FR3085202A1 - Sonde de température d’un système de contrôle thermique à utiliser dans des systèmes de distribution d’énergie - Google Patents

Sonde de température d’un système de contrôle thermique à utiliser dans des systèmes de distribution d’énergie Download PDF

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Abstract

Sonde de température d'un système de contrôle thermique à utiliser dans des systèmes de distribution d'énergie. Sonde (5) de température d’un système (7) de contrôle thermique, qui comprend : une plaquette à circuit imprimé (PCB) (15) en céramique, ayant une première face (17(1) et une seconde face (17(2)), la PCB (15), comprenant un élément (20) de détection de température, une borne (22), la première extrémité (25(1)) de la borne (22), fixée directement en contact avec un point (27) mesuré et la seconde extrémité (25(2)) de la borne (22) touchant la première face (17(1)) de la PCB (15) et l’élément (20) de détection de la température est configuré pour produire un signal (30) électrique en réaction à la chaleur ; le signal (30) électrique produit par l’élément (20) étant envoyé par la paire de fils (32(1-2)) conducteurs à une unité (12) de commande pour contrôler une température (35). Figure pour l’abrégé : Figure 1

Description

Description
Titre de l'invention : Sonde de température d’un système de contrôle thermique à utiliser dans des systèmes de distribution d’énergie Arrière-plan technologique [0001] 1. Champ [0002] Des facettes de la présente invention se rapportent, d’une manière générale, à une sonde de température d’un système de contrôle thermique à utiliser dans des systèmes de distribution d’énergie. La sonde de température comprend un matériau céramique isolant électriquement et conducteur thermiquement. La sonde de température utilise un contact direct à un raccord mesuré et utilise des connexions à fil pour transmettre un signal.
[0003] 2. Description de la technique apparentée [0004] Des situations anormales, telles qu’un montage défectueux et une surcharge, peuvent provoquer une élévation de température substantielle dans des systèmes de distribution d’énergie. On a donc besoin d’avoir un système de contrôle continu de la température pour contrôler une élévation de température dans des raccords de connexion d’énergie, des cosses et des câbles de divers composants de montage. Une sonde de température est nécessaire, comme partie importante du système de contrôle de la température. La sonde de température doit pouvoir être montée facilement, détecter des températures d’une manière fiable à un point mesuré, être capable de résister à la tension requise du système et être dans une gamme de prix raisonnable.
[0005] Il y a trois types de concepts de sonde, qui ont été mis sur le marché. Un premier type de système de contrôle de la température utilise des sondes infrarouges (IR) pour détecter la température. La sonde infrarouge ne touche pas directement le système de haute tension, ce qui élimine le danger d’un claquage électrique. Et des systèmes de ce genre sont, d’une manière générale, peu coûteux. Mais, les raccords mesurés doivent être peints en certaines couleurs, habituellement en noir, et l’opération de peinture n’est pas agréable à l’utilisateur. La sonde IR peut aussi recevoir des signaux émis par quelque chose d’autre que le raccord mesuré, ce qui peut fausser la mesure.
[0006] Pour pallier ces inconvénients des sondes IR, un deuxième type de système de contrôle de la température utilise une sonde thermique en contact direct avec le raccord mesuré et la détection est faite par des thermocouples ou par des composants analogues. Pour éviter un claquage électrique dû à la tension haute du système, on a utilisé deux voies de transmission de signaux entre les capteurs et le système de commande. La première consiste à utiliser des optiques à fibre pour retourner le signal de température à l’unité de commande. Bien que satisfaisant à ce qui est exigé, une conception de sonde de ce genre peut être coûteuse pour les utilisateurs finaux. La seconde consiste à utiliser un accumulateur pour envoyer un signal des sondes de température par rintermédiaire de connexions sans fil. Un procédé de ce genre exige des sondes thermiques alimentées par accumulateur pour produire un signal actif et ont ainsi l’inconvénient d’avoir à remplacer l’accumulateur pour l’entretien. Il faut aussi s’assurer de bonnes connexions sans fil pour un relevé fiable du signal.
[0007] Un troisième type de système de contrôle de la température utilise des sondes de température alimentées en fréquence radio. Dans des systèmes de ce genre, on utilise une antenne ou plusieurs antennes pour envoyer des signaux en fréquence radio aux sondes fixées aux raccords mesurés. A des températures différentes, les sondes réfléchissent le signal de fréquence radio à des fréquences différentes, mais, en détectant le changement de la fréquence réfléchie, on peut détecter la température. Des systèmes de ce genre sont aussi coûteux et sensibles aux agencements antenne-sonde.
[0008] Il y a donc un besoin constant d’une sonde de température appropriée d’un système de contrôle de la température à utiliser dans des systèmes de distribution d’énergie, qui soit capable de fournir un relevé fiable de la température, tout en étant peu coûteuse.
[0009] RESUME [0010] D’une manière succincte, des facettes de la présente invention se rapportent à une sonde de température d’un système de contrôle de la température à utiliser dans des systèmes de distribution d’énergie, qui peut procurer un relevé fiable de la température, tout en étant peu coûteuse. La sonde proposée utilise un contact direct à un raccord mesuré et utilise des connexions par fil pour transmettre un signal. Tous les soucis concernant des agencements de récepteur (sans fil, RF ou IR) sont éliminés. La sonde de température comprend un matériau en céramique isolant électriquement et conducteur thermiquement. Une plaquette à circuit imprimé (PCB) en céramique a un prix raisonnable, en sorte qu’utiliser un matériau de ce genre abaisse considérablement le coût de la sonde de température. L’utilisation de la PCB en céramique rend la sonde de température moins coûteuse que des optiques à fibre et que tous les autres concepts.
[0011] Suivant un mode de réalisation donné à titre illustratif de la présente invention, il est prévu une sonde de température d’un système de contrôle thermique à utiliser dans des systèmes de distribution d’énergie, la sonde de température étant caractérisée en ce qu’elle comprend une plaquette à circuit imprimé (PCB) en céramique, ayant une première face et une seconde face, la PCB en céramique comprenant un élément de détection de la température, disposé sur la second face de la PCB en céramique. La sonde de température a une borne, ayant une première extrémité et une seconde extrémité, la première extrémité de la borne étant configurée pour être fixée directement en contact avec un point mesuré et la seconde extrémité de la borne touchant directement la première face de la PCB en céramique, de manière à conduire de la chaleur de la borne à l’élément de détection de la température, en passant par la PCB en céramique, l’élément de détection de la température est configuré pour produire un signal électrique en réaction à la chaleur. La sonde de température a, en outre, une paire de fils conducteurs. Le signal électrique, produit par l’élément de détection de la température, est envoyé par la paire de fils conducteurs à une unité de commande pour contrôler une température. La sonde de température a, en outre, un époxy pour sceller une partie de la borne, la PCB en céramique dans son entier et une partie de la paire de fils conducteurs, afin d’assurer une résistance physique souhaitée et une rigidité diélectrique souhaitée.
[0012] De préférence :
- la borne comprend un matériau d’une grande conductivité thermique, la borne étant configurée pour conduire la chaleur du point mesuré à l’élément de détection de la température et la borne fournissant un moyen pour connecter la sonde de température au point mesuré ;
- la borne est une cosse annulaire, configurée pour être boulonnée sur le point mesuré ;
- la borne est un tube cylindrique, configuré pour être attaché à des câbles par des attaches en fil métallique ;
- la PCB en céramique procure une isolation diélectrique entre la borne, qui est une partie à haute tension, et l’élément de détection de la température, qui est une partie à basse tension ;
- la PCB en céramique comprend un matériau d’une grande conductivité thermique ;
- pour assurer une bonne conduction de la chaleur, à la fois la borne et l’élément de détection de la température sont soudés directement à la PCB en céramique ;
- une graisse conductrice de la chaleur est mise entre la borne et la PCB en céramique et entre l’élément de détection de la température et la PCB en céramique ;
- l’élément de détection de la température est un thermocouple ;
- l’époxy est soit un époxy isolant utilisé pour le scellement, soit une matière plastique dans laquelle le scellement est effectué par une opération de moulage par injection.
[0013] Suivant un mode de réalisation de la présente invention donné à titre d’illustration, il est prévu un système de contrôle de la température à utiliser dans des systèmes de distribution d’énergie. Le système de contrôle de la température comprend une unité de commande pour contrôler la température et une sonde de température couplée à l’unité de commande. La sonde de température est suivant l’invention.
[0014] DESCRIPTION SUCCINCTE DES DESSINS [0015] La figure 1 illustre une vue de dessus et une vue de côté d’une sonde de température (sans époxy, ni matière plastique) d’un système de contrôle de la température à utiliser dans des systèmes de distribution d’énergie, conformément à un mode de réalisation donné à titre d’exemple de la présente invention.
[0016] La figure 2 illustre une vue de dessus et de côté d’une sonde de température (sans époxy, ni matière plastique) d’un système de contrôle de la température à utiliser dans des systèmes de distribution d’énergie, conformément à un mode de réalisation donné à titre d’exemple de la présente invention.
[0017] La figure 3 illustre une vue de dessus d’une conception de cosse annulaire d’une borne pour des applications à boulonner suivant un mode de réalisation donné à titre d’exemple de la présente invention.
[0018] La figure 4 illustre une vue de côté de la conception de cosse annulaire de la borne de la figure 3 suivant un mode de réalisation donné à titre d’exemple de la présente invention.
[0019] La figure 5 illustre une vue de dessus d’une conception en tube d’une borne pour des applications d’attache par fil suivant un mode de réalisation donné à titre d’exemple de la présente invention.
[0020] La figure 6 une vue de côté d’une conception en tube de la borne de la figure 5 suivant un mode de réalisation donné à titre d’exemple de la présente invention.
[0021] La figure 7 illustre une vue en élévation de la conception en tube de la borne de la figure 5 suivant un mode de réalisation donné à titre d’exemple de la présente invention.
Description des modes de réalisation [0022] Pour faciliter la compréhension de modes de réalisation, principes et caractéristiques de la présente invention, qui sont expliqués ci-après en se reportant à la mise en œuvre dans des modes de réalisation donnés à titre d’illustration. Ils sont décrits, en particulier, dans le contexte d’une sonde de température (avec époxy ou matière plastique) du système de contrôle de la température à utiliser dans les systèmes de distribution d’énergie. La sonde de température comprend une plaquette à circuit imprimé (PCB) en céramique, en un matériau céramique, isolant électriquement et conducteur thermiquement. La sonde de température utilise un contact direct à un raccord mesuré et utilise des connexions par fil pour émettre un signal. La sonde de température procure un système de contrôle continu de la température pour contrôler une élévation de température dans des raccords, des cosses et des câbles de connexion de divers composants de montage. La sonde de température se monte facilement, détecte des températures de manière fiable à un point mesuré, est capable de résister à toute tension requise du système et est dans une gamme de prix raisonnable. Mais, des modes de réalisation de la présente invention ne sont pas limités à l’utilisation dans les dispositifs ou procédés décrits.
[0023] Les composants et matériaux décrits ci-après, comme constituant les divers modes de réalisation, sont donnés à titre illustratif et non limitatif. De nombreux composants et matériaux appropriés, qui effectueraient la même fonction ou une fonction similaire que les matériaux décrits, font partie de la portée de la présente invention.
[0024] Conformément à un mode de réalisation de la présente invention, la figure 1 représente une représentation d’une sonde de température (sans époxy ou matière plastique) 5 d’un système 7 de contrôle de la température, à utiliser dans un système 10 de distribution d’énergie, suivant un mode de réalisation donné à titre d’exemple de la présente invention. Le système 7 de contrôle de la température comprend une unité 12 de commande pour contrôler la température. Le système 7 de contrôle de la température comprend une sonde 5 de température, couplée à l’unité 12 de commande (bien que cela soit, d’une manière générale, une illustration correcte, le montage exact est que chaque sonde mène à un module et qu’un groupe de modules sont connectés en une unité de commande). La sonde 5 de température comprend une plaquette à circuit imprimé (PCB) 15 en céramique, ayant une première face 17(1) et une seconde face 17(2). La PCB 15 en céramique comprend un élément 20 de détection de la température, disposé sur la seconde face 17(2) de la PCB 15 en céramique. La sonde 5 de température comprend une borne 22, ayant une première extrémité 25(1) et une seconde extrémité 25(2). La première extrémité 25(1) de la borne 22 est configurée pour être fixée directement en contact avec un point 27 mesuré et la seconde extrémité 25(2) de la borne 22 touche directement la première face 17(1) de la PCB 15 en céramique, de manière à conduire de la chaleur de la borne 22 à l’élément 20 de détection de la température, en passant par la PCB 15 en céramique.
[0025] La PCB 15 en céramique peut être, par exemple, en un matériau céramique, qui est minéral, non métallique, souvent en oxyde cristallin, nitrure ou carbure. Certains éléments, tels que le carbone ou le silicium, peuvent être considérés comme des céramiques. Les matériaux céramiques sont fragiles, durs et résistants à la compression, mais peu au cisaillement et à la traction. La cristallinité des matériaux céramiques va de très orientée à semi-cristalline, vitrifiée, et souvent complètement amorphe (par exemple, des verres). Le plus souvent, des céramiques passées au four sont vitrifiées ou semi-vitrifiées. Laire varier la cristallinité et la consommation d’électrons dans les liaison ioniques et covalentes fait que la plupart des matériaux céramiques sont de bons isolants thermiques et électriques. Les céramiques peuvent, d’une manière générale, résister à des températures très hautes, telles que des températures qui vont de 1.000°C à 1.600°C. Le verre est souvent considéré comme n’étant pas une céramique en raison de son caractère amorphe (non cristallin). Mais, faire du verre implique plusieurs stades du processus céramique et ses propriétés mécaniques sont semblables à des matériaux céramiques. Les matériaux céramiques cristallins ne peuvent pas être soumis à beaucoup de traitement. Le verre est conformé lorsqu’il est complètement fondu, par coulée, ou lorsqu’il est dans un état de caramel, par des procédés tels que l’insufflation dans un moule. Si les derniers traitements thermiques font que ce verre devient partiellement cristallin, le matériau obtenu est connu comme étant un verre-céramique.
[0026] Les propriétés physiques d’une substance céramique de la PCB 15 en céramique résultent directement de sa structure cristalline et de sa composition chimique. La chimie de l’état solide révèle la liaison fondamentale entre la micro structure et les propriétés, telles que des variations de densité localisées, la répartition de la granulométrie, le type de porosité et la teneur en phase secondaire, qui tous peuvent être mis en corrélation avec des propriétés céramiques, telles que la résistance σ mécanique par l’équation de Hall-Petch, la dureté, la ténacité, la constante diélectrique et les propriétés optiques présentées par des matériaux transparents. Les propriétés mécaniques sont importantes dans des matériaux de structure et de construction ainsi que dans des tissus textiles. Elles comprennent de nombreuses propriétés utilisées pour décrire la résistance de matériaux, telle que : élasticité/plasticité, résistance à la traction, résistance à la compression, résistance au cisaillement, résistance à la fracture & ductilité (petite dans des matériaux fragiles), et dureté à l’empreinte. Certaines céramiques sont des semi-conducteurs. La plupart d’entre elles ont des oxydes de métal de transition, qui sont des semi-conducteurs II-VI, tels que l’oxyde de zinc. La PCB 15 en céramique peut être, par exemple, en un matériau céramique, qui a une grande rigidité diélectrique et une grande conductivité thermique.
[0027] En fonctionnement, l’élément 20 de détection de la température est configuré pour produire un signal (30) électrique en réaction à la chaleur. La sonde 5 de température comprend, en outre, une paire de fils 32(1-2) conducteurs. Le signal 30 électrique, produit par l’élément 20 de détection de la température, est envoyé par la paire de fils 32(1-2) conducteurs à l’unité 12 de commande pour contrôler une température 35. La borne 22 comprend un matériau d’une grande conductivité thermique. La borne 22 est configurée pour conduire la chaleur du point 27 mesuré à l’élément 20 de détection de la température et la borne 22 procure un moyen pour connecter la sonde 5 de température au point 27 mesuré. La borne 22 peut être une cosse annulaire, configurée pour être boulonnée sur le point 27 mesuré. La borne 22 peut être un tube cylindrique, configuré pour être attaché à des câbles par des attaches en fil.
[0028] La sonde 5 de température comprend, en outre, un époxy (non représenté) pour sceller une partie de la borne 22, la PCB 15 en céramique dans son entier et une partie de la paire de fils 32(1-2) conducteurs pour assurer une résistance physique souhaitée et une rigidité diélectrique souhaitée. L’époxy est soit un époxy isolant, soit une matière plastique. L’époxy sert à relâcher la contrainte mécanique lorsque la sonde 5 de température est manipulée.
[0029] La PCB 15 en céramique procure une isolation diélectrique entre la borne 22, qui est une partie à haute tension et l’élément 20 de détection de la température, qui est une partie à basse tension. La PCB 15 en céramique procure une conduction de la chaleur de la borne 22 à l’élément 20 de détection de la température. La PCB 15 en céramique comprend un matériau de grande conductivité thermique. Le matériau de grande conductivité thermique peut être, par exemple, du nitrure d’aluminium.
[0030] Pour assurer une bonne conduction de la chaleur, à la fois la borne 22 et l’élément 20 de détection de la température sont soudés directement à la PCB 15 en céramique. Une graisse (non représentée) conductrice de la chaleur peut être mise entre la borne 22 et la PCB 15 en céramique et entre l’élément 20 de détection de la température et la PCB 15 en céramique. Dans un mode de réalisation, l’élément 20 de détection de la température peut être une puce de détection, telle que TI LMT01.
[0031] L’élément 20 de détection de la température peut être un thermocouple. Ce thermocouple peut être un dispositif électrique consistant en deux conducteurs électriques dissemblables formant des jonctions électriques à des températures différentes. Un thermocouple de ce genre produit une tension, qui dépend de la température en résultat de l’effet thermoélectrique, et cette tension peut être interprétée pour mesurer la température. Le thermocouple peut être à autoalimentation et ne pas requérir de forme extérieure d’excitation. Quand des métaux différents sont réunis aux extrémités et lorsqu’il y a une différence de température entre les parties jointes on observe un champ magnétique. Le champ magnétique est dû à un courant thermoélectrique. La tension produite à une jonction unique de deux types différents de fil est ce qui est intéressant, puisque cela peut être utilisé pour mesurer une température à des températures très hautes et basses. L’amplitude de la tension dépend des types de fil utilisés. En général, la tension est de l’ordre du microvolt et il faut prendre soin d’obtenir une mesure utilisable à partir d’un débit de courant très petit. Dans la configuration normalisée pour l’usage de thermocouple, la température Tsense souhaitée est obtenue en utilisant trois entrées - la fonction E(T) caractéristique du thermocouple, la tension V mesurée, et la température Tref de jonction de référence. La solution de l’équation E(Tsense) = V + E(Tiei) donne Tsense. La tension V mesurée peut être utilisée pour calculer la température Tsense pourvu que la température Tref soit connue. Pour obtenir la mesure souhaitée de Tsense, il n’est pas suffisant de mesurer seulement V. Il faut connaître déjà la température aux jonctions Tref de référence. Les thermocouples, comme dispositifs de mesure, sont caractérisés par une courbe E(T) précise, indépendamment de tout autre détail. Des fonctions caractéristiques de thermocouples, qui atteignent des températures intermédiaires, sont couvertes par des types de thermocouple nickel-alliage, E, J, K, M, N, T.
[0032] La PCB 15 en céramique sert à deux effets. Premièrement, elle procure une isolation diélectrique entre la partie à haute tension (la borne 22) et la partie à basse tension (élément 20 de détection de la température). Deuxièmement, elle procure une conduction de la chaleur de la borne 22 à l’élément 20 de détection. Une céramique a, en général, une grande plage de conductivité thermique. Pour obtenir une bonne conduction de la chaleur, on doit utiliser un matériau d’une grande conductivité thermique, tel que du nitrure d’aluminium. Pour assurer également une bonne conduction de la chaleur, à la fois la borne 22 et l’élément 20 de détection de la chaleur sont soudés directement à la PCB 15 en céramique. Si l’on n’utilise pas de soudure, on peut utiliser une graisse bonne conductrice ou analogue entre des composants. L’élément 20 de détection de la température peut être un thermocouple ou un autre type de sonde de température. Le signal 30 électrique produit par l’élément 20 de détection de la température est ensuite transmis par la paire de fils 32(1-2) conducteurs à l’unité 12 de commande pour le contrôle de la température.
[0033] En se reportant à la figure 2, elle illustre une représentation d’une sonde 200 de température (avec époxy ou matière plastique) du système 7 de contrôle de la température à utiliser dans le système 10 de distribution d’énergie suivant un mode de réalisation donné à titre d’exemple de la présente invention. La sonde 5 de température comprend un époxy 217 pour sceller une partie de la borne 22, la PCB 15 en céramique en son entier et une partie de la paire de fils 32(1-2) conducteur, afin d’assurer une résistance physique souhaitée et une rigidité diélectrique souhaitée. L’époxy 217 est soit un époxy isolant utilisé pour sceller ou une matière plastique, dans laquelle le scellement est fait par une opération de moulage par injection. L’époxy 217 sert à relâcher la contrainte mécanique lorsque la sonde 5 de température est manipulée. La sonde 200 de température comprend, en outre, un boîtier 220 en matière plastique, disposé autour de l’époxy 217.
[0034] En se tournant maintenant vers la figure 3, elle illustre une vue de dessus d’une conception 300 en cosse annulaire de la borne 22 pour des applications boulonnées suivant un mode de réalisation donné à titre d’exemple de la présente invention. Une partie de la conception 300 en cosse annulaire de la borne 22, qui est à l’intérieur de l’époxy 217, a une fente 305 de retenue, qui est remplie d’époxy, de manière à ce que, lorsque la borne 22 est tirée, la fente 305 de maintien agisse directement sur l’époxy 217 au lieu de s’en remettre à une liaison en surface, afin d’assurer qu’une force n’agit pas sur une jonction de la PCB.
[0035] La figure 4 illustre une vue de côté de la conception 300 en cosse annulaire de la borne 22 de la figure 3 suivant un mode de réalisation donné à titre d’exemple de la présente invention. La conception 300 en cosse annulaire peut comprendre une bague 400 et une tige 405 s’éloignant de la bague 400. La bague 400 et la tige 405 peuvent être en un métal ou en un alliage de métaux, tels que cuivre ou aluminium. La conception 300 en cosse annulaire peut comprendre un coude 410 entre la bague 400 et la tige 405, de manière à ce que la bague 400 et la tige 405 puissent ne pas être au même niveau. En particulier, la bague 400 sera à un niveau 415(1) plus bas qu’un niveau 415(2) de la tige (405) lorsque la sonde 5 ou 200 de température est mise à plat sur une surface.
[0036] La figure 5 est une vue de dessus d’une conception 500 en tube de la borne 22 pour des applications à attache par fil suivant un mode de réalisation donné à titre d’exemple de la présente invention. Une partie de la conception 500 en tube de la borne 22, qui est à l’intérieur de l’époxyde 217, a une fente 505 de retenue, qui est remplie d’époxy. La conception 500 en tube peut comprendre une paire d’ailes 510(1-2) et une tige 515 s’éloignant de la paire d’ailes 510(1-2). La paire d’ailes 510(1-2) et la tige 515 peuvent être en un métal ou en un alliage de métaux, tels que cuivre ou aluminium. La conception 500 en tube peut comprendre un coude 520 (voir la figure 6) entre la paire d’ailes 510(1-2) et la tige 515, de manière à ce que la paire d’ailes 510(1-2) et la tige 515 puissent ne pas être au même niveau. En particulier, la paire d’ailes 510(1-2) sera à un niveau plus bas que la tige 515, lorsque la sonde 5 ou 200 de température est mise sur une surface.
[0037] La figure 6 est une vue de côté de la conception 500 en tube de la borne 22 de la figure 5 suivant un mode de réalisation donné à titre d’exemple de la présente invention. La borne 22 sert à deux effets. Premièrement, elle conduit de la chaleur du point 27 mesuré à l’élément 20 de détection de la température et doit donc être en un matériau de grande conductivité thermique, tel qu’en cuivre. Deuxièmement, elle procure un moyen pour connecter la sonde 5 de température au point 27 mesuré. Dans une configuration, telle que représentée à la figure 3, la borne 22 est une cosse annulaire, qui peut être boulonnée sur le raccord 27 mesuré. Dans une autre configuration, telle que représentée à la figure 5, la borne 22 est un tube cylindrique, qui peut être attaché à des câbles par des attaches en fil.
[0038] La figure 7 est une vue en élévation de la conception 500 en tube de la borne de la figure 5 suivant un mode de réalisation donné à titre d’exemple de la présente invention. Dans la conception 500 en tube, la paire d’ailes 510(1-2) forme un tube cylindrique, qui peut être attaché à des câbles par des attaches en fil.
[0039] Un défit technique important à relever est la grande rigidité diélectrique, qui est nécessaire. Pour l’assurer, une partie de la borne 22, toute la PCB 15 en céramique et une partie de la paire de fils 32(1-2) conducteurs sont scellées dans un époxy isolant. L’époxy 217 choisi a une grande rigidité diélectrique pour créer une isolation suffisante entre les parties à basse tension à l’intérieur et la partie à haute tension à l’extérieur. L’époxy isolant peut servir aussi à relâcher la contrainte mécanique, lorsque la sonde 5, 200 de température est manipulée. Un exemple est représenté à la figure 3. La partie de la borne 22, qui est à l’intérieur de l’époxy 217 a la fente 305 de retenue, qui est remplie d’époxy, au lieu d’être plate. Lorsque la borne 22 est tirée, la fente 305 de retenue peut ainsi agir directement sur l’époxy 217, au lieu de s’en remettre à une liaison de surface, et peut assurer que la force n’agit pas sur le raccord de PCB. On peut utiliser aussi des concepts similaires du côté des fils conducteurs, bien que cela ne soit pas représenté ici. On peut choisir un époxy ayant une grande force de liaison avec l’isolant du fil ou des composants intermédiaires, tels que des sertissages ou des bornes, peuvent être utilisés pour isoler le raccord sur la PCB 15 en céramique. Si l’on a besoin de davantage de résistance, on peut utiliser le boîtier 220 en matière plastique autour de l’époxy.
[0040] Des produits, tels que des panneaux de distribution, des commutateurs, des appareillages électriques, des systèmes à barre collectrice, etc sont intégrés à des produits de contrôle d’énergie. Un système de contrôle de la température d’un circuit dérivé procure une bonne solution dans un écosystème ayant des capacités de contrôle. En incorporant le système 7 de contrôle de la température dans des panneaux de distribution, des commutateurs, des appareillages électriques, des systèmes à barre collectrice, on augmente l’offre de produits du point de vue du client. La sonde 5 de température est un composant important du système 7 de contrôle de la température et est déterminante pour le système de contrôle de la température à circuit dérivé.
[0041] Bien que l’on ait décrit un capteur de température reposant sur un thermocouple jusqu’ici, on envisage, dans la présente invention, une gamme d’un ou plusieurs autres types de sondes de température. On peut mettre en œuvre, par exemple, d’autres types de sondes de température reposant sur une ou plusieurs caractéristiques présentées cidessus, sans sortir de l’esprit de la présente invention. Les thermistances sont des résistances sensibles thermiquement, dont la fonction première est de présenter un changement grand, prévisible et précis de la résistance électrique, lorsqu’elles sont soumises à un changement correspondant de la température du corps. Les thermomètres à résistance, appelés aussi détecteurs de température à résistance (RTDs), sont des sondes utilisées pour mesurer la température. Une sonde de température à bande interdite au silicium est une forme extrêmement usuelle de sonde de température (thermomètre) utilisée dans l’équipement électronique.
[0042] Des techniques décrites dans le présent mémoire peuvent être particulièrement utiles pour un système de contrôle de la température à utiliser dans les systèmes de distribution d’énergie. Bien que des modes de réalisation particuliers soient décrits en termes du système de contrôle de la température incorporé dans des panneaux de distribution, des commutateurs, des appareillages électriques, des systèmes à barre collectrice, les techniques décrites dans le présent mémoire ne sont pas limitées au système de distribution d’énergie, ne peuvent être utilisées aussi avec d’autres systèmes, des dispositifs ou circuits analogiques ou numériques.
[0043] La PCB 15 en céramique peut être une plaquette à circuit imprimé à noyau métallique (MCPCB). Des plaquettes à circuit imprimé en céramique sont un type de PCB à noyau métallique. L’une des raisons principales pour laquelle on éviterait d’autres PCB s par rapport à une plaquette à circuit imprimé en céramique ou une autre plaquette MCPCB tient au transfert de la chaleur. Des noyaux métalliques, tels qu’en nitrure d’aluminium et en oxyde de béryllium sont extrêmement conducteurs thermiquement. D’autres matériaux de PCB à noyaux métalliques, en plus de l’aluminium et du béryllium, peuvent comprendre du cuivre et un alliage d’acier. Les alliages d’acier procurent un rigidité que l’on n’obtient pas avec du cuivre et de l’aluminium, mais ne sont pas aussi efficaces pour le transfert de la chaleur. Le cuivre a la meilleure aptitude à transférer et à dissiper de la chaleur, comme partie de plaquette à circuit imprimé, mais il est quelque peu coûteux, de sorte que l’on peut opter pour de l’aluminium, comme une solution moins chère, mais encore très efficace pour dissiper de la chaleur. Les solutions les moins coûteuses seront des plaquettes à circuit imprimé à noyau métallique, ayant une base en aluminium. On obtient une bonne rigidité et une bonne conductivité thermique à un prix plus raisonnable. La raison pour laquelle des PCB s à noyau métallique sont quelque peu plus efficaces pour dissiper de la chaleur que des plaquettes fr4, est due à leur matériau diélectrique à conductivité thermique, qui sert de pont thermique des composants du circuit imprimé à la plaque métallique, en conduisant automatiquement de la chaleur par le noyau à un puits de chaleur. Des plaquettes à circuit imprimé à noyau métallique sont disponible sous la forme de PCB s monocouche, de PCB s puce sur plaquette monocouche, de PCB s double couche, de PCB s double face et de PCB s multi couche.
[0044] Bien que des modes de réalisation de la présente invention aient été décrits sous forme d’exemple, il va de soi pour l’homme de métier que l’on peut y apporter de nombreuses modifications, additions et suppressions, sans sortir de l’esprit et de la portée de l’invention et de ses équivalences.
[0045] Des modes de réalisation et leurs diverses caractéristiques et détails avantageux sont expliqués plus complètement en se reportant aux modes de réalisation non limitatifs, qui sont illustrés dans les dessins annexés et exposés en détail dans la description qui va suivre. Les descriptions de matière, de départs, techniques de traitements, composants et équipement bien connus sont omis, de manière à ne pas obscurcir, sans nécessité, des modes de réalisation de détail. Mais, il va de soi que la description détaillée et les exemples précis, tout en indiquant des modes de réalisation préférés, sont donnés à titre d’illustration seulement et, en aucune façon, ne sont limitatifs. Divers remplacements, modifications, additions et/ou réarrangements, dans la portée et/ou dans l’esprit du concept inventif sous-jacent, apparaîtront à l’homme du métier à partir de cet exposé.
[0046] Telles qu’utilisées dans le présent mémoire, les expression « comprennent », « comprenant », « inclues », « incluant », « a », « ayant » ou toute autre variation sont destinées à ouvrir une inclusion non exclusive. Par exemple un procédé, un objet ou un dispositif, qui comprend une énumération d’éléments, n’est pas limité nécessairement à seulement ces éléments, mais peut comprendre d’autres éléments non énumérés expressément ou inhérent à un tel processus, objet ou dispositif.
[0047] En outre, tout exemples ou illustrations donnés dans le présent mémoire ne doivent pas être considérés, en aucune façon, comme des restrictions, des limites ou comme exprimant des définitions de tout termes avec lesquels ils sont utilisés. Au lieu de cela, ces exemples ou illustrations doivent être considérés comme étant décrits par rapport à un mode de réalisation particulier et seulement à titre d’illustration. L’homme du métier comprendra que tout terme avec lesquels ces exemples ou ces illustrations sont utilisés englobera d’autres modes de réalisation, qui peuvent ou peuvent ne pas être donnés avec lui ou ailleurs dans l’exposé et l’intention est d’inclure tous ces modes de réalisation dans la portée de ces termes.
[0048] Dans l’exposé précédent, l’invention a été décrite en se reportant à des modes de réalisation précis. Toutefois, l’homme du métier comprendra que l’on peut y apporter diverses modifications et changements sans sortir de la portée de l’invention. C’est pourquoi l’exposé et les figures doivent être regardés dans un sens illustratif plutôt que restrictif et on entend inclure dans la portée de l’invention toutes modifications de ce genre.
[0049] Bien que l’invention ait été décrite par ces modes de réalisation précis, ces modes de réalisation sont seulement illustratifs et non limitatifs de l’invention. La description de modes de réalisation de l’invention ne vise pas à être exhaustive ou à limiter l’invention aux formes précises, qui sont décrites (et en particulier, l’inclusion de tout mode de réalisation particulier, caractéristique ou fonction n’est pas destinée à limiter la porter de l’invention à un mode de réalisation, une caractéristique ou une fonction de ce genre). Bien plutôt l’intention est que la description décrite des modes de réalisation, caractéristiques et fonctions à titre illustratif, afin de fournir à un homme du métier le contexte nécessaire pour comprendre l’invention, sans pour autant limiter l’invention à un mode de réalisation, une caractéristique ou une fonction décrite particulièrement. Bien que l’on ait décrit ici des modes de réalisation et des exemples précis à des fins d’illustration, on peut y apporter diverses modifications équivalentes sans sortir de l’esprit et de la portée de l’invention, comme le comprend l’homme du métier. Comme indiqué, ces modifications peuvent être faites à l’invention à la lumière de la description précédé de modes de réalisation de l’invention et doivent être englobées dans l’esprit et la portée de l’invention. Ainsi, bien que l’invention ait été décrite dans le présent mémoire en se reportant à ces modes de réalisation particuliers, l’intention est de laisser une latitude de modification de divers changements et substitutions aux exposés précédents et il va de soi que, dans certains cas, certaines caractéristiques des modes de réalisation de l’invention seront utilisées sans une utilisation correspondante d’autres caractéristiques, sans pour autant sortir de la portée et de l’esprit de l’invention. On peut donc faire de nombreuses modifications pour adapter une situation ou un matériau particulier à la portée et à l’esprit essentiel de l’invention.
[0050] Les phrases « dans un mode de réalisation », « dans un seul mode de réalisation », ou « dans un mode de réalisation précis » ou une terminologie analogue en divers points de cet exposé ne se réfère pas nécessairement au même mode de réalisation. En outre, les caractéristiques, structures ou traits particuliers de tout mode de réalisation particulier peuvent être combinés de toute manière appropriée avec un autre mode de réalisation ou avec tous les autres modes de réalisation. Il va de soi que d’autres variations et modifications des modes de réalisation décrits dans le présent mémoire sont possibles à la lumière des enseignements du présent mémoire et doivent être considérés comme une partie de l’esprit de la portée de l’invention.
[0051] Dans la description, on a fourni de nombreux détails précis, tels que des exemples de composants et/ou de procédés, pour donner une compréhension poussée des modes de réalisation de l’invention. L’homme du métier reconnaîtra toutefois que l’on peut pratiquer un mode de réalisation sans l’un ou plusieurs des détails précis ou avec d’autres dispositifs, systèmes, ensembles, procédés, composants, matériaux, parties et/ ou analogues. Dans d’autres cas, des structures, composants, systèmes, matériaux ou opérations bien connus ne sont pas représentés ou décrits spécifiquement en détail pour éviter d’obscurcir des aspects de modes de réalisation de l’invention. Bien que l’invention puisse être illustrée en utilisant un mode de réalisation particulier, cela n’est pas une limite et ne limite pas l’invention à n’importe quel mode de réalisation particulier et l’homme du métier reconnaîtra que des modes de réalisation supplémentaires peuvent être compris facilement et font partie de cette invention.
[0052] On comprend aussi que l’un ou plusieurs des éléments décrits dans les dessins/ figures peuvent être mis en œuvre aussi d’une manière plus séparée ou intégrée, ou même retirés ou rendus inopérant dans certains cas, selon que cela est utile à une application particulière.
[0053] Les bénéfices, d’autres avantages et solutions aux problèmes ont été décrits ci-dessus en regard de modes de réalisation précis. Toutefois, les bénéfices, avantages, solutions à des problèmes et tous composants qui peuvent faire qu’un bénéfice, avantage ou une solution se produit ou devient plus accentué ne sont pas à considérer comme une caractéristique ou un composant déterminant nécessaire ou essentiel.

Claims (1)

  1. [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4]
    Revendications
    Sonde (5) de température d’un système (7) de contrôle thermique à utiliser dans des systèmes (10) de distribution d’énergie, la sonde (5) de température étant caractérisée en ce qu’elle comprend :
    une plaquette à circuit imprimé (PCB) (15) en céramique, ayant une première face (17(1)) et une seconde face (17(2)), la PCB (15) en céramique comprenant un élément (20) de détection de la température, disposé sur la second face (17(2)) de la PCB (15) en céramique ;
    une borne (22), ayant une première extrémité (25(1)) et une seconde extrémité (25(2)), la première extrémité (25(1)) de la borne (22) étant configurée pour être fixée directement en contact avec un point (27) mesuré et la seconde extrémité (25(2)) de la borne (22) touchant directement la première face (17(1)) de la PCB (15) en céramique, de manière à conduire de la chaleur de la borne (22) à l’élément (20) de détection de la température, en passant par la PCB (15) en céramique et dans laquelle l’élément (20) de détection de la température est configuré pour produire un signal (30) électrique en réaction à la chaleur ;
    une paire de fils (32(1-2)) conducteurs, le signal (30) électrique, produit par l’élément (20) de détection de la température, étant envoyé par la paire de fils (32(1-2)) conducteurs à une unité (12) de commande pour contrôler une température (35) et un époxy (217) pour sceller une partie de la borne (22), la PCB (15) en céramique dans son entier et une partie de la paire de fils (32(1-2)) conducteurs, afin d’assurer une résistance physique souhaitée et une rigidité diélectrique souhaitée.
    Sonde (5) de température suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la borne (22) comprend un matériau d’une grande conductivité thermique, la borne (22) étant configurée pour conduire la chaleur du point (27) mesuré à l’élément (20) de détection de la température et la borne (22) fournissant un moyen pour connecter la sonde (5) de température au point (27) mesuré.
    Sonde (5) de température suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la borne (22) est une cosse annulaire, configurée pour être boulonnée sur le point (27) mesuré.
    Sonde (5) de température suivant l’une des revendications 1 ou 2, ca15
    ractérisée en ce que la borne (22) est un tube cylindrique, configuré pour être attaché à des câbles par des attaches en fil métallique. [Revendication 5] Sonde (5) de température suivant l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la PCB (15) en céramique procure une isolation diélectrique entre la borne (22), qui est une partie à haute tension, et l’élément (20) de détection de la température, qui est une partie à basse tension. [Revendication 6] Sonde (5) de température suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la PCB (15) en céramique comprend un matériau d’une grande conductivité thermique. [Revendication 7] Sonde (5) de température suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que, pour assurer une bonne conduction de la chaleur, à la fois la borne (22) et l’élément (20) de détection de la température sont soudés directement à la PCB (15) en céramique. [Revendication 8] Sonde (5) de température suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en qu’une graisse conductrice de la chaleur est mise entre la borne (22) et la PCB (15) en céramique et entre l’élément (20) de détection de la température et la PCB (15) en céramique. [Revendication 9] Sonde (5) de température suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’élément (20) de détection de la température est un thermocouple. [Revendication 10] Sonde (5) de température suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’époxy (217) est soit un époxy isolant utilisé pour le scellement, soit une matière plastique dans laquelle le scellement est effectué par une opération de moulage par injection.
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