FR3066018A1 - Capteur hautes temperatures multi sondes - Google Patents
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Abstract
La présente invention a pour objet un capteur de température (1) pour véhicule automobile comprenant : - une première sonde de température (2a) comportant un premier élément sensible à la température (3a) relié électriquement à un connecteur électrique au moyen d'une première liaison électrique (4a), - une enveloppe de protection (5) dans laquelle est logé le premier élément sensible à la température (3a), et - une gaine isolante (6) entourant la première liaison électrique (4a), l'enveloppe de protection (5) étant fixée à une extrémité avant (7) de la gaine isolante (6). Selon l'invention, le capteur de température (1) comprend au moins une deuxième sonde de température (2b) comprenant un deuxième élément sensible à la température (3b) relié électriquement au connecteur électrique au moyen d'une deuxième liaison électrique (4b). Le deuxième élément sensible à la température (3b) est logé dans l'enveloppe de protection (5) et la deuxième liaison électrique (4b) est entourée par la gaine isolante (6).
Description
Capteur hautes températures multi sondes
La présente invention concerne un capteur de température, notamment pour mesurer des températures élevées, par exemple supérieures à 900°C, voire à 1000°C. L'invention s'applique en particulier aux capteurs de température adaptés pour mesurer la température des gaz de véhicules automobiles tels que les gaz d’échappement, par exemple. De tels capteurs de températures sont notamment utilisés dans des systèmes de recirculation des gaz d’échappement EGR (« Exhaust Gas Recirculation »). L’invention s’applique aussi aux capteurs de température adaptés pour mesurer la température des carburants (tels que l’hydrogène, le méthane ou encore l’éthanol), le comburant (oxygène ou air) et les gaz d’échappement des piles à combustibles. L’invention est particulièrement adaptée aux mesures de température nécessitant une redondance de signal pour assurer la sécurité des personnes et des biens ou pour garantir le respect des normes de dépollution (contrôle des émissions de polluants).
Ces capteurs peuvent comprendre un élément sensible à la température, tel qu'une thermistance par exemple, relié vers l'extérieur à un circuit électrique / électronique d'exploitation d'un signal de mesure via des fils électriques.
Un tel capteur de température de l’art antérieur comprend à une extrémité une thermistance logée dans une enveloppe de protection. L’élément sensible à la température comprend deux conducteurs électriques reliés à deux fils électriques au moyen de deux connexions électriques.
Les deux fils électriques sont entourés par une gaine isolante de façon à former un faisceau électrique ou câble à isolant minéral (MIC) connecté à un boîtier électronique pour fournir une information électrique représentative de la résistance de l’élément sensible à la température et par conséquent de la température mesurée. L’enveloppe de protection est sertie et soudée sur la gaine isolante pour isoler l'intérieur du capteur de l'environnement extérieur.
En variante, ces capteurs peuvent également comprendre un thermocouple pour mesurer les hautes températures.
Les thermocouples fournissent une précision de mesure relativement élevée et un meilleur temps de réponse que les capteurs avec thermistance. 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 T2.
Le signal de tension mesuré par le voltmètre aux deuxièmes extrémités des fils métalliques est transmis vers l'extérieur à un circuit électrique / électronique d'exploitation d'un signal de mesure via des fils électriques.
La variation de tension entre les deux 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 T2.
En connaissant la température de référence T2 du point froid et la tension entre les deuxièmes extrémités des fils métalliques, il est possible de déduire la température T1 du point chaud.
La première extrémité des deux fils métalliques du thermocouple est logée dans une extrémité fermée d’une gaine isolante.
La gaine isolante comprend un cœur minéral entouré par une enveloppe métallique. La gaine isolante entoure les fils métalliques.
Ces capteurs de température doivent cependant être de plus en précis. Certaines législations nationales (tel que CARB) imposent d’ailleurs un contrôle de redondance ou de cohérence en température permettant de contrôler ou vérifier la température mesurée.
Cependant, aucun capteur de l’art antérieur ne permet d’effectuer un tel autocontrôlé de la température mesurée. L'invention a donc pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur en proposant un capteur de température permettant de réaliser des diagnostics de cohérence en température. L’invention concerne un capteur de température pour véhicule automobile comprenant : une première sonde de température comportant un premier élément sensible à la température relié électriquement à un connecteur électrique au moyen d’une première liaison électrique, une enveloppe de protection dans laquelle est logé le premier élément sensible à la température, et une gaine isolante entourant la première liaison électrique, l’enveloppe de protection étant fixée à une extrémité avant de la gaine isolante.
Selon l’invention, le capteur de température comprend au moins une deuxième sonde de température comprenant un deuxième élément sensible à la température relié électriquement au connecteur électrique au moyen d’une deuxième liaison électrique. Le deuxième élément sensible à la température est logé dans l’enveloppe de protection et la deuxième liaison électrique est entourée par la gaine isolante.
Selon un mode de réalisation possible, le capteur de température est un capteur passif. Les éléments sensibles à la température des première et deuxième sondes de température sont formés par deux thermistances distinctes comportant chacune deux fils électriques reliés à deux conducteurs formant une des liaisons électriques.
Selon un autre mode de réalisation possible, le capteur de température est un capteur actif. Les première et deuxième sondes de température sont formées par deux thermocouples distincts comprenant chacun deux fils métalliques reliés ensemble à leur première extrémité de façon à former un des éléments sensibles à la température destiné à mesurer une température chaude T1, ΤΊ. Les deux fils métalliques forment une des liaisons électriques et comprennent chacun une deuxième extrémité reliée au connecteur électrique.
Selon un autre mode de réalisation possible, lesdites première et deuxième sondes de température sont formées par deux thermocouples distincts comprenant chacun deux fils métalliques reliés ensemble à leur première extrémité de façon à former un des éléments sensibles à la température destiné à mesurer une température chaude T1, TT, les deux fils métalliques formant une des liaisons électriques et comprenant chacun une deuxième extrémité reliée au connecteur électrique. Les deux thermocouples étant différents, et par exemple un de type N et un de type K.
En variante, les première et deuxième sondes de température comprennent chacune un élément sensible à la température destiné à mesurer une température froide T2 ou T2’ associé à chaque sonde de température.
Selon une autre variante, les première et deuxième sondes de température comprennent un élément sensible à la température unique destiné à mesurer une température froide T2 commune aux deux sondes de température.
En variante, la ou les températures froides T2 et/ou T2’ sont mesurées à l’endroit des deuxièmes extrémités.
Selon une autre variante, le connecteur électrique comprend un composant électronique permettant de traiter n signaux de température générés par n sondes de température pour fournir un diagnostic de cohérence en température.
Selon une autre variante, le composant électronique du connecteur électrique calcul les diagnostics de cohérence en température lorsque le capteur de température est un capteur actif.
Selon une autre variante, le composant électronique du connecteur électrique transmet les informations de température mesurées par les sondes de température à un module électronique externe utilisant ces informations de température données par le composant électronique pour calculer les diagnostics de cohérence en température lorsque le capteur de température est un capteur actif ou passif. L’invention fournit ainsi un capteur de température destiné à mesurer des températures supérieures à 900°C dans un système de gaz d’échappement, par exemple, permettant de constituer des diagnostics de cohérence en température. L’invention permet de mesurer plusieurs températures à un même point avec le même capteur de température. L’utilisation de plusieurs signaux redondants en température permet de constituer des diagnostics de cohérence en température. Ces diagnostics de cohérence peuvent être effectués par le connecteur électrique dans le cas d’un capteur actif (thermocouple) ou par le calculateur du véhicule utilisant les informations en température pour les capteurs actif et passif.
Les caractéristiques de l'invention seront décrites plus en détail en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d’un capteur de température comprenant une thermistance selon l’art antérieur; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d’un capteur de température comprenant deux thermistances selon un premier mode de réalisation de l’invention; - la figure 3 est un schéma électrique simplifié de ce capteur de température; - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale d’un capteur de température comprenant deux thermocouples selon un deuxième mode de réalisation de l’invention; - la figure 5 est un schéma électrique simplifié de ce capteur de température; - la figure 6 est une vue en perspective d’une gaine isolante multibrins; - la figure 7 est une vue en perspective d’un connecteur électrique.
La figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d’un capteur de température 1 pour véhicule automobile selon l’art antérieur.
Le capteur de température 1 comprend une sonde de température 2 comportant un élément sensible à la température 3 relié électriquement à un connecteur électrique 10 au moyen d’une liaison électrique 4.
Le connecteur électrique 10 est destiné à recevoir un connecteur d’un véhicule qui est relié à un dispositif électronique de contrôle (non représenté). L’élément sensible à la température 3 est une thermistance. La thermistance est un composant passif en matériau semi-conducteur dont la résistance varie en fonction de la température.
La thermistance peut être du type CTN, coefficient de température négatif (ou NTC, Négative Température Coefficient en anglais) lorsque la résistance décroît en fonction de l'élévation de la température ou de type CTP, coefficient de température positif (ou PTC, Positive Température Coefficient en anglais) dans le cas contraire, telle qu'une thermistance en platine.
La thermistance comporte deux fils électriques 8, 9 reliés à deux conducteurs 11, 12 de la liaison électrique 4 par soudure, par exemple.
Le capteur de température 1 comprend une enveloppe de protection 5 (ou capuchon) dans laquelle est logé l’élément sensible à la température 3. L’enveloppe de protection 5 présente une forme générale tronconique se prolongeant longitudinalement. L’enveloppe de protection 5 est réalisée en un matériau métallique résistant à des températures élevées, tel qu'un alliage de chrome, de nickel et de fer du type Inconel® (marque déposée) ou encore en acier inoxydable réfractaire.
Comme illustré sur la figure 1, l’enveloppe de protection 5 comporte une extrémité fermée 20 ayant un diamètre plus petit que le reste de l’enveloppe de protection 5. L’élément sensible à la température 3 est disposé dans cette extrémité fermée 20.
Le capteur de température 1 comprend une gaine isolante 6 entourant les deux conducteurs 11, 12 de la liaison électrique 4. L’enveloppe de protection 5 est fixée à une extrémité avant 7 de la gaine isolante 6.
Les deux conducteurs 11, 12 sont entourés et maintenus dans la gaine isolante 6 qui présente deux canaux de passage associé chacun à l’un des deux conducteurs 11, 12 de sorte que les deux conducteurs 11,12 soient isolés entre eux et maintenus par la gaine isolante 6.
La gaine isolante 6 est par exemple de forme générale allongée selon une direction longitudinale correspond à la direction longitudinale des deux conducteurs 11, 12. Cette gaine isolante 6 peut présenter une forme générale cylindrique. À titre d'exemple, la gaine isolante 6 présente un cœur 17 en matière céramique électriquement isolant et résistante à la chaleur, qui est entouré par une couche externe 18 en acier inoxydable réfractaire. La couche externe 18 peut être en acier inoxydable, par exemple. Le cœur 17 de la gaine isolante 6 peut être en magnésie ou alumine, par exemple.
Le capteur de température 1 comprend un tube de renfort 19 entourant la gaine isolante 6. Le tube de renfort 19 entoure la gaine isolante 6 partiellement, c’est-à-dire qu’elle ne l’entoure pas sur toute sa longueur.
Le capteur de température 1 comprend un joint élastomère haute température 26 assurant une isolation entre le tube de renfort 19 et la gaine isolante 6.
Le capteur de température 1 comprend un moyen de fixation 21 destiné à être fixé sur une paroi du moteur du véhicule (non présentée). Cette paroi délimite un milieu dont on cherche à connaître la température. La paroi peut être une paroi d’un conduit d’un système d’échappement des gaz de combustion, à titre d’exemple.
Le moyen de fixation 21 est fixé au tube de renfort 19.
Le moyen de fixation 21 entoure une portion du tube de renfort 19. Lorsque le capteur de température 1 est fixé sur la paroi du véhicule, l’extrémité avant 20 de la gaine isolante 6 se situe dans l’environnement du moteur pour lequel on cherche à obtenir la température T1, cet environnement étant en contact avec des gaz d’échappement chaud, par exemple.
Le moyen de fixation 21 forme une étanchéité entre l’environnement du moteur et l’extérieur.
Le moyen de fixation 21 comporte une vis 22 destinée à être vissée dans un orifice fileté prévu dans la paroi du véhicule.
Selon l’invention, le capteur de température 1 comprend au moins une deuxième sonde de température 2b comprenant un deuxième élément sensible à la température 3b relié électriquement au connecteur électrique 10 au moyen d’une deuxième liaison électrique 4b.
Le deuxième élément sensible à la température 3b est logé dans l’enveloppe de protection 5 et la deuxième liaison électrique 4b est entourée par la gaine isolante 6.
La figure 2 illustre un premier mode de réalisation possible dans lequel le capteur de température 1 est un capteur comprenant deux sondes de température 2a, 2b.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le capteur est un capteur passif.
En variante, le capteur de température 1 peut comprendre plus que deux sondes de température 2a, 2b, c’est-à-dire n sondes de température 2a, 2b, n étant supérieur ou égale à 2.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le capteur comporte deux conducteurs 11,12 en Constantan pour une première sonde platine et deux conducteurs 11,12 en Kanthal pour une seconde sonde platine.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le capteur comporte avec n couples de conducteurs, n étant égale ou supérieur à 2. L’enveloppe de protection 5 intègre ainsi les n éléments sensibles à la température 3a, 3b. La gaine isolante 6 entoure n deuxièmes liaisons électriques 4b, soit n paires de conducteurs 11, 12.
Dans l’exemple de la figure 2, les éléments sensibles à la température 3a, 3b des première et deuxième sondes de température 2a, 2b sont formés par deux thermistances distinctes comportant chacune deux fils électriques 8, 9 reliés à deux conducteurs 11,12 d’une des liaisons électriques 4a, 4b. Les deux conducteurs 11, 12 forment une des liaisons électriques 4a, 4b.
Plus précisément, ces deux thermistances sont des sondes platine générant deux signaux de température.
La gaine isolante 6 comprend deux liaisons électriques 4a, 4b, soit quatre conducteurs 11,12, comme illustré sur la figure 6.
La gaine isolante 6 est telle que décrite précédemment et comprend un cœur 17 en matière céramique électriquement isolant et résistante à la chaleur, qui est entouré par une couche externe 18 en acier inoxydable réfractaire.
Le capteur de température 1 est telle que décrit précédemment à la différence qu’il comprend deux thermistances.
La figure 3 donne le détail du schéma électrique de ce capteur de température 1.
La résistance Ftpia ou R’pia de l’élément sensible à la température 3a, 3b est représentative de la température mesurée. Elle est donc variable en fonction de la température. La résistance Ftpu est fixe.
Les tensions d’excitation E et Ui sont donnés selon les formules suivantes :
Les tensions U1 et U’i varient en fonction de la température.
La figure 4 illustre un deuxième mode de réalisation possible dans lequel le capteur de température 1 est un capteur actif.
Les première et deuxième sondes de température 2a, 2b sont formées par deux thermocouples distincts comprenant chacun deux fils métalliques 13, 14 reliés ensemble à leur première extrémité 15 de façon à former un des éléments sensibles à la température 3a, 3b, dit point chaud ou soudure chaude. Il est destiné à mesurer une température chaude T1, T1 ’ dans le milieu à mesurer (gaz d’échappement par exemple).
Les deux fils métalliques 13, 14 forment une des liaisons électriques 4a, 4b et comprennent chacun une deuxième extrémité 23 reliée au connecteur électrique 10.
Les deux fils métalliques 13, 14 forment ainsi deux liaisons électriques 4a, 4b avec deux deuxièmes extrémités 23. Les deux sondes de température 2a, 2b (ou thermocouples) fournissent donc quatre fils métalliques 13, 14 entourés par la gaine isolante 6, comme illustré sur la figure 6.
Selon une variante, les première et deuxième sondes de température 2a, 2b comprennent chacune un élément sensible à la température destiné à mesurer une température froide T2 ou T2’. Chaque élément sensible à la température destiné à mesurer une température froide T2 ou T2’ est associé à une sonde de température 2a, 2b distincte.
Les fils métalliques 13, 14 sont constitués de deux métaux différents, comme par exemple un couple de métaux Nisil/Nicrosil. Le thermocouple est de type J, K, T, R, S, N, par exemple.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le capteur est composé de deux thermocouples différents, par exemple un de type N et un de type K.
La figure 5 illustre un exemple de schéma électrique pour cette variante.
Les deuxièmes extrémités 23 des deux fils métalliques 13, 14 sont connectées électriquement à un voltmètre mesurant une tension V, V’ entre les deux deuxièmes extrémités 23.
En connaissant la température de référence T2, T’2 à un point froid distant du point chaud, et la tension V, V’ aux deuxièmes extrémités 23 des fils métalliques 13, 14 du thermocouple, on en déduit la température T1, ΤΊ de la soudure chaude ou
point chaud qui correspond à la température du milieu à mesurer dans le moteur du véhicule.
Comme illustré sur la figure 7 et quel que soit le mode de réalisation, le connecteur électrique 10 comprend un composant électronique 16.
Le voltmètre est intégré dans le composant électronique 16.
Selon une variante (non représentée), les première et deuxième sondes de température 2a, 2b comprennent un élément sensible à la température unique destiné à mesurer une température froide T2 commune aux deux sondes de température 2a, 2b. Une seule température froide T2 est ainsi mesurée pour les deux sondes de température 2a, 2b, simplifiant le capteur 1 et réduisant les coûts.
De préférence, la ou les températures froides T2 et/ou T2’ sont mesurées à l’endroit des deuxièmes extrémités 23.
Le ou les éléments sensibles à la température destinés à mesurer une température froide T2 sont intégrés dans le composant électronique 16.
Comme illustré sur la figure 1 et pour le mode de réalisation de la figure 2, la gaine isolante 6 présente un cœur 17 en matière céramique électriquement isolant et résistante à la chaleur, qui est entouré par une couche externe 18 en acier réfractaire.
Le capteur de température 1 comprend un tube de renfort 19 entourant la gaine isolante 6. Le tube de renfort 19 entoure la gaine isolante 6 partiellement, c’est-à-dire qu’elle ne l’entoure pas sur toute sa longueur.
Le capteur de température 1 comprend un moyen de fixation 21 destiné à être fixé sur une paroi du moteur du véhicule (non présentée).
Le composant électronique 16 permet aussi de traiter n signaux de température générés par n sondes de température 2a, 2b pour fournir un diagnostic de cohérence en température, n étant supérieur ou égal à 2.
Il est ainsi possible d’autocontrôler la température T1 mesurée dans le véhicule.
Le composant électronique 16 peut également réaliser des fonctions de filtrage, amplification, contrôle et transmission des données, entre autre.
Le connecteur électrique 10 comprend un moyen de connexion 24 comprenant trois languettes de connexion 25 pour la connexion à un module électronique externe.
Les diagnostics de cohérence en température peuvent être calculés par le composant électronique 16 du connecteur électrique 10 dans le cas d’un capteur actif (Thermocouple).
En variante, les diagnostics de cohérence en température peuvent être calculés par le module électronique externe (calculateur) du véhicule utilisant les informations de température données par le composant électronique 16 du connecteur électrique (10 dans le cas d’un capteur actif (thermocouple) ou passif (thermistance).
Claims (7)
- REVENDICATIONS1. Capteur de température (1 ) pour véhicule automobile comprenant : - une première sonde de température (2a) comportant un premier élément sensible à la température (3a) relié électriquement à un connecteur électrique (10) au moyen d’une première liaison électrique (4a), - une enveloppe de protection (5) dans laquelle est logé le premier élément sensible à la température (3a), et - une gaine isolante (6) entourant la première liaison électrique (4a), l’enveloppe de protection (5) étant fixée à une extrémité avant (7) de la gaine isolante (6), caractérisé en ce qu’il comprend: - au moins une deuxième sonde de température (2b) comprenant un deuxième élément sensible à la température (3b) relié électriquement au connecteur électrique (10) au moyen d’une deuxième liaison électrique (4b), ledit deuxième élément sensible à la température (3b) étant logé dans l’enveloppe de protection (5) et ladite deuxième liaison électrique (4b) étant entourée par la gaine isolante (6).
- 2. Capteur de température (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce lesdits éléments sensibles à la température (3a, 3b) desdites première et deuxième sondes de température (2a, 2b) sont formés par deux thermistances distinctes comportant chacune deux fils électriques (8, 9) reliés à deux conducteurs (11, 12) formant une des liaisons électriques (4a, 4b).
- 3. Capteur de température (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites première et deuxième sondes de température (2a, 2b) sont formées par deux thermocouples distincts comprenant chacun deux fils métalliques (13, 14) reliés ensemble à leur première extrémité (15) de façon à former un des éléments sensibles à la température (3a, 3b) destiné à mesurer une température chaude T1, TT, les deux fils métalliques (13, 14) formant une des liaisons électriques (4a, 4b) et comprenant chacun une deuxième extrémité (23) reliée au connecteur électrique (10).
- 4. Capteur de température (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites première et deuxième sondes de température (2a, 2b) comprennent chacune un élément sensible à la température destiné à mesurer une température froide T2 ou T2’ associé à chaque sonde de température (2a, 2b).
- 5. Capteur de température (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites première et deuxième sondes de température (2a, 2b) comprennent un élément sensible à la température unique destiné à mesurer une température froide T2 commune aux deux sondes de température (2a, 2b).
- 6. Capteur de température (1) selon l’une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la ou les températures froides T2 et/ou T2’ sont mesurées à l’endroit des deuxièmes extrémités (23).
- 7. Capteur de température (1) selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le connecteur électrique (10) comprend un composant électronique (16) permettant de traiter n signaux de température générés par n sondes de température (2a, 2b) pour fournir un diagnostic de cohérence en température.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Effective date: 20181109 |
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| PLFP | Fee payment |
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