FR3016695B1 - Capteur de temperature pour temperature elevee - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne la résolution d'un problème technique survenant dans un capteur de température pour température élevée (1, 2) dans lequel des fils de sortie en platine (6) sont susceptibles de se rompre lors d'une utilisation à température élevée. Pour résoudre ce problème, une structure interne (8) faite de céramique est disposée à l'intérieur d'une structure externe (7) faite d'un métal, la structure interne (8) est fixée, seulement au niveau de sa partie terminale supérieure, à la structure externe (7), et une matière de remplissage isolante (9) faite d'un adhésif céramique ou d'une poudre céramique remplie de manière compacte à haute densité est introduite à l'intérieur de la structure interne (8) et d'une partie de la structure externe (7) où la structure interne (8) n'est pas présente. Grâce à cette configuration, les fils de sortie en platine (6) sont bien moins susceptibles de se rompre.
Description
CAPTEUR DE TEMPÉRATURE POUR TEMPÉRATURE ÉLEVÉE
Domaine technique
La présente invention concerne un capteur de température dans lequel un élément de thermomètre à résistance de platine est logé dans une structure externe métallique, en vue d’une utilisation dans un environnement à température élevée. Arrière-plan technologique
Il est possible de mesurer une température au moyen d’éléments de thermomètre à résistance de platine plus précisément qu’avec d’autres capteurs de température tels que des thermocouples. Ainsi, des éléments de thermomètre à résistance de platine sont largement utilisés quand une mesure précise de la température est nécessaire. À titre d’exemples d’éléments de thermomètre à résistance de platine couramment utilisés on trouve un élément dans lequel un fil de résistance en platine enroulé est logé dans un isolant en céramique (figure 1 du document JP S57-126 035U) ou un élément dans lequel un fil de résistance en platine enroulé autour d’une bobine de verre est revêtu de verre (figure 4 du document JP S44-29 83OB), ou encore un élément dans lequel une couche mince de platine est formée sous la forme d’un fil sinueux sur une couche mince faite de céramique ou équivalents pour former un fil de résistance en platine, et sa surface est isolée avec un revêtement (document JP 2003-179 276A). Puisque la résistance électrique d’un fil de résistance en platine change en fonction de la température, la mesure d’une température au moyen d’un élément de thermomètre à résistance de platine est réalisée en mesurant la résistance électrique d’un fil de résistance en platine et en convertissant la valeur obtenue en température.
Dans un élément de thermomètre à résistance de platine, le fil de résistance en platine est protégé par un élément fait en un matériau fragile, tel que la céramique ou le verre comme décrit ci-dessus. Par conséquent, une force externe, telle que des vibrations, peut endommager l’élément protecteur, ce qui entraîne une rupture ou un court-circuit du fil de résistance en platine.
Par conséquent, il est peu courant qu’un élément de thermomètre à résistance de platine soit utilisé seul comme capteur de température. L’élément de thermomètre à résistance de platine est habituellement utilisé comme capteur de température sous une forme dans laquelle l’élément de thermomètre à résistance est logé dans une structure externe faite d’un métal ou équivalents, par exemple comme décrit dans le document de brevet 1.
La figure 4 est une vue en coupe transversale représentant une structure largement utilisée dans un capteur de température utilisant un élément de thermomètre à résistance de platine. Un capteur de température 10 est conçu de telle manière qu’un élément de thermomètre à résistance de platine 4 est fixé par l’intermédiaire d’une matière de remplissage isolante 90 dans une structure externe métallique 70. Quel que soit le type de l’élément de thermomètre à résistance de platine 4, des fils de sortie en platine 6 connectés à un fil de résistance en platine -sont habituellement exposés en sortie d’un corps principal d’élément de thermomètre à résistance de platine 5 contenant le fil de résistance en platine, et les extrémités des fils de sortie en platine 6 sont connectées par soudage aux extrémités 160 des trois fils conducteurs d’électricité 140 d’un câble à trois fils 30 servant à mesurer la résistance électrique du fil de résistance en platine.
Bien que la figure 4 soit une vue en coupe transversale, l’élément de thermomètre à résistance de platine 4 et une enveloppe 130 du câble 30 sont représentés tels que vus de l’extérieur pour faciliter la visualisation. De manière connue, les types de mesure de température utilisant un élément de thermomètre à résistance de platine comprennent une mesure avec deux fils, une mesure trois fils ou une mesure avec quatre fils, la mesure avec trois fils étant la plus largement utilisée dans le domaine industriel. La figure 4 représente un boîtier de mesure avec trois fils dans lequel les trois fils conducteurs d’électricité 140 du câble 30 sont connectés aux fils de sortie en platine 6 exposés en sortie du corps principal de l’élément de thermomètre à résistance de platine 5.
Dans la description ci-dessous, un « capteur de température pour température élevée » fait référence à un capteur de température pour température élevée utilisant un élément de thermomètre à résistance de platine.
En ce qui concerne la matière de remplissage isolante 90, puisqu’un adhésif céramique présente une excellente résistance thermique et qu’il en va de même pour une poudre céramique, un adhésif céramique ou une poudre céramique rempli de manière compacte à haute densité est utilisé comme matière de remplissage isolante 90 dans un capteur de température pour température élevée utilisé dans une plage de températures élevées supérieures à 200 C. Une poudre céramique est remplie de manière compacte à haute densité pour obtenir une bonne conduction thermique afin de ne pas diminuer la vitesse de réponse lors de la mesure d’une température. En outre, le câble 30, dans le cas du capteur de température pour température élevée, est un câble MI dans lequel les trois fils conducteurs d’électricité 140 sont logés via une poudre céramique dans l’enveloppe 130 configurée par une gaine métallique, afin d’obtenir une bonne résistance thermique. Il doit être noté que la température maximale d’un élément de thermomètre à résistance de platine, telle que définie par la norme IEC et la norme JIS, est de 850 C. i De plus, un « adhésif céramique » fait référence à un adhésif à base de céramique contenant principalement de la céramique.
Quand une poudre céramique remplie de manière compacte à haute densité est utilisée comme matière de remplissage isolante 90, la poudre céramique peut absorber l’humidité et sa résistance d’isolation peut se détériorer, ce qui provoque des erreurs lors de la mesure d’une température et, par conséquent, la structure externe métallique 70 est habituellement pourvue d’un couvercle, et le couvercle est soudé ou brasé sur la structure externe 70 et la gaine métallique du câble 30, de façon à ce que la poudre céramique se trouvant à l’intérieur soit protégée de l’air extérieur pour ainsi prévenir les erreurs lors de la mesure d’une température. i Documents constituant l’arrière-plan technologique Documents de brevet 1 : JP H06-347 339A.
Exposé de l’invention
Problème résolu par l’invention
Le problème des capteurs de température pour température élevée ayant la structure classique représentée sur la figure 4 est que parfois les fils de sortie en platine 6 se rompent lors d’une utilisation à température élevée. En outre, un autre problème de ces capteurs de température est que les fils se rompent plus fréquemment lors d’une utilisation dans un environnement où la température change à plusieurs reprises et de manière importante entre une température élevée et une l température basse.
Un objet de la présente invention est de proposer un capteur de température pour température élevée dans lequel le risque d’une rupture des fils est significativement plus faible que dans les exemples classiques, même quand il est utilisé dans un environnement à température élevée, en particulier quand il est utilisé dans un environnement où la température change à plusieurs reprises et de manière importante entre une température élevée et une température basse.
Moyens de résolution du problème
Afin de résoudre les problèmes décrits ci-dessus, le capteur de température pour température élevée suivant est proposé.
Premier aspect
Un premier aspect de la présente invention concerne un capteur de i température pour température élevée, doté à une extrémité d’un câble MI dans lequel des fils conducteurs d’électricité sont logés via une poudre inorganique isolante dans une gaine métallique, comprenant : une structure externe faite d’un métal et ayant une forme tubulaire avec un fond ; une structure interne faite de céramique, ayant une forme tubulaire avec ou sans fond et disposée à l’intérieur de la structure externe dans une position dans laquelle la structure interne est sensiblement en contact, au niveau d’une face latérale externe de la structure interne, avec une face latérale interne de la structure externe, et la structure interne est en outre sensiblement en contact, au niveau d’une face i terminale inférieure de la structure interne, avec une face interne d’une partie inférieure de la structure externe, et la structure interne est fixée à la structure externe, au niveau d’une partie terminale supérieure de la structure interne; un élément de thermomètre à résistance de platine disposé à l’intérieur de la structure interne, conçu à partir d’un corps principal de l’élémentde thermomètre à 1 résistance de platine contenant un fil de résistance en platine et des fils de sortie en platine reliés au fil de résistance en platine et partiellement exposés en sortie du corps principal de l’élément de thermomètre à résistance de platine, dans lequel les extrémités des fils de sortie en platine exposés en sortie du corps principal d’élément de thermomètre à résistance de platine sont reliées à des fils conducteurs d’électricité I du câble MI ; et une matière de remplissage isolante faite d’un adhésif céramique ou d’une poudre céramique remplie de manière compacte à haute densité, et introduite à l’intérieur de la structure interne et d’une partie intérieure de la structure externe où la structure interne n’est pas présente.
Il est à noter, comme décrit ci-dessus, qu’un « adhésif céramique » fait référence à un adhésif à base de céramique contenant principalement de la céramique.
Après des recherches et des études menées sur les causes de la rupture des fils de sortie en platine exposés en sortie d’un corps principal d’élément de thermomètre à résistance de platine dans les capteurs de température pour température élevée classiques, il a été trouvé que cette rupture est principalement due à une différence entre les coefficients de dilatation thermique d’une structure externe métallique et du platine.
En tant que produits industriels, les structures externes des capteurs de température pour température élevée sont faites la plupart du temps d’acier inoxydable et sont parfois faites d’un alliage de nickel, tel que le superalliage NCF résistant à la corrosion et à la chaleur. Ces métaux ont chacun un coefficient de dilatation thermique supérieur à celui du platine. En outre, un adhésif céramique ou une poudre céramique utilisés comme matière de remplissage isolante possèdent un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui du matériau de la structure externe et proche de celui du platine. Le tableau 1 présente les coefficients de dilatation thermique approximatifs des matériaux habituellement utilisés.
Tableau 1
Matériau de structure externe : Matériau céramique : coefficient de coefficient de dilatation thermique dilatation thermique
Acier inoxydable SUS304 : 18 x 10_6/°C Alumine : 8 x 10_6/°C
Acier inoxydable SUS316 : 18 x 10_6/°C Zircone : 11 x 10_6/°C
NCF600 : 16 x 1(T6/OC Magnésie : 13 x 10’6/°C
Platine (fil de résistance, fil de sortie) : coefficient de dilatation thermique
Platine : 10 x 1CT6/OC
Selon la relation entre les coefficients de dilatation thermique de ces matériaux constitutifs, quand un capteur de température pour température élevée classique est utilisé à une température élevée, la structure externe se dilate sous l’effet de la chaleur et tire sur la matière de remplissage isolante ayant un petit coefficient de dilatation thermique et, parfois, la matière de remplissage isolante se rompt. Quand la matière de remplissage isolante est tirée et rompue, les fils de sortie en platine ayant un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui de la structure externe sont tirés et une contrainte de traction est générée dans les fils. Les fils de sortie en platine se brisent principalement à cause de cette contrainte. En outre, lors d’une utilisation dans un environnement où la température change à plusieurs reprises et de manière importante entre une température élevée et une température basse, la contrainte de traction mentionnée ci-dessus est générée à plusieurs reprises et un cycle de fatigue est ajouté et, par conséquent, les fils de sortie en platine se brisent plus fréquemment.
Le capteur de température pour température élevée de la présente invention comprend une structure interne en céramique et, par conséquent, il existe beaucoup moins de risque de rupture des fils de sortie en platine qu’avec les exemples classiques. La raison de cela est que la structure interne et la matière de remplissage isolante à l’intérieur de la structure interne ne sont pas tirées par une dilatation thermique importante de la structure externe car la structure interne est fixée seulement au niveau de sa partie terminale supérieure à la structure externe. La contrainte générée dans les fils de sortie en platine est réduite car la céramique, constituant intégralement ou juste principalement la structure interne et la matière de remplissage isolante, possède un coefficient de dilatation thermique proche de celui du platine, comme on peut le voir dans le tableau 1.
Deuxième aspect
Un deuxième aspect de la présente invention concerne le capteur de température pour température élevée selon le premier aspect, dans lequel un matériau formant la structure interne, et un matériau principal formant l’adhésif céramique de la matière de remplissage isolante ou un matériau formant la poudre céramique de la matière de remplissage isolante sont l’un quelconque parmi l’alumine, la zircone et un mélange d’alumine et de zircone.
Non seulement il n’existe aucune contrainte provenant de la structure externe sur les fils de sortie en platine car la structure interne est réalisée comme décrit dans le premier aspect et, selon le deuxième aspect, il n’existe pratiquement aucune contrainte provenant de la matière de remplissage isolante à cause de l’alumine et de la zircone, ces deux derniers matériaux, parmi les matériaux céramiques, possédant un coefficient de dilatation thermique particulièrement proche de celui du platine, comme on peut le voir dans le tableau 1. Par conséquent, même lors d’une utilisation dans un environnement à température élevée ou dans un environnement où la température change à plusieurs reprises et de manière importante entre une température élevée et une température basse, la rupture des fils de sortie en platine peut être sensiblement évitée.
Il est à noter que, puisque les fils conducteurs d’électricité du câble MI utilisé sont gros et possèdent un coefficient de dilatation thermique relativement élevé, les fils conducteurs d’électricité se rompent rarement. La même chose s’applique aux capteurs de température pour température élevée classiques. En outre, puisque le fil de résistance en platine dans le corps principal de l’élément de thermomètre à résistance de platine est enroulé ou sinueux, une force externe est facilement absorbée et ce fil risque moins de se rompre que les fils de sortie en platine.
Troisième aspect
Un troisième aspect de la présente invention concerne le capteur de température pour température élevée selon le deuxième aspect, dans lequel une position dans une direction axiale de la partie terminale supérieure de la structure interne fixée à la structure externe correspond sensiblement à une position où les extrémités des fils de sortie en platine et des fils conducteurs d’électricité du câble MI sont reliées les unes aux autres.
Selon le troisième aspect, une position dans une direction axiale de la partie terminale supérieure de la structure interne fixée à la structure externe correspond sensiblement à une position où les extrémités des fils de sortie en platine et des fils conducteurs d’électricité du câble MI sont reliées les unes aux autres. Par conséquent, le risque de rupture des fils conducteurs d’électricité du câble MI, qui se produit seulement rarement, est encore diminué. La raison de cela est que la contrainte générée dans les fils conducteurs d’électricité du câble MI pour une température élevée est réduite quand ils se trouvent en dehors de la structure interne, la contrainte étant générée car les fils conducteurs d’électricité sont formés habituellement à partir de nickel ou d’un alliage de nickel, ces derniers possédant un coefficient de dilatation thermique plus proche de celui du métal formant la structure externe que de la céramique, telle que l’alumine ou la zircone.
Quatrième aspect i Un quatrième aspect de la présente invention concerne le capteur de température pour température élevée selon l’un quelconque des premier, deuxième ou troisième aspects, comprenant en outre : un organe de fixation de structure interne qui est fait d’un métal et qui peut appuyer sur une face supérieure de la structure interne ; ) dans lequel la structure interne est pourvue, sur une face externe de la partie terminale supérieure de celle-ci, d’un rebord, la structure externe est pourvue, sur une face interne d’une partie supérieure de celle-ci, d’une marche, par la réduction de l’épaisseur de la paroi de la partie supérieure, et > la partie terminale supérieure de la structure interne est fixée à la structure externe par soudage ou brasage de l’organe de fixation de structure interne et de la structure externe l’un sur l’autre dans un état où le rebord de la structure interne repose sur la marche de la structure externe et la structure interne est suspendue sur la structure externe, et une face supérieure du rebord sur la structure interne est ) pressée par l’organe de fixation de structure interne.
Selon cet aspect, la partie terminale supérieure de la structure interne peut être facilement fixée sur la structure externe.
Cinquième aspect > Un cinquième aspect de la présente invention concerne le capteur de température pour température élevée selon l’un quelconque des premier, deuxième ou troisième aspects, comprenant en outre : un couvercle qui est fait d’un métal et qui peut être fixé sur une ouverture d’une partie supérieure de la structure externe ; ) dans lequel l’intérieur de la structure externe est protégé de l’air extérieur par soudage ou brasage du couvercle sur la structure externe et la gaine métallique du câble MI.
Puisqu’un couvercle métallique fixé sur une ouverture d’une partie supérieure de la structure externe est soudé ou brasé sur la structure externe et la gaine métallique du câble MI, l’intérieur de la structure externe est protégé de l’air extérieur. Par conséquent, même quand une poudre céramique qui absorbe l’humidité est utilisée comme matière de remplissage isolante, il est impossible que l’humidité soit absorbée et diminue la performance d’isolation, ce qui provoque des erreurs lors de la mesure d’une température.
Sixième aspect
Un sixième aspect de la présente invention concerne le capteur de température pour température élevée selon l’un quelconque des premier, deuxième ou troisième aspects, comprenant en outre : un organe de fixation de structure interne qui est fait d’un métal et qui peut s’appuyer sur une face supérieure de la structure interne ; et un couvercle qui est fait d’un métal et qui peut être fixé sur une ouverture d’une partie supérieure de la structure externe ; dans lequel la structure interne est pourvue, sur une face externe d’une partie terminale supérieure de celle-ci, d’un rebord, la structure externe est pourvue, dans une face interne d’une partie supérieure de celle-ci, d’une marche, par la réduction de l’épaisseur de la paroi de la partie supérieure, et la partie terminale supérieure de la structure interne est fixée à la structure externe, et l’intérieur de la structure externe est protégé de l’air extérieur par soudage ou brasage du couvercle sur la structure externe et la gaine métallique du câble MI dans un état où le rebord de la structure interne repose sur la marche de la structure externe et la structure interne est suspendue sur la structure externe, l’organe de fixation de structure interne est placé sur une face supérieure du rebord sur la structure interne, le couvercle est fixé sur une face supérieure de l’organe de fixation de structure interne et la face supérieure de l’organe de fixation de structure interne est pressée par le couvercle. L’avantage de cet aspect est que le procédé qui permet de souder ou de braser l’organe de fixation de structure interne sur la structure externe n’est plus nécessaire.
Septième aspect
Un septième aspect de la présente invention concerne le capteur de température pour température élevée selon le sixième aspect, dans lequel l’organe de fixation de structure interne est formé d’une seule pièce avec la structure interne.
Non seulement le procédé qui permet de souder ou de braser l’organe de fixation de structure interne sur la structure externe n’est plus nécessaire mais, selon cet aspect, la configuration peut être également réalisée de manière avantageuse sur le plan économique car le nombre d’éléments constitutifs est réduit par la formation de l’organe de fixation de structure interne en une seule pièce avec la structure interne.
Huitième aspect
Un huitième aspect de la présente invention concerne le capteur de température pour température élevée selon l’un quelconque des premier, deuxième ou troisième aspects, dans lequel l’élément de thermomètre à résistance de platine disposé à l’intérieur de la structure interne est conçu à partir d’une pluralité d’éléments de thermomètre à résistance de platine qui sont connectés en série par un fil en platine.
Effets de l’invention
La présente invention propose un capteur de température pour température élevée avec lequel le risque de rupture des fils de sortie en platine est beaucoup plus faible qu’avec les exemples classiques lors d’une utilisation à température élevée et, en outre, le risque de rupture des fils de sortie en platine est beaucoup plus faible qu’avec les exemples classiques même lors d’une utilisation dans un environnement où la température change à plusieurs reprises et de manière importante entre une température élevée et une température basse.
Descriptif des figures
La figure 1 est une vue en coupe transversale représentant un premier mode de réalisation d’un capteur de température pour température élevée selon la présente i invention.
La figure 2 est une vue en coupe transversale représentant un second mode de réalisation du capteur de température pour température élevée.
La figure 3 est une vue en coupe transversale dans la direction radiale d’un câble MI qui est connecté au capteur de température pour température élevée.
La figure 4 est une vue en coupe transversale représentant un capteur de température classique utilisant un élément de thermomètre à résistance de platine. Modes de réalisation
Premier mode de réalisation
La figure 1 représente un premier mode de réalisation d’un capteur de température pour température élevée selon la présente invention. Bien que la figure 1 soit une vue en coupe transversale, un corps principal d’élément de thermomètre à i résistance de platine 5 est représenté tel que vu de l’extérieur. En outre, la figure 3 représente une vue en coupe transversale dans la direction radiale d’un câble MI 3 qui est connecté au capteur de température 1 pour température élevée. Ci-après le premier mode de réalisation va être décrit en se référant aux figures 1 et 3.
Le capteur de température 1 pour température élevée est conçu à partir d’un élément de thermomètre à résistance de platine 4, d’une structure interne 8, d’une structure externe 7 et d’un organe de fixation de structure interne 11, et est disposé à une extrémité du câble MI 3.
La structure externe 7 est faite d’un métal et possède une forme cylindrique avec un fond à l’intérieur de laquelle la structure interne 8 est située. La face latérale i externe de la structure interne 8 est sensiblement en contact avec la face latérale interne de la structure externe 7, et la face terminale inférieure de la structure interne 8 est sensiblement en contact avec la face interne de la partie inférieure de la structure externe 7. L’élément de thermomètre à résistance de platine 4, dans lequel les fils de i sortie en platine 6 sont exposés en sortie du corps principal de l’élément de thermomètre à résistance de platine 5, est positionné à l’intérieur de la structure interne 8. Le corps principal de l’élément de thermomètre à résistance de platine 5 est une partie contenant un fil de résistance en platine servant à mesurer la température. Sur le dessin sont représentées les parties exposées des fils de sortie en platine 6 I reliées au fil de résistance en platine.
Un rebord annulaire fait saillie à partir de l’extrémité supérieure de la structure interne 8, et une marche est formée dans la face interne de la structure externe 7 par la réduction de l’épaisseur de la paroi de la partie supérieure de la structure externe 7. Dans un état dans lequel le rebord de la structure interne 8 repose sur la marche de la face interne de la structure externe 7 et la structure interne 8 est suspendue sur la structure externe 7, la face supérieure du rebord est pressée par l’organe métallique de fixation de structure interne 11 sous la forme d’un cylindre, de sorte que la partie terminale supérieure de la structure interne 8 est fixée sur la structure externe 7. L’organe de fixation de structure interne 11 est fixé par soudage sur la structure externe 7. L’organe de fixation de structure interne 11 peut être fixé par brasage à la structure externe 7.
Les extrémités de fils de sortie en platine 6 sont reliées par soudage aux i extrémités 16 des trois fils conducteurs d’électricité 14 dénudés d’une gaine métallique 13 du câble MI 3 dans lequel les trois fils conducteurs d’électricité 14 sont logés via une poudre inorganique isolante 15 dans la gaine métallique 13. La température est mesurée par l’élément de thermomètre à résistance de platine 4 en utilisant une mesure avec trois fils et, par conséquent, le nombre de fils conducteurs d’électricité 14 du câble MI 3 est de trois. L’intérieur de la structure interne 8 et une partie à l’intérieur de la structure externe 7 où la structure interne 8 n’est pas présente sont remplies avec une matière de remplissage isolante 9.
Dans le premier mode de réalisation, la structure externe 7 et la structure i interne 8 possèdent chacune une forme cylindrique, mais peuvent avoir une forme tubulaire à section quadrangulaire ou une autre section, et la structure interne 8 peut avoir une forme avec un fond. La forme de l’organe de fixation de structure interne 11 n’est absolument pas limitée à une forme cylindrique, du moment que le rebord sur la structure interne 8 peut être fixé. En outre, le corps principal de l’élément de i thermomètre à résistance de platine 5 peut être de n’importe quel type, tel qu’un élément dans lequel un fil de résistance en platine enroulé est logé dans un isolant en céramique, un élément dans lequel un fil de résistance en platine enroulé autour d’une bobine de verre est revêtu de verre ou un élément dans lequel une couche mince de platine est formée sous la forme d’un fil sinueux sur une couche mince faite I de céramique ou équivalents pour former un fil de résistance en platine, et sa surface est isolée avec un revêtement.
En outre, le nombre d’éléments de thermomètre à résistance de platine 4 n’est pas limité à un et une pluralité d’éléments de thermomètre à résistance de platine peuvent être connectés électriquement en série par un fil en platine. Cinq éléments de thermomètre à résistance de platine de 100 Ω connectés en série correspondent à un élément de thermomètre à résistance de platine de 500 Ω.
Dans ce qui suit, les matériaux utilisés dans un exemple de fabrication de ce mode de réalisation vont être décrits. La structure externe 7, l’organe de fixation de structure interne 11 et la gaine métallique 13 sont formés à partir de NCF600, mais ils peuvent être formés à partir d’un autre métal, tel que l’acier inoxydable SUS304 ou SUS316. Les fils conducteurs d’électricité 14 sont formés à partir d’un alliage de nickel contenant un autre métal à l’état de trace, mais ils peuvent être formés à partir d’un autre métal, tel que le NCF600.
La matière de remplissage isolante 9 est formée à partir d’un adhésif céramique principalement fait d’alumine, et la structure interne 8 est formée à partir d’une céramique faite d’alumine. Puisque l’alumine possède un coefficient de dilatation thermique proche de celui du platine, la rupture des fils de sortie en platine 6 peut être évitée de manière efficace.
La matière de remplissage isolante 9 peut être formée à partir d’un adhésif céramique principalement fait de zircone ou d’un mélange d’alumine et de zircone, ceux-ci, tout comme l’alumine, possèdent un coefficient de dilatation thermique proche de celui du platine. En variante, une poudre céramique faite d’alumine, de zircone ou d’un mélange d’alumine et de zircone, remplie de manière compacte à haute densité, peut être utilisée comme matière de remplissage isolante 9. Cependant, une telle poudre céramique peut absorber l’humidité et sa résistance d’isolement peut se détériorer, ce qui provoque des erreurs lors de la mesure d’une température. Par conséquent, quand la poudre céramique est utilisée comme matière de remplissage isolante 9, il est souhaitable qu’une ouverture au niveau de la partie supérieure de la structure externe 7 soit pourvue d’un couvercle métallique, et le couvercle est soudé ou brasé sur la structure externe 7 et la gaine métallique 13 du câble MI 3, de façon à ce que l’intérieur de la structure externe 7 soit protégé de l’air extérieur.
De plus, la structure interne 8 peut être formée à partir d’une céramique faite de zircone ou d’un mélange d’alumine et de zircone, ceux-ci possédant un coefficient de dilatation thermique proche de celui du platine.
La poudre inorganique isolante 15 du câble MI 3 était faite de magnésie, mais elle peut être faite d’un autre matériau, tel que l’alumine.
Dans le capteur de température 1 pour température élevée de ce mode de réalisation, la structure interne 8 est fixée, seulement au niveau de sa partie terminale supérieure, à la structure externe 7. Par conséquent, quand la structure externe 7 et la structure interne 8 sont chauffées et se dilatent à différents degrés, la structure interne 8 glisse autour de sa partie fixe jouant le rôle de point d’appui, par rapport à la structure externe 7.
En conséquence, la structure interne 8 n’est pas tirée par une dilatation thermique importante de la structure externe 7. C’est-à-dire que, contrairement aux exemples classiques dans lesquels une contrainte est générée dans les fils de sortie en platine 6 sous l’influence de la dilatation thermique de la structure externe 7, une telle contrainte n’est pas générée dans les fils de sortie en platine 6 selon ce mode de réalisation. En outre, il n’existe pratiquement aucune contrainte provenant de la matière de remplissage isolante 9 sur les fils de sortie en platine 6 car la structure interne 8 et la matière de remplissage isolante 9 sont faites ou principalement faites d’alumine ou de zircone, celles-ci possédant, parmi les matériaux céramiques, un coefficient de dilatation thermique extrêmement proche de celui du platine. Par conséquent, même lors d’une utilisation dans un environnement à température élevée ou dans un environnement où la température change à plusieurs reprises et de manière importante entre une température élevée et une température basse, la rupture des fils de sortie en platine 6 peut être en grande partie évitée. En outre, également quand l’élément de thermomètre à résistance de platine 4 est conçu à partir d’une pluralité d’éléments de thermomètre à résistance de platine qui sont connectés électriquement en série par un fil de platine, la rupture de ce fil de platine peut être en grande partie évitée d’une manière similaire.
Selon ce mode de réalisation, la majeure partie des fils conducteurs d’électricité 14 dénudés de la gaine métallique 13 du câble MI 3 se trouve à l’intérieur de la structure interne 8. Les fils conducteurs d’électricité 14 sont habituellement formés à partir de nickel ou d’un alliage de nickel, ceux-ci ayant un coefficient de dilatation thermique proche de celui du NCF600 ou d’un acier inoxydable formant la structure externe 7. Cependant, ces matériaux formant les fils conducteurs d’électricité 14 possèdent un coefficient de dilatation thermique supérieur à celui des matériaux constituant intégralement ou juste principalement la structure interne 8 et la matière de remplissage isolante 9. D’autre part les fils conducteurs d’électricité 14 utilisés sont plus gros que les fils de sortie en platine 6, et une contrainte de traction est à peine générée de sorte que les fils conducteurs d’électricité 14 se rompent rarement même quand ils se trouvent à l’intérieur de la structure interne 8 ayant un petit coefficient de dilatation thermique. i En matière de résistance thermique, il existe des éléments de thermomètre à résistance de platine 4 qui peuvent être utilisés à une température élevée d’approximativement 1000 C. Si une augmentation des erreurs jusqu’à un certain point est permise, et tous les matériaux formant les éléments constitutifs autres que l’élément de thermomètre à résistance de platine 4 dans le capteur de température 1 ) pour température élevée sont résistants à la chaleur à une température d’approximativement 1000 C alors le capteur de température 1 pour température élevée peut être utilisé dans une plage de températures élevées allant jusqu’à approximativement 1000 C. De plus, puisque l’élément de thermomètre à résistance de platine 4, qui est fragile, est protégé par la structure externe métallique 7, le > capteur de température 1 pour température élevée peut être utilisé dans un environnement où une force externe, telle que des vibrations, est appliquée.
Second mode de réalisation
La figure 2 représente un second mode de réalisation du capteur de ) température pour température élevée selon la présente invention. Bien que la figure 2 soit une vue en coupe transversale, le corps principal d’élément de thermomètre à résistance de platine 5 est représenté tel que vu de l’extérieur. En outre, la figure 3 représente une vue en coupe transversale dans la direction radiale d’un câble MI 3 qui est connecté à un capteur de température 2 pour température élevée. Ci-après le > second mode de réalisation va être décrit en se référant aux figures 2 et 3.
Ci-après une description relatant les différences par rapport au premier mode de réalisation va être donnée. Les caractéristiques, les effets et équivalents du second mode de réalisation autres que les différences sont similaires à ceux du premier mode de réalisation. ) Comme on peut le voir sur la figure 2, le second mode de réalisation est différent du premier mode de réalisation en ce qu’un couvercle métallique 12 est fourni en plus en tant qu’élément constitutif et en ce qu’une position dans la direction axiale où la partie terminale supérieure de la structure interne 8 est fixée sur la structure externe 7 correspond en grande partie à une position où les extrémités des fils de sortie en platine 6 et des fils conducteurs d’électricité 14 du câble MI 3 sont reliées les unes aux autres.
Le couvercle 12 est fixé par soudage autour de toute sa circonférence à la : structure externe 7 et à la gaine métallique 13 du câble MI 3, de sorte que l’intérieur de la structure externe 7 est protégé de l’air extérieur. La fixation peut être réalisée non par soudage autour de toute la circonférence, mais par brasage autour de toute la circonférence.
Selon ce mode de réalisation, l’intérieur de la structure externe 7 est protégé • de l’air extérieur. Par conséquent, même quand une poudre céramique est utilisée comme matière de remplissage isolante 9, il est impossible que l’humidité soit absorbée et diminue les capacités d’isolation, contrairement au premier mode de réalisation.
En outre, contrairement au premier mode de réalisation, afin de fixer la partie i terminale supérieure de la structure interne 8 à la structure externe 7, il n’est absolument pas nécessaire de souder ou de braser l’organe de fixation de structure interne 11 sur la structure externe 7. Dans un exemple de fabrication de ce mode de réalisation, dans un état où l’organe de fixation de structure interne 11 a été pressé par le couvercle 12 par le dessus, le couvercle 12 a été soudé sur la structure externe I 7 et la gaine métallique 13 du câble MI 3, de sorte que la partie terminale supérieure de la structure interne 8 a été fixée à la structure externe 7. Une procédure spécifique de soudage est telle que le couvercle 12 est tout d’abord soudé sur la gaine métallique 13, après quoi, dans un état où l’organe de fixation de structure interne 11 est pressé par le couvercle 12 par le dessus, le couvercle 12 est soudé sur la structure ί externe 7. L’organe de fixation de structure interne 11 n’est pas soudé ou brasé sur la structure externe 7.
Le couvercle 12 est formé à partir de NCF600, qui est le même matériau constituant la structure externe 7, mais il peut être formé à partir d’un autre métal, tel que l’acier inoxydable SUS304 ou SUS316. En outre, quand un soudage ou un ) brasage sur la structure externe 7 n’est pas réalisé, l’organe de fixation de structure interne 11 ne doit pas nécessairement être fait d’un métal, et il peut être fait de céramique.
Ce mode de réalisation est différent du premier mode de réalisation en ce qu’une position dans la direction axiale où la partie terminale supérieure de la structure interne 8 est fixée à la structure externe 7 correspond en grande partie à une position où les extrémités des fils de sortie en platine 6 et des fils conducteurs d’électricité 14 du câble MI 3 sont reliés les unes aux autres.
Les fils conducteurs d’électricité 14 du câble MI 3 pour température élevée sont habituellement formés à partir de nickel ou d’un alliage de nickel et, selon ce mode de réalisation, ils sont formés à partir d’un alliage de nickel comme décrit ci-dessus. Ces matériaux possèdent chacun un coefficient de dilatation thermique plus proche de celui du métal formant la structure externe 7 que de celui de la céramique, telle que l’alumine ou la zircone, constituant intégralement ou juste principalement la structure interne 8 et la matière de remplissage isolante 9 et, par conséquent, selon ce mode de réalisation, une contrainte générée dans les fils conducteurs d’électricité 14 dénudés de la gaine métallique 13 du câble MI 3 est réduite, et une rupture des fils conducteurs d’électricité 14, qui se produit seulement rarement, peut être évitée.
Cette caractéristique est également applicable au premier mode de réalisation. C’est-à-dire que, sur la figure 1 représentant le premier mode de réalisation, si une position dans la direction axiale de la partie terminale supérieure de la structure interne 8 correspond en grande partie à une position où les extrémités des fils de sortie en platine 6 et des fils conducteurs d’électricité 14 du câble MI 3 sont reliées les unes aux autres, une rupture des fils conducteurs d’électricité 14, qui se produit seulement rarement, peut être évitée comme dans le second mode de réalisation.
Il est à noter que, dans la structure du mode de réalisation représenté sur la figure 2, l’organe de fixation de structure interne 11 peut être formé d’un seul tenant avec la structure interne 8. Dans ce cas, les fils conducteurs d’électricité 14 dénudés de la gaine métallique 13 du câble MI 3 sont positionnés à l’intérieur de la structure interne 8 faite de céramique et ayant un petit coefficient de dilatation thermique et, par conséquent, l’effet de prévention d’une rupture des fils conducteurs d’électricité 14 ne peut pas être obtenu, mais cette configuration est avantageuse d’un point de vue économique car le nombre d’éléments constitutifs est réduit.
Selon ce mode de réalisation, les fils de sortie en platine 6 ne se rompent pas comme dans le premier mode de réalisation. En outre, également dans le cas où l’élément de thermomètre à résistance de platine 4 est conçu à partir d’une pluralité d’éléments de thermomètre à résistance de platine qui sont connectés électriquement en série par un fil de platine, ce fil de platine ne se rompt pas comme dans le premier mode de réalisation.
Test de cyclage thermique
Afin de vérifier les effets de la présente invention, le capteur de température 2 pour température élevée du second mode de réalisation représenté sur la figure 2 a été soumis à un test de cyclage thermique. L’élément de thermomètre à résistance de platine 4 du capteur de température 2 pour température élevée soumis au test a été formé comme suit. A savoir, cinq éléments de thermomètre à résistance de platine de 100 Ω, dans chacun desquels une couche mince de platine sous la forme d’un fil sinueux a été formée sur une couche mince faite de céramique ou équivalents pour former un fil de résistance en platine, et dont la surface a été isolée par un revêtement, ont été connectés électriquement en série par un fil de platine, pour ainsi former l’élément de thermomètre à résistance de platine 4. La structure externe 7 avait un diamètre externe d’environ 6 mm et une longueur dans la direction axiale d’environ 16 mm.
Les matériaux formant les éléments constitutifs étaient tels que décrits ci-dessus. En résumé, la structure externe 7, l’organe de fixation de structure interne 11 et le couvercle 12 ont été formés à partir de NCF600, la structure interne 8 a été formée à partir d’une céramique faite d’alumine et la matière de remplissage isolante 9 a été formée à partir d’un adhésif céramique principalement fait d’alumine.
Six capteurs de température 2 pour température élevée ont été préparés et ont tous été soumis à 2000 cycles thermiques dans lesquels la température a été augmentée et diminuée à plusieurs reprises entre la température ambiante et 930 C. Avec ces cycles thermiques, les fils de sortie en platine 6 des exemples classiques se sont rompus, tandis que dans les six capteurs de température 2, aucun des fils de sortie en platine 6 ne s’est rompu et aucune autre partie ne s’est rompue ou n’a été endommagée. Ces résultats confirment l’efficacité de la présente invention.
Les modes de réalisation décrits dans le présent document doivent être considérés en tous points comme illustratifs et non limitatifs. La portée de l’invention est indiquée par les revendications annexées plutôt que par la description précédente.
Toutes modifications tombant dans la signification et la plage d’équivalence des revendications sont destinées à être englobées par celles-ci.
Application industrielle
Le capteur de température pour température élevée de la présente invention est approprié en tant que capteur pour mesurer la température d’un objet dans lequel la température est élevée et change fréquemment. En particulier, ce capteur de température peut être utilisé de préférence comme capteur de température pour surveiller la température d’une cuve catalytique d’un moteur de propulseur équipant un satellite, comme capteur de température pour contrôler la température d’un petit four électrique dans lequel la température change de manière importante et pour le contrôle de températures d’autres dispositifs du même genre.
Description des numéros de référence 1 Capteur de température pour température élevée (premier mode de réalisation) 2 Capteur de température pour température élevée (second mode de réalisation) 3 Câble MI 4 Elément de thermomètre à résistance de platine 5 Corps principal d’élément de thermomètre à résistance de platine 6 Fil de sortie en platine 7 Structure externe 8 Structure interne 9 Matière de remplissage isolante 11 Organe de fixation de structure interne 12 Couvercle 13 Gaine métallique 14 Fil conducteur d’électricité 15 Poudre inorganique isolante
Claims (8)
- REVENDICATIONS1. Capteur de température pour température élevée (1, 2), apte à être situé à une extrémité d’un câble MI (3) dans lequel des fils conducteurs d’électricité (14) sont logés via une poudre inorganique isolante (15) dans une gaine métallique (13), le capteur de température comprenant : une structure externe (7) faite d’un métal et ayant une forme tubulaire avec un fond ; une structure interne (8) faite de céramique, ayant une forme tubulaire avec ou sans fond et disposée à l’intérieur de la structure externe (7) dans une position dans laquelle la structure interne (8) est sensiblement en contact, au niveau d’une face latérale externe de la structure interne, avec une face latérale interne de la structure externe (7), et la structure interne est en outre sensiblement en contact, au niveau d’une face terminale inférieure de la structure interne, avec une face interne d’une partie inférieure de la structure externe (7), et la structure interne est fixée, au niveau d’une partie terminale supérieure de celle-ci, à la structure externe (7) ; un élément de thermomètre à résistance de platine (4) disposé à l’intérieur de la structure interne (8), conçu à partir d’un corps principal de l’élément de thermomètre à résistance de platine (5) contenant un fil de résistance en platine et des fils de sortie en platine (6) reliés au fil de résistance en platine et partiellement exposés en sortie du corps principal de l’élément de thermomètre à résistance de platine (5), dans lequel les extrémités des fils de sortie en platine (6) exposés en sortie du corps principal de l’élément de thermomètre à résistance de platine (5) sont aptes à être reliées aux fils conducteurs d’électricité (14) du câble MI (3) ; et une matière de remplissage isolante (9) faite d’un adhésif céramique ou d’une poudre céramique remplie de manière compacte à haute densité, et introduite à l’intérieur de la structure interne (8) et d’une partie de la structure externe (7) où la structure interne (8) n’est pas présente.
- 2. Capteur de température pour température élevée selon la revendication 1, dans lequel un matériau formant la structure interne (8), et un matériau principal formant l’adhésif céramique de la matière de remplissage isolante (9) ou un matériau formant la poudre céramique de la matière de remplissage isolante (9) sont l’un quelconque parmi l’alumine, la zircone et un mélange d’alumine et de zircone.
- 3. Capteur de température pour température élevée selon la revendication 2, dans lequel une position dans une direction axiale de la partie terminale supérieure de la structure interne (8) fixée à la structure externe (7) correspond sensiblement à une position à laquelle les extrémités des fils de sortie en platine (6) et des fils conducteurs d’électricité (14) du câble MI (3) sont aptes à être reliées les unes aux autres.
- 4. Capteur de température pour température élevée selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre : un organe de fixation de structure interne (11) qui est fait d’un métal et qui peut appuyer sur une face supérieure de la structure interne (8) ; dans lequel la structure interne (8) est pourvue, sur une face externe de la partie terminale supérieure de celle-ci, d’un rebord, la structure externe (7) est pourvue, sur une face interne d’une partie supérieure de celle-ci, d’une marche, par la réduction de l’épaisseur de la paroi de la partie supérieure, et la partie terminale supérieure de la structure interne (8) est fixée à la structure externe (7) par soudage ou brasage de l’organe de fixation de structure interne (11) et de la structure externe (7) l’un sur l’autre dans un état dans lequel le rebord de la structure interne (8) repose sur la marche de la structure externe (7) et la structure interne (8) est suspendue sur la structure externe (7), et une face supérieure du rebord sur la structure interne (8) est pressée par l’organe de fixation de structure interne (H)·
- 5. Capteur de température pour température élevée selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre : un couvercle (12) qui est fait d’un métal et qui peut être fixé sur une ouverture d’une partie supérieure de la structure externe (7) ; dans lequel l’intérieur de la structure externe (7) est apte à être protégé de l’air extérieur par soudage ou brasage du couvercle (12) sur la structure externe (7) et la gaine métallique (13) du câble MI (3).
- 6. Capteur de température pour température élevée selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre : un organe de fixation de structure interne (11) qui est fait d’un métal et qui peut s’appuyer sur une face supérieure de la structure interne (8) ; et un couvercle (12) qui est fait d’un métal et qui peut être fixé sur une ouverture d’une partie supérieure de la structure externe (7) ; dans lequel la structure interne (8) est pourvue, sur une face externe d’une partie terminale supérieure de celle-ci, d’un rebord, la structure externe (7) est pourvue, dans une face interne d’une partie supérieure de celle-ci, d’une marche, par la réduction de l’épaisseur de la paroi de la partie supérieure, et la partie terminale supérieure de la structure interne (8) est fixée à la structure externe (7), et l’intérieur de la structure externe (7) est apte à être protégé de l’air extérieur par soudage ou brasage du couvercle (12) sur la structure externe (7) et la gaine métallique (13) du câble MI (3) dans un état dans lequel le rebord de la structure interne (8) repose sur la marche de la structure externe (7) et la structure interne (8) est suspendue sur la structure externe (7), l’organe de fixation de structure interne (11) est placé sur une face supérieure du rebord sur la structure interne (8), le couvercle (12) est fixé sur une face supérieure de l’organe de fixation de structure interne (11) et la face supérieure de l’organe de fixation de structure interne (11) est pressée par le couvercle (12).
- 7. Capteur de température pour température élevée selon la revendication 6, dans lequel l’organe de fixation de structure interne (11) est formé d’un seul tenant avec la structure interne (8).
- 8. Capteur de température pour température élevée selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’élément de thermomètre à résistance de platine (4) disposé à l’intérieur de la structure interne (8) est conçu à partir d’une pluralité d’éléments de thermomètre à résistance de platine qui sont connectés en série par un fil en platine.
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