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Procédé et dispositif de télémesure de températures.
L'invention concerne un procédé de mesure de la température d'un objet, dans lequel le point d'observation se trouve à une certaine distance de l'objet considéré et dans lequel la chaleur requise pour la mesure est transmise de cet objet à un élément thermo-sensible, utilisé pour relever cette température.
Pour l'application du procédé spécifié il est connu d'utiliser une pièce métallique conductrice de la chaleur, insérée entre l'objet dont il y a lieu de relever'la température et le point d'observation, par exemple le thermomètre ou le thermocouple. Cette pièce métallique est traversée par de la chaleur qui, en négligeant les pertes par rayonnement éventuelles, amène l'élément thermo-sensible à la même température que l'objet à mesurer. Lors de fluctuations de la température de l'objet un accroissement. ou une diminution de la chaleur transmise doit aussi provoquer un accroissement ou une diminution de la température au point de mesure. Cependant, la transmission d'une telle modification présente une très grande inertie, ce qui constitue un inconvénient de ce procédé connu.
La présente invention permet de diminuer d'une façon appréciable, cet inconvénient en transmettant la chaleur à l'aide d'un liquide vaporisé et condensé. Dans le pro. cédé conforme à l'invention, la transmission de la chaleur est donc obtenue par la chaleur de vaporisation, respectivement de condensation, de cette vapeur de liquide. Cette vapeur et la tension de vapeur se propagent beaucoup plus rapidement dans un tube que le mouvement thermique moléculaire dans une pièce métallique. Ceci permet d'augmenter notablement la distance entre l'objet et le point d'observation.
De même, des variations de la température de l'objet sont transmises beaucoup plus rapidement, car une variation de cette température provoque immédiatement, 'en un point déterminé, une variation de la tension de vapeur au-dessus 'du liquide, de sorte qu'en un autre point, il se produit immédiatement de la condensation ou de la vaporisation qui dégage ou absorbe de la chaleur. Le procédé conforme à l'invention convient particulièrement à l'emploi en combinaison avec un thermostat, application dans laquelle la vitesse des variations de la température joue un rôle particulièrement important.
Pour l'application du procédé conforme à l'invention, il faut évidemment utiliser un liquide qui, à la température ' mesurer, respectivement dans la gamme des températures à mesurer, ait une tension de vapeur suffisante pour permettre le transport
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ae la vapeur par un tube à une vitesse suffisante. Lorsqu'on admet par exemple que dans la tuyauterie utilisée la perte de charge pour la vapeur entre l'objet et le point d'observation est de 1 mm. de mercure environ, les liquides qui, à cette tem- pérature, ont une tension de vapeur de 10mm, de mercure sont déjà parfaitement utilisables, car la perte de charge dans le tube est alors petite par rapport à la tension de la vapeur.
Il va de soi que rien ne s'oppose à ce que la tension de vapeur du liquide utilisé soit plus grande, pour autant que, du point de vue constructif, il ne devienne pas difficile de fabriquer un système de tuyauterie hermétique, de plus il faut qu'à la température considérée, la tension de vapeur ne soit pas égale à la tension de vapeur critique car, dans ce cas, il n'existerait plus de différence entre la phase liquide et la phase gazeuse.
Comme liquide, on peut utiliser pratiquement toutes les substances simples dont la tension de vapeur, à la température à mesurer, satisfait aux conaitions mentionnées. Par exception, on peut aussi utiliser à cet effet des mélanges de liquides pour autant que leur point d'ébullition ne diffère pas beaucoup et qu'à la température à mesurer ils ne provoquent pas de réaction chimique.
On mélange approprié est par exemple la soude hitreuse, le nitrate de sodium et le nitrate de calcium. De préférence, il faut éviter que le système de transmission de chaleur ne renferme, outre le liquide fournissant la vapeur, des gaz étrangers ou dégagés par ce liquide pendant le fonctionnement. Ces gaz étrangers pourraient en effet modifier de façon inadmissible la pression locale de la vapeur du liquide. C'est ainsi que pour les faibles températures on peut utiliser l'acide carbonique, l'acide sulfureux ou l'ammoniac. Pour des températures moyennes, on utilisera de préférence des liquides volatils tels que l'alcool et l'éther, tandis qu'aux températures élevées, on donnera la préférence aux métaux liquides tels que le mercure, le potassium ou le sodium et aux sels tels que l'oxyde dyphénilique ou le chlorure de zinc.
Le dispositif utilisé pour l'exécution du procédé conforme à l'invention consiste, de préférence, en deux vases clos reliés entre eux et renfermant chacun une certaine quantité de liquide. L'un des vases est en contact thermique avec l'objet à mesurer et l'autre, avec l'élément thermo-sensible, de sorte que l'on peut considérer que ces vases sont portés à la même température que celle de l'objet avec lequel ils sont en contact.
De ces deux vases, celui qui est situé au niveau le plus élevé ou dans le cas où les deux vases sont situés à la même hauteur tous deux - est disposé de manière que dès qu'elle dépasse une quantité déterminée la vapeur y condensée en liquide puisse s'écouler vers l'autre vase. Un de deux vases - ou tous deux est donc pourvu d'un seul seuil de liquide, de sorte qu'il renferme toujours une certaine quantité de liquide.
Lorsque la température de l'objet mesuré croît, la quantité de liquide vaporisé augmente, de sorte qu'une plus grande quantité de chaleur est transmise vers l'endroit où s'effectue la mesure, de sorte qu'en cet endroit se condense une plus grande partie de liquide qui retourne vers le premier vase mentionné. Par contre, lorsque la température de l'objet à mesurer diminue, la tension de vapeur du vase y relié diminue, de sorte que le liquide de l'autre vase se vaporise et que la vapeur se déplace dans le sens .Inverse. Cette vaporisation requiert cependant de la chaleur qui est prélevée sur le vase et
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sur l'élément thermo-sensible, de sorte que la température du point d'observation diminue instantanément.
Les baisses de la température sont donc, ellesaussi, rapidement enregistrées et il n'y a pas lieu d'attendre la baisse de la température par une cession éventuelle de la chaleur à l'ambiance. C'est pourquoi le dispositif conforme à l'invention est particulièrement indiqué pour un thermostat combiné à un mécanisme de réglage.
La description du dessin'annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut ètre réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
La fig.l montre un dispositif de mesure conforme à l'invention, appliqué à un four.
La fig.2 représente ce dispositif utilisé dans une armoire frigorifique.
La fig.3 le montre équipant un condenseur de liquide.
Sur la fig.l, le four 10 comporte une charge chauffée 11.
Le dispositif de mesure consiste en un long et étroit tube.1.2, pourvu à l'une de ses extrémités, d'un élargissement local 13 mis en communication directe avec la charge du four et à l'autre extrémité, d'un élargissement 14 en forme de cuvette, dans lequel est logé le thermomètre 15. Dans l'élargissement 13 se trouve du liquide régulièrement vaporisé par la charge 11 du four.
Cette vapeur circule dans le tube 12, vient en contact avec l'extrémité élargie 14 et avec le thermomètre 15 et porte celuici à une température égale à celle de la charge 11 du four. La chaleur requise à cet effet est fournie par la condensation de la vapeur en un liquide qui s'amasse dans l'élargissement 14 qui affecte la forme d'une cuvette.
Malgré l'isolation éventuelle, il peut encore se produire de faibles pertes de chaleur, de sorte que, même à température constante, le tube 12 est encore parcouru par de la vapeur. Lorsque la cuvette 14 est remplie d'une quantité déterminée de liquide, le reste de la vapeur qui se condense retournera par le, tube 12 vers l'extrémité 13. A cet effet, la cuvette 14 est placée à un niveau plus élevé que l'extrémité 13. Un accroissement de la température de la charge 11 du four provoque une vaporisation plus rapide du liquide à l'extrémité 13, partant une circulation plus intense de la vapeur dans le tube 12 et une plus rapide condensation de la vapeur dans la cuvette 14. De ce fait, la température dans la cuvette augmente.
Par contre, lorsque la température du four baisse, la tension de vapeur du liquide 13 tombera immédiatement à une valeur inférieure à celle de la tension de vapeur dans la cuvette 14. Du liquide se vaporise de la cuvette 14 dont la température baisse.
Il va de soi qu'il n'en est ainsi qu'aussi longtemps que la cuvette 14 contient du liquide. C'est pourquoi le volume de cette cuvette doit être approprié à la durée des baisses de température à prévoir, à l'intensité du rayonnement de chaleur, à la chaleur de vaporisation du liquide utilisé ainsi qu'à la capacité thermique de la cuve.
La fig.2 représente une forme d'exécution appropriée à la mesure de températures inférieures à celles de l'ambiance du point d'observation, comme c'est le cas par exemple pour une armoire frigorifique.
Dans ce cas, la cuvette 25 est placée à un niveau plus @ bas que la cuvette 24 car la plus faible température, et partant @
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la conaensation, se proauisent dans la cuvette 24. Le liquide en excès dans cette cuvette retourne alors par le tube 22 vers la cuvette 25. Ce tube 22 traverse la paroi 20 de l'armoire frigorifique et la cuvette 24 se trouve à proximité du serpentin 21.
Au dehors de l'armoire frigorifique, le tube 22 est revêtu d'une gaine isolante 23 afin d'éviter une mesure inexacte de la température par suite du rayonnement ae chaleur. Au lieu d'un thermo-
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,nètre, on peut placer dans le liquide 6, unttlermo-couple de sorte que le aispositif de mesure assure, par exemple, la mise en circuit et la mise hors-circuit du moteur de la pompe du systè- ,ne refrigérant.
La fig. 3 montre une forme d'exécution appropriée tant à la mesure de temperatures supérieures que de températures in- ferieures à celle de l'ambiance du point d'observation. Dans ce cas, la condensation doit pouvoir s'effectuer dans les deux cuvettes et celles-ci doivent toutes deux être prevues d'un déversoir.. Un tube horizontal de condensation met l'une des cuvettes 32, remplie de liquide, en communication avec l'autre cuvette 33. Dans cette dernière est place le thermo-couple. Lorsque la température au condenseur 30 est plus élevée que celle de l'ambiance, le liquide contenu dans la cuvette 32 est vaporisé et la vapeur se dirige alors par le tube 31, vers la cuvette 33. Le retour sous forme de liquide par le tube 31 s'effectue dès que le liquide dans la cuvette 33 atteint son niveau maximum.
Par contre, lorsque la température du condenseur est inférieure à celle de l'ambiance de la cuve 33, la vapeur se dirige, dans le tube 31, de la cuvette 33 vers la cuvette 32; le liquide dépasse le seuil de la cuvette 52 et retourne en sens inverse.