permet de mesurer des pressions absolues. 30 Selon un mode de réalisation, le dispositif de détermination de pression et de température comprend un substrat de circuit imprimé formant le support, le substrat de circuit imprimé présentant une première face de substrat orientée vers la membrane et une deuxième face de substrat opposée à la membrane, la deuxième face de substrat formant la face 35 d'implantation sur laquelle est disposé l'élément de détermination de température.

Ainsi, la membrane peut être fabriquée selon la technique monolithique. Donc la membrane est monobloc avec l'embase, si bien que la membrane et l'embase forment un ensemble monolithique dépourvu par exemple de joint en verre. Puis, le substrat de circuit imprimé est assemblé à la membrane monolithique. En pratique, le substrat de circuit imprimé est parfois dénommé circuit intégré ou carte électronique ou encore désigné par le terme anglais « Printed Circuit Board » abrégé en « PCB ». Selon une variante, le substrat de circuit imprimé est flexible. 10 Alternativement, le substrat de circuit imprimé est rigide. Selon un mode de réalisation, la membrane forme le support, et la membrane présente en outre une face sèche qui est opposée à la face de contact, la face sèche formant la face d'implantation. Dans ce mode de réalisation, le support est formé par la 15 membrane elle-même. La face de contact forme l'autre face du support. Donc le support-membrane présente la face de contact et la face d'implantation opposée à la face de contact. Ainsi, le temps de réponse de l'élément de détermination de température est très faible, alors que la précision de l'élément de 20 détermination de température est très élevée. En effet, la membrane a une épaisseur faible, typiquement comprise entre 100 pm et 500 pm, ce qui permet un rapide transfert thermique à travers la membrane. Ce transfert thermique est d'autant plus rapide qu'il n'y a pas d'air ni de vide entre la membrane et l'élément de détermination de température. 25 Alternativement, l'élément de détermination de température peut être fixé indirectement sur la face d'implantation de la membrane. Par exemple, une couche peut être interposée entre la face d'implantation et l'élément de détermination de température. Selon un mode de réalisation, l'élément de détermination de 30 température est situé, en projection sur une face de la membrane opposée à la face de contact, sensiblement au droit d'un tracé périphérique délimitant l'élément de détermination de pression. En d'autres termes, le tracé périphérique délimite une zone active de mesure de pression, qui correspond à une zone de la membrane qui se 35 déforme significativement sous l'effet de la pression du fluide sur la face de contact.

Ainsi, une telle implantation de l'élément de détermination de température permet de maximiser la précision de la mesure de température, tout en minimisant le temps de réponse de l'élément de détermination de température.

En pratique, lorsque le dispositif de détermination de pression et de température est incorporé à un capteur de pression et de température comprenant un joint, par exemple un joint torique, le tracé périphérique est inclus dans un périmètre délimité par le bord interne du joint. Le bord interne du joint définit le contour d'une cavité de mesure de pression dans laquelle le fluide entre en contact avec la membrane. Selon une variante, l'élément de détermination de pression a des dimensions comprises entre 3 mm et 10 mm. Dans une variante où l'élément de détermination de pression présente un périmètre globalement circulaire, le diamètre du périmètre est compris entre 3 mm et 10 mm. Alternativement, l'élément de détermination peut présenter un périmètre globalement en forme de rectangle, dont le grand côté est compris entre 3 mm et 10 mm. Selon une variante, l'élément de détermination de pression s'étend sur une superficie comprise entre 7 mm2 et 100 mm2, par exemple environ égale à 38 mm2.

Avantageusement, la distance entre l'élément de détermination de température et le tracé périphérique, mesurée en projection orthogonale sur la face d'implantation, est inférieure à 2 mm. Selon une variante, l'élément de détermination de température est disposé à l'extérieur du tracé périphérique. Alternativement, par exemple en 25 fonction de contraintes d'implantation, l'élément de détermination de température est disposé à l'intérieur du tracé périphérique. Selon un mode de réalisation, une distance entre le tracé périphérique et la projection du centre géométrique de l'élément de détermination de température sur la face de la membrane opposée à la face 30 de contact est comprise entre -25% et +25% de la dimension maximale de l'élément de détermination de pression. La distance précitée est mesurée suivant ou parallèlement à une direction portant cette dimension maximale. Ainsi, l'élément de détermination de température est situé 35 sensiblement au droit du tracé périphérique, ce qui augmente la précision des mesures effectuées par l'élément de détermination de température. En effet, la zone délimitée par le tracé périphérique fait partie de la portion de la membrane qui chauffe le plus vite, car elle est directement en contact avec le fluide. Par ailleurs, cette zone délimitée par le tracé périphérique permet une conduction rapide de la chaleur jusqu'à l'élément de détermination de température, notamment en évitant ou en contournant la région centrale formée d'air ou de vide par exemple dans la technologie dite à « flush membrane ». Selon un mode de réalisation, l'élément de détermination de température est un composant électronique, par exemple un dipôle 10 électronique. Dans la présente demande, le terme « composant électronique » désigne un élément destiné à être assemblé avec d'autres éléments afin de former un circuit électronique. Ainsi, un tel composant électronique est peu coûteux, car il est 15 largement disponible dans le commerce. De plus, un tel composant électronique permet de générer des signaux facilement exploitables par une unité centrale du véhicule automobile. En d'autres termes, les signaux générés par un tel composant électronique sont compatibles avec les unités centrales des véhicules automobiles actuels. 20 En outre, un tel composant électronique simplifie la mise en service du dispositif de détermination de pression et de température, car le composant électronique ne nécessite généralement pas de calibration, ni d'étalonnage. Selon un mode de réalisation, l'élément de détermination de 25 température comprend une thermistance, de préférence sélectionnée dans le groupe constitué d'une thermistance à Coefficient de Température Négatif, d'une thermistance à Coefficient de Température Positif et d'un thermomètre à résistance de platine. Ainsi, une telle thermistance génère des signaux de mesures qui 30 peuvent être exploités par les unités centrales existant dans les véhicules automobiles actuels sans traitement spécifique de ces signaux de mesures. Selon une variante, le thermomètre à résistance de platine peut avoir une résistance de 100 ohms (Pt100) ou de 1000 ohms (Pt1000). Selon une variante, le dispositif de détermination de pression et 35 de température comprend en outre un matériau thermiquement isolant disposé de façon à couvrir totalement ou partiellement l'élément de détermination de température. Le matériau thermiquement isolant peut être une résine thermiquement isolante, par exemple une résine époxy, mono- ou bi-composant. Ainsi, un tel matériau thermiquement isolant permet de minimiser les pertes thermiques vers l'air situé au-dessus de l'élément de détermination de température, ce qui réduit la durée de mesure de température, car la température de l'élément de détermination de température est rapidement stabilisée. Donc l'élément de détermination de température peut fournir des mesures plus précises, car le matériau thermiquement isolant réduit l'influence de la température ambiante.

Selon une variante, le dispositif de détermination de pression et de température comprend en outre un matériau thermiquement conducteur disposé entre l'élément de détermination de température et la face d'implantation. Ainsi, un tel matériau thermiquement conducteur permet de maximiser la quantité de chaleur transmise par la membrane à l'élément de détermination de température, ce qui réduit la durée de mesure de température et augmente la précision de l'élément de détermination de température. Selon un mode de réalisation, le dispositif de détermination de pression et de température comprend en outre un produit de solidarisation agencé de façon à fixer l'élément de détermination de température sur la face d'implantation, le produit de solidarisation étant sélectionné dans le groupe constitué d'une pâte à braser, d'un métal de brasure et d'un métal de soudure. Ainsi, un tel produit de solidarisation permet de fixer l'élément de 25 détermination de température sur la face d'implantation par collage ou par une technique de montage en surface (parfois désignée par le terme anglais « Surface Mount Technology » abrégé en « SMT »). Selon une variante, ladite au moins une piste piézorésistive est imprimée sur la membrane, de préférence par sérigraphie. Ainsi, le dispositif 30 de détermination de pression et de température a un coût relativement bas, car les pistes piézorésistive(s) sont issues d'impressions, ce qui permet de réaliser simplement des pistes imprimées très précises. Selon une variante, ladite au moins une piste piézorésistive est composée d'au moins un matériau sélectionné dans le groupe constitué de 35 matrices minérales et de matrices polymériques organiques. Ainsi, un tel matériau permet de conférer à la piste piézorésistive de bonnes propriétés de détermination de pression, notamment en termes de coefficient de jauge, de linéarité et d'hystérésis de la courbe de réponse, de résolution, de précision, de temps de réponse. Par exemple, la ou chaque piste piézorésistive peut être composée de ruthénate (oxyde de ruthénium).

Selon une variante, ladite au moins une piste piézorésistive a une épaisseur comprise entre 1 pm et 100 pm. Selon une variante, ladite au moins une piste piézorésistive forme plusieurs jauges de pression distantes les unes des autres, le dispositif de détermination de pression et de température comprenant en outre des pistes conductrices reliant les jauges de pression de façon à former un circuit électrique de mesure de pression, par exemple un pont de Wheatstone. Ainsi, de telles jauges de pression, couplées à un tel circuit électrique de mesure de pression permettent de déterminer la pression avec une grande précision et un temps de réponse court. Ces pistes conductrices peuvent être composées d'un alliage argent-palladium (Pd-Ag). Dans la présente demande, les termes « conduire », « relier », « connecter » et leurs dérivés font référence à la conduction électrique. Par ailleurs, la présente invention a pour objet un capteur de pression et de température, destiné à mesurer des pressions et des 20 températures d'un fluide s'écoulant par exemple dans un véhicule automobile, le capteur de pression et de température comprenant au moins : - un dispositif de détermination de pression et de température selon l'invention, - un organe de raccordement configuré pour raccorder 25 fluidiquement la face de contact à une canalisation du fluide, et - une unité électronique configurée pour conditionner des signaux et connectée à l'élément de détermination de pression. Ainsi, un tel capteur de pression et de température présente une durée de service allongée et il génère des signaux de mesures qui peuvent 30 être exploités par les unités centrales existant dans les véhicules automobiles actuels sans traitement spécifique de ces signaux de mesures. De plus, un tel capteur combiné de pression et de température est fiable, précis et compact par rapport à un capteur combiné de pression et de température de l'art antérieur. 35 Dans la présente demande, le terme « capteur » désigne un ensemble dont la réponse, numérique ou analogique, est représentative de la mesure de grandeurs physiques, en l'occurrence de la pression et de la température. Selon une variante, l'unité électronique est en outre connectée à l'élément de détermination de température.

Selon un mode de réalisation, le capteur de pression et de température comprend en outre un joint, par exemple un joint torique, qui est comprimé entre la face de contact et l'organe de raccordement, l'organe de raccordement ayant un passage pour le fluide présentant une section similaire à la forme du joint après compression du joint.

Selon un mode de réalisation, le joint définit un périmètre qui entoure le tracé périphérique. Ainsi, un tel joint peut définir un périmètre qui entoure le tracé périphérique, donc l'élément de détermination de pression, et à l'intérieur duquel peut être disposé l'élément de détermination de température. Selon une variante, le joint est un joint torique et le passage pour le fluide présente une section globalement circulaire dont le diamètre est sensiblement égal au diamètre interne du joint torique après compression du joint torique. Selon une variante, l'organe de raccordement a un passage pour le fluide ayant des dimensions comprises entre 2 mm et 8 mm. Ainsi, de telles 20 dimensions permettent de minimiser le temps de réponse en température tout en conservant une mesure de pression statique. Selon une variante, le passage pour le fluide est agencé perpendiculairement à la direction d'écoulement du fluide dans le conduit sur lequel est monté le capteur. Ainsi, on peut mesurer une pression statique. 25 Alternativement, le passage pour le fluide peut être agencé obliquement, par exemple à 45 degrés, à la direction d'écoulement du fluide dans le conduit sur lequel est monté le capteur. Selon une variante, la surface externe du capteur de pression et de température comporte un revêtement en matériau électriquement 30 conducteur. Ainsi, un tel revêtement conducteur peut former un blindage électromagnétique, dans le but de répondre aux exigences de compatibilité électromagnétique (CEM). Par ailleurs, la présente invention a pour objet un procédé de fabrication, pour fabriquer un dispositif de détermination de pression et de 35 température selon l'invention, le procédé de fabrication comprenant les étapes : - déposer sur la membrane des pistes conductrices, de préférence à travers un premier écran de sérigraphie, - déposer ladite au moins une piste piézorésistive, de préférence à travers un deuxième écran de sérigraphie, de façon à solidariser 5 ladite au moins une piste piézorésistive à la membrane, - fournir un support solidaire de la membrane, le support présentant une face d'implantation qui est opposée à la face de contact, et - disposer l'élément de détermination de température sur ladite face d'implantation. 10 L'ordre des étapes de ce procédé de fabrication peut être modifié sans quitter le cadre de la présente invention. Selon une variante, après au moins une desdites étapes de dépôt, le procédé de fabrication comprend en outre une étape consistant à réaliser un étuvage et un traitement thermique adapté pour évaporer les solvants. 15 Selon une variante, le procédé de fabrication comprend en outre une étape consistant à ajuster ladite au moins une piste piézorésistive par réglage au laser (technique connue sous le terme anglais « laser trimming »). Ainsi, un tel réglage au laser permet de définir un élément de détermination de pression avec une grande précision, ce qui augmente les performances du 20 dispositif de détermination de pression et de température. Par ailleurs, la présente invention a pour objet un véhicule automobile comprenant au moins un tel capteur de pression et de température. Les modes de réalisation et les variantes mentionnés ci-avant 25 peuvent être pris isolément ou selon toute combinaison techniquement admissible. La présente invention sera bien comprise et ses avantages ressortiront aussi à la lumière de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux figures 30 annexées, dans lesquelles des signes de références identiques correspondent à des éléments structurellement et/ou fonctionnellement similaires. Les figures annexées sont : - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un dispositif de détermination de pression et de température conforme à 35 un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique du dessus, suivant la flèche II à la figure 1, du dispositif de détermination de pression et de température de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue schématique en coupe d'un dispositif de détermination de pression et de température conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est une vue schématique en coupe d'un dispositif de détermination de pression et de température conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue schématique en coupe d'un capteur de pression et de température comprenant le dispositif de détermination de pression et de température de la figure 1 ; et - la figure 6 est un logigramme illustrant un procédé de fabrication conforme à l'invention. Les figures 1 et 2 illustrent un dispositif de détermination de pression et de température 1 conforme à un premier mode de réalisation de l'invention. Le dispositif de détermination de pression et de température 1 appartient à un capteur de pression et de température qui est destiné à équiper un véhicule automobile non représenté. Le dispositif de détermination de pression et de température 1 est destiné à déterminer des pressions, symbolisées par les flèches P à la figure 1, et à déterminer des températures d'un fluide qui s'écoule dans le véhicule automobile et dont le flux est par exemple symbolisé par une flèche F.

Le dispositif de détermination de pression et de température 1 comprend une membrane 2 qui présente, d'une part, une face de contact 4 destinée à être en contact avec le fluide F, et, d'autre part, une face sèche 5, qui est opposée à la face de contact 4. Dans l'exemple de la figure 1, la membrane 2 est composée d'une céramique comprenant 96% d'alumine. La membrane 2 a ici une forme globalement plate. La membrane 2 a ici une épaisseur d'environ 0,25 mm. Le dispositif de détermination de pression et de température 1 comprend en outre un élément de détermination de pression 6 qui est sensible à la pression P et qui est solidaire de la membrane 2. L'élément de 35 détermination de pression 6 comprend des pistes piézorésistives 8.

En l'occurrence, les pistes piézorésistives 8 sont imprimées par sérigraphie sur la face sèche 5. Les pistes piézorésistives 8 ont chacune une épaisseur d'environ 10 pm. La membrane 2 a une certaine flexibilité, de façon à transmettre la pression P aux pistes piézorésistives 8.

Les pistes piézorésistives 8 forment des jauges de pression distantes les unes des autres. Le dispositif de détermination de pression et de température 1 comprend en outre des pistes conductrices non représentées qui relient ces jauges de pression de façon à former un circuit électrique de mesure de pression, ici formé en pont de Wheatstone. Ce pont de Wheatstone fonctionne de manière conventionnelle et connue en soi. Le dispositif de détermination de pression et de température 1 comprend en outre un élément de détermination de température 10. L'élément de détermination de température 10 comprend ici une thermistance à Coefficient de Température Négatif (CTN).

De plus, le dispositif de détermination de pression et de température 1 comprend un support solidaire de la membrane 2 et configuré pour supporter l'élément de détermination de température 10. Le support présente une face d'implantation qui est opposée à la face de contact 4 et sur laquelle est disposé l'élément de détermination de température 10. La distance entre la face d'implantation 12 et l'élément de détermination de température est ici environ égale à 0,05 mm. Alternativement, l'élément de détermination de température peut être en contact direct avec la face d'implantation. Dans l'exemple de la figure 1, le dispositif de détermination de pression et de température 1 comprend une embase 14 qui forme le support configuré pour supporter l'élément de détermination de température 10. Le support que forme l'embase 14 est solidaire de la membrane 2. L'embase 14 peut en outre supporter des composants électroniques, par exemple un circuit intégré 16 (parfois désigné par l'acronyme ASIC du terme anglais « Application-Specific Integrated Circuit »). L'embase 14 peut être composée d'une céramique, par exemple comprenant 96% d'alumine. L'embase 14 présente, d'une part, une première face d'embase 14.1 qui est orientée vers la membrane 2 et, d'autre part, une deuxième face d'embase 14.2 qui est opposée à la membrane 2. La deuxième face d'embase 14.2 forme la face d'implantation 12, sur laquelle est disposé l'élément de détermination de température 10. La première face d'embase 14.1 est globalement parallèle à la face de contact 4. La première face d'embase 14.1 couvre ici partiellement la face de contact 4. De plus, le dispositif de détermination de pression et de température 1 comprend un joint en verre 15 disposé entre la membrane 2 et l'embase 14. Pour fabriquer le joint en verre, on peut par exemple disposer une pâte de verre entre la membrane 2 et l'embase 14, puis chauffer à la température de fusion du verre. En service, lorsque le fluide F est en contact avec la face de contact 4, la membrane 2 est portée à la température du fluide puis transfère la chaleur du fluide F à l'embase 14, ce qui porte l'élément de détermination de température 10 à une température représentative du fluide F. L'élément de détermination de température 10 génère un signal, analogique ou numérique, représentatif de la température du fluide F. Ce signal analogique ou numérique peut être généré directement par l'élément de détermination de température 10 ou indirectement, par exemple par l'intermédiaire du circuit intégré 16. Le dispositif de détermination de pression et de température 1 comprend en outre un produit de solidarisation agencé de façon à fixer l'élément de détermination de température 10 sur la face d'implantation 12.

En l'occurrence, le produit de solidarisation est une pâte à braser. Ce produit de solidarisation fixe l'élément de détermination de température 10 sur la face d'implantation 12 par une technique de montage en surface (parfois désignée par le terme anglais « Surface Mount Technology » abrégé en « SMT »). Comme le montre la figure 2, l'embase 14 comporte un ou plusieurs composants électroniques sur la deuxième face d'embase 14.2, par exemple le circuit intégré ASIC 16. L'embase 14 est solidarisée à la membrane 2. De plus, l'embase 14 est connectée électriquement à la membrane 2. Par ailleurs, l'élément de détermination de température 10 est situé, en projection sur la face sèche 5, sensiblement au droit d'un tracé périphérique 20 qui délimite l'élément de détermination de pression 6. Dans l'exemple des figures 1 et 2, l'élément de détermination de pression 6 occupe un espace de forme sensiblement circulaire, si bien que le tracé périphérique 20 forme sensiblement un cercle. Ce cercle a ici un diamètre environ égal à 5 mm.

Une distance D20 entre le tracé périphérique 20 et la projection du centre géométrique de l'élément de détermination de température 10 sur la face de la membrane opposée à la face de contact 4, est inférieure à 25% de la dimension maximale de l'élément de détermination de pression 6.

Lorsque le dispositif de détermination de pression et de température 1 est assemblé dans un capteur de pression et de température 51, visible à la figure 5 et comprenant un joint 22 comprimé contre la face de contact 4, le joint 22 délimite la portion de la membrane en contact avec le fluide F. Le bord interne 22.1 du joint 22 définit un périmètre qui entoure le tracé périphérique 20. Dans l'exemple de la figure 1, la projection du centre géométrique de l'élément de détermination de température 10 sur la face de la membrane opposée à la face de contact 4 est située entre le tracé périphérique 20 et le périmètre défini par le bord interne 22.1 du joint 22 à l'état comprimé, donc après assemblage du dispositif de détermination de pression et de température 1. La figure 3 illustre un dispositif de détermination de pression et de température 1 conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention. Dans la mesure où le dispositif de détermination de pression et de température 1 de la figure 3 est similaire au dispositif de détermination de pression et de température 1 des figures 1 et 2, la description du capteur 1 donnée ci-avant en relation avec les figures 1 et 2 peut être transposée au dispositif de détermination de pression et de température 1 de la figure 3, à l'exception des différences notables énoncées ci-après. Le dispositif de détermination de pression et de température 1 de 25 la figure 3 diffère du dispositif de détermination de pression et de température 1 des figures 1 et 2, car le dispositif de détermination de pression et de température 1 de la figure 3 comprend un substrat de circuit imprimé 114 formant le support, et car le dispositif de détermination de pression et de température 1 de la figure 3 ne comprend pas d'embase. 30 Le substrat de circuit imprimé 114 présente, d'une part, une première face de substrat 114.1 qui est orientée vers la membrane 2, et, d'autre part, une deuxième face de substrat 114.2 qui est opposée à la membrane 2. La deuxième face de substrat 114.2 forme la face d'implantation 12 sur laquelle est disposé l'élément de détermination de 35 température 10.

De plus, le dispositif de détermination de pression et de température 1 de la figure 3 diffère du dispositif de détermination de pression et de température 1 des figures 1 et 2, car la projection du centre géométrique de l'élément de détermination de température 10 sur la face de la membrane opposée à la face de contact 4 est située au droit du joint 22. Par ailleurs, le dispositif de détermination de pression et de température 1 de la figure 3 diffère du dispositif de détermination de pression et de température 1 des figures 1 et 2, car la membrane 2 présente une paroi périphérique 2.1 qui s'étend autour d'une portion centrale 2.2 de forme plate, alors que la membrane 2 des figures 1 et 2 est globalement plate sans paroi périphérique. La paroi périphérique 2.1 sert notamment à positionner et à caler le joint 22. Comme dans le premier mode de réalisation illustré aux figures 1 et 2, l'élément de détermination de pression 6 occupe un espace de forme 15 sensiblement circulaire, comme le montre la figure 3, si bien que le tracé périphérique 20 forme sensiblement un cercle. Comme dans le premier mode de réalisation illustré aux figures 1 et 2, une distance D20 entre le tracé périphérique 20 et la projection du centre géométrique de l'élément de détermination de température 10 sur la 20 face de la membrane opposée à la face de contact, est inférieure à 25% de la dimension maximale de l'élément de détermination de pression 6. La projection du centre géométrique de l'élément de détermination de température 10 se trouve ici à l'extérieur du tracé périphérique 20. La figure 4 illustre un dispositif de détermination de pression et de 25 température 1 conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention. Dans la mesure où le dispositif de détermination de pression et de température 1 de la figure 4 est similaire au dispositif de détermination de pression et de température 1 des figures 1 et 2, la description du capteur 1 donnée ci-avant en relation avec les figures 1 et 2 peut être transposée au 30 dispositif de détermination de pression et de température 1 de la figure 4, à l'exception des différences notables énoncées ci-après. Le dispositif de détermination de pression et de température 1 de la figure 4 diffère du dispositif de détermination de pression et de température 1 des figures 1 et 2, essentiellement car la membrane 2 forme le support, 35 alors que le support est formé par l'embase 14 dans le mode de réalisation des figures 1 et 2.

En outre, la membrane 2 présente une face sèche 5 qui est opposée à la face de contact 4 et qui forme la face d'implantation, sur laquelle est disposé l'élément de détermination de température 10. Comme dans l'exemple de la figure 1, les pistes piézorésistives 8 sont imprimées par sérigraphie sur la face sèche 5 afin de former l'élément de détermination de pression 6. La figure 5 illustre un capteur de pression et de température 51 destiné à mesurer des pressions P et des températures d'un fluide F s'écoulant par exemple dans un véhicule automobile.

Le capteur de pression et de température 51 comprend le dispositif de détermination de pression et de température 1 de la figure 4, ainsi qu'un organe de raccordement 52 configuré pour raccorder fluidiquement la face de contact 4 à une canalisation 58 du fluide F. La canalisation 58 a pour fonction de transférer le fluide F entre deux composants du véhicule automobile. De plus, le capteur de pression et de température 51 comprend une unité électronique 54 configurée pour conditionner des signaux générés par l'élément de détermination de pression 6 et, si nécessaire, par l'élément de détermination de température 10. L'unité électronique 54 est connectée d'une part à l'élément de détermination de pression 6 et d'autre part à l'élément de détermination de température 10. Dans l'exemple de la figure 5, l'unité électronique 54 est formée sur un circuit imprimé qui est rapporté en technologie hybride sur l'embase 4. L'unité électronique 54 peut comprendre un amplificateur de signaux non représenté. L'unité électronique 54 peut délivrer une réponse analogique ou numérique sur les bornes de sortie d'un connecteur 56. Le capteur de pression et de température 51comprend en outre le joint 22, ici un joint torique, qui est comprimé entre la face de contact 4 et l'organe de raccordement 52, l'organe de raccordement ayant un passage 57 pour le fluide F présentant une section similaire à la forme du joint 22 après compression du joint 22. Le bord interne 22.1 du joint 22 définit le contour d'une cavité de mesure de pression dans laquelle le fluide F entre en contact avec la membrane 2. Le passage 57 de l'organe de raccordement 52 a ici une section 35 globalement circulaire, dont le diamètre est sensiblement égal au diamètre interne du joint 22 après sa compression, ce qui évite ou limite l'apparition de zones de stagnation de fluide F. Le diamètre du passage 57 est ici d'environ 5,5 mm. En service, le fluide F s'écoule depuis la canalisation 58 à travers le passage 57 et jusqu'à la face de contact 4. Par ailleurs, comme le montre la figure 5, la canalisation 58 est de 5 type « raccord sapin », car elle présente des nervures annulaires destinées à l'accrochage d'un tuyau flexible non représenté par lequel s'écoule le fluide. L'organe de raccordement 52 est configuré de façon à être raccordé transversalement, ici perpendiculairement, à la direction d'écoulement du fluide F dans la canalisation 58 appartenant au véhicule 10 automobile. Ainsi, le capteur de pression et de température perturbe le moins possible l'écoulement du fluide F. L'organe de raccordement 52 et le connecteur 56 sont ici composés d'un polyamide (PA). L'organe de raccordement 52 est ici chargé d'un matériau conducteur tel qu'une charge de nanotubes de carbone, du noir 15 de carbone ou autre charge électriquement conductrice, ce qui évite l'accumulation de charges électrostatiques. La surface externe du capteur de pression et de température 51 peut comporter un revêtement en matériau électriquement conducteur, ce qui forme un blindage électromagnétique. La figure 6 illustre un procédé de fabrication 500, pour fabriquer le 20 dispositif de détermination de pression et de température 1. Ce procédé de fabrication 500 comprend les étapes : - 502) déposer sur la membrane des pistes conductrices, de préférence à travers un premier écran de sérigraphie, - 504) déposer ladite au moins une piste piézorésistive 8, de 25 préférence à travers un deuxième écran de sérigraphie, de façon à solidariser ladite au moins une piste piézorésistive 8 à la membrane 2, - 505) fournir un support solidaire avec la membrane 2, le support présentant une face d'implantation 12 qui est opposée à la face de contact 4, et 30 - 506) disposer l'élément de détermination de température 10 sur ladite face d'implantation 12. Le procédé de fabrication 500 comprend en outre des étapes d'assemblage consistant à solidariser la membrane 2 et le joint en verre 15 sur l'embase 14.

35 Le procédé de fabrication 500 comprend en outre une étape 508) consistant à ajuster les pistes piézorésistives 8 par réglage au laser (technique connue sous le terme anglais « laser trimming »). Après chacune des étapes de dépôt 502), 504) et 506, le procédé de fabrication 500 comprend en outre des étapes qui consistent respectivement à réaliser un étuvage et un traitement thermique adapté pour évaporer les solvants mis en oeuvre lors des étapes de dépôt 502), 504) et 506). Après avoir fabriqué le dispositif de détermination de pression et de température, on peut l'assembler dans le capteur de pression et de température 51, par exemple au moyen de soudures par laser. En service, comme le montre la figure 5, le fluide F s'écoule dans 10 la canalisation 58. En service, le fluide F s'écoule depuis la canalisation 58 à travers le passage 57 et jusqu'à la face de contact 4. Après que le fluide F est entré en contact avec la face de contact 4, la membrane 2 transmet la pression du fluide F aux pistes piézorésistives 8 et l'élément de détermination de la température 10 est porté 15 à la température de la membrane 2, qui est représentative de la température du fluide F. Le dispositif de détermination de pression et de température 1 détermine ainsi la pression P et la température du fluide F. Puis, l'unité électronique 54 collecte et traite les signaux émis par le dispositif de détermination de pression et de température 1. Ce traitement 20 peut consister à amplifier ces signaux au moyen d'un circuit intégré spécifique à une application (ASIC). Après ce traitement, l'unité électronique 54 génère la réponse du capteur de pression et de température 51. Cette réponse, analogique ou numérique, peut être lue par une unité centrale du véhicule automobile, afin 25 de connaître la pression P et la température du fluide F. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples particuliers décrits dans la présente demande. D'autres modes de réalisation à la portée de l'homme du métier peuvent aussi être envisagés sans sortir du cadre de l'invention définie par les revendications ci-après.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif de détermination de pression et de température (1), destiné à déterminer des pressions (P) et des températures d'un fluide (F) 5 s'écoulant par exemple dans un véhicule automobile, le dispositif de détermination de pression et de température (1) comprenant au moins : - une membrane (2) présentant une face de contact (4) destinée à être en contact avec le fluide (F), - un élément de détermination de pression (6) solidaire de la 10 membrane (2) et comprenant au moins une piste piézorésistive (8) sensible à la pression (P), - un élément de détermination de température (10) qui est sensible à la température, et - un support solidaire de la membrane (2) et configuré pour 15 supporter l'élément de détermination de température (10) ; le dispositif de détermination de pression et de température (1) étant caractérisé en ce que le support présente une face d'implantation qui est opposée à la face de contact (4), l'élément de détermination de température (10) étant disposé sur la face d'implantation (12). 20
2. Dispositif de détermination de pression et de température (1) selon la revendication 1, comprenant une embase (14) formant le support, l'embase (14) présentant une première face d'embase (14.1) orientée vers la membrane (2) et une deuxième face d'embase (14.2) opposée à la membrane (2), la deuxième face d'embase (14.2) formant la face 25 d'implantation (12) sur laquelle est disposé l'élément de détermination de température (10).
3. Dispositif de détermination de pression et de température (1) selon la revendication 1, comprenant un substrat de circuit imprimé (114) formant le support, le substrat de circuit imprimé (114) présentant une 30 première face de substrat (114.1) orientée vers la membrane (2) et une deuxième face de substrat (114.2) opposée à la membrane (2), la deuxième face de substrat (114.2) formant la face d'implantation (12) sur laquelle est disposé l'élément de détermination de température (10).
4. Dispositif de détermination de pression et de température (1) 35 selon la revendication 1, dans lequel la membrane forme le support, et danslequel la membrane présente en outre une face sèche qui est opposée à la face de contact, la face sèche formant la face d'implantation.
5. Dispositif de détermination de pression et de température (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément de détermination de température (10) est situé, en projection sur une face de la membrane (2) opposée à la face de contact (4), sensiblement au droit d'un tracé périphérique (20) délimitant l'élément de détermination de pression (10).
6. Dispositif de détermination de pression et de température (1) selon la revendication 5, dans lequel une distance (D20) entre le tracé périphérique (20) et la projection du centre géométrique de l'élément de détermination de température (10) sur la face de la membrane (2) opposée à la face de contact (4) est comprise entre -25% et +25% de la dimension maximale de l'élément de détermination de pression (6).
7. Dispositif de détermination de pression et de température (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément de détermination de température (10) est un composant électronique, par exemple un dipôle électronique.
8. Dispositif de détermination de pression et de température (1) selon la revendication 7, dans lequel l'élément de détermination de température (10) comprend une thermistance, de préférence sélectionnée dans le groupe constitué d'une thermistance à Coefficient de Température Négatif, d'une thermistance à Coefficient de Température Positif et d'un thermomètre à résistance de platine.
9. Dispositif de détermination de pression et de température (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un produit de solidarisation agencé de façon à fixer l'élément de détermination de température sur la face d'implantation, le produit de solidarisation étant sélectionné dans le groupe constitué d'une pâte à braser, d'un métal de brasure et d'un métal de soudure.
10. Capteur de pression et de température (51), destiné à mesurer des pressions (P) et des températures d'un fluide (F) s'écoulant par exemple dans un véhicule automobile, le capteur de pression et de température (51) comprenant au moins : un dispositif de détermination de pression et de température (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes,- un organe de raccordement (52) configuré pour raccorder fluidiquement la face de contact (4) à une canalisation du fluide (F), et - une unité électronique (54) configurée pour conditionner des signaux et connectée à l'élément de détermination de pression (6).
11. Capteur de pression et de température (51) selon la revendication 10, comprenant en outre un joint (22), par exemple un joint torique, qui est comprimé entre la face de contact (4) et l'organe de raccordement (52), l'organe de raccordement (52) ayant un passage (57) pour le fluide (F) présentant une section similaire à la forme du joint (22) après compression du joint (22).
12. Capteur de pression et de température (51) selon la revendication 11, dans lequel le joint (22) définit un périmètre qui entoure le tracé périphérique (20).
13. Procédé de fabrication (500), pour fabriquer un dispositif de 15 détermination de pression et de température (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, le procédé de fabrication (200) comprenant les étapes : - 502) déposer sur la membrane (2) des pistes conductrices, de préférence à travers un premier écran de sérigraphie, - 504) déposer ladite au moins une piste piézorésistive (8), de 20 préférence à travers un deuxième écran de sérigraphie, de façon à solidariser ladite au moins une piste piézorésistive (8) à la membrane (2), - 505) fournir un support solidaire de la membrane (2), le support présentant une face d'implantation (12) qui est opposée à la face de contact (4), et 25 - 506) disposer l'élément de détermination de température (10) sur ladite face d'implantation (12).