WO2022017850A1 - Capteur capacitif haute temperature - Google Patents

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WO2022017850A1
WO2022017850A1 PCT/EP2021/069307 EP2021069307W WO2022017850A1 WO 2022017850 A1 WO2022017850 A1 WO 2022017850A1 EP 2021069307 W EP2021069307 W EP 2021069307W WO 2022017850 A1 WO2022017850 A1 WO 2022017850A1
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capacitive sensor
electrode
rear face
capacitive
sensor
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PCT/EP2021/069307
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Inventor
Jean-Pierre RUFFINI
Didier Roziere
Dalya ESPANA
Original Assignee
Fogale Nanotech
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/483—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by variable capacitance detectors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945—Proximity switches
    • H03K17/955—Proximity switches using a capacitive detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/24—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/96—Touch switches
    • H03K2017/9602—Touch switches characterised by the type or shape of the sensing electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a capacitive sensor intended to be implemented on rotating machines, such as jet engines or turbomachines such as electric generator turbines.
  • the field of the invention is more particularly but in a non-limiting manner that of capacitive sensors intended for use in high temperature environments (>600° C.).
  • a capacitive sensor can be used to determine mechanical play, distance, or passing times of an object using capacitance measurements. It comprises a body and an electrode electrically insulated from the body by a dielectric or ceramic element. The electrode and the electrically insulating element form a measuring head.
  • a conductive object, whose distance or distance variation is to be determined, and the electrode of the sensor form a capacitor whose capacitance is measured. A distance or a distance variation is deduced from this capacitance measurement.
  • Such sensors can, for example, be intended to be implemented to perform measurements or checks in reactors or turbomachines.
  • the position of the blades of a machine relative to a frame, the passage times of these blades or information on their vibratory state can thus be obtained.
  • Capacitive sensors must be able to operate in particularly demanding environments, with high temperature and pressure conditions (for example, above 800°C or 1000°C with several tens of bars), with significant mechanical vibrations and in the presence of corrosive gases. High temperatures have a direct influence on the mechanical and electrical properties of sensor materials and their interfaces, including:
  • the electrical properties of the materials can be modified and degraded.
  • the technology to be implemented for the assembly of a capacitive sensor must make it possible to produce durable and high quality connections between the materials selected for their performance at high temperature. Also, it is necessary that the assembled materials be as compatible as possible in terms of coefficients of thermal expansion and ductility.
  • connection for the assembly of the various parts forming the capacitive sensor Special requirements are also expected from the connections for the assembly of the various parts forming the capacitive sensor. In addition to the difficulty of finding suitable assembly methods, the connections made must be reliable and able to guarantee prolonged use despite the requirements imposed by corrosive operating environments and high temperatures.
  • the head of the capacitive sensor (formed by the electrode surrounded by electrical insulation) is generally placed in the center of a metallic structure which forms a body for the sensor.
  • This body makes it possible to mount the sensor on fixed supports, in particular the frame of a machine.
  • Different body geometries can be used for the same type of measuring head depending on the application needs.
  • Due to its larger dimensions than those of the head of the capacitive sensor the body is generally formed of a less expensive conductive material. The difference in material is accompanied by an increase in the difference in the coefficients of thermal expansion. Assembly techniques must be developed specifically for the assembly of the measuring head and the sensor body.
  • the sensors must be designed and manufactured in such a way that an unexpected break in one of the connections between the elements forming the capacitive sensor cannot cause one of the parts to protrude or detach and then fall into the chamber. of the turbomachine.
  • An object of the present invention is to overcome these drawbacks.
  • An object of the present invention is to provide a capacitive sensor compatible with prolonged use under demanding temperature and pressure conditions and the presence of corrosive gases.
  • a capacitive sensor intended to be implemented on a rotating machine, comprising:
  • a measuring head comprising a conductive part forming a measuring electrode and having a surface, called detection surface, intended to be positioned facing an object to be measured or to be detected, and a first dielectric element formed by a dielectric material , surrounding said measuring electrode;
  • a body formed from an electrically conductive or metallic material and positioned around the measuring head, said body having a rear face, called the first rear face, positioned opposite the detection surface; which sensor further comprises an intermediate part, made of metallic material, placed between the measuring head and the body and having a rear face, called second rear face, positioned opposite the detection surface, said intermediate part and said body being connected by at least one weld extending from the first rear face and/or from the second rear face along a so-called interface region between the body and the intermediate piece.
  • the capacitive sensor of the invention is suitable for use for measuring moving objects in a room with high temperatures and containing corrosive gases.
  • it is suitable, or intended, for measuring the positions of rotating blades in machines, in particular in environments with temperatures above 600°C, or even above 800°C, or even above 1000°C, or even above 1500°C.
  • such machines can be turbomachines, such as combustion turbines in general or gas turbines in particular, generators such as turbopumps or turbochargers, turbojets, turboprops or turboshaft engines.
  • turbomachines such as combustion turbines in general or gas turbines in particular, generators such as turbopumps or turbochargers, turbojets, turboprops or turboshaft engines.
  • the intermediate piece can be linked on one side to the measuring head and on the other to the body of the sensor.
  • This part is selected so that it can be assembled with the body by welding. In the arrangement of the invention, this is carried out at the rear of the sensor, that is to say on the section of the sensor furthest from the high temperature zone of a combustion chamber and the least exposed to gases. In this configuration, the weld is therefore more reliable because it is less exposed to damage generated by the environment facing the capacitive sensor.
  • the weld may extend around the intermediate piece continuously.
  • a continuous weld thus makes it possible to seal the space between the body of the sensor and the measuring head.
  • the gases circulating in the chamber of the rotating machine cannot thus propagate to the rear of the sensor and damage the elements placed at the rear of the sensor.
  • These elements can be a transmission cable with its sheath, solders or other parts forming the sensor.
  • the welding can be carried out by laser or by electron beam.
  • the weld may extend between the intermediate piece and the body to a depth greater than 0.1mm.
  • the weld may extend over a depth greater than 0.3 mm. Even more preferentially, the weld can extend over a depth greater than 0.5 mm.
  • the interface region may comprise a so-called support region, extending under the first rear face or under the second rear face.
  • the interface region can be arranged so that the intermediate part is retained by the body in the direction opposite to that going towards the measurement surface.
  • the body of the sensor and the intermediate piece can be arranged so that the body retains the intermediate piece to prevent it from falling or protrusion in the direction of the detection surface, and in the rotating machine if necessary.
  • the body is fixed to the machine (on the frame) either directly or via another part. As these elements do not intervene directly on the electrical performance of the capacitive sensor, it is easier to select the choice of materials of which they are composed and their fixing means.
  • the body thus fixed to the chassis can represent a support for the other parts forming the capacitive sensor and in particular the intermediate part.
  • the latter can be machined so as to be able to be retained by a part of the body which will have been machined according to a complementary shape.
  • the body can thus form a step, or a shoulder, forming the support region on which the intermediate piece can come to rest. This bearing region makes it possible to prevent the fall of the intermediate part or its protrusion towards the chamber of the rotating machine.
  • the weld may extend into the interface region between the first rear face and/or the second rear face, and the bearing region.
  • the bearing region allows the extent and quality of the weld to be controlled.
  • the landing region imposes a breakpoint for the weld that extends vertically from at least one of the rear faces.
  • the length of the weld is thus controlled in part by the shape and dimensions of the body and of the intermediate part and not only by the manufacturing process of the weld. Weld uniformity can also be better controlled along the interface between the parts to be bonded. A greater homogeneity of the composition of the materials forming the region worked can also be obtained, making it possible to guarantee a better reliability of the connection.
  • the measuring electrode can be a solid piece of platinum or of an alloy mainly comprising platinum.
  • the measuring electrode can also be a solid part comprising one of the following components: rhodium (Rh), iridium (Ir), aluminum (Al), gold (Au).
  • the first dielectric element can be a solid piece of ceramic of the alumina type.
  • the intermediate piece can be formed from the same material as the measurement electrode.
  • the materials forming the electrode and the first dielectric element can be selected for their resistance to high temperature and their compatible coefficients of thermal expansion. These parts are assembled, preferably, by a brazing process.
  • the use of an intermediate piece formed from the same material as the electrode makes it possible to maintain the compatibility of the coefficients of thermal expansion and to maintain the same quality of solder used for the connection between the measurement electrode and the first dielectric element .
  • the body can be formed from a nickel-based alloy. These alloys have good resistance to oxidation and corrosion and are suitable for the conditions involved in reactors or energy turbines.
  • An alumino-forming nickel alloy or an alloy based on nickel and chromium can in particular be used.
  • the capacitive sensor according to the invention may further comprise a so-called attachment piece, fixed to the measurement electrode, on the side opposite the detection surface, and extending opposite at least one piece of said capacitive sensor surrounding the measuring electrode.
  • the attachment part can in particular be fixed directly around the measuring electrode. It can for example be fixed on a part of the measurement electrode extending beyond the other parts of the sensor, on the side opposite to the detection surface.
  • the attachment part makes it possible to prevent detachment of the measuring electrode with respect to the rest of the sensor. It can therefore represent a point of attachment for the measuring electrode on the sensor and can form a safety device in the event that the first assembly means of the measuring electrode were to deteriorate and give way.
  • This first assembly means may, for example, be a solder fabricated between the measuring electrode and the dielectric element surrounding it. This solder could be weakened due to exposure to corrosive gases at high temperatures during machine operation and then fail due to the presence of high vibrations.
  • the attachment part is therefore provided to remain attached to the measuring electrode and to retain it by abutting on one of the rear faces of one of the other elements of the capacitive sensor.
  • the attachment may be metallic or may be formed from an alumino-forming nickel alloy or an alloy based on nickel and chromium.
  • the attachment part can be fixed to the measuring electrode by welding.
  • the attachment part can be fixed to the measuring electrode by means of a thread. It can in particular be screwed onto said thread. This approach can thus be supplemented by a weld between the attachment part and the electrode in order to form a stopping point to secure the assembly.
  • the attachment piece can be fixed to the measurement electrode by bayonet assembly.
  • the assembly part may comprise a lug arranged to slide along a longitudinal groove of the measuring electrode and be inserted into a notch or a transverse groove of said measuring electrode.
  • a weld between the attachment piece and the electrode can also be formed to form a stop point and secure the assembly.
  • the attachment piece may have a lateral extension dimension less than or equal to the lateral extension dimension of the dielectric element surrounding the measurement electrode.
  • the dielectric element thus has a rear surface large enough to be able to retain the whole of the attachment piece. It is particularly well suited for cases where the attachment part is metallic and to prevent a electrical contact between the measuring electrode and another conductive part of the capacitive sensor via the attachment part.
  • the attachment part can be in contact with at least one of the elements other than the measuring head forming the capacitive sensor.
  • the measuring head may further comprise:
  • This embodiment of the invention is suitable for the manufacture of so-called triaxial sensors.
  • the conductive part can be polarized at the same electric potential as that of the measuring electrode. This makes it possible to reduce, in particular, the leakage currents between the measuring electrode and the environment by minimizing the influence of parasitic capacitances.
  • a capacitive detection system comprising the capacitive sensor according to the invention and capacitive detection electronics.
  • the capacitive sensor can be connected to the capacitive detection electronics by a transfer cable, preferably coaxial or triaxial.
  • the detection electronics can be configured to bias the measurement electrode to an alternating potential, called work, different from a ground potential (M) of the machine at a working frequency, and detect a signal (Vs) relating to the capacitance (Ceo), called electrode-object, seen by the measurement electrode in the presence of an object such as a blade.
  • the detection electronics can for example comprise an electronic circuit making it possible to detect the current generated at the level of the measurement electrode at the working frequency, such as a transimpedance or charge amplifier.
  • the detection electronics may further comprise an oscillator supplying the work potential.
  • a rotating machine comprising the capacitive detection system of the invention, with at least one capacitive sensor positioned so as to measure blades of said rotating machine.
  • Such rotating machines can be or comprise generators (for example turbopumps or turbocompressors), turbomachines (such as gas turbines) or reactors (such as turbojets).
  • the capacitive detection system can make it possible to obtain information on the distance or the mechanical play of the blades with respect to the sensor. It can also make it possible to obtain information on the passage times of the blades in front of the sensor, with in particular information on their speed and/or their respective vibratory state.
  • FIGURE 1 illustrates a schematic representation of a capacitive sensor
  • FIGURE 2 illustrates an example of a capacitive sensor according to the invention
  • FIGURES 3(a), 3(b), 3(c), 3(d) show different examples of implementation of the sensor according to the invention
  • FIGURE 4 schematically represents a detail of a region of the capacitive sensor of the invention
  • FIGURE 5 illustrates another example of a capacitive sensor according to the invention
  • FIGURE 6 illustrates an example of a capacitive detection system implementing a capacitive sensor according to the invention.
  • FIGURE 7 illustrates an example of a machine provided with a capacitive detection system according to the invention. It is understood that the embodiments which will be described below are in no way limiting. In particular, variants of the invention may be imagined comprising only a selection of characteristics described below isolated from the other characteristics described, if this selection of characteristics is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the prior art. This selection includes at least one preferably functional feature without structural details, or with only part of the structural details if only this part is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art.
  • a capacitive sensor 100 This comprises a measurement electrode 102 extending from the front face 104 of the sensor along its axis of symmetry 106.
  • the measurement electrode 102 is surrounded by a dielectric element 108.
  • the measurement electrode 102 is connected to a cable 110 for transferring a signal measured by the measurement electrode 102 to a signal processing system (not shown).
  • the cable 110 can also have the function of biasing the measurement electrode 102 to an electric potential.
  • the capacitive sensor is of the axisymmetric type, in a coaxial arrangement.
  • the measuring electrode 102 - dielectric element 108 assembly also called the measuring head of the sensor, is fixed in a body 112, which can be connected to an electrical ground.
  • the measuring heads can have a diameter of the order of a millimeter up to several centimeters.
  • the sensor 100 can be, for example, inserted into a wall of a turbomachine to measure the passage of rotating blades, and in particular their distance or their mechanical clearance, their passage time and/or their vibratory state. respective, by measuring the capacitive coupling between these blades and the measuring electrode 102.
  • the configuration of the capacitive sensor 100 as represented in FIG. 1 is not necessarily suitable for use in a corrosive environment under high temperatures and pressures, and involving high mechanical vibrations. Indeed, it is necessary that the connections implemented during the assembly of the parts constituting it remain reliable over time and that the parts do not come off.
  • FIGURE 2 shows a schematic illustration of an example of a capacitive sensor according to the invention.
  • the capacitive sensor 200 comprises a measuring head 202, consisting of an electrode 204 extending from the front face 206, and of a dielectric element 208. It also comprises a metallic body 210. In the example presented and not limiting , these elements are concentric and have an axis of symmetry with respect to the axis 212.
  • the dielectric element 208 is made of alumina, that is to say aluminum oxide, and the electrode 204 is made of platinum (Pt).
  • alumina that is to say aluminum oxide
  • platinum Pt
  • These materials have the advantages of having compatible ductilities and thermal expansion coefficients for temperatures even above 1500°C. Platinum has a melting point of 1768°C, which makes it a material suited to the requirements of the targeted applications. Platinum also has great resistance to corrosion and oxidation.
  • Alumina is an insulating material that maintains dielectric characteristics over a wide temperature spectrum.
  • solders 214a between electrode 204 and dielectric 208 are illustrated in FIG. 2.
  • solders 214a between electrode 204 and dielectric 208 are illustrated in FIG. 2.
  • an increasingly controlled composition of the latter is necessary because the heat tends to increase the diffusion of the foreign species, which is likely to influence the dielectric behavior and the conductivity.
  • the conductive material forming the body 210 is preferably an alumino-forming nickel alloy. These materials are particularly well suited to the conditions involved in reactors or energy turbines because they have good resistance to oxidation and corrosion. However, they have a coefficient of expansion which is higher than that of the alumina forming the dielectric 208. This difference in coefficient of thermal expansion, added to the high purity requirements of the alumina, make assembly difficult.
  • An intermediate conductive part 216 is placed between the alumina 208 and the metallic body 210 of the capacitive sensor in order to facilitate the making of the connection between the body of the sensor 210 and the measuring head 202.
  • This part is preferably made of platinum.
  • a weld 218 is made and forms a mixture consisting of the two materials.
  • the operating limit temperature of this solder is that of the materials forming it, and not that of an additional material, for example, necessary for the formation of a solder.
  • the intermediate plate part 216 is linked to the dielectric element 208 by a solder 214b.
  • the electrical properties of the alumina changing, and in particular its conductivity increasing, it may result in the piece of alumina 208 and the solder 214b forming an electrical connection between the electrode 204 and the intermediate conductive piece 216
  • the electrode 204 is then no longer electrically insulated, in particular from the body 210, typically polarized at ground potential, and the performance of the capacitive sensor 200 is degraded.
  • the influence of this phenomenon can be reduced by increasing the thickness (diameter) of the dielectric piece 208.
  • this approach induces an increase in the overall size of the capacitive sensor. which is, in general, imposed by the needs of the application.
  • An alternative approach is to keep the thickness of the alumina relatively thin at the front face and greater elsewhere. To do this, the electrode has a large front surface, imposed by the needs of the measurements, and a rear part with a smaller diameter. As shown in Figure 2, electrode 204 is shaped like a flat-headed nail.
  • solders between the electrode and the dielectric part and between the dielectric part and the intermediate conductive part are made from the rear faces of the sensor, that is to say where the thickness of dielectric is important.
  • the absence of solder keeps an air interface between the dielectric element and the various conductive parts. This interface makes it possible to contribute to maintaining the dielectric constant and the conductivity between the electrode 204 and the intermediate part 208 adapted to the performance constraints of the sensor.
  • the position of the solders 214a, 214b made at the rear of the sensor also have the advantage of being less exposed to temperatures and to corrosive gases. This reduces their oxidation and the rate of degradation.
  • the capacitive sensor 200 is also suitable for preventing the detachment or protrusion, towards the interior of the machine, of parts forming it.
  • the body 210 which is intended to be fixed to a wall of the machine, is designed to have a step or a shoulder 220 intended to form a support region and retain the conductive part 216, so as to prevent the slipping of the part. -ci in the direction of the front face 206.
  • the conductive part 216 is provided to contain at least two steps or shoulders.
  • a first step is provided to form a support region and come to rest on the step 220 of the body 210 and a second step 222 is provided to form another support region and hold the dielectric part 208.
  • the support regions can be perpendicular to the axis of the sensor as illustrated, or comprise inclined surfaces, such as for example of conical shape.
  • Each element forming the capacitive sensor can thus be retained by another element so that it cannot slide inside the machine, with the exception of the electrode 204.
  • the capacitive sensor 200 of the invention comprises an additional attachment part 224.
  • This is represented in FIG. 2 by a washer which is slid along the electrode on the side of the rear face.
  • the attachment piece 224 is assembled on the electrode to be secured thereto. Its dimensions are adjusted so that it can rest on one of the other parts of the sensor either when assembling the sensor or if the electrode 204 becomes detached from the rest of the sensor.
  • the attachment piece 224 thus makes it possible to retain the electrode 204 and prevent it from falling or protruding into the machine.
  • the room additional 224 is provided to extend opposite the piece of alumina 208 and abut against it.
  • FIGURE 3(a) illustrates an embodiment in which the connection between the attachment piece 224 and the electrode 204 is achieved by means of a weld 301.
  • the use of a weld is made possible thanks to the use of a metal attachment 224.
  • Solder 301 is positioned behind the sensor, which reduces its exposure to high temperatures and risks of corrosion, thus making it possible to increase its reliability.
  • the attachment part 224 is drawn in transparency.
  • FIGURE 3(b) illustrates another embodiment of the connection between attachment 224 and electrode 204.
  • at least a portion of section 302 representing the back portion of electrode 204 is threaded.
  • a thread is also provided on the attachment piece 224, which allows it to be screwed onto the threaded section of the electrode 204.
  • the thread is represented by element 304 in Figure 3(b).
  • the attachment part 224 is drawn in transparency.
  • a weld (not shown in Figure 3(b)) may be made to strengthen the bond by creating a breakpoint, for example, between attachment 224 and electrode 204.
  • FIGURE 3(c) and Figure 3(d) illustrate another embodiment of the attachment piece 224 and electrode 204 assembly.
  • a bayonet attachment system is used.
  • a longitudinal groove 306 is dug along part of the rod 302 of the measuring electrode 204.
  • the attachment part 224 (shown in transparency in FIG. 3c) contains a lug 308 which can slide along the longitudinal groove and fit into a notch or a transverse groove made on the rod 302.
  • a weld (not shown) can be made to reinforce the connection between the attachment part 224 and the electrode 204.
  • multiple welds 218 may be distributed along the interface at discrete points.
  • the weld 218 is continuous all along the interface. This thus makes it possible to obtain a Sealing to prevent, for example, humidity or gases from entering the connection cable and damaging it and other elements at the rear of the sensor.
  • the body 210 depends on the configuration imposed by the user of the turbomachine. Typically, this can extend over lengths ranging from one centimeter to several decimeters.
  • the intermediate piece 216 is preferably maintained at relatively small dimensions (typically about 0.5 mm thick between the body and the dielectric element). This reduces the mechanical stresses on the link and keeps the sensor dimensions small.
  • Solder 218 is made at the rear of the capacitive sensor. That is to say, it is made from the surfaces of the body 210 and of the piece of conductive material 216 opposite the front face 206 facing the object to be measured.
  • the position of the weld at the rear of the sensor keeps it away from high temperatures and gases circulating in the machine chamber, thus making it more reliable because, in particular, less subject to degradation due to problems. oxidation and corrosion.
  • the welding linking the body of the sensor to the metallic element is produced by a laser process.
  • a neutral gas Nirogen, Aron/Helium mixture
  • Another embodiment of the weld is the use of an electron beam.
  • the rear surfaces of the body 210 and of the metallic element 216 are aligned along the same plane to form a plate.
  • This particular configuration is that illustrated by FIG. 2. It makes it possible to have a laser (or electron) beam perpendicular to the surface and which can be aligned with respect to the walls to be welded in order to be able to better control the quality of the weld.
  • This arrangement is represented by Figure 4a and Figure 4b which show a detail view of the zone 226 illustrated in Figure 2. This zone is the interface region between the body 210 and the metal element 216 forming the step or shoulder 220.
  • Shoulder 220 is formed by the two interface segments 402 and 404 shown in FIGURE 4a.
  • the first segment 402 represents a zone receiving the solder 218 extending from the rear faces of the body 210 and of the conductive element 216 to the interface segment 404 extending under the intermediate part 216.
  • the interface segment 404 which forms the bearing region or surface, also makes it possible to form a stopping point for the weld 218, the shoulder of the body 210 stopping the interface region.
  • the quality of the weld 218 is thus controlled thanks to the control of its depth. Indeed, the deepest section of the weld (the one furthest from the energy source) is the most difficult to control and therefore potentially the least reliable. It is also the section that is closest to the regions that may have high temperatures and contain corrosive gases, and therefore likely to degrade the fastest.
  • the presence of the discontinuity formed by the angle between the segment 402 and the segment 404 makes it possible to ensure better repeatability of the overall quality of the weld, and in particular of its lower section.
  • the stopping of the welding being imposed by the body 210.
  • the dimensions of the shoulder allow control of the bond interface length.
  • a preferred length to ensure reliable operation at temperatures above 1200°C is 0.1mm, more preferably 0.3mm and even more preferably 0.5mm. These thickness values make it possible both to guarantee a sufficient connection between the body 210 and the intermediate piece 216 and to reduce the cost of the materials.
  • solder 214a between electrode 204 and dielectric element 208, and/or solder 214b between dielectric element 208 and PCB part 216 are illustrated. These are made using a filler material.
  • solders are made on the rear surfaces of the sensor. These solders can however also be made from the front faces. Like solder, solder can be continuous along the interface of the connected materials to provide isolation between the front and back of the sensor.
  • the body of the sensor 210 can be made up of several distinct parts.
  • a first part is connected to the measuring head according to the implementation of the invention. This part is small enough to be handled and connected with reduced difficulty to the measuring head.
  • a second part constituting the body of the sensor is then connected to the first with known connecting means. The realization of this connection is facilitated by the fact that it can be carried out on similar or identical materials and because it can be positioned at a distance away from the zones exposed to high temperatures. This approach is well suited for making welds from the rear faces of the capacitive sensor.
  • FIGURE 5 is a schematic representation of another non-limiting embodiment of a capacitive sensor according to the invention and representing a triaxial structure. This configuration is used with the aim of reducing the leakage currents between the measurement electrode and the conductive elements of its environment by parasitic capacitances.
  • the capacitive sensor 500 comprises a measurement electrode 204 which extends from the front face 206 of the sensor along its axis of symmetry 212.
  • the measurement electrode 204 is surrounded by a first dielectric element 208.
  • the measurement electrode 204 is connected to a cable 502 for transferring a signal measured by the electrode 204 to a signal processing system (not shown) . Cable 502 can also be used to bring a bias signal to measurement electrode 204.
  • the capacitive sensor 500 comprises an intermediate part 510 made of electrically conductive material.
  • this intermediate piece 510 is used as a guard electrode, arranged around the first dielectric element 208.
  • the intermediate piece 510 can be polarized at the same electrical potential as that of the guard electrode. measure 204. This potential is generally called guard potential.
  • This intermediate piece 510 is thus used to maintain an almost zero potential difference between it and the electrode, which makes it possible to reduce the influence of parasitic capacitances.
  • the guard electrode constituted by intermediate piece 510 is also connected to signal transfer cable 502, so as to be polarized at the same potential as that of electrode 204.
  • the capacitive sensor 500 then comprises a second dielectric element 208', arranged around the guard electrode.
  • the electrode 204 - first dielectric element 208 - guard electrode 510 - second dielectric element 208' assembly, forming the measuring head 504 of the sensor, is fixed in a sensor body 506, which can be connected to an electrical ground.
  • a piece of conductive material 508 is placed between the measuring head of the sensor 504 and the metal body 506 in order to be able to produce a weld 218 according to the preferred implementations of the invention.
  • solders 214a-d The respective connections between the elements 204, 208, 510, 208' and 508 can be made, for example, by solders 214a-d. These solders can be made by access along the front faces or along the rear faces of the sensor. Figure 5 shows a configuration for which all the solders are made by access along the rear faces.
  • the elements 208, 208', 510, 508 and 506 are provided to have steps or shoulders making it possible to support the element that it surrounds in a similar manner described above, in order to prevent a potential fall or protrusion of a element in the machine.
  • the fall or the protrusion of the measuring electrode 204 is prevented by an attachment part 224.
  • FIGURE 6 illustrates an example of a capacitive detection system implementing the capacitive sensor of the invention.
  • Capacitive sensor 200 is connected to capacitive detection electronics 602 by a transfer cable 110, preferably coaxial or triaxial.
  • the detection electronics are configured to bias the measurement electrode 204 to an alternating potential, called work, different from a ground potential (M) of the machine at a working frequency, and detect a signal (Vs) relating to the capacitance (Ceo), called object-electrode, seen by the measuring electrode 204.
  • the detection electronics 204 can comprise an electronic circuit making it possible to detect the current generated at the level of the measurement electrode at the working frequency, such as a transimpedance or charge amplifier.
  • This transimpedance amplifier may in particular comprise an operational amplifier (AO), or a circuit producing an operational amplifier, with a feedback capacitor.
  • AO operational amplifier
  • the output of the AO provides a voltage V s whose amplitude is a function of the capacitance, called electrode-object capacitance, seen by the measurement electrode connected to the first input of the AO.
  • the output of the AO may be connected, directly or indirectly, to a synchronous demodulator, which may or may not be part of the capacitive detection device according to the invention.
  • the detection electronics 204 may further comprise an oscillator supplying the working potential, used as the excitation potential of the measurement electrode 204.
  • a capacitive detection system can implement the capacitive sensor 500 connected to a capacitive detection electronics 602 by a transfer cable 502.
  • the detection electronics can be configured, among other things, to polarize the measurement electrode 204 and guard electrode 216 at work potential.
  • FIGURE 7 illustrates an example of a rotating machine 700 provided with a capacitive detection system 600 according to the invention.
  • Such rotating machines can be turbomachines, generators or reactors, comprising a frame or a casing 702 and rotating blades 704, as shown by the arrow in the figure, around an axis.
  • At least one capacitive sensor 200 (respectively 500) is mounted on the frame 702 of the rotating machine, the detection surface 206 facing the blades of the machine.
  • the capacitive sensor 200 (respectively 500) is connected to detection electronics 602 by a transfer cable 110 (respectively 502).

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Abstract

La présente invention concerne un capteur capacitif comprenant une tête de mesure comprenant une pièce conductrice formant une électrode de mesure et présentant une surface, dite surface de détection, destinée à être positionnée en regard d'un objet à mesurer ou à détecter, et un premier élément diélectrique formé par un matériau diélectrique, entourant ladite électrode de mesure, un corps, formé d'un matériau métallique et positionné autour de la tête de mesure, ledit corps ayant une face arrière, dite première face arrière, positionnée à l'opposé de la surface de détection, ledit capteur capacitif est caractérisé en ce qu'il comprend en outre une pièce intermédiaire, en matériau métallique, placée entre la tête de mesure et le corps et ayant une face arrière, dite seconde face arrière, positionnée à l'opposé de la surface de détection, ladite pièce intermédiaire et ledit corps étant reliés par au moins une soudure s'étendant à partir de la première face arrière et/ou de la seconde face arrière selon une région, dite d'interface, comprise entre le corps et la pièce intermédiaire. L'invention concerne aussi des systèmes de détection capacitive et des machines tournante mettant en œuvre ce capteur capacitif.

Description

DESCRIPTION
Titre de l'invention : Capteur capacitif haute température
La présente invention concerne un capteur capacitif destiné à être mis en œuvre sur des machines tournantes, telles que des réacteurs ou des turbomachines comme les turbines de générateur électrique.
Elle concerne également des systèmes de détection capacitive mettant en œuvre de tels capteurs capacitifs et des machines tournantes munis de ces systèmes de détection capacitive.
Le domaine de l'invention est plus particulièrement mais de manière non limitative celui des capteurs capacitifs destinés à être utilisés dans des environnements à haute température (> 600°C).
État de la technique
Un capteur capacitif peut être utilisé pour déterminer un jeu mécanique, une distance ou des temps de passage d'un objet en utilisant des mesures de capacité. Il comprend un corps et une électrode électriquement isolée du corps par un élément diélectrique, ou céramique. L'électrode et l'élément électriquement isolant forment une tête de mesure.
Un objet conducteur, dont la distance ou la variation de distance est à déterminer, et l'électrode du capteur forment un condensateur dont la capacité est mesurée. Une distance ou une variation de distance est déduite de cette mesure de capacité.
De tels capteurs peuvent, par exemple, être destinés à être mis en œuvre pour effectuer des mesures ou des contrôles dans des réacteurs ou des turbomachines. La position des aubes d'une machine par rapport à un châssis, des temps de passage de ces aubes ou des informations sur leur état vibratoire peuvent ainsi être obtenus. Les capteurs capacitifs doivent pouvoir opérer dans des environnements particulièrement exigeants, avec des conditions de température et de pression élevées (par exemple, supérieures à 800°C ou 1000°C avec plusieurs dizaines de bars), avec des vibrations mécaniques importantes et en présence de gaz corrosifs. Les températures élevées ont une influence directe sur les propriétés mécaniques et électriques des matériaux du capteur et sur leurs interfaces, notamment :
- les différences des coefficients d'expansion thermique et/ou d'élasticité génèrent des contraintes mécaniques dans les matériaux qui peuvent dégrader les performances des capteurs, leur fiabilité et leur durée de vie ; et
- les propriétés électriques des matériaux, telles que par exemple la permittivité diélectrique et la conductivité, peuvent être modifiées et dégradées.
Il est donc nécessaire d'identifier des matériaux conducteurs et isolants ayant des propriétés électriques, mécaniques et physico-chimiques compatibles avec les conditions d'utilisation imposées.
La technologie à mettre en œuvre pour l'assemblage d'un capteur capacitif doit permettre de réaliser entre les matériaux sélectionnés pour leur performance à haute température des liaisons durables et de grande qualité. Aussi, il est nécessaire que les matériaux assemblés soient le plus compatible possible en termes de coefficients d'expansion thermique et de ductilités.
Des exigences particulières sont aussi attendues des liaisons pour l'assemblage des différentes parties formant le capteur capacitif. En plus de la difficulté de trouver des procédés d'assemblage adaptés, les liaisons réalisées doivent être fiable et pouvoir garantir une utilisation prolongée malgré les exigences imposées par des milieux d'opération corrosifs et des températures élevées.
La tête du capteur capacitif (formé par l'électrode entourée de l'isolant électrique) est généralement placée au centre d'une structure métallique qui forme un corps pour le capteur. Ce corps permet de monter le capteur sur des supports fixes, notamment le châssis d'une machine. Différentes géométries de corps peuvent être utilisées pour un même type de tête de mesure selon les besoins des applications. Du fait de ses dimensions plus grandes que celles de la tête du capteur capacitif, le corps est généralement formé d'un matériau conducteur moins onéreux. La différence de matériau s'accompagne d'une augmentation de la différence des coefficients d'expansion thermique. Des techniques d'assemblage doivent être développées spécifiquement pour l'assemblage de la tête de mesure et du corps du capteur. Finalement, les capteurs doivent être conçus et fabriqués de façon à ce qu'une rupture inattendue d'une des liaisons entre les éléments formant le capteur capacitif ne puisse pas engendrer une protrusion ou un détachement d'une des pièces puis sa chute dans la chambre de la turbomachine.
Exposé de l'invention
Un but de la présente invention est de pallier ces inconvénients.
Un but de la présente invention est de proposer un capteur capacitif compatible avec une utilisation prolongée dans des conditions de température et de pression exigeantes et de présence de gaz corrosifs.
Il est encore un but de la présente invention de proposer un capteur capacitif assemblé de façon fiable empêchant le détachement des pièces qui le forment.
Au moins un de ces buts est atteint avec un capteur capacitif, destiné à être mis en œuvre sur une machine tournante, comprenant :
- une tête de mesure comprenant une pièce conductrice formant une électrode de mesure et présentant une surface, dite surface de détection, destinée à être positionnée en regard d'un objet à mesurer ou à détecter, et un premier élément diélectrique formé par un matériau diélectrique, entourant ladite électrode de mesure ;
- un corps, formé d'un matériau électriquement conducteur ou métallique et positionné autour de la tête de mesure, ledit corps ayant une face arrière, dite première face arrière, positionnée à l'opposé de la surface de détection ; lequel capteur comprend en outre une pièce intermédiaire, en matériau métallique, placée entre la tête de mesure et le corps et ayant une face arrière, dite seconde face arrière, positionnée à l'opposé de la surface de détection, ladite pièce intermédiaire et ledit corps étant reliés par au moins une soudure s'étendant à partir de la première face arrière et/ou de la seconde face arrière selon une région, dite d'interface, comprise entre le corps et la pièce intermédiaire.
Le capteur capacitif de l'invention est adapté à une utilisation pour la mesure d'objets en mouvement dans une chambre présentant des températures élevées et contenant des gaz corrosifs. Particulièrement, il est adapté, ou destiné, à la mesure des positions d'aubes en rotation dans des machines, en particulier dans des environnements avec des températures au-delà de 600°C, ou même au-delà de 800°C, ou même au-delà de 1000°C, ou même au-delà de 1500°C.
De façon nullement limitative, de telles machines peuvent être des turbomachines, telles que des turbines à combustion en général ou des turbines à gaz en particulier, des génératrices telles que des turbopompes ou des turbocompresseurs, des turboréacteurs, des turbopropulseurs ou des turbomoteurs.
La pièce intermédiaire permet d'être liée d'un côté à la tête de mesure et de l'autre au corps du capteur. Cette pièce est sélectionnée de façon à pouvoir être assemblée avec le corps par une soudure. Dans la disposition de l'invention, celle-ci est réalisée à l'arrière du capteur, c'est-à-dire sur la section du capteur la plus éloignée de la zone de haute température d'une chambre de combustion et la moins exposée à des gaz. Dans cette configuration, la soudure est donc plus fiable car moins exposée aux dégradations générées par l'environnement faisant face au capteur capacitif.
Suivant des modes de réalisation, la soudure peut s'étendre autour de la pièce intermédiaire de façon continue.
Une soudure continue permet ainsi de sceller l'espace entre le corps du capteur et la tête de mesure. Les gaz circulant dans la chambre de la machine tournante ne peuvent ainsi pas se propager à l'arrière du capteur et détériorer les éléments placés à l'arrière du capteur. Ces éléments peuvent être un câble de transmission avec sa gaine, des brasures ou d'autres pièces formant le capteur.
La soudure peut être réalisée par laser ou par faisceau d'électrons.
La soudure peut s'étendre entre la pièce intermédiaire et le corps sur une profondeur supérieure à 0,1mm.
Plus préférentiellement, la soudure peut s'étendre sur une profondeur supérieure à 0,3mm. De façon encore plus préférentielle, la soudure peut s'étendre sur une profondeur supérieure à 0,5mm.
Suivant des modes de réalisation, la région d'interface peut comprendre une région, dite d'appui, s'étendant sous la première face arrière ou sous la seconde face arrière. La région d'interface peut être agencée de sorte que la pièce intermédiaire est retenue par le corps dans le sens opposé à celui allant vers la surface de mesure.
Le corps du capteur et la pièce intermédiaire peuvent être agencés de façon à ce que le corps retienne la pièce intermédiaire pour prévenir sa chute ou sa protrusion en direction de la surface de détection, et dans la machine tournante le cas échéant. Le corps est fixé sur la machine (sur le châssis) soit directement, soit par l'intermédiaire d'une autre pièce. Comme ces éléments n'interviennent pas directement sur les performances électriques du capteur capacitif, il est plus facile de sélectionner le choix des matériaux qui les composent et leurs moyens de fixation.
Le corps ainsi fixé sur le châssis peut représenter un support pour les autres pièces formant le capteur capacitif et notamment la pièce intermédiaire. Ainsi, celle- ci peut être usinée de façon à pouvoir être retenue par une partie du corps qui aura été usiné selon une forme complémentaire. Le corps peut ainsi former une marche, ou un épaulement, formant la région d'appui sur laquelle la pièce intermédiaire pourra venir s'appuyer. Cette région d'appui permet de prévenir la chute de la pièce intermédiaire ou sa protrusion vers la chambre de la machine tournante.
Suivant des modes de réalisation, la soudure peut s'étendre dans la région d'interface entre la première face arrière et/ou de la seconde face arrière, et la région d'appui.
En plus de prévenir la chute ou la protrusion de la pièce intermédiaire, la région d'appui permet de contrôler l'étendue et la qualité de la soudure. La région d'appui impose un point d'arrêt pour la soudure qui s'étend verticalement à partir d'au moins une des faces arrière. La longueur de la soudure est ainsi contrôlée en partie par la forme et les dimensions du corps et de la pièce intermédiaire et pas seulement par le procédé de fabrication de la soudure. L'uniformité de la soudure peut aussi être mieux contrôlée le long de l'interface entre les pièces à lier. Une plus grande homogénéité de la composition des matériaux formant la région travaillée peut aussi être obtenue permettant de garantir une meilleure fiabilité de la liaison.
Suivant des modes de réalisation, l'électrode de mesure peut être une pièce solide de platine ou d'un alliage comprenant majoritairement du platine.
L'électrode de mesure peut aussi être une pièce solide comprenant un des composants suivants : rhodium (Rh), iridium (Ir), aluminium (Al), or (Au). Suivant des modes de réalisation, le premier élément diélectrique peut être une pièce solide de céramique de type alumine.
Suivant des modes de réalisation, la pièce intermédiaire peut être formée du même matériau que l'électrode de mesure.
Les matériaux formant l'électrode et le premier élément diélectrique peuvent être sélectionnés pour leur tenue à haute température et leurs coefficients d'expansion thermique compatibles. Ces pièces sont assemblées, de préférence, par un procédé de brasure. L'utilisation d'une pièce intermédiaire formée du même matériau que l'électrode permet de maintenir la compatibilité des coefficients d'expansion thermique et de maintenir la même qualité de brasure utilisée pour la liaison entre l'électrode de mesure et le premier élément diélectrique.
Suivant des modes de réalisation, le corps peut être formé d'un alliage à base de nickel. Ces alliages présentent une bonne résistance à l'oxydation et à la corrosion et sont adaptés aux conditions mises en jeu dans des réacteurs ou des turbines à énergie. Un alliage de nickel alumino-formeur ou un alliage à base de nickel et chrome peuvent notamment être utilisés.
Avantageusement, le capteur capacitif selon l'invention peut en outre comprendre une pièce, dite d'attachement, fixée sur l'électrode de mesure, du côté opposé à la surface de détection, et s'étendant en regard d'au moins une pièce dudit capteur capacitif entourant l'électrode de mesure.
La pièce d'attachement peut en particulier être fixée directement autour de l'électrode de mesure. Elle peut par exemple être fixée sur une partie de l'électrode de mesure s'étendant au-delà des autres pièces du capteur, du côté opposé à la surface de détection.
La pièce d'attachement permet de prévenir un détachement de l'électrode de mesure par rapport au reste du capteur. Elle peut donc représenter un point de fixation pour l'électrode de mesure sur le capteur et peut former une sécurité au cas où le moyen d'assemblage premier de l'électrode de mesure venait à se détériorer et céder. Ce moyen d'assemblage premier peut, par exemple, être une brasure fabriquée entre l'électrode de mesure et l'élément diélectrique l'entourant. Cette brasure pourrait être fragilisée à cause d'une exposition à des gaz corrosifs sous des températures élevées lors de l'opération de la machine puis céder en raison de la présence de vibrations élevées.
La pièce d'attachement est donc prévue pour rester solidaire de l'électrode de mesure et la retenir en venant buter sur une des faces arrière d'un des autres éléments du capteur capacitif.
La pièce d'attachement peut être métallique ou peut être formé d'un alliage de nickel alumino-formeur ou d'un alliage à base de nickel et de chrome.
Suivant des modes de réalisation la pièce d'attachement peut être fixée à l'électrode de mesure par soudure.
Selon d'autres modes de réalisation, la pièce d'attachement peut être fixée à l'électrode de mesure au moyen d'un filetage. Elle peut en particulier être vissée sur ledit filetage. Cette approche peut ainsi être complétée par une soudure entre la pièce d'attachement et l'électrode afin de former un point d'arrêt pour sécuriser l'assemblage.
Suivant des modes de réalisation la pièce d'attachement peut être fixée à l'électrode de mesure par assemblage par baïonnette.
Dans ce cas, la pièce d'assemblage peut comprendre un ergot agencé pour glisser le long d'une rainure longitudinale de l'électrode de mesure et venir s'insérer dans une encoche ou une rainure transversale de ladite électrode de mesure.
Une soudure entre la pièce d'attachement et l'électrode peut aussi être formée pour former un point d'arrêt et sécuriser l'assemblage.
Selon des modes de réalisation la pièce d'attachement peut avoir une dimension d'extension latérale inférieure ou égale à la dimension d'extension latérale de l'élément diélectrique entourant l'électrode de mesure.
L'élément diélectrique présente ainsi une surface arrière suffisamment grande pour pouvoir retenir l'ensemble de la pièce d'attachement. Elle est particulièrement bien adaptée pour les cas où la pièce d'attachement est métallique et prévenir un contact électrique entre l'électrode de mesure et une autre pièce conductrice du capteur capacitif par l'intermédiaire de la pièce d'attachement.
Suivant des modes de réalisation la pièce d'attachement peut être en contact avec au moins un des éléments autres que la tête de mesure formant le capteur capacitif.
Suivant des modes de réalisation, la tête de mesure peut comprendre en outre :
- une pièce conductrice formant une électrode de garde et entourant le premier élément diélectrique, et
- un second élément diélectrique entourant ladite électrode de garde.
Ce mode de réalisation de l'invention est adapté à la fabrication de capteurs dits triaxiaux. Dans cette configuration, la pièce conductrice peut être polarisée au même potentiel électrique que celui de l'électrode de mesure. Cela permet de réduire, notamment, les courants de fuite entre l'électrode de mesure et l'environnement en minimisant l'influence de capacités parasites.
Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un système de détection capacitive comprenant le capteur capacitif selon l'invention et une électronique de détection capacitive.
Le capteur capacitif peut être relié à l'électronique de détection capacitive par un câble de transfert, de préférence coaxial ou triaxial. L'électronique de détection peut être configurée pour polariser l'électrode de mesure à un potentiel alternatif, dit de travail, différent d'un potentiel de masse (M) de la machine à une fréquence de travail, et détecter un signal (Vs) relatif à la capacité (Ceo), dite électrode-objet, vue par l'électrode de mesure en présence d'un objet tel qu'une aube.
Pour cela, l'électronique de détection peut par exemple comprendre un circuit électronique permettant de détecter le courant généré au niveau de l'électrode de mesure à la fréquence de travail, tel qu'un amplificateur de transimpédance ou de charge. L'électronique de détection peut en outre comprendre un oscillateur fournissant le potentiel de travail.
Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé une machine tournante comprenant le système de détection capacitive de l'invention, avec au moins un capteur capacitif positionné de sorte à mesurer des aubes de ladite machine tournante.
De telles machines tournantes peuvent être ou comprendre des génératrices (par exemple des turbopompes ou des turbocompresseurs), des turbomachines (telles que des turbines à gaz) ou des réacteurs (tels que des turboréacteurs). Le système de détection capacitive peut permettre d'obtenir des informations de distance ou de jeu mécanique des aubes par rapport au capteur. Il peut également permettre d'obtenir des informations sur des temps de passage des aubes devant le capteur, avec en particulier des informations sur leur vitesse et/ou leur état vibratoire respectif.
Description des figures et modes de réalisation
D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants :
- la FIGURE 1 illustre une représentation schématique d'un capteur capacitif ;
- la FIGURE 2 illustre un exemple de capteur capacitif selon l'invention ;
- les FIGURES 3(a), 3(b), 3(c), 3(d) représentent différents exemples de mis en œuvre du capteur selon l'invention ;
- la FIGURE 4 représente schématiquement un détail d'une région du capteur capacitif de l'invention ;
- la FIGURE 5 illustre un autre exemple d'un capteur capacitif selon l'invention ;
- la FIGURE 6 illustre un exemple de système de détection capacitive mettant en œuvre un capteur capacitif selon l'invention ; et
- la FIGURE 7 illustre un exemple d'une machine munie d'un système de détection capacitive selon l'invention. Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure.
En particulier, toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s'oppose à cette combinaison sur le plan technique.
Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
En référence à la FIGURE 1, les éléments principaux constituant un capteur capacitif 100 sont décrits. Celui-ci comprend une électrode de mesure 102 s'étendant depuis la face avant 104 du capteur le long de son axe de symétrie 106. L'électrode de mesure 102 est entourée d'un élément diélectrique 108. A l'arrière du capteur capacitif 100, l'électrode de mesure 102 est connectée à un câble 110 de transfert d'un signal mesuré par l'électrode de mesure 102 vers un système de traitement du signal (non représenté). Le câble 110 peut aussi avoir pour fonction de polariser l'électrode de mesure 102 à un potentiel électrique.
Selon l'exemple de la Figure 1, le capteur capacitif est de type axisymétrique, selon une disposition coaxiale.
L'ensemble électrode de mesure 102 - élément diélectrique 108, aussi appelé tête de mesure du capteur, est fixé dans un corps 112, qui peut être relié à une masse électrique.
De manière non limitative, les têtes de mesure peuvent avoir un diamètre de l'ordre du millimètre jusqu'à plusieurs centimètres.
Le capteur 100, ainsi constitué peut être, par exemple, inséré dans une paroi d'une turbomachine pour mesurer le passage d'aubes en rotation, et notamment leur distance ou leur jeu mécanique, leur temps de passage et/ou leur état vibratoire respectif, par mesure du couplage capacitif entre ces aubes et l'électrode de mesure 102.
Cependant, la configuration du capteur capacitif 100 tel que représenté sur la Figure 1 n'est pas nécessairement adaptée à une utilisation en milieu corrosif sous des températures et des pressions élevées, et impliquant des vibrations mécaniques élevées. En effet, il est nécessaire que les liaisons mises en œuvre durant l'assemblage des pièces le constituant restent fiables au cours du temps et que les pièces ne se détachent pas.
La FIGURE 2 représente une illustration schématique d'un exemple de capteur capacitif selon l'invention.
Le capteur capacitif 200 comprend une tête de mesure 202, constituée d'une électrode 204 s'étendant depuis la face avant 206, et d'un élément diélectrique 208. Il comprend également un corps métallique 210. Dans l'exemple présenté et non limitatif, ces éléments sont concentriques et présentent un axe de symétrie par rapport à l'axe 212.
Préférentiellement, l'élément diélectrique 208 est en l'alumine, c'est-à-dire en oxyde d'aluminium, et l'électrode 204 est en platine (Pt). Ces matériaux ont les avantages de posséder des ductilités et des coefficients d'expansions thermiques compatibles pour des températures même au-delà de 1500°C. Le platine présente une température de fusion de 1768°C, ce qui en fait un matériau adapté aux exigences des applications visées. Le platine présente également une grande résistance à la corrosion et à l'oxydation. L'alumine est un matériau isolant qui maintient des caractéristiques diélectriques sur un spectre étendu de température.
Une technique d'assemblage connue de ces matériaux est le brasage. Des exemples de brasures 214a entre l'électrode 204 et le diélectrique 208 sont illustrés sur la Figure 2. Afin de maintenir, même à haute température, les propriétés électriques de l'alumine, une composition de plus en plus maîtrisée de celle-ci est nécessaire car la chaleur a tendance à augmenter la diffusion des espèces étrangères, ce qui est susceptible d'influencer le comportement diélectrique et la conductivité.
Le matériau conducteur formant le corps 210 est de préférence un alliage de nickel alumino-formeur. Ces matériaux sont particulièrement bien adaptés aux conditions mises en jeu dans des réacteurs ou des turbines à énergie car ils présentent une bonne résistance à l'oxydation et à la corrosion. Ils ont cependant un coefficient d'expansion qui est plus élevé que celui de l'alumine formant le diélectrique 208. Cette différence de coefficient d'expansion thermique, ajoutée aux besoins de grande pureté de l'alumine, rendent l'assemblage difficile.
Une pièce conductrice intermédiaire 216 est placée entre l'alumine 208 et le corps métallique 210 du capteur capacitif afin de faciliter la réalisation de la liaison entre le corps du capteur 210 et la tête de mesure 202. Cette pièce est préférentiellement fabriquée en Platine. A l'interface formée par les deux matériaux métalliques 210 et 216 une soudure 218 est réalisée et forme un mélange constitué des deux matériaux. Ainsi, la température limite d'opération de cette soudure est celle des matériaux la formant, et non pas celle d'un matériau additionnel, par exemple, nécessaire à la formation d'une brasure.
Préférentiellement, la pièce de Platine intermédiaire 216 est liée à l'élément diélectrique 208 par une brasure 214b. A haute température, les propriétés électriques de l'alumine se modifiant, et notamment sa conductivité augmentant, il peut en résulter que la pièce d'alumine 208 et la brasure 214b forment une connexion électrique entre l'électrode 204 et la pièce intermédiaire conductrice 216. L'électrode 204 n'est alors plus isolée électriquement, notamment du corps 210, typiquement polarisé au potentiel de masse, et les performances du capteur capacitif 200 sont dégradées.
Dans une mise en œuvre préférentielle de l'invention, l'influence de ce phénomène peut être réduit en augmentant l'épaisseur (le diamètre) de la pièce de diélectrique 208. Cependant, cette approche induit une augmentation de la taille globale du capteur capacitif qui est, en général, imposée par les besoins de l'application. Une approche alternative est de garder l'épaisseur de l'alumine relativement fine au niveau de la face avant et plus grande ailleurs. Pour ce faire, l'électrode présente une surface avant large, imposée par les besoins des mesures, et une partie arrière avec un diamètre plus petit. Comme illustré sur la Figure 2, l'électrode 204 a la forme d'un clou à tête plate.
Pour maintenir une conductivité faible, les brasures entre l'électrode et la pièce diélectrique et entre la pièce diélectrique et la pièce conductrice intermédiaire sont faites à partir des faces arrière du capteur, c'est-à-dire là où l'épaisseur de diélectrique est importante. Sur la face avant, l'absence de brasure permet de garder une interface d'air entre l'élément diélectrique et les différentes pièces conductrices. Cette interface permet de contribuer à maintenir la constante diélectrique et la conductivité entre l'électrode 204 et la pièce intermédiaire 208 adaptées aux contraintes de performance du capteur.
La position des brasures 214a, 214b réalisées à l'arrière du capteur présentent aussi l'avantage d'être moins exposées aux températures et au gaz corrosifs. Ceci permet de réduire leur oxydation et la vitesse de dégradation.
En plus de pouvoir maintenir des performances à haute température et de résister à la corrosion, le capteur capacitif 200, tel qu'illustré sur la Figure 2 est aussi adapté pour prévenir le détachement ou la protrusion, vers l'intérieur de la machine, des pièces le formant. Le corps 210, qui est destiné à être fixé sur une paroi de la machine, est conçu pour avoir une marche ou un épaulement 220 prévu pour former une région d'appui et retenir la pièce conductrice 216, de sorte à prévenir le glissement de celle-ci en direction de la face avant 206.
Préférentiellement, la pièce conductrice 216 est prévue pour contenir au moins deux marches ou épaulements. Une première marche est prévue pour former une région d'appui et venir s'appuyer sur la marche 220 du corps 210 et une seconde marche 222 est prévue pour former une autre région d'appui et maintenir la pièce de diélectrique 208. Bien entendu, les régions d'appui peuvent être perpendiculaires à l'axe du capteur comme illustré, ou comprendre des surfaces inclinées, tel que par exemple de forme conique.
Chaque élément formant le capteur capacitif peut ainsi être retenu par un autre élément de sorte qu'il ne puisse pas glisser vers l'intérieur de la machine, à l'exception de l'électrode 204.
Pour résoudre cette situation, le capteur capacitif 200 de l'invention comprend une pièce supplémentaire d'attachement 224. Celle-ci est représentée sur la Figure 2 par une rondelle qui est glissée le long de l'électrode du côté de la face arrière. La pièce d'attachement 224 est assemblée sur l'électrode pour y être solidaire. Ses dimensions sont ajustées pour qu'elle puisse s'appuyer sur une des autres pièces du capteur soit à l'assemblage du capteur ou soit au cas où l'électrode 204 se détacherait du reste du capteur. La pièce d'attachement 224 permet ainsi de retenir l'électrode 204 et éviter sa chute ou sa protrusion dans la machine. Préférentiellement, la pièce supplémentaire 224 est prévue pour s'étendre en regard de la pièce d'alumine 208 et buter contre celle-ci.
La FIGURE 3(a) illustre un mode de réalisation dans lequel la liaison entre la pièce d'attachement 224 et l'électrode 204 est réalisée grâce à une soudure 301. L'utilisation d'une soudure est rendue possible grâce à l'utilisation d'une pièce d'attachement 224 métallique. La soudure 301 est positionnée en arrière du capteur ce qui réduit son exposition aux températures élevées et aux risques de corrosion, permettant ainsi d'augmenter sa fiabilité. Afin de faciliter l'illustration et de faire apparaître la soudure, la pièce d'attachement 224 est dessinée en transparence.
La FIGURE 3(b) illustre un autre mode de réalisation de la liaison entre la pièce d'attachement 224 et l'électrode 204. Dans ce cas, au moins une partie de la section 302 représentant la partie en arrière de l'électrode 204 est filetée. Un filetage est aussi réalisé sur la pièce d'attachement 224, ce qui lui permet d'être vissée sur la section filetée de l'électrode 204. Le filetage est représenté par l'élément 304 sur la Figure 3(b). Afin de faciliter l'illustration et de faire apparaître la partie filetée, la pièce d'attachement 224 est dessinée en transparence.
Une soudure (non représentée sur la Figure 3(b)) peut être réalisée afin de renforcer la liaison en créant un point d'arrêt, par exemple, entre la pièce d'attachement 224 et l'électrode 204.
La FIGURE 3(c) et la Figure 3(d) illustrent un autre mode de réalisation de l'assemblage de la pièce d'attachement 224 et de l'électrode 204. Un système d'attachement en baïonnette est utilisé. Une rainure longitudinale 306 est creusé le long d'une partie de la tige 302 de l'électrode de mesure 204. La pièce d'attachement 224 (représentée en transparence sur la Figure 3c) contient un ergot 308 qui peut glisser le long de la rainure longitudinale et venir s'insérer dans une encoche ou une rainure transversale faite sur la tige 302. Une soudure (non représentée) peut être réalisée pour renforcer la liaison entre la pièce d'attachement 224 et l'électrode 204.
Nous revenons maintenant à la FIGURE 2 et à la description de la soudure 218 mise en œuvre pour relier l'élément métallique 216 et le corps 210.
Dans un exemple de mise en œuvre, plusieurs soudures 218 peuvent être réparties le long de l'interface en des points discrets. De façon préférentielle, la soudure 218 est continue tout le long de l'interface. Cela permet ainsi d'obtenir une étanchéité afin d'éviter, par exemple, que de l'humidité ou des gaz n'entrent dans le câble de liaison et ne dégrade celui-ci ainsi que d'autres éléments à l'arrière du capteur.
Le corps 210 dépend de la configuration imposée par l'utilisateur de la turbomachine. Typiquement, celui-ci peut s'étendre sur des longueurs allant du centimètre à plusieurs décimètres.
La pièce intermédiaire 216 est préférentiellement maintenue à des dimensions relativement petites (typiquement d'environ 0,5mm d'épaisseur entre le corps et l'élément diélectrique). Cela permet de réduire les contraintes mécaniques sur la liaison et maintenir les dimensions du capteur petites.
La soudure 218 est faite à l'arrière du capteur capacitif. C'est-à-dire qu'elle est réalisée à partir des surfaces du corps 210 et de la pièce de matériau conducteur 216 opposées à la face avant 206 se trouvant en regard de l'objet à mesurer. La position de la soudure à l'arrière du capteur permet de maintenir celle-ci éloignée des températures élevées et des gaz circulant dans la chambre de la machine, la rendant ainsi plus fiable car, notamment, moins sujette à des dégradations dues à des problèmes d'oxydation et de corrosion.
De préférence la soudure liant le corps du capteur à l'élément métallique est réalisée par procédé Laser. L'utilisation d'un gaz neutre (Azote, mélange Aron/Hélium) permet de réduire le risque de présence d'oxygène dans la soudure. Ceci permet de limiter les risques de corrosion entre autres ou de fragilité mécanique de la soudure à cause de bulles d'oxygène emprisonnées pendant la fabrication.
Un autre exemple de réalisation de la soudure est l'utilisation d'un faisceau d'électron. Un avantage de cette technique est que la soudure se fait sous vide donc avec une présence d'oxygène très réduite.
Selon une configuration préférée de l'invention, les surfaces arrières du corps 210 et de l'élément métallique 216 sont alignés selon un même plan pour former un plateau. Cette configuration particulière est celle illustrée par la Figure 2. Elle permet d'avoir un faisceau laser (ou d'électrons) perpendiculaire à la surface et pouvant être aligné par rapport aux parois à souder pour pouvoir mieux contrôler la qualité de la soudure.
Une autre configuration avantageuse de l'invention consiste à tirer avantage de la pièce intermédiaire 216 qui est munie d'au moins une marche/épaulement afin de pouvoir venir s'appuyer sur une marche/épaulement 220 du corps 210, selon des surfaces d'appui. Cette disposition est représentée par la Figure 4a et la Figure 4b qui présentent une vue de détail de la zone 226 illustrée sur la Figure 2. Cette zone est la région d'interface entre le corps 210 et l'élément métallique 216 formant la marche ou l'épaulement 220.
L'épaulement 220 est formée par les deux segments d'interface 402 et 404 indiquées sur la FIGURE 4a. Le premier segment 402 représente une zone accueillant la soudure 218 s'étendant des faces arrière du corps 210 et de l'élément conducteur 216 jusqu'au segment d'interface 404 s'étendant sous la pièce intermédiaire 216.
Le segment d'interface 404, qui forme la région ou le surface d'appui, permet également de former un point d'arrêt pour la soudure 218, l'épaulement du corps 210 arrêtant la région d'interface. La qualité de la soudure 218 est ainsi maîtrisée grâce au contrôle de sa profondeur. En effet, la section de la soudure la plus profonde (celle qui est la plus éloignée de la source d'énergie) est la plus difficilement contrôlable et donc potentiellement la moins fiable. C'est aussi la section qui est la plus proche des régions pouvant présenter des températures élevées et contenir des gaz corrosifs, et donc susceptible de se dégrader le plus rapidement.
La présence de la discontinuité formée par l'angle entre le segment 402 et le segment 404 permet d'assurer une meilleure répétabilité de la qualité globale de la soudure, et en particulier de sa section inférieure. L'arrêt de la soudure étant imposé par le corps 210.
Additionnellement, les dimensions de l'épaulement permettent un contrôle de la longueur d'interface de liaison. Une longueur préférentielle pour garantir une opération fiable à des températures supérieures à 1200°C est de 0,1 mm, plus préférentiellement de 0,3 mm et encore plus préférentiellement de 0,5mm. Ces valeurs d'épaisseur permettent à la fois de garantir une liaison suffisante entre le corps 210 et la pièce intermédiaire 216 et de réduire le coût des matériaux.
De retour à la FIGURE 2, une brasure 214a, entre l'électrode 204 et l'élément diélectrique 208, et/ou une brasure 214b entre l'élément diélectrique 208 et la pièce de Platine 216 sont illustrées. Celles-ci sont réalisées grâce à un matériau d'apport.
De préférence, comme illustré sur la FIGURE 2, les brasures sont réalisées sur les surfaces arrière du capteur. Ces brasures peuvent toutefois aussi être réalisées à partir des faces avant. Tout comme la soudure, la brasure peut être continue le long de l'interface des matériaux connectés afin d'assurer une isolation entre l'avant et l'arrière du capteur.
Dans un exemple particulier de mise en œuvre, le corps du capteur 210 peut être constitué de plusieurs parties distinctes. Une première partie est connectée à la tête de mesure selon la mise en œuvre de l'invention. Cette partie est suffisamment petite pour pouvoir être manipulée et connectée avec une difficulté réduite à la tête de mesure. Une seconde partie constituant le corps du capteur est ensuite connectée à la première avec des moyens de liaison connus. La réalisation de cette liaison est facilitée par le fait qu'elle peut être réalisée sur des matériaux similaires ou identiques et parce qu'elle peut être positionnée à une distance éloignée des zones exposées à des températures élevées. Cette approche est bien adaptée pour la réalisation des soudures à partir des faces arrière du capteur capacitif.
La FIGURE 5 est une représentation schématique d'un autre exemple de réalisation non limitatif d'un capteur capacitif selon l'invention et représentant une structure triaxiale. Cette configuration est utilisée dans l'objectif de réduire les courants de fuites entre l'électrode de mesure et les éléments conducteurs de son environnement par des capacités parasites.
Selon ce mode de réalisation, comme précédemment, le capteur capacitif 500 comprend une l'électrode de mesure 204 qui s'étend depuis la face avant 206 du capteur le long de son axe de symétrie 212. L'électrode de mesure 204 est entourée d'un premier élément diélectrique 208. A l'arrière du capteur 500, l'électrode de mesure 204 est connectée à un câble 502 de transfert d'un signal mesuré par l'électrode 204 vers un système de traitement du signal (non représenté). Le câble 502 peut aussi être utilisé pour amener un signal de polarisation à l'électrode de mesure 204.
Le capteur capacitif 500 comprend, une pièce intermédiaire 510 en matériau électriquement conducteur. Dans ce mode de réalisation, cette pièce intermédiaire 510 est utilisée comme une électrode de garde, agencée autour du premier élément diélectrique 208. Dans ce mode de réalisation, la pièce intermédiaire 510 peut être polarisée au même potentiel électrique que celui de l'électrode de mesure 204. Ce potentiel est en général appelé potentiel de garde. Cette pièce intermédiaire 510 est ainsi utilisée pour maintenir une différence de potentiel quasiment nulle entre elle et l'électrode, ce qui permet de réduire l'influence de capacités parasites.
A l'arrière du capteur 500, l'électrode de garde constituée par la pièce intermédiaire 510 est également connectée au câble 502 de transfert du signal, de sorte à être polarisée au même potentiel que celui de l'électrode 204.
Le capteur capacitif 500 comprend ensuite un deuxième élément diélectrique 208', agencé autour de l'électrode de garde.
L'ensemble électrode 204 - premier élément diélectrique 208 - électrode de garde 510 - deuxième élément diélectrique 208', formant la tête de mesure 504 du capteur, est fixé dans un corps de capteur 506, qui peut être relié à une masse électrique. Une pièce de matériau conducteur 508 est placée entre la tête de mesure du capteur 504 et le corps métallique 506 afin de pouvoir réaliser une soudure 218 selon les mises en œuvre préférentielles de l'invention.
Les liaisons respectives entre les éléments 204, 208, 510, 208' et 508 peuvent être réalisées, par exemple, par des brasures 214a-d. Ces brasures peuvent être réalisées par accès selon les faces avant ou selon les faces arrière du capteur. La Figure 5 représente une configuration pour laquelle toutes les brasures sont réalisées par accès selon les faces arrière.
Les éléments 208, 208', 510, 508 et 506 sont prévus pour présenter des marches ou épaulements permettant de soutenir l'élément qu'il entoure de façon similaire décrite plus haut et ce afin de prévenir une potentielle chute ou une protrusion d'un élément dans la machine. La chute ou la protrusion de l'électrode de mesure 204 est prévenue par une pièce d'attachement 224.
La FIGURE 6 illustre un exemple de système de détection capacitive mettant en œuvre le capteur capacitif de l'invention.
Le capteur capacitif 200 est relié à une électronique de détection capacitive 602 par un câble de transfert 110, de préférence coaxial ou triaxial. L'électronique de détection est configurée pour polariser l'électrode de mesure 204 à un potentiel alternatif, dit de travail, différent d'un potentiel de masse (M) de la machine à une fréquence de travail, et détecter un signal (Vs) relatif à la capacité (Ceo), dite électrode-objet, vue par l'électrode de mesure 204. Suivant un exemple de réalisation, l'électronique de détection 204 peut comprendre un circuit électronique permettant de détecter le courant généré au niveau de l'électrode de mesure à la fréquence de travail, tel qu'un amplificateur de transimpédance ou de charge. Cet amplificateur de transimpédance peut notamment comprendre un amplificateur opérationnel (AO), ou un circuit réalisant un amplificateur opérationnel, avec une capacité en contre-réaction.
Dans cette configuration, la sortie de l'AO fournit une tension Vs dont l'amplitude est fonction de la capacité, dite capacité électrode-objet, vue par l'électrode de mesure reliée à la première entrée de l'AO.
La sortie de l'AO peut être reliée, directement ou indirectement, à un démodulateur synchrone, qui peut faire partie, ou non, du dispositif de détection capacitive selon l'invention.
L'électronique de détection 204 selon l'invention peut en outre comprendre un oscillateur fournissant le potentiel de travail, utilisé comme potentiel d'excitation de l'électrode de mesure 204.
Un autre exemple de système de détection capacitive peut mettre en œuvre le capteur capacitif 500 relié à une électronique de détection capacitive 602 par un câble de transfert 502. L'électronique de détection peut être configurée, entre autres, pour polariser l'électrode de mesure 204 et l'électrode de garde 216 au potentiel de travail.
La FIGURE 7 illustre un exemple d'une machine tournante 700 munie d'un système de détection capacitive 600 selon l'invention. De telles machines tournantes peuvent être des turbomachines, des génératrices ou des réacteurs, comprenant un châssis ou un carter 702 et des aubes 704 en rotation, comme schématisée par la flèche sur la figure, autour d'un axe. Au moins un capteur capacitif 200 (respectivement 500) est monté sur le châssis 702 de la machine tournante, la surface de détection 206 faisant face aux aubes de la machine. Le capteur capacitif 200 (respectivement 500) est relié à une électronique de détection 602 par un câble de transfert 110 (respectivement 502). Lors du passage d'une aube devant le capteur capacitif, un signal (Vs) relatif à la capacité établie entre l'électrode de mesure et l'aube 704 est ainsi détecté et traité par le système de détection capacitive 600. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Capteur capacitif (200;500), destiné à être mis en œuvre sur une machine tournante, comprenant :
- une tête de mesure (202,504) comprenant une pièce conductrice formant une électrode de mesure (204) et présentant une surface, dite surface de détection (206), destinée à être positionnée en regard d'un objet à mesurer ou à détecter, et un premier élément diélectrique (208) formé par un matériau diélectrique, entourant ladite électrode de mesure (204);
- un corps (210,506), formé d'un matériau électriquement conducteur et positionné autour de la tête de mesure (202, 504), ledit corps (210, 506) ayant une face arrière, dite première face arrière, positionnée à l'opposé de la surface de détection (206); caractérisé en ce qu'il comprend en outre une pièce intermédiaire (216,508), en matériau métallique, placée entre la tête de mesure (202,504) et le corps (210,506) et ayant une face arrière, dite seconde face arrière, positionnée à l'opposé de la surface de détection (206), ladite pièce intermédiaire (216,508) et ledit corps (210, 506) étant reliés par au moins une soudure (218) s'étendant à partir de la première face arrière et/ou de la seconde face arrière selon une région (226), dite d'interface, comprise entre le corps (210,506) et la pièce intermédiaire (216,508).
2. Capteur capacitif (200;500) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la soudure (218) s'étend autour de la pièce intermédiaire (216,508) de façon continue.
3. Capteur capacitif (200;500) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la soudure (218) est réalisée par laser ou par faisceau d'électrons.
4. Capteur capacitif (200;500) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la soudure (218) s'étend entre la pièce intermédiaire (216,508) et le corps (210,506) sur une profondeur supérieure à 0,1mm.
5. Capteur capacitif (200;500) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la région d'interface (226) comprend une région, dite d'appui (404), s'étendant sous la première face arrière ou sous la seconde face arrière.
6. Capteur capacitif (200;500) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la région d'interface (226) est agencée de sorte que la pièce intermédiaire est retenue par le corps dans le sens opposé à celui allant vers la surface de mesure.
7. Capteur capacitif (200;500) selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la soudure s'étend dans la région d'interface entre la première face arrière et/ou de la seconde face arrière, et la région d'appui.
8. Capteur capacitif (200;500) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'électrode de mesure (204) est une pièce solide de platine ou d'un alliage comprenant majoritairement du platine.
9. Capteur capacitif (200;500) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier élément diélectrique (208) est une pièce solide de céramique de type alumine.
10. Capteur capacitif (200;500) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce intermédiaire (216,508) est formée du même matériau que l'électrode de mesure (204).
11. Capteur capacitif (200 500) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps (210,506) est formé d'un alliage à base de nickel.
12. Capteur capacitif (200;500) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une pièce, dite d'attachement (224), fixée sur l'électrode de mesure (204), du côté opposé à la surface de détection (206), et s'étendant en regard d'au moins une pièce dudit capteur capacitif entourant l'électrode de mesure (204).
13. Capteur capacitif (200;500) selon la revendication 12, caractérisé en ce que la pièce d'attachement (224) est :
- métallique, ou
- formé d'un alliage de nickel alumino-formeur ou d'un alliage à base de nickel et de chrome.
14. Capteur capacitif (200;500) selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que la pièce d'attachement (224) est fixée à l'électrode de mesure (204) :
- par soudure, ou
- au moyen d'un filetage, ou
- par assemblage par baïonnette.
15. Capteur capacitif (200, 500) selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que la pièce d'attachement (224) a une dimension d'extension latérale inférieure ou égale à la dimension d'extension latérale de l'élément diélectrique (208) entourant ladite électrode de mesure.
16. Capteur capacitif (500) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tête de mesure (504) comprend en outre :
- une pièce conductrice (510) formant une électrode de garde et entourant le premier élément diélectrique (208), et,
- un second élément diélectrique (208') entourant ladite électrode de garde.
17. Système de détection capacitive (600), comprenant le capteur capacitif (200,500) de l'une des revendications précédentes et une électronique de détection capacitive (602).
18. Machine tournante (700) comprenant le système de détection capacitive (600) de la revendication précédente, avec au moins un capteur capacitif (200, 500) positionné de sorte à mesurer des aubes de ladite machine tournante.
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