FR3042862B1 - Capteur de temperature pour vehicule automobile comprenant un thermocouple - Google Patents

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Abstract

La présente invention a pour objet un capteur de température (1) pour moteur de véhicule automobile, comprenant : - un thermocouple (2) comportant deux fils métalliques (3) constitués de métaux différents soudés entre eux à une première extrémité formant une soudure chaude pour mesurer une température T1 dans le moteur, lesdits deux fils métalliques (3) comportant chacun une deuxième extrémité (4), - un circuit imprimé (5) comprenant un circuit intégré (6), ledit circuit intégré (5) comprenant un voltmètre et une sonde de température mesurant une température de référence T0, les fils métalliques (3) du thermocouple (2) étant reliés électriquement à deux bornes (11) respectives du circuit imprimé (5) par deux moyens de liaison électriques (10) respectifs, et - un boitier de protection (7) dans lequel sont logés les deuxièmes extrémités (4) des fils métalliques (3) et le circuit imprimé (5). Selon l'invention, chacun de ces moyens de liaison électriques (10) est constitué du même métal que celui du fil métallique (3) du thermocouple (2) auquel il est relié, le voltmètre du circuit intégré (6) mesurant la tension entre les deux bornes (11) du circuit imprimé (5).

Description

CAPTEUR DE TEMPÉRATURE POUR VÉHICULE AUTOMOBILE COMPRENANT UN THERMOCOUPLE
La présente invention concerne un capteur de température pour moteur ete véhicule automobile.
Les capteurs de température comprenant un thermocouple pour mesurer les hautes. températures sont largement utilisés dans le domaine des systèmes d’échappement de moteur à combustions interne.
Les thermocouples fournissent une précision de mesure relativëment élevée. C’est pourquoi ils sont utilisés dans ce domaine-ayant des exigences élevées en termes de contrôle d’émissions de polluants.
Le principe de mesure des thermocouples est basé sur l’effet Seebeck qui se traduit par une différence de potentiel entre deux fils de métaux différents lorsqu’ils sont soumis à une différence de température.
Les deux fils de métaux sont soudés entre eux à une première extrémité formant une soudure chaude (ou point chaud) destinée à mesurer la température T1 du milieu à mesurer, comme par exemple la température des gaz d’échappement d’un système d’échappement.
Les deux fils métalliques du thermocouple comportent également chacun une deuxième extrémité reliée chacune à un voltmètre par une soudure communément appelée soudure froide (ou point froid) qui est à une température de référence TO.
Ce type de capteur de température est connu pour comprendre un circuit imprimé (PCB) comportant un circuit intégré intégrant le voltmètre. Le circuit intégré est un circuit intégré à application spécifique ASIC (Application Spécifie for Integrated Circuit) capable de traiter des signaux de tension pour les convertir en température. Il est capable de fournir un signal de sortie analogique ou numérique et d’utiliser un protocole (« SENT »).
Le signal de tension mesuré par le voltmètre aux deuxièmes extrémités des fils métalliques est transmis au circuit imprimé via des conducteurs électriques puis au circuit intégré. '
La variation de tension entre ces déux deuxièmes extrémités des fils métalliques du thermocouple est proportionnelle à la variation de température entre la soudure chaude qui est à la température T1 et les deuxièmes extrémités des fils métalliques qui sont à une température de référencé TO.
En connaissant la température de référence TO du point froid et la tension entre les deuxièmes extrémités des fils métalliques, il est possible de déduire la température T1 du point chaud.
Dans ce type de capteur de température, le circuit intégré intègre une sonde de température pour la calibration du voltmètre dont la mesure dépend de la température. Cette sonde étant déjà présente, elle est habituellement utilisée pour mesurer la température de référence TO dans le circuit intégré pour des raisons de simplification du capteur de température et pour réduire les coûts.
Cependant, le circuit intégré est distant des deuxièmes extrémités des fils métalliques (ou soudure froide).
Par conséquent, la température de référence TO lue à l’endroit du circuit intégré est différente de la température des deuxièmes extrémités des fils métalliques (ou soudure froide). La différence de température peut être de 4°C à 5°C induisant alors une source d’erreur et imprécision sur la température T1 du milieu à mesurer. L'invention a donc pour objectif de pallier à cet inconvénient de l'art antérieur en proposant un capteur de température plus précis dans lequel les sources d’erreur sont réduites. L’invention concerne un capteur de température pour moteur de véhicule automobile, comprenant : - un thermocouple comportant deux fils métalliques constitués de métaux différents soudés entre eux à une première extrémité formant une soudure chaude pour mesurer une température T1 dans le moteur, lesdits deux fils métalliques comportant chacun une deuxième extrémité, - un circuit imprimé comprenant un circuit intégré, ledit circuit intégré comprenant un voltmètre et une sonde de température mesurant une température de référence TO, les fils métalliques du thermocouple étant reliées électriquement à deux bornes respectives du circuit imprimé par deux moyens de liaison électriques respectifs, et - un boîtier de protection dans lequel sont logés les deuxièmes extrémités des fils métalliques et le circuit imprimé.
Selon l’invention, chacun de ces moyens de liaison électriques est constitué du même métal que celui du fil métallique du thermocouple auquel il est relié, le voltmètre du circuit intégré mesurant la tension entre les deux bornes du circuit imprimé.
Selon un mode de réalisation possible, chaque moyen de liaison électrique comprend un conducteur électrique connecté d’une part à une deuxième extrémité d’un fil métallique du thermocouple et d’autre part à une des bornes du circuit imprimé.
Selon un autre mode de réalisation possible, chaque moyen de liaison électrique est formé par un des fils métalliques du thermocouple, chaque deuxième extrémité des fils métalliques se prolongeant jusqu’à une borne du circuit imprimé.
Selon un autre mode de réalisation possible, la distance entre les bornes du circuit imprimé et le circuit intégré est inférieure à 6 mm et de préférence inférieure à 2,5 mm.
Selon un autre mode de réalisation possible, le thermocouple est de type J, K, T, R, S ou N.
Selon un autre mode de réalisation possible, les deux fils métalliques du thermocouple et les deux moyens de liaison électriques sont formés d’un couple de métaux Nisil/Nicrosil. L'invention fournit ainsi un capteur de température plus précis dans lequel les sources d’erreur sont réduites.
La continuité du thermocouple est prolongée jusqu’au circuit imprimé. La soudure froide ou point froid est localisée à l’endroit du circuit imprimé.
La distance thermique entre le circuit intégré et le point froid formé des deux deuxièmes extrémités des fils métalliques du thermocouple est réduit.
En effet, le point de mesure de la tension se situe dans la proximité immédiate du circuit intégré. La forte conductivité thermique du circuit imprimé permet une bonne transmission de la chaleur du point froid vers le circuit intégré et une quasi homogénéité des températures. L’écart de température entre les deuxièmes extrémités des deux fils métalliques du thermocouple et la sonde de température qui est intégrée dans le circuit intégré mesurant une température de référence TO est réduit, passant de 4°C ou 5 °C à moins de 1 °C. L’invention permet donc d’utiliser la sonde de température déjà intégrée dans le circuit intégré tout en fournissant une erreur sur la température de référence TO minimale.
Les caractéristiques de l'invention seront décrites plus en détail en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une représentation schématique de l’intérieur d’un capteur de température vu de profil selon l’invention.
La figure 1 représente l’intérieur d’un capteur de température 1 pour moteur de véhicule automobile selon l’invention.
Le capteur de température 1 comprend un thermocouple 2 comportant deux fils métalliques 3 différents soudés entre eux à une première extrémité formant une soudure chaude pour mesurer une température T1 dans le moteur (non représenté).
La température T1 correspond à la température du milieu à mesurer. Les fils métalliques 3 sont constitués de deux métaux différents, comme par exemple un couple de métaux Nisil/Nicrosil. Le thermocouple 2 est de type J, K, T, R, S, N, par exemple.
Les fils métalliques 3 du thermocouple 2 sont reliés électriquement à deux bornes 11 respectives du circuit imprimé 5 par deux moyens de liaison électriques 10 respectifs.
Le capteur de température 1 comprend un circuit imprimé 5 comprenant un circuit intégré 6. Le circuit intégré 6 comprend le voltmètre et une sonde de température mesurant une température de référence TO. Le circuit intégré 6 est un circuit intégré à application spécifique ASIC (Application Spécifie for Integrated Circuit) capable de traiter des signaux de tension pour les convertir en température. Il est capable de fournir un signal de sortie analogique ou numérique et d’utiliser un protocole (« SENT >>).
Les deux fils métalliques 3 du thermocouple 2 comportent chacun une deuxième extrémité 4.
Le capteur de température 1 comprend un boîtier de protection 7 en polymère dans lequel sont logés les deuxièmes extrémités 4 des fils métalliques 3 du thermocouple 2 et le circuit imprimé 5.
Selon l’invention, chacun de ces moyens de liaison électriques 10 est constitué du même métal que celui du fil métallique 3 du thermocouple 2 auquel il est relié. Le voltmètre du circuit intégré 6 mesure la tension entre les deux bornes 11 du circuit imprimé 5.
En connaissant la température de référence TO et la tension au point froid, c’est-à-dire entre les deux bornes 11 du circuit imprimé 5, on en déduit la température T1 du point chaud qui correspond à la température du milieu à mesurer dans le moteur du véhicule.
Selon un mode de réalisation préféré, chaque moyen de liaison électrique 10 comprend un conducteur électrique 10 connecté d’une part à une deuxième extrémité 4 d’un fil métallique 3 du thermocouple 2 et d’autre part à une des bornes 11 du circuit imprimé 5, comme représenté sur la figure 1.
Les conducteurs électriques 10 sont des éléments distincts des fils métalliques 3 du thermocouple 2 mais constitués respectivement par les mêmes métaux.
La continuité électrique est assurée jusqu’aux bornes 11 du circuit imprimé 5.
Les deuxièmes extrémités 4 des fils métalliques 3 du thermocouple 2 sont distantes du circuit imprimé 5, comme montré sur la figure 1.
Cependant, le fait que les métaux des fils métalliques 3 du thermocouple 2 et ceux des conducteurs électriques 10 soient identiques permet de ramener le point froid ou soudure froide à l’endroit des bornes 11 du circuit imprimé 5. Le voltmètre mesure la tension entre les deux bornes 11 du circuit imprimé 5.
Les deuxièmes extrémités 4 des fils métalliques 3 sont disposées en dessous du circuit imprimé 5. Dans le capteur de température, les fils métalliques 3 et le circuit imprimé 5 sont sensiblement parallèles.
Les deuxièmes extrémités 4 des fils métalliques 3 du thermocouple 2 sont solidaires d’un premier connecteur 14 connecté au boîtier de protection 7.
Les deuxièmes extrémités 4 des fils métalliques 3 du thermocouple 2 sont connectées électriquement aux deux conducteurs électriques 10 par soudure ou sertissage, par exemple.
Les deux conducteurs électriques 10 sont soudés aux deux bornes 11 du circuit imprimé 5. Sur la figure 1, les deux bornes 11 traversent le circuit imprimé 5 et font saillie sur les deux faces 9a, 9b du circuit imprimé 5.
Le boîtier de protection 7 comprend deux compartiments 12, 13 séparés par le circuit imprimé 5 dont un premier compartiment 12 dans lequel sont logés les deuxièmes extrémités 4 des fils métalliques 3 du thermocouple 2 ainsi que les moyens de liaison électriques 10 et un deuxième compartiment 13 opposé.
Le capteur de température 1 comprend également un deuxième connecteur 19 pour le relier électriquement à un dispositif électronique (non représenté). Des deuxièmes bornes de connexions 20 sont prévues ainsi que des fils électriques 21 pour relier le circuit imprimé 5 au deuxième connecteur 19.
Le circuit imprimé 5 comprend une première surface 9a qui se situe du côté des deuxièmes extrémités 4 des deux fils métalliques 3 du thermocouple 2 et une deuxième surface 9b opposée délimitant le deuxième compartiment 13 du boîtier de protection 7.
De préférence, le circuit intégré 6 est placé sur la première surface 9a du circuit imprimé 5 du côté des moyens de liaison électriques 10.
Alternativement mais de manière moins avantageuse, le circuit intégré 6 est placé sur la deuxième surface 9b du circuit imprimé 5.
Le circuit intégré 6 étant placé sur la première surface 9a du circuit imprimé 5, la distance entre les bornes 11 du circuit imprimé 5 faisant saillie sur cette surface première surface 9a et le circuit intégré 6 est inférieure à 6 mm et est de préférence inférieure à 2,5 mm.
Une partie des calories provenant des deux conducteurs électriques 10 est transmise aux bornes 11 du circuit imprimé 5. Plus la distance entre les bornes 11 et le circuit intégré 6 est faible et plus la résistance thermique est faible. Le circuit imprimé 5 est un bon conducteur thermique. Il transmet les calories des bornes 11 du circuit imprimé 5 jusqu’au circuit intégré 6 comprenant la sonde de température mesurant la température de référence T0.
Les pertes thermiques sont ainsi réduites. L’écart de température entre les deuxièmes extrémités 4 des deux fils métalliques 3 du thermocouple 2 et la sonde de température mesurant la température de référence T0 est réduit, passant de 4°C ou 5 °C à moins de 1 °C.
Selon un autre mode de réalisation possible, chaque moyen de liaison électrique 10 est formé par un des fils métalliques 3 du thermocouple 2. Chaque deuxième extrémité 4 des fils métalliques 3 se prolonge jusqu’à l’une des bornes 11 du circuit imprimé 5.
Autrement dit, les deux fils métalliques 3 du thermocouple 2 se prolongent directement jusqu’aux bornes 11 du circuit imprimé 5.
Les deux fils métalliques 3 du thermocouple 2 sont soudés directement aux bornes 11 du circuit imprimé 5.
Les fils métalliques 3 du thermocouple 2 étant constitués de plusieurs fils métalliques très fins difficiles à souder sur les bornes 11 du circuit imprimé 5, le mode de réalisation utilisant un conducteur électrique 10 distinct des fils métalliques 3 du thermocouple 2 est préféré au mode de réalisation décrit ci-dessus.

Claims (6)

  1. REVENDICATIONS
    1. Capteur de température (1 ) pour moteur de véhicule automobile, comprenant : - un thermocouple (2) comportant deux fils métalliques (3) constitués de métaux différents soudés entre eux à une première extrémité formant une soudure chaude pour mesurer une température T1 dans le moteur, lesdits deux fils métalliques (3) comportant chacun une deuxième extrémité (4), - un circuit imprimé (5) comprenant un circuit intégré (6), ledit circuit intégré (5) comprenant un voltmètre et une sonde de température mesurant une température de référence TO, les fils métalliques (3) du thermocouple (2) étant reliés électriquement à deux bornes (11) respectives du circuit imprimé (5) par deux moyens de liaison électriques (10) respectifs, - un boîtier de protection (7) dans lequel sont logés les deuxièmes extrémités (4) des fils métalliques (3) et le circuit imprimé (5), caractérisé en ce que : - chacun de ces moyens de liaison électriques (10) est constitué du même métal que celui du fil métallique (3) du thermocouple (2) auquel il est relié.
  2. 2. Capteur de température (1 ) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque moyen de liaison électrique (10) comprend un conducteur électrique (10) connecté d’une part à une deuxième extrémité (4) d’un fil métallique (3) du thermocouple (2) et d’autre part à une des bornes (11) du circuit imprimé (5).
  3. 3. Capteur de température (1 ) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque moyen de liaison électrique (10) est formé par un des fils métalliques (3) du thermocouple (2), chaque deuxième extrémité (4) des fils métalliques (3) se prolongeant jusqu’à une borne (11) du circuit imprimé (5).
  4. 4. Capteur de température (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la distance entre les bornes (11) du circuit imprimé (5) et le circuit intégré (6) est inférieure à 6 mm et de préférence inférieure à 2,5 mm.
  5. 5. Capteur de température (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le thermocouple (2) est de type J, K, T, R, S ou N.
  6. 6. Capteur de température (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux fils métalliques (3) du thermocouple (2) et les deux moyens de liaison électriques (10) sont formés d’un couple de métaux Nisil/Nicrosil.
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