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BREVET D'INVENTION Société dite : LANDIS & GYR S.A. Zag (Suisse) Régulateur de température de plongée a dispositif de retour thermique. Priorité d'une demande de brevet en Suisse n G.82 905 déposée le 9 juillet 1943.
La présente invention concerne un régulateur de température de plongée à dispositif de retour thermique actionné par une énergie électrique auxiliaire. De tels régu-
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lateurs de température de plongée consistent en un tube d'exploration sensible à la température, c'est-â-dire en un tube d'exploration en deux métaux ayant des coefficients de dilatation différents. Par suite de la différence du changement de longueur des deux métaux, un commutateur se trouve actionné et permet de commander l'installation de chauffage. De tels régulateurs de température peuvent être équipés avec un contact à maximum ou avec un contact à maximum et un contact à minimum. Ils présentent l'inconvénient de nécessiter, pour les actionner, une variation de température relativement considérable.
Les oscillations de température du fluide à régler ainsi provoquées et qui sont en outre accrues par l'inertie de l'explorateur de température ainsi que par le retard dans l'installation même, peuvent dans bien des cas prendre de ce fait des valeurs d'une élévation inadmissible. Pour les réduire on a déjà fait diverses propositions et imaginé diverses constructions sous forme de dispositifs de retour thermique à chauffages électriques supplémentaires. En outre on connaît des dispositifs de retour dans lesquels ce n'est pas l'explorateur de température lui-même qui est chauffé, mais un organe spécial de retour qui setrouve en dehors de cet explorateur, ledit organe agissant de son côté sur
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la partie du régulateur comportant les contacts.
La présente invention réduit d'une manière considérable le degré d'insensibilité des régulateurs de température de plongée, par le fait que le chauffage électrique du dispositif de retour thermique agit sur un corps de dilatation séparé qui est disposé entre la partie proprement active de l'explorateur et l'organe de commutation.
Sur le dessin la fig. 1 est une coupe à travers un régulateur de température de plongée, les figs. 2 - 4 montrent les diagrammes caractéristiques d'un régulateur de température de ce genre pour des dispositifs de retour de forces différentes, et les figs. 5 et 6 sont deux schémas de montage pour deux modes d'exécution choisis à titre d'exemple.
Sur la fig. 1 l'explorateur de température représenté comporte un tube de dilatation 2 fixé par un bout dans une bride 1 et à l'extrémité libre 3 duquel est fixée d'une manière connue une tige 4 placée à l'intérieur du tube. Mais cette tige 4 n'agit pas directement sur l'organe de commutation électrique 5 fixé à la bride 1, comme
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dans les régulateurs de température habituels de ce genre, mais sur un corps tubulaire 7 prévu entre les-deux, fixé à la tige 4 et susceptible d'être chauffé par un corps de chauffe 6. Ce corps tubulaire 7 est constitué de la même matière que le tube de dilatation 2 et, en combinaison avec le corps de chauffe 6, il sert d'organe de retour thermique.
En choisissant la même matière pour le tube de dilatation 2 et pour le corps tubulaire 7 de l'organe de retour, et en plaçant à l'intérieur du tube de dilatation le second, on obtient l'avantage particulier que le dispositif fonctionne indépendamment de la température ambiante.
A l'état de régime ainsi que pour les vitesses usuelles de changement de température auxquelles le tube de dilatation 2 est soumis, l'organe de retour 7 suit, du fait de sa faible:-, masse, à l'état non chauffé, la température du tube de dilatation 2 en sorte que la température de ces deux pièces concorde pratiquement. Les dilatations du tube de dilatation 2 sont donc, dans les limites de la dilatation logitudinale de l'organe de retour, compensées par cet organe en sorte que le tube de dilatation 2 ne doit être considéré comme actif que sur longueur 8 de la tige 4, tandis que la longueur 9 reste inactive.
A l'état froid de l'explorateur de température le bras de contact 5 de l'organe de commutation se
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trouve sur le contact k et ferme un circuit extérieur de charge 10. Lorsque la température théorique désirée est atteinte, le bras de contact 5 passe instantanément sur le contact w et interrompt de la sorte le circuit exté- rieur de charge 10.
Etant donné qu'un commutateur électrique quel- conque accomplit unt trajet de commutation déterminé, il faut par son mouvement, en toutes circonstances, une éner- gie qui ordinairement doit être empruntée à l'explorateur de température. La fonction de commutation suppose donc une différence de température plus ou moins grande sur l'explorateur de température; cette différence est nommée, comme on l'a indiqué déjà, différence statique de commu- tation U stat. Dans le cas ci-dessus l'explorateur de température doit donc de refroidir de cette valeur avant que le commutateur bascule de nouveau en arrière et ferme le circuit extérieur de charge. Les oscillations de tem- pérature du fluide à régler ainsi conditionnées sont no- tablement réduites par l'organe de retour 7.
Lors du pas- sage du bras de contact 5 sur le contact 5 w, l'enroulement de chauffe disposé dans l'organe de retour 7 est mis en circuit, en sorte que son corps tubulaire subit une dila- tation dans le sens d'un retour rigide, et cela en sens
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inverse de celle subie précédemment par le tube de dilatation. La position de l'explorateur de température relativement à l'organe de commutation est alors telle qu'elle existerait si l'explorateur de température refroidi d'une valeur déterminée. Suivant l'intensité de l'effet de chauffage on réussit ainsi à réduire ou à supprimer entiÈrement pendant le refroidissement, la variation de température de l'explorateur de température, qui est nécessaire à l'exercice de la fonction de commutation.
Si l'intensité de l'effet de chauffage est encore plus considérable qu'il ne serait nécessaire pour l'exercice de la fonction de commutation, l'explorateur de température devient, à l'état de régime, un commutateur automatique indépendant de la température, c'est-à-dire un conjoncteur-disjoncteur à fréquence de commutation surimposée. Un tel appareil convient en particulier à des problèmes difficiles de réglage et résout ces pro- blèmes sans augmentation des oscillations de réglage.
Lors duupassage du bras de contact 5 sur le contact k, l'enroulement de chauffe 6 est de nouveau mis hors circuit et l'effet thermique de l'organe de retour 7 s'amortit dans la mesure où l'échange de chaleur avec le tube de dilatation 2 se produit et ou, de ce fait, sa em-
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pérature s'égalise avec celle du tube de dilatation. La durée d'amortissement nécessaire à cet effet dépend de la constance de temps de l'installation.
Le caractère spécial du dispositif décrit consistenen ce que le corps de chauffage de retour 6 est branché lors du débranchement du circuit extérieur de charge 10. Le tracé caractéristique d'un tel régulateur-de température est représenté, sur la fig. 2 sans dispositif de retour R = 0, sur la fig. 3 avec un retour R = U stat. et sur la fig. 4 avec un retour R = 1,5 U stat..
Dans ces diagrammes la température moyenne de réglage est représentée en fonction de la charge Chaque fois la température théorique de réglage est désignée par #. La ligne caractéristique de la fig. 2 est connue et représente l'allure usuelle de la température moyenne en fonction de la charge, allure qui est donnée par le rapport des temps de conjonction et de disjonction du régulateur de température.
La température moyenne à pleine charge (1/1) doit être comprise comme si, en cas de mise en circuit durable de l'énergie de chauffage, on atteignait une température telle que le régulateur de température ne provoquât tout juste pas la conjonction,
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alors qu'en cas de charge nulle (0) elle doit être comprise comme si, pour une disjonction durable de l'énergie de chauffe, on maintenait une température telle que le régulateur de température ne déterminât tout juste pas encore la conjonction.
Le tracé de la fig. 3 vaut pour un retour R dont l'intensité compense exactement le différence statique de commutation U stat. En pleine charge le circuit externe de charge 10 reste branché d'une manière durable, en sorte que le dispositif de retour n'entre pas en action et ce point doit par conséquent coïncider avec celui qui est dépourvu de retour. Pour la charge zéro le circuit extérieur de charge 10 est constamment débranché, en sorte que le dispositif de retour exerce complètement son action. Le tracé de la ligne représentative est donc horizontal, et il se trouve au-dessus de la valeur théorique de la tempé- rature de la quantité o,5 U stat. La ligne représentative de la fig. 4 vaut pour un retour dont l'intensité est plus grande que ce qui serait nécessaire pour compenser la différence statique de commutation.
Pour la pleine charge la température moyenne se maintient de nouveau à la même valeur comme pour la ligne représentative de la fig. 3, tandis que pour la charge zéro elle s'élève par suite de l'ef-
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fet total du dispositif de retour.
Contrairement à ce qui se passe pour ces re- tours, qui sont mis en circuit simultanément avec la charge extérieure, un dispositif de retour qui est branché lors- que la charge est débranchée, a la propriété que la valeur moyenne de la température réglée tend constamment à s'écar- ter dans le sens positif de la valeur théorique. En ce qui concerne les oscillations de température et la quantité des commutations, l'effet reste cependant le même.
Sur la fig. 5 on a représenté la schéma de mon- tage pour un dispositif de retour du type mentionné, dans lequel on a prévu cependant deux enroulements de chauffage fil et 62 dans l'organe de retour. Contrairement à ce qui se' passe en fig. 1, chacun des deux commutateurs 12 et 13 com- mande un bobinage de moteur 16, 17 d'une commande de dépla- cement. La commande des enroulements de chauffage 61,62 se', fait par l'intermédiaire d'une combinaison de commutateurs 11 constituée de deux éléments de commutation 12 et 13, agencés par exemple en commutateurs instantanés, dont les points représentatifs de l'instant de la commutation sont écartés d'une certaine quantité.
Les éléments de commuta- teurs 12, 13 sont montés électriquement de telle façon que l'on ait un commutateur à position médiane neutre. En vue
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de l'explication thermique la désignation de contact k signifie "froid" et w signifie "6haud". Les commutateurs se ferment sur k quand la température baisse, et se forment sur w quand la température s'élève.
La position dessinée du commutateur correspond à la position moyenne neutre, qui est prise lorsque la température théorique est maintenue. Etant donné que le point de commutation du commutateur 12 dans cet état se trouve un peu au dessous de la température théorique, la fermeture se fait sur le aontact w. D'autre part le commutateur 13 se ferme sur le contact k parce que son point de commutation, dans l'état indiqué, se trouve un peu au-dessus de la température théorique. Pour la température théorique l'enroulement de chauffe partiel du dispositif de retour 61 est donc constamment en circuit, en sorte que le corps de dilatation de l'organe de retour, du fait de sa température relativement élevée par rapport au tube de dilatation, subit une dilatation relativement considérable par unité de longueur.
Si la température s'abaisse, le commutateur 12 passe sur k, en sorte que l'enroulement de chauffage partiel 61 est mis hors circuit et que d'autre part, par exem-
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ple une soupape d'eau chaude de l'installation à régler est ouverte par l'action du bobinage 16 du moteur. L'augmentation de la température du fluide et de 1!explorateur de l'appareil qui en résulte est cependant anticipée par l'action du dispositif de retour, en ce sens que le commutateur 12 revient sur le contact avant que la température théorique soit atteinte ou dépassé?,Si, au bout d'un temps déterminé, la température n'est toujours pas encore sur la valeur théorique, la soupape d'eau chaude est de nouveau actionnée jusqu'à ce que l'état désiré s'établisse.
Si la température s'élève, le commutateur 13 passe sur le con.tact w en sorte que l'enroulement de chauffe partiel 62 est mis en parallèle sur l'enroulement de chauffe partiel 12 et d'autre part une soupape d'eau chaude est fermée par l'action du bobinage 17 du moteur. L'abaisse-' ment de la température du fluide et de l'explorateur de l'appareil qui en résulte est anticipé par l'effet du retour du fait du chauffage alors renforcé, en ce sens que le commutateur 13 passe de nouveau sur le contact k et établit l'état désiré de la manière qui a été déjà décrite.
Le mode d'exécution décrit fonctionne ainsi également dans le sens d'un retour thermique et l'effet dans ce cas, est seulement passager c'est-à-dire élastique. Il con-
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vient particulièrement pour exercer une action de stabilisation sur une opération de réglage.
En fig. 5 deux résistances de réglage sont désignées par 14 et 15 et servent au réglage de l'effet des corps de chauffage en retour 61 et 62. En outre le réseau est désigné par A, B.
Sur la figure 6 on a représenté un schéma de montage pour un mode d'exécution dans lequel l'organe de retour n'est plus commandé par l'organe de commutation du régulateur de température même, mais par un émetteur d'impulsions séparé 19. Le chauffage périodique qui en résulte de l'organe de retour a pour conséquence que le corps tubulaire de l'organe de retour 7 exécute des mouvements de va et vient qui sont superposés aux dilatations de l'explorateur de température. Dans l'état de régime à la température théorique il s'effectue donc sur l'organe de commutation des oscillations périodiques qui sont également propres à réduire l'insensibilité du régulateur de température à une faible valeur.
Pour des écarts de température relative. ment à la valeur théorique, il se produit, suivant la grandeur de ces écarts, des impulsions de commande plus ou moins longues. Le fonctionnement du régulateur est donc stable
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dans une certaine étendue autour de la valeur théorique, tandis qu'il est instable en dehors de cette étendue, parce qu!il se produit une prise durable de contact.
Bien que l'organe de retour puisse être placé en des endroits quelconques à l'intérieur de l'explorateur de température, la disposition du mode d'exécution de la fig. 1, où l'organe de retour est logé dans la partie de l'explorteur de température faisant vis-à-vis à la tête de l'appareil, est particulièrement avantageuse, parce que de ce fait on est assuré d'une interchangeabilité facile de la cartouche de chauffe 6. En outre il est avantageux que de ce fait la partie inactive de l'explorateur de température tombe dan la région des garnitures de oonstruc- tion.
R e s u m é
1) Régulateur de température de plongée à dis- positif de retour thermique caractérisé par le fait que le chauffage électrique du dispositif de retour thermique agit sur un corps de dilatation séparé qui est disposé entre la partie proprement active de l'explorateur et l'organe de commutation.
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