FR3045819A1 - Procede de fabrication d'un capteur de temperature comprenant un thermocouple et son procede d'utilisation - Google Patents
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Abstract
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un capteur de température (1) pour moteur de véhicule automobile et un procédé de mesure d'une température T1 dans un moteur du véhicule automobile au moyen du capteur de température (1). Le procédé de fabrication comprend une étape d'assemblage d'un capteur de température (1) comprenant entre autre: - une étape de fourniture d'un thermocouple (2) comportant deux fils métalliques (3) de nature différente soudés entre eux à deux premières extrémités (4a) formant une soudure chaude pour mesurer une température T1 dans le moteur, lesdits deux fils métalliques (3) comportant chacun une deuxième extrémité, et - une étape de soudure des deux deuxièmes extrémités des deux fils métalliques (3) à des bornes d'un circuit imprimé comportant un circuit intégré comprenant un voltmètre et une unité de traitement du signal comportant une mémoire. Selon l'invention, le procédé de fabrication comprend, après l'étape d'assemblage, une étape de calibration du capteur de température (1) permettant de compenser la polarité du thermocouple (2) si celle-ci est négative, la polarité du thermocouple (2) étant négative si une augmentation de la température T1 aux premières extrémités (4a) du thermocouple (2) génère une diminution de la tension aux deuxièmes extrémités des deux fils métalliques (3).
Description
PROCEDE DE FABRICATION D’UN CAPTEUR DE TEMPERATURE COMPRENANT UN THERMOCOUPLE ET SON PROCEDE D’UTILISATION
La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un capteur de température pour moteur de véhicule automobile et un procédé de mesure d’une température dans ce moteur au moyen de ce capteur de température.
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 relativement élevée. C’est pourquoi ils sont de plus en plus utilisés dans ce domaine ayant des exigences élevées en termes de contrôle d’émissions de polluants et qu’ils remplacent les thermistances.
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 AS IC (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 deux 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 référence 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 peut intégrer 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, contrairement aux thermistances, les thermocouples présentent une polarité. Cette polarité est due au fait que les fils métalliques du thermocouple sont constitués de métaux différents.
La polarité dépend du sens du montage des fils métalliques du thermocouple sur le circuit imprimé du capteur de pression.
Si lorsque la température augmente au point chaud du thermocouple, ce dernier génère une tension qui augmente également, la polarité est considérée comme positive.
Au contraire, si lorsque la température augmente au point chaud du thermocouple, ce dernier génère une tension qui diminue, la polarité est considérée comme négative.
Lorsque le thermocouple est monté en sens inverse dans le capteur de température de façon à présenter une polarité négative, ce dernier est incapable de fournir une mesure de température T1 correcte dans le moteur. Le circuit intégré est endommagé.
Ceci entraîne une augmentation du cycle de fabrication et des coûts de production, étant donné qu’il faut recommencer à assembler un nouveau capteur.
Lors de la fabrication du capteur de température, il est difficile de repérer le sens des fils métalliques du thermocouple avant de les souder sur le circuit imprimé.
Les fils métalliques ayant un diamètre très petit, de l’ordre de 0,3 mm à 0,5 mm, il est très difficile de réaliser un marquage visuel pour repérer leur position. L'invention a donc pour objectif de pallier à cet inconvénient de l'art antérieur en proposant un procédé de fabrication d’un capteur de température muni d’un thermocouple plus rapide, réduisant les coûts de fabrication.
Il est possible de s’affranchir du sens de montage du thermocouple. Le thermocouple peut être soudé dans n’importe quel sens sur le circuit imprimé du capteur de température. L'invention a également pour objectif de fournir un procédé de mesure d’une température dans un moteur de véhicule au moyen de ce capteur qui fonctionne correctement quel que soit le sens de montage des fils métalliques du thermocouple et donc de sa polarité. L’invention concerne un procédé de fabrication d’un capteur de température pour moteur de véhicule automobile comprenant une étape d’assemblage d’un capteur de température comprenant entre autre: - une étape de fourniture d’un thermocouple comportant deux fils métalliques de nature différente soudés entre eux à deux premières extrémités formant une soudure chaude pour mesurer une température T1 dans le moteur. Les deux fils métalliques comportent chacun une deuxième extrémité. - une étape de soudure des deux deuxièmes extrémités des deux fils métalliques à des bornes d’un circuit imprimé comportant un circuit intégré comprenant un voltmètre et une unité de traitement du signal comportant une mémoire.
Selon l’invention, le procédé de fabrication comprend, après l’étape d’assemblage : - une étape de calibration du capteur de température permettant de compenser la polarité du thermocouple si celle-ci est négative. La polarité du thermocouple est négative si une augmentation de la température T1 aux premières extrémités du thermocouple génère une diminution de la tension aux deuxièmes extrémités des deux fils métalliques.
Selon un mode de réalisation possible, l’étape de calibration du capteur de température comprend : - une étape de mesure de la polarité du thermocouple, et - une étape de programmation de la mémoire du circuit intégré en fonction de la polarité mesurée.
Selon un autre mode de réalisation possible, l’étape de mesure de la polarité du capteur de température comprend : - une étape de montée de la température aux premières extrémités des fils métalliques du thermocouple, - une étape de mesure de la tension aux deuxièmes extrémités des fils métalliques du thermocouple, et - une étape de détection de la polarité du thermocouple et de génération d’une information de polarité du thermocouple positive ou négative. La polarité du thermocouple est positive si la variation de tension est positive lorsque la variation de température T1 au cours du temps est positive ou négative si la variation de tension est négative lorsque la variation de température T1 au cours du temps est positive.
Selon un autre mode de réalisation possible, l’étape de programmation de la mémoire du circuit intégré comprend une étape d’enregistrement dans la mémoire de l’information de polarité positive ou négative.
Selon un autre mode de réalisation possible, la mémoire est une mémoire morte et de préférence une mémoire EEPROM.
Selon un autre mode de réalisation possible, la mémoire du circuit intégré comprend un bit dédié à la calibration du capteur de température. L'invention fournit ainsi un procédé de fabrication d’un capteur de température muni d’un thermocouple permettant de s’affranchir du sens de montage du thermocouple sur le circuit imprimé et donc de la polarité de ce dernier.
Les fils métalliques du thermocouple peuvent être soudés dans n’importe quel sens sur le circuit imprimé du capteur de température sans perturber le fonctionnement du capteur de température.
Ceci permet d’éviter d’endommager les capteurs de température comprenant un thermocouple monté à l’envers et donc de réduire le temps et les coûts de fabrication. L’invention concerne également un procédé de mesure d’une température T1 dans un moteur du véhicule automobile au moyen d’un capteur de température tel que défini précédemment.
Le procédé de mesure d’une température T1 comprend : - une étape de mesure de la tension aux deuxièmes extrémités des fils métalliques du thermocouple par le voltmètre, - une étape de mesure d’une température de référence TO, et - une étape de calcul de la température T1 aux premières extrémités du thermocouple à partir de la température de référence TO et de la tension aux deuxièmes extrémités des fils métalliques du thermocouple.
Selon l’invention, le procédé de mesure d’une température T1 comprend une étape de compensation de la polarité du thermocouple de façon à ce que le thermocouple lise une variation de tension positive lorsque la variation de température aux premières extrémités du thermocouple au cours du temps est positive, quelle que soit la polarité du thermocouple.
Selon un mode de réalisation possible, la mémoire comprend une information de polarité négative du thermocouple préenregistrée au cours d’une étape postérieure de calibration du capteur de température telle que définie précédemment. La polarité est négative si la variation de tension est négative lorsque la variation de température est positive au cours du temps.
Dans ce cas, le procédé de mesure d’une température T1 comprend : - une étape de lecture de cette information de polarité négative dans la mémoire du circuit intégré, et - une étape de compensation de cette information de polarité négative lors de l’étape de calcul de la température T1 afin d’obtenir une polarité positive. L’invention fournit ainsi un procédé de mesure d’une température dans un moteur de véhicule au moyen de ce capteur qui fonctionne correctement, quelle que soit le sens de montage du thermocouple sur le circuit imprimé du capteur de température et par conséquent quelle que soit la polarité du thermocouple.
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 ; la figure 2 est une représentation schématique de ce capteur de température monté sur une paroi d’un véhicule automobile. L’invention concerne un procédé de fabrication d’un capteur de température 1 pour moteur de véhicule automobile.
Ce procédé de fabrication comprend une étape d’assemblage du capteur de température 1 comprenant entre autre une étape de fourniture d’un thermocouple 2.
La figure 1 représente l’intérieur d’un capteur de température 1 pour moteur de véhicule automobile et la figure 2 représente ce capteur de température monté sur une paroi 12 d’un véhicule automobile.
Le thermocouple 2 comporte deux fils métalliques 3 de nature différente soudés entre eux à deux premières extrémités 4a formant une soudure chaude pour mesurer une température T1 dans le moteur. Les deux fils métalliques 3 comportent chacun également une deuxième extrémité 4b. L’étape d’assemblage du capteur de température 1 comprend également une étape de soudure des deux deuxièmes extrémités 4b des deux fils métalliques 3 à des bornes 6 d’un circuit imprimé 5 comportant un circuit intégré (non représenté). Le circuit intégré comprend un voltmètre et une unité de traitement du signal comportant une mémoire.
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 ou Cuivre/Constantan. Le thermocouple 2 est de type J, K, T, R, S, N, par exemple.
Les deuxièmes extrémités 4b des fils métalliques 3 sont connectées électriquement au voltmètre mesurant la tension entre les deux deuxièmes extrémités 4b.
Le circuit intégré comprend le voltmètre et une sonde de température mesurant une température de référence TO, par exemple. En variante, la sonde de température peut être placée près des deuxièmes extrémités 4b des fils métalliques 3 du thermocouple 2 ou ailleurs.
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 »).
En connaissant la température de référence TO, qui est la plus proche possible de celle du point froid, et la tension aux deuxièmes extrémités 4b des fils métalliques 3 du thermocouple 2, on en déduit la température T1 de la soudure chaude (ou point chaud) qui correspond à la température du milieu à mesurer dans le moteur du véhicule.
Le capteur de température 1 comprend un boîtier de protection 7 en polymère dans lequel sont logées les deuxièmes extrémités 4b des fils métalliques 3 du thermocouple 2 et le circuit imprimé 5.
Les deuxièmes extrémités 4b des fils métalliques 3 du thermocouple 2 sont soudées à deux bornes 6 respectives, comme dit précédemment. Les deux bornes 6 sont reliées au circuit imprimé 5 qui est lui-même relié à un connecteur 8 solidaire du boîtier de protection 7. Le connecteur 8 est destiné à être relié électriquement à un dispositif électronique (non représenté).
Le capteur de température 1 comprend dans l’exemple de la figure 1 des éléments de maintiens 9 pour maintenir les fils métalliques 3 du thermocouple 2.
Le capteur de température 1 comprend une cavité 10 dans laquelle est logée le circuit imprimé 5.
Le capteur de température 1 comprend une arche 11 permettant de protéger les deux premières extrémités 4a les fils métalliques 3 du thermocouple 2 des chocs, comme représenté sur la figure 2.
Selon l’invention, le procédé de fabrication du capteur de température 1 comprend, après l’étape d’assemblage, une étape de calibration du capteur de température 1.
Cette étape de calibration permet de compenser une polarité négative du thermocouple 2 lors de la mesure de la température T1 aux premières extrémités 4a du thermocouple 2, dans le moteur.
Le thermocouple présente une polarité négative si les deux deuxièmes extrémités 4b des fils métalliques 3 sont inversées aux bornes 6 du circuit imprimé 5.
Dans ce cas, le thermocouple 2 génère une variation de tension négative lorsque la variation de température T1 au cours du temps est positive. Autrement dit, la tension diminue lorsque la température augmente.
Cette étape de calibration permet de rétablir ou de simuler une polarité positive par le calcul.
La polarité du thermocouple 2 vue par le capteur de température 1 est ainsi toujours positive, quelle que soit la polarité du thermocouple 2 et donc le sens de montage des deux deuxièmes extrémités 4b des deux fils métalliques 3 aux bornes 6 du circuit imprimé 5. L’étape de calibration du capteur de température 1 comprend une étape de mesure de la polarité du thermocouple 2 et une étape de programmation de la mémoire du circuit intégré en fonction de la polarité mesurée. L’étape de mesure de la polarité du capteur de température 1 comprend : - une étape de montée de la température aux premières extrémités 4a des fils métalliques 3 du thermocouple 2, - une étape de mesure de la tension aux deuxièmes extrémités 4b des fils métalliques 3 du thermocouple 2, et - une étape de détection de la polarité du thermocouple 2 et de génération d’une information de polarité du thermocouple 2 positive ou négative.
La polarité du thermocouple 2 est positive si la variation de tension aux deuxièmes extrémités 4b des fils métalliques 3 est positive lorsque la variation de température T1 au cours du temps est positive.
La polarité est négative si la variation de tension aux deuxièmes extrémités 4b des fils métalliques 3 est négative lorsque la variation de température T1 au cours du temps est positive. L’étape de programmation de la mémoire du circuit intégré comprend une étape d’enregistrement dans la mémoire de l’information de polarité positive ou négative.
Cette information de polarité peut être un coefficient positif ou négatif utilisé lors du calcul de la température T1 à partir de la valeur de tension mesurée aux deuxièmes extrémités 4b des fils métalliques 3 du thermocouple 2 et de la température de référence TO.
De préférence, la mémoire du circuit intégré est une mémoire morte du type EEPROM, permettant d’écrire qu’une fois sur la mémoire. La réécriture sur la mémoire étant impossible, il n’est pas possible de modifier ultérieurement l’information de polarité ou le programme de la mémoire.
La mémoire du circuit intégré comprend un bit dédié à la calibration du capteur de température 1. L’information de polarité est contenue dans ce bit.
Cette étape de calibration peut être réalisée juste après la fabrication du capteur de température ou ultérieurement. L’invention concerne également un procédé d’utilisation et plus précisément de mesure d’une température T1 dans un moteur du véhicule automobile au moyen du capteur de température 1 décrit précédemment.
Le procédé de mesure d’une température T1 comprend: - une étape de mesure de la tension aux deuxièmes extrémités 4b des fils métalliques 3 du thermocouple 2 par le voltmètre, - une étape de mesure d’une température de référence TO, - une étape de calcul de la température T1 aux premières extrémités 4a du thermocouple 2 à partir de la température de référence TO et de la tension aux deuxièmes extrémités 4b des fils métalliques 3 du thermocouple 2.
Selon l’invention, le procédé de mesure comprend une étape de compensation de la polarité du thermocouple 2 de façon à ce que le thermocouple 2 lise une variation de tension positive lorsque la variation de température aux premières extrémités 4a du thermocouple 2 au cours du temps est positive, quelle que soit la polarité du thermocouple 2.
Ainsi, même si les fils métalliques 3 du thermocouple 2 sont inversés lorsqu’ils sont soudés sur le circuit imprimé, entraînant une polarité négative du thermocouple 2, la polarité positive est rétablie par le calcul. La mesure de température T1 dans le moteur est donc indépendante de cette polarité.
Si la mémoire du circuit intégré comprend une information de polarité négative du thermocouple 2 préenregistrée au cours d’une étape postérieure de calibration du capteur de température 1 telle que décrite précédemment, le procédé de mesure comprend alors: - une étape de lecture de cette information de polarité négative dans la mémoire du circuit intégré, - une étape de compensation de cette information de polarité négative lors de l’étape de calcul de la température T1 afin d’obtenir une polarité positive.
En variante, étape de compensation de cette information de polarité négative peut être réalisée avant l’étape de calcul de la température T1.
Claims (8)
- REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d’un capteur de température (1) pour moteur de véhicule automobile comprenant une étape d’assemblage d’un capteur de température (1) comprenant entre autre: - une étape de fourniture d’un thermocouple (2) comportant deux fils métalliques (3) de nature différente soudés entre eux à deux premières extrémités (4a) formant une soudure chaude pour mesurer une température T1 dans le moteur, lesdits deux fils métalliques (3) comportant chacun une deuxième extrémité (4b), - une étape de soudure des deux deuxièmes extrémités (4b) des deux fils métalliques (3) à des bornes (6) d’un circuit imprimé (5) comportant un circuit intégré comprenant un voltmètre et une unité de traitement du signal comportant une mémoire, caractérisé en ce qu’il comprend, après l’étape d’assemblage : - une étape de calibration du capteur de température (1 ) permettant de compenser la polarité du thermocouple (2) si celle-ci est négative, la polarité du thermocouple (2) étant négative si une augmentation de la température T1 aux premières extrémités (4a) du thermocouple (2) génère une diminution de la tension aux deuxièmes extrémités (4b) des deux fils métalliques (3).
- 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’étape de calibration du capteur de température (1) comprend : - une étape de mesure de la polarité du thermocouple (2), - une étape de programmation de la mémoire du circuit intégré en fonction de la polarité mesurée.
- 3. Procédé de fabrication selon la revendication 2, caractérisé en ce que l’étape de mesure de la polarité du capteur de température (1) comprend : - une étape de montée de la température aux premières extrémités (4a) des fils métalliques (3) du thermocouple (2), - une étape de mesure de la tension aux deuxièmes extrémités (4b) des fils métalliques (3) du thermocouple (2), - une étape de détection de la polarité du thermocouple (2) et de génération d’une information de polarité du thermocouple (2) positive ou négative, la polarité du thermocouple (2) étant positive si la variation de tension est positive lorsque la variation de température T1 au cours du temps est positive ou négative si la variation de tension est négative lorsque la variation de température T1 au cours du temps est positive.
- 4. Procédé de fabrication selon la revendication 3, caractérisé en ce que l’étape de programmation de la mémoire du circuit intégré comprend une étape d’enregistrement dans la mémoire de l’information de polarité positive ou négative.
- 5. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la mémoire est une mémoire EEPROM.
- 6. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la mémoire du circuit intégré comprend un bit dédié à la calibration du capteur de température (1).
- 7. Procédé de mesure d’une température T1 dans un moteur du véhicule automobile au moyen d’un capteur de température (1) comprenant un thermocouple (2) comportant deux fils métalliques (3) de nature différente soudés entre eux à une première extrémité (4a) formant une soudure chaude pour mesurer une température T1 dans le moteur, lesdits deux fils métalliques (3) comportant chacun une deuxième extrémité (4b) connectée électriquement à des bornes (6) d’un circuit imprimé (5) comportant un circuit intégré comprenant un voltmètre et une unité de traitement du signal comportant une mémoire, ledit procédé comprenant : - une étape de mesure de la tension aux deuxièmes extrémités (4b) des fils métalliques (3) du thermocouple (2) par le voltmètre, - une étape de mesure d’une température de référence TO, - une étape de calcul de la température T1 aux premières extrémités (4a) du thermocouple (2) à partir de la température de référence TO et de la tension aux deuxièmes extrémités (4b) des fils métalliques (3) du thermocouple (2), caractérisé en ce qu’il comprend : - une étape de compensation de la polarité du thermocouple (2) de façon à ce que le thermocouple (2) lise une variation de tension positive lorsque la variation de température aux premières extrémités (4a) du thermocouple (2) au cours du temps est positive, quelle que soit la polarité du thermocouple (2).
- 8. Procédé de mesure d’une température selon la revendication 7, caractérisé en ce que, la mémoire comprenant une information de polarité négative du thermocouple (2) préenregistrée au cours d’une étape postérieure de calibration du capteur de température (1) telle que définie par les revendications 1 à 6, la polarité étant négative si la variation de tension est négative lorsque la variation de température est positive au cours du temps, le procédé comprend : - une étape de lecture de cette information de polarité négative dans la mémoire du circuit intégré, - une étape de compensation de cette information de polarité négative lors de l’étape de calcul de la température T1 afin d’obtenir une polarité positive.
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| ANONYMOUS: "Thermocouple Temperature Measurement & Troubleshooting | Vinland Blog", 18 August 2012 (2012-08-18), XP055295310, Retrieved from the Internet <URL:http://www.vinland.com/blog/?p=138> [retrieved on 20160812] * |
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