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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION
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messieurs raul, -lurnest 24uif Antony N.GRETi, et Péter, woel 1LGR.1lTz faisant les affaires sous le noiii loiqECZR.UITTI & ZiUii3lUlg-
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B3rf3otiomie3iita aux a.Jj.Jarei16 tn.erillO-aenaÜ)l6S Demande de Brevet Anglais du 21 janvier 1944 en faveur de
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Messieurs P.E.4EGR'TT et cows K0Tahà>1.
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L'invention concerne les appareils tnermo-sensibles, communément dénoatunss tnermometres a. dilatation de liquide".
U8 type d'appareil consiste Habituellement. en uue "ampoule" tuduialxe relise par un tube capillaire a un élei'uent sensible - Habituellement un tuoe le bourbon ou des soufflets flexibles, un oomitience par faire Le vlae a tond uaiix ie aysèltw entier, puis on le réélit sous preivion au liquide à employer et on ie scelle enfin Hermétiquement. Il est d'usage d'exécuter l'enveloppe de l'ampoule en métaL et ale J:d±WP.Ll±: le système a'un fluide conventtbloâlent caoltil.en retison de sun coefficient de dilatation voluiaetsique êlevé 9à; rdpl)0±7 a celui de l'enveloppe de 1 'p uu.d. un emploie I*lequteilLutent, comaa iiuiues de rempu.s'd.ge, le mercure, l'azote ot l'alcool.
.uans une 3ea la le disposition, lorsque la température du milieu en courant .1 aaupouyc cnauge, 11 se ,Nj Ouu1 L uxiG ulic- 3''.icL C11113adilGAlla wniiw 1S volume du 11111uS de remplissage contenu dans l'ampoule et l'enveloppe métallique. Ainsi, une certaine partie du fluide de remplissage est refoulée dans l'élément sensible'flexible ou en est expulsée, de façon à en provoquer la déformation. Le mouvement de l'élément sensible est alors convenablement amplifié par divers moyens bien connus.
Auparavant, le principal défaut du type d'appareil
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ci-dessus décrit était rréqueunent la lenteur de sa réaction devant les brusques ou faibles variations de température du milieu dans lequel l'ampoule est plongée. Cette lenteur provient du fait que la température de l'enveloppe de l'ampoule doit s'é-. lever avant qu'une transmission de chaleur puisse se faire au fluide de remplissage, et qu'il y a également perte de temps
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avant que la fluide ne soit uniformément oUauffé'dans toute sa üla$see 2ar conséquent, non seulement la réaction initiale est mé- diocre, mais l'obtention d'un état stable fini est considérablement retardée.
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Le but de cette invention est d'établir un dispositif permettant de réduire considérablement le retard à l'action thermique de ces appareils, à tel point qu'on peut obtenir une réaction presque immédiate lors d'un changement de température - ce qui constitue une caractéristique fort désirable dans les appli- cations concernant le réglage de la température.
Pour obtenir ce résultat, l'ampoule est établie suivant l'invention de manière à transformer en réalité le dispositif thermique du type à -dilatation de liquide en un dispositif où les dilatations et contractions de l'enveloppe de l'ampoule sont utilisées principalement pour injecter dans le tube de Bourdon ou en expulser la quantité de fluide de remplissage nécessaire pour en provoquer la déformation voulue. Le fluide de remplissage dans ce cas joue uniquement le role d'un agent hydraulique pour transmettre les variations de volume de l'enveloppe à l'élément sensible.
En bref, l'invention consiste donc en un dispositif réagissant sous une influence thermique où la réaction devant les variations de la température est transmise par un fluide contenu dans une enveloppe, la construction étant établie de telle maniere que la réaction de 1'enveloppe, où d'une partie de celle-ci, provoquant la dilatation ou la contraction de l'espace occupé par le fluide l'emporte sur l'effet direct des variations de la tempé- iature sur le fluide.
Four des raisons exposées ci-dessous, il est préférable dans ae nombreux cas d'établir l'appareil de manière que la pression exercée sur le fluide décroit lorsque la température s'élève et augmente lorsque la température diminue. Toutefois, il peut ètre construit de manière que la pression sur le fluide augmente lorsque la température s'élève et diminue lorsque la température baisse comme, dans les appareils ordinaires réagissant aux in- fluences thermiques.
Suivant un mode de réalisation de l'invention, l'espace de l'ampoule normalement occupé par le liquide de remplissage peut ètre presqu'entierment rempli par un "noyau" en une matière ou un métal dont le coefficient de dilatation thermique est relativement faible en comparaison de celui de l'ampoule et peut ètre presque négligeable sur une grande gamme de températures, comine par exemple le quartz ou la silice fondue ou un alliage fernickel à 36% connu généralement sous le nom d'acier spécial "Invar". Le noyau ou remplissage peut présenter la forme d'une simple tige ou d'un tube scellé ou de plusieurs tiges ou même de baguettes.
L'enveloppe de l'ampoule présente une forme tubulaire et est faite en métal ou en une matière appropriée banne conductrice et possédant un coefficient relativement élevé de dilatation thermique sur une longue gamme de températures, par exemple le .cuivre, l'acier inoxydable ou l'aluminium et ses alliages. suivant une autre forme d'exécution, l'ampoule peut comporter deux tubes présentant des coefficients de dilatation différents, - l'un d'eux ayant de préférence un coefficient se rapprochant autant que possible de zéro, - et 'disposés l'un dans l'autre de manière à ménager entre eux un étroit espace annulaire qu'on remplit au moyen du fluide de transmission.
On peut s'arranger pour que le tube relativement dilatable se trouve à l'extérieur, et dan- ce cas sa surface externe est exposée à un fluide sous l'influence des variations de températures duquel l'appareil est
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appelé à réagir ; inversement, si le tube relativement dilatable se trouve à l'intérieur, sa face interne sera exposée au fluide à. température variable. Ce dernier fluide peut être le même ou un autre que celui avec lequel la surface exposée du tube rela- tivement non dilatable se trouve en contact, ou bien seule la surface exposée du tube qui présente un coefficient de dilatation relativement élevé est directement exposée à un fluide à tempé- rature variable.
Une ampoule établie sous cette forme peut être intercalée dans une canalisation de telle sorte que le gaz ou le liquide circulant dans celle-ci et dont il s'agit de mesurer la température passe dans le tube interne de l'appareil, ce tube possédant le coefficient de dilatation relativement élevé. De cette manière on peut prendre la température du fluide sans ré- duire en aucune façon le courant à travers la canalisation - ce qui est habituellement inévitable avec les types existants de thermomètres à moins qu'une section élargie ne soit ménagée dans la canalisation pour recevoir l'ampoule.
On comprendra que, dans le cas de cette disposition à double tube, une variation de la température du milieu dans le- quel se trouve le tube externe et/ou à l'intérieur du tube inter- ne, provoque une variation du volume de l'espace annulaire entre les tubes en raison de la dilatation différentielle qui se pro- duit entre ceux-ci, de telle sorte que si le tube externe est celui qui présente le coefficient de dilatation relativement éle- vé le fluide de transmission est refoulé de l'espace annulaire dans une mesure accrue lorsque la température diminue ou s'accu- mule en quantité croissante dans l'espace annulaire lorsque la température augmente.
Si les tuoes sont disposés en ordre inverse, c'est-à-dire si le tube relativement dilatable est à l'intérieur, il est évident que le refoulement du liquide de l'espace annulaire se produit lorsque la température augmente et vice versa lorsque la température diminue.
L'ampoule peut, comme d'habitude, être raccordée à l'é- lément sensible par un tube capillaire et on peut remplir le système d'un fluide à faible coefficient de dilatation volumétri- que et le sceller hermétiquement, la tout de la manière usuelle.
Suivant un mode d'exécution de l'invention, l'enveloppe de l'ampoule peut être faite en acier inoxydable le noyau de l'ampoule étant constitué d'une simple tige de silice et le systè- me étant rempli de mercure.
Le noyau de silice est rodé sur toute sa surface et ses dimensions sont déterminées de telle façon qu'à la température la plus basse à laquelle le système est appelé à fonctionner ; l'es- pace annulaire occupé par le mercure présente le volume minimum compatible avec un remplissage satisfaisant. Pendant qu'on main- tient l'ampoule à la plus faible température requise, on remplit le système de mercure sous pression et on le scelle de manière à faire dévier le tube de Bourdon d'une quantité suffisante - dans les limites d'une déformation admissible - pour actionner un style enregistreur sur une échelle de longueur désirée.
On s'arrange pour donner à l'enveloppe de l'ampoule une épaisseur minimum, lui assurant une capacité minimum d'emmagasinement de la chaleur, mais une épaisseur suffisante pour résister à là pression interne avec un coefficient de sécurité convenable.
On constatera qu'aussitôt qua la température du milieu dans lequel l'ampoule est placée s'élève, l'enveloppe de métal
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reçoit de la chaleur et commence immédiatement à se dilater, ce
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qui d pour effet d'augmenter l'espace arumiaiie entre cette enveloppe jt le noyau non dilatable.
La..:ont epr4ssion de l'élément sensible déjà. dilaté refoule le liquide de remplissage, le mercu-
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re dans le cas considère, à 1 intriaux de l'espace crée ce qui réduit la dilatation de l'élément sensiol,-,* On comprendra que le volume de l'agent de remplissage dans l'ampoule, qui occupe l' e 6pace annulaire entre 1 enveloje et le "noyau", doit être réduit dans la plus grande mesure possible, de manière que sa dilatation ou sa contraction - qui tendent à compenser complètement l'effet d
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la dilatation ou de la contraction de l'enveloppe de l'ampoule - soient malvenues a un minimum.
Lorsqu'on adopte cette disposition, on peut obtenir une réaction pour ainsi dire immédiate lors de failles variations de
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la température de l' d.l1lJoul':, :'t, C;n outre, le temps nécessaire pour atteindxve l'état final et stable après une variation de la t8úl :h'a.ture est cO).1sid0ra.ùL;lil(';)nt rMui t. Des essais effectués sur l'appareil ci-dessus décrit où l'enveloppe de l'ampoule était fai-
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te en acier inoxydable - métal notablement mauvais conducteur de la chaleur - ont permis d'oot .nir un coefficient de :tetardelilent thermique comparable celui d'une barre de 10 s.JS.g. u1'un thé rmo-coup le ci11'oJ1l-CilWilin i U!il.
On remarquera que dans la forme d'exécution préférée de l'invention le tube de Bourdon ou l'élément sensible agit d'une manière opposée à celle dont le type d'appareil a dilata-
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t ion liquide opère usuellement, c'est-à-dire que c'est à la tempéra.ture la plus élevée de la. a:crle admise que l'enveloppe de l'ampoule se dilate et que par conséquent l'élément sensible se trouve sous pression 1,\t'.;)rTL::
réduite Ceci e-t un fait t'36 important, car beaucoup (.1>3 tlle.r,iloJn>tr,*, Ol'iÜJ1d.h'( s (illatetion de liquide sont rapidement mis hors service lorsque l'ampoule est soumise à des reprises répétées a de brusques élévations de la température ou encore lorsqu'elle est soumise d'une faon continue a une température élevée, en raison des efforts que doit aubir la matière formant l'élément eensiole. Il est ainsi évident que dans le nouveau système lorsqu'on fait passer l'ampoule de
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l'état "fiold" à.
l'état "chaud",- ce qui cet le cas le plus fré- quent dans la pratique, - on provoque dans l'élément sensible une réduction de l'effort dont la mesure est réglée principalement par l'élément sensible même.
De même, lorsque l'ampoule du système est soumise à des températures élevées d'une faon continue pendant (le longues pé-
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11or1e8 de temps, l'élément 60n6iole ou le tu.>=a de Bourdon agit ous un effort beaucoup plus faible que précédemment, ce qui a pour résultat d'en prolonger la durée d'utilisation. Pour que ces conditions soient toujours réalisées, la contre-pression du tube de Bourbon doit dépasser toujours la pression de vapeur de l'agent
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de remplissage la température maximum a laquelle l'ampoule du système doitêtre soumise.
On remarquera que l'appareil suivant la présente invention est essentiellement différent des dispositifs qui ont été proposés précédemment pour modifier la construction du tube à liquide de transmission en remplaçant l'ampoule du type à. dilatation de liquide ordinaire par un élément réagissant sous l'influence de la pression, en vue d'éliminer les erreurs résultant des va-
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riations de la température d.ans le tube de transmission, cette 1110dif icatloii conistant , introduire dans un tuoe en une matière pré-
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sentant un coefficient de dilatation J:dati Ve!il0[Jt élevé un noyau formé d'une matière possédant un coefficient de dilatation relativement faible.
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L'invention ast 1''''J.Jl[:;::::
l1te SUI' les acsedns annexes dans lesquels:
Figures 1, 2 et 3 sont des vuse en coupe verticale de
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trois formes d'exécution de Iliiivelitioar Sur la Figure 1, le chiffre 1 désigne une ainpoule tu-oulaire dilatable à l'intérieur de laquelle est monte un noyau raassi:f non dilatable 2 réservant un étroit espace annulaire 3< Cet espace 3 communique par un éi&ssaoc 4 pro-tiqué dans la pièce d'ex- trémlté 5 avec un tube'capillaire 6 raccorda a un tube de Bourdon 7, et le système est rempli d'un fluide de transmission.
Figure 2 est semblable à la Figure 1 sauf que le noyau non dilatable 2 est creux et qua le tube Bourdon n'est pas repré- sente.
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La Figure 3 montre un tube externe non dilta:ule 8 â l'intérieur duquel est monté un tube int:31'ne dilcl.taùle 5 réservont un étroit espace annulaire 10. L'espace 10 communique par un espace d'extrémité 11 et un passage 12 avec un tuoe capillaire 13 raccordé à un tube de Bourdon (non représenté). Le dispositif est pourvu d'extrémités taraudées 14,15 pour le raccorder à une canalisation dans laquelle circule un fluide qui pénètre dansle
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tube interne aJLiatabie 9 au moyen duquel la température du fluide est mesurée.
REVENDICATIONS
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1.- ÀJ;I.?ar'3il therI11o-sensiùle, caractérisé en ce que la