Conjuntos sensores.

Un conjunto sensor que comprende un cuerpo sensor (2) y un alojamiento (20) caracterizado porque el cuerpo sensor (2) tiene un reborde radial (8) y el alojamiento 20 tiene un surco anular en el que se recibe el reborde radial (8) del cuerpo sensor (2),

estando definido el surco anular por un par de hombros opuestos (28, 36), cada uno de los cuales tiene una superficie anular (30, 38) y una superficie sustancialmente cilíndrica (32, 40), y porque las superficies anulares (30, 38) de los hombros (28, 36) están en contacto deslizante con las superficies anulares (12, 14) del reborde (8) y aplican una carga compresiva al reborde (8).

Conjuntos sensores.

Campo técnico

La presente invención versa acerca de conjuntos sensores y, en particular, acerca de conjuntos sensores que incorporan un cuerpo cerámico que puede usarse en entornos operativos de alta temperatura.

Se pretende que la expresión “conjuntos sensores” abarque una amplia variedad de tipos y productos de sensores diferentes según se ilustra con la siguiente lista (no exhaustiva) : sensores de presión, sensores medidores de deformaciones, sensores de temperatura, sensores capacitivos, sensores de medidores de desplazamientos, sensores de sincronización de la punta de un álabe, sensores de medición del libramiento de la punta de un álabe, sensores inductivos, sensores ópticos, sensores de microondas y sensores de rayos infrarrojos.

Una gama adicional de productos adecuados incluye ventanas electromagnéticamente transparentes que se usan para proteger sistemas basados en el electromagnetismo de la temperatura y la presión elevadas experimentadas, por ejemplo, en el entorno de una turbina de gas. Estas ventanas pueden fabricarse de materiales tales como el zafiro, el cuarzo y el diamante, así como de materiales cerámicos más convencionales. Se pretende que el término “transparente” se refiera a cualquier material que no impida el paso de la radiación electromagnética en ningún grado significativo. Tales materiales se escogen habitualmente para su uso con sistemas de medición específicos que incorporan, por ejemplo, tecnología óptica, de microondas y infrarroja.

Técnica antecedente Normalmente, los conjuntos sensores conocidos comprenden componentes compuestos de cerámica/metal que están broncesoldados entre sí usando técnicas convencionales de broncesoldadura. Tal conjunto sensor conocido podría incluir un alojamiento metálico con un buje de óxido de aluminio metalizado solado en el diámetro interior del alojamiento. Acto seguido, se suelda un cuerpo sensor en el diámetro interno del buje.

El cuerpo sensor puede estar fabricado de una o más capas de metal, de cerámica eléctricamente conductora, de cerámica eléctricamente no conductora que se vuelve conductora haciendo que se deposite un material conductor (por ejemplo, un metal) en su superficie, o material conductor compuesto de cerámica/metal. Las capas conductoras pueden definir electrodos u otros elementos sensores o capas de blindaje. Las capas no conductoras pueden definir separadores aislantes que se sitúan entre las capas conductoras. Las capas que forman el cuerpo sensor pueden mecanizarse como parte preformada y luego unirse a una capa adyacente o depositarse sobre una capa adyacente usando cualquier técnica de deposición adecuada. Si la capa exterior del cuerpo sensor está fabricada sustancialmente de un material cerámico, su superficie exterior puede ser metalizada, de forma que el cuerpo sensor pueda ser broncesoldada directamente en el alojamiento usando técnicas convencionales de broncesoldadura sin la necesidad del buje intermedio.

Las partes del alojamiento metálico del conjunto sensor podrían ser fabricadas de una aleación de baja dilatación que esté específicamente diseñada para que tenga un coeficiente de dilatación térmica sustancialmente similar a la del buje y/o a la del cuerpo sensor. Si el conjunto sensor es expuesto a temperaturas elevadas durante la operación, el alojamiento, el buje y el cuerpo sensor se dilatan todos con tasas similares, minimizando la tensión térmica entre los componentes individuales.

Un problema del uso de aleaciones de baja dilatación es que tienden a oxidarse a temperaturas cercanas a los 500°C. Esto pone un límite superior a la temperatura operativa del conjunto sensor. Puede resultar difícil encontrar un metal que sea adecuado para su uso a temperaturas más elevadas y que también tenga un coeficiente de dilatación térmica que sea sustancialmente similar al del buje y/o al del cuerpo sensor. Una solución conocida es usar lo que ha dado en llamarse técnicas de “broncesoldadura activa”, que permiten que ciertos materiales cerámicos se suelden a metales sin la necesidad de revestimientos metalizados y también proporcionan un grado de elasticidad entre los dos materiales diferentes para acomodar las diferentes tasas de dilatación térmica. Sin embargo, en la práctica, la temperatura operativa de las aleaciones de broncesoldadura activa está limitada a aproximadamente 800°C, lo que no es suficientemente elevado para ciertas operaciones. Los revestimientos elásticos que se necesitan para proporcionar el grado de elasticidad también tienden a oxidarse a temperaturas inferiores a 500°C, y normalmente resulta necesario proporcionar un cierre hermético en la superficie de contacto de la broncesoldadura para minimizar el efecto de oxidación cuando la temperatura operativa cae por debajo de este umbral.

Se sabe que existen problemas adicionales en situaciones en las que ocurren grandes movimientos relativos entre las partes componentes del conjunto sensor como consecuencia de la dilatación térmica. Un gran movimiento relativo solo puede ser acomodado aumentando el grosor de los revestimientos elásticos, y esto puede imponer limitaciones prácticas al diseño del conjunto sensor.

El documento DE 102007018001 da a conocer un sensor de gas y el documento US 2005/103113 da a conocer un sensor de presión. Ambos incluyen un cuerpo sensor y un alojamiento exterior.

Resumen de la invención La presente invención proporciona un conjunto sensor que comprende: un cuerpo sensor dotado de un reborde radial; y un alojamiento que tiene un surco anular en el que se recibe el reborde radial del cuerpo sensor, estando definido el surco anular por un par de hombros opuestos, cada uno de los cuales tiene una superficie anular y una superficie sustancialmente cilíndrica, en el que las superficies anulares de los hombros están en contacto deslizante con las superficies anulares del reborde y aplican una carga compresiva al reborde.

El cuerpo sensor no está físicamente fijado al alojamiento (por ejemplo, mediante broncesoldadura) , pero está firmemente sujeto dentro del alojamiento como consecuencia de la carga compresiva que aplican al reborde las superficies anulares de los hombros. La construcción particular del conjunto sensor significa que no hay problemas significativos en la dilatación térmica diferencial y, por lo tanto, que el conjunto sensor es inherentemente adecuado para su operación a temperaturas elevadas. El conjunto sensor puede ser fabricado de manera rentable usando técnicas de broncesoldadura convencional, según se describe con más detalle en lo que sigue.

Preferentemente, el cuerpo sensor está formado sustancialmente de un material cerámico que puede incluir, por ejemplo, una o más capas eléctricamente conductoras y una o más capas eléctricamente no conductoras. La forma y la construcción precisas del cuerpo sensor no son una característica crítica de la presente invención y dependerán del tipo de conjunto sensor. Sin embargo, el cuerpo sensor debe incluir el reborde radial.

Preferentemente, el alojamiento es un alojamiento en dos partes. Más en particular, uno de los hombros opuestos está formado, preferentemente, en una primera parte del alojamiento y el otro de los hombros opuestos está formado, preferentemente, en una segunda parte del alojamiento. Las partes primera y segunda del alojamiento están fijadas entre sí formando el alojamiento en dos partes de tal modo que los hombros estén en perfecta alineación y definan el surco anular en el que se recibe el reborde radial del cuerpo sensor. Por lo tanto, el reborde se mantiene normalmente entre las dos partes del alojamiento mediante la carga compresiva aplicada.

Preferentemente, la primera parte del alojamiento está broncesoldada a la segunda parte del alojamiento mediante un material de broncesoldadura. Puede usarse cualquier material adecuado de broncesoldadura.

Preferentemente, el contacto deslizante entre el alojamiento y las superficies anulares del reborde bajo la carga compresiva proporciona un cierre hermético entre el alojamiento y el cuerpo sensor. El cierre hermético se mantiene incluso cuando el conjunto sensor es expuesto a temperaturas operativas elevadas.

La presente invención proporciona un procedimiento de fabricación de un conjunto sensor que comprende las etapas de: proporcionar un cuerpo sensor dotado de un reborde radial; situar el cuerpo sensor en un alojamiento en dos partes dotado de un surco anular en el que se recibe el reborde radial del cuerpo sensor, estando definido el surco anular por un par de hombros opuestos, cada uno de los cuales tiene una superficie anular y una superficie sustancialmente cilíndrica, estando formado un... [Seguir leyendo]

1. Un conjunto sensor que comprende un cuerpo sensor (2) y un alojamiento (20) caracterizado porque el cuerpo sensor (2) tiene un reborde radial (8) y el alojamiento 20 tiene un surco anular en el que se recibe el reborde radial

(8) del cuerpo sensor (2) , estando definido el surco anular por un par de hombros opuestos (28, 36) , cada uno de los cuales tiene una superficie anular (30, 38) y una superficie sustancialmente cilíndrica (32, 40) , y porque las superficies anulares (30, 38) de los hombros (28, 36) están en contacto deslizante con las superficies anulares (12, 14) del reborde (8) y aplican una carga compresiva al reborde (8) .

2. Un conjunto sensor según la reivindicación 1 en el que el cuerpo sensor (2) está formado sustancialmente de un material cerámico.

3. Un conjunto sensor según las reivindicaciones 1 o 2 en el que el cuerpo sensor (2) incluye una o más capas eléctricamente conductoras (4) y una o más capas eléctricamente no conductoras (6) .

4. Un conjunto sensor según cualquier reivindicación precedente en el que el alojamiento (20) es un alojamiento en dos partes.

5. Un conjunto sensor según la reivindicación 4 en el que uno de los hombros (28) opuestos está formado en una primera parte (22) del alojamiento y el otro de los hombros (36) opuestos está formado en una segunda parte (24) del alojamiento.

6. Un conjunto sensor según la reivindicación 5 en el que la primera parte (22) del alojamiento está fijada a la segunda parte (24) del alojamiento.

7. Un conjunto sensor según las reivindicaciones 5 o 6 en el que la primera parte (22) del alojamiento está broncesoldada a la segunda parte (24) del alojamiento con un material de broncesoldadura.

8. Un conjunto sensor según cualquier reivindicación precedente en el que el cuerpo sensor (2) no está fijado al alojamiento (20) .

9. Un conjunto sensor según cualquier reivindicación precedente en el que el contacto deslizante entre el alojamiento (20) y las superficies anulares (12, 14) del reborde (8) bajo la carga compresiva proporciona un cierre hermético entre el alojamiento (20) y el cuerpo sensor (2) .

10. Un procedimiento de fabricación de un conjunto sensor que comprende las etapas de:

proporcionar un cuerpo sensor (2) dotado de un reborde radial (8) ;

situar el cuerpo sensor (2) en un alojamiento (20) en dos partes dotado de un surco anular en el que se recibe el reborde radial (8) del cuerpo sensor (2) , estando definido el surco anular por un par de hombros opuestos (28, 36) , cada uno de los cuales tiene una superficie anular (30, 38) y una superficie sustancialmente cilíndrica (32, 40) , estando formado un hombro (28) en una primera parte (22) del alojamiento y estando formado otro hombro (36) en una segunda parte (24) del alojamiento;

poner las superficies anulares (30, 38) de los hombros (28, 36) en contacto con las superficies anulares (12, 14) del reborde (8) ; y

broncesoldar entre sí las partes primera y segunda (22, 24) del alojamiento para formar un alojamiento integral (20) en dos partes (i) elevando el conjunto sensor hasta una temperatura particular de broncesoldadura durante lo cual las partes primera y segunda (22, 24) del alojamiento experimentan una dilatación térmica, (ii) aplicando un material de broncesoldadura a las partes primera y segunda (22, 24) del alojamiento en un estado fundido y (iii) reduciendo la temperatura del conjunto sensor para que el material de broncesoldadura se solidifique para fijar entre sí las partes primera y segunda (22, 24) del alojamiento para formar el alojamiento integral (20) en dos partes y durante lo cual las partes primera y segunda (22, 24) del alojamiento experimentan una contracción térmica para aplicar una carga compresiva al reborde (8) .

11. Un procedimiento de fabricación de un conjunto sensor según la reivindicación 10 en el que las superficies anulares (30, 38) de los hombros (28, 36) se ponen en contacto con las superficies anulares (12, 14) del reborde (8) aplicando una carga que obliga a las partes primera y segunda (22, 24) del alojamiento a juntarse.