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PERFECTIONNEMENTS A LA MESURE DE LA TEMPERATURE DE SURFACES,
Cette invention se rapporte à la mesure de la température de sur- faces et plus spécialement à la mesure de la température, de surfaces mobiles Un but de 1'invention est de fournir un appareil de mesure de température ef-
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ficace et inrai1lible susceptible dêtre appliqué sur une surface pour en déterminer la température.
La emploi des appareils de mesure de température tels que les ther-
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mom.ètres et les thermocouples est bien connu, mais les imprécisions inhérentes à l'usage de ces instruments pour la mesure de la température des surfaces, sont aussi considérables, par suite, dans le cas d'un thermomètre principale-
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ment de 19exiguâ:të de la surface de 1-lélément sensible à la chaleur qui vient en contact avec la surface dont la température est à mesurer et de la faible transmission de chaleur qui en résultée 19 emploi de therno-couples convention- nels même de ceux dont Isolément sensible à la chaleur est susceptible d'être employé sur des surfaces, présente divers Imenvénients, spécialement lors- qu'il est appliqué sur des surfaces en mouvement.
Parmi ces inconvénients, on peut citer la difficulté d' assurer un contact intime entre 1 élémen sensible à la chaleur et la surface, particulièrement dans les cas où la surface n'est pas tout à fait lisse, par exemple, dans le cas de certaines matières textiles;
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de même.\! les types existants d-léléments de contact donnent lieu à une perte relativement grande de chaleur par transmission à ce qui les entourée Lorsque la surface dont on doit mesurer la température est mobile, on rencontre d au- tres inconvénients qui sont, en premier lien, les résultats erronés occasion- nés par la chaleur engendrée par friction entre la surface et Isolément de
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contact du -he anp3.e9 et en second lieu, le risque de détérioration de ces surfaces lorsqu'elles sont de nature très délicate, ooeves par exemple,, celles des matières thermoplastiques à température élevée, par suite du glissement de l'élément de contact du thermos-souple.
L'invention concerne un dispositif de mesure de la température de
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,surfaces,, et spécialement de surfaces en mouvements dans lequel les inconvém nients des procédés conventionnels sont gapprdjaés ou réduits au minimum. Sui- vant la présente invention, on emploie une surface liquide libre pour établir
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le contact avec la surface dont la température doit être mesurée. et la mas-
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se du liquide est utilisée pour conduire la chaleur de cette surface à le élé- ment thermo-sensible d'un instrument thermométrique.
Plus particulièrement,? on emploie une masse de mercure comme liquide conducteur de la chaleur pour entourer et/ou établir autrement un bon contact thermique avec une autre masse de mercure ou autre liquide pour laquelle des dispositions sont prises en vue de la laisser se dilater dans un tube capillaire où la température peut être lue sur une échelle graduée,. ou avec 1.' ampoule d'un thermomètre à mercure ou autre thermomètre, ou avec la soudure chaude d'un thermo-couple.
De préféren- ce.9 en se servant d'une ou de plusieurs cellules de retenue ou de limitation,
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on tire parti de la pression atmosphérique, de la force d' adhérence du mer- cure aux parois des cellules et de la tension superficielle du mercure pour former un élément de contact avec la surface auquel peut être appliqué ou dans lequel peut être monté un dispositif indicateur de la température, cet élément offrant une surface de mercure libre en équilibre stable quelle que
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soit la position de l'appareil..
remploi d'un liquide de contact, permet d' o'b tenir un contact beaucoup plus intime avec la surface dont on veut mesurer la température que celui qui serait assuré par le contact direct d'un élément
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thermo-sensible solide normale vu que la surface de contact liquide épouse ap- proximativement les irrégularités de la surface avec laquelle le contact est établi, et pour cette raison aussi il y a peu de danger de détériorer ou d'en- dommager par des marques une surface de nature délicate.
En outre, la chaleur engendrée par friction entre le liquide et la surface à laquelle il est ap- pliqué est réduite à de très faibles proportions et la capacité thermique du dispositif thermo-sensible d'une part est faible en comparaison de l'étendue de la surface de contacta tandis que d'autre part la conductibilité thermique du dispositif est élevée, ce qui assure l'exactitude des indications de la température et réduit aussi au minimum le temps nécessaire à les obtenir.
Par suite de l'emploi de Isolément de contact de surface mention- né ci-dessus., la gamme des mesures de la température n'est limitée que par les points de congélation et d'ébullition du mercure et par les caractéristi- ques de la membrane ou des membranes de retenue des cellules. Dans le type d'instrument à dilatation thermique, diverses gammes de températures peuvent être mesurées par l'emploi de thermomètres appropriés ou de liquides indica- teurs de températures et d'échelles graduées convenables.
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Dans une forme d-lexécution de la présente invention, l'ampoule d'un thermomètre à mercure conventionnel est enveloppée et scellée de façon étanche au vide dans une matière caractérisée par sa basse conductibilité
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themique, sa haute résistance aux déformations sous Inaction de la chaleur dans la gamme'de températures pour laquelle 1-'appareil est prévu et sa pro- priété de ne pas s'amalgamer avec le mercure. Parmi ces matières on peut ci- ter à titre d'exemples le polymère de nylon, le polymère de polystyrène le
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polymère de méthacrylate de méthylee le verre, les matières céramiques,j) ou le carbone.
Les dimensions totales de la enveloppe ne sont pas déterminantes, mais il est désirable que les dimensions puissent permettre à une quantité suffisante de matière de former un isolement thermique pour 1-'ampoule du thermomètre et pour les cellules à mercure enfermées dans 1-'enveloppe, de ma- nière que le mercure des cellules se trouve en contact avec l'ampoule du thermomètre. L'enveloppe doit être assez grande ]sur permettre à un nombre suffisant de cellules de former une surface raisonnable de mercure à la sur- face de contact, mais en même temps elle ne doit pas dépasser une grandeur compatible avec une absorption de chaleur raisonnablement faible.
La forme
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de l'enveloppe n'a pas non plus une importance déterminante5, mais il est dé- sirable qu'une de ses faces épouse approximativement le contour de la sur- face avec laquelle le contact doit être établi,, de telle façon que la surfa- ce de mercure exposée puisse se trouver sur cette face et qu'une surface de contact aussi grande que possible puisse par conséquent être obtenue.
Une sé-
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rie de cellules sont ménagées, en nids d' abei7lese dans cette face et sont disposées de telle façon que dans le sens de leur longueur à travers l'en- veloppe, leur paroi soit intersectée dans une certaine mesure par 1'mpoule ou réservoir du thermomètre, la cellule se terminant alors à 1-'intérieur de 1-'enveloppe, ou de telle façon que le fond de la cellule soit constitué par
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l'ampoule du thermomètreLa forme préférée des cellules,est celle d'un cy- lindre droit à section circulaire ou polygonale régulière et la disposition préférée de chaque cellule est normale à la surface de contact moyenne.
On a trouvé en pratique que la longueur minimum de chaque cellule qui puisse retenir une colonne de mercure, comme cest décrite est approxi- mativement égale au diamètre de la cellule ou à la diagonale maximum si la cellule présente une section transversale polygonale,, Toutefois, cette lon- gueur minimum varie quelque peu du fait que si la cellule est établiesous forme d'un cylindre droit dont le fond est hémisphérique., la longueur admis- sible est égale à la longueur du diamètre de la partie cylindrique droite et le rayon du fond peut être égal à la moitié de cette longueur. Des cellules de formes différentes auront des longueurs minima légèrement variables.
On a trouvé que le diamètre maximum des cellules doit être approximativement de 0,13 pouce (3,25 mm), mais ici encore ce chiffre peut varier légèrement pour des cellules de formes différentes.
Chacune des cellules est remplie de mercure. On a constaté que la colonne de mercure ainsi formée est en équilibre à l'intérieur de la cel- lule dans toutes les positions que le dispositif peut occuper. De même, le mé- nisque de mercure exposé est stable dans toutes les positions du dispositif par suite des dimensions et de la forme de la cellule. L'ensemble des diffé- rents ménisques forme une surface libre de mercure destiné à venir en con- tact avec la surface dont il s'agit de mesurer la température.
Le nombre et la longueur des cellules, et par conséquent le volume de mercure, sont dé- terminés de façon à obtenir le maximum de surface de contact compatible avec une faible capacité thermique.,
Dans une autre forme dexécution de l'invention une enveloppe est formée comme dans le cas précédente mais dans cette autre forme d'execu- tion les cellules pour le mercure destiné à venir en contact avec la surfa- ce à mesurer entourent une masse de mercure ou autre liquide approprié., et en sont isolées. La seconde masse de mercure ou autre liquide est contenue dans une chambre de forme appropriée qui possède une sortie sous forme de tube capillaire.
Ce tube est convenablement calibré pour une gamme de tempé- rature et pendant 1'usae la température de la surface est indiquée par la dilatation du mercure ou autre liquide dans le tube capillaire. On consta- tera que la différence entre cette forme d'exécution et la précédente ne ré- side que dans le dispositif indicateur de température.
Dans la première for- me d'exécution, un thermomètre est scellé à 1-'intérieur de l'enveloppe; dans la seconde forme d'exécution, bien que le même principe soit appliquée 1'am- poule du thermomètre est pour ainsi dire réellement incorporée dans l'enve- loppe et le dispositif de contact et d'indication forme un tout, assurant ainsi la étanchéité à 1-'air des cellules sans autre scellement et permettant une disposition des cellules qui assure une meilleure transmission de la cha- leur entre le liquide de contact et le liquide indicateur de température.
Dans une autre forme d'exécution encore de l'invention, le dispo- sitif est établi comme dans l'une ou 1'autre des formes d'exécution précéden- tes, mais au lieu de former l'enveloppe d'un bout à l'autre au moyen de l'une des matières déjà mentionnées, on Inexécuté en une matière telle que l'acier - qui possède des propriétés de grande conductibilité thermique, une faible ca- pacité thermique et ne s'amalgallle pas avec le mercure. L'enveloppe est alors entourée, à l'exception de la face qui doit venir en contact avec la surface à mesurer, d'une matière thermo-isolante qui peut être du type décrit précé- dément pour l'exécution de l'enveloppe,ou de autres matières thermo-isolan- tes reconnues.
Par ce moyen, on obtient une meilleure transmission de la cha- leur au mercure enregistrant la chaleur ou autre liquide de l'ampoule du thermomètre car la chaleur de la surface absorbée par les parois contenant la cellule est conduite rapidement au mercure qui se trouve dans les cellu- lesL'enveloppe externe résistant à la chaleur réduit au minimum les pertes de chaleur.
Cette forme d'exécution offre l'avantage supplémentaire que la capacité thermique de l'acier (chaleur spécifique 0,12 cal/gm) est pratique- ment égale au tiers de celle, par exemple, du polymère de méthacrylate de méthyle ou du polystyrène (chaleur spécifique 0,35 et 0,33 respectivement)
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Dans une autre forme d'exécution de Il' invention., la soudure chau- de d'un thermo-couple conventionnel est entourée d'une masse de mercure con- tenue dans une cellule de telle manière que le mercure présente une surface libre stable dans toutes les positions du dispositif pour agir comme un élé- ment de transmission de la chaleur entre la surface avec laquelle le con- tact doit être établi et la soudure chaude du thermo-couple.
Suivant une variante, si la soudure chaude du thermo-couple est susceptible de s'amalga- mer avec le mercure, elle peut être protégée contre l'action du mercure par une substance intermédiaire, ayant de préférence des propriétés bonnes con- ductrices de la chaleur et une faible capacité thermique.
Diverses formes d'exécution de l'invention seront maintenant dé- crites à titre d'exemples en se référant aux dessins annexés exécutés schéma- tiquement (non à l'échelle), dans lesquels
Fig. 1 est une vue de dessous d'un dispositif ayant des cellules à mercure disposées perpendiculairement à une ampoule de thermomètre.
Fig. 2 est une coupe transversale suivant la ligne 2-2 de la Fig.l.
Fig3 est une coupe longitudinale d'une forme d'exécution de l'invention où une masse de mercure ou d'un autre liquide est contenue dans l'enveloppe et séparée des cellules à mercure de contact et peut se dilater dans un tube capillaire calibré et où quelques unes des cellules à mercure de contact sont établies en profondeur de manière à s'adapter autour de la masse de mercure ou autre liquide indicateur de la température, en vue d'assu rer le maximum possible de transmission de la chaleur à cette masse de mercu- re ou autre liquide.
Fig. 4 est une coupe transversale suivant la ligne 3-3 de la Fig.2.
Fige 5 est une coupe longitudinale d'une forme d'exécution de l'in- vention où les cellules de contact et le liquide indicateur de température sont disposés d'une manière semblable à celle représentée sur la Fig. 3, mais où l'enveloppe à cellules est en une matière conductrice de la chaleur et non amalgamable et où l'enveloppe à cellules est entourée d'une matière thermo- isolante,, sauf sur la face de contact.
Fig. 6 est une vue en coupe longitudinale d'une forme d'exécu- tion de l'invention où la soudure chaude d'un thermo-couple est immergée dans une colonne de mercure.
Fig. 7 est une vue en coupe longitudinale d'une forme d'exécu- tion de l'invention où la soudure chaude d'un thermo-couple est soudée ou au- trement fixée à une garniture sur la face interne de la cellule de mercure,
Fig. 8 est une coupe transversale suivant la ligne 4-4 de la Fig. 7.
Dans la forme d'exécution représentée sur les Figs. 1 et 2, 1'am- poule 20 d'un thermomètre à mercure est noyée dans une enveloppe de polymère de polystyrène 21 scellée, à l'endroit du col 26 de 1-*ampoule, par un joint étanche au vide. La forme externe de l'enveloppe 21 est partiellement cylin- drique, avec sur toute sa longueur un évidement latéral ayant en coupe trans- versale la forme d'un segment de cercle dont le centre coïncide avec le cen- tre du cercle constitué par la section transversale de l'ampoule du thermo- mètre.,
La surface plane représentée par le lien des cordes de ces segments constitue la face du dispositif destinée à venir en contact avec la surface à mesurer et est vue en plan sur la Fige 1 Trois rangées de cellules cylin- driques circulaires ayant chacune un diamètre de 0,1 pouce (2.5mm) approxima- tivement sont ménagées en nids d'abeilles dans la face plane de l'enveloppe 21. Les axes de la rangée médiane de cellules 128 sont situés dans un plan passant par l'axe de l'ampoule 20 du thermomètre et sont perpendiculaires à la surface plane de l'enveloppe. Les axes des rangées externes des cellules 127 se trouvent dans des plans parallèles à celui contenant les axes de la rangée médiane de cellules et disposées à égales distances de part et d'au- tres de ce dernier.
Les cellules 128 se terminent à l'ampoule du thermomètre et les cellules 127 sont espacées l'une de l'autre de telle manière qu'une
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partie de leurs parois soit intersestée par le ampoule 20, Chaque cellule est remplie de mercure jusqu'à ce que le ménisque de mercure dépasse la :face pla- ne de la enveloppe 21 Les ménisques formés restent en équilibre stable dans
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toutes les positions du dispositif. Un ménisque 28 est formé à Pembouchure de chaque cellule et ceci constitue une surface libre de mercure pour la con- duction de chaleur de la surface sur laquelle le dispositif est appliqué à 1,1 ampoule du thermomètre.
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Dans la forme d2'exécuti())n du dispositif suivant les gso 3 et lu, une enveloppe cylindrique à cellules est exécutée en verre et est établie de telle manière qu'une masse de mercure 150 soit enfermée dans un espace ap- proximativement sphérique ou piriforme d'où elle peut pénétrer dans un tube capillaire scellé 151 Autour de cette masse de mercure dont elles sont sépa- rées et isolées par des scellements sont disposées des cellules 131 de sec-
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tion transversale circulaire et d'un diamètre de oeil pouce (295 sm) approxi- mativement sauf à l'endroit où ces cellules entourent 13 espace 150 c'est-à- dire où la circonférence des parois internes des cellules est adaptée à la
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forme de l'espace 150,
comme c'est représenté sur la Fig. 3. Une cellule sup- plémentaire 132 située dans le même axe vertical que le centre de la masse de mercure et l'axe du tube capillaire se termine par la paroi de la chambre de mercure 150 Les cellules sont remplies de mercure comme précédemment et les ménisques ainsi formés, qui sont stables dans toutes les positions occu- pées par le dispositif,, sont utilisées comme éléments de contact qu'on appli- que sur la surface dont on doit mesurer la température. Le tube capillaire 151 est calibré et gradué de façon que la dilatation normale du mercure dans l'es- pace 150 peut être lue en degrés Fahrenheit ou centigrade.
En pratique, la forme représentée sur les Figs 3 et 4 peut être constituée par une enveloppe moulée et un tube capillaire scellé à cette enveloppe et ensuite graduée mais d'autres procédés de fabrication appropriés peuvent être employés.
La forme de construction représentée sur la fig 5 ne diffère de celle représentée sur la Fig.3 que par le fait que l'enveloppe à cellules 156 est faite en acier et est recouverte extérieurement par une autre enve- loppe 155 en polystyrène.
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Une autre forme d'exéoution de l'invention est représentée sur la Fig. 60 Elle consiste en une enveloppe tabulaire 50 ayant un alésage étroit, par exemple, de 01 pouce 5 mm) de diamètre, approximativemento A 1-'une des extrémités sont scellés les conducteurs 51 d'un thermo=couple convention- nel, de telle manière que la soudure chaude 52 du thermo-couple pénètre dans le tubes L'étanchéité du scellement 53 résiste au vidéo Le restant du tube est rempli de mercure.,
La forme de construction représentée sur la Fig 7 permet d'em-
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ployer une soudure chaude de thermo-couple qui peut s9 amalgamer avec le mer- cure. Une cellule cylindrique 128, creusée dans une enveloppe cylindrique 100, présente un fond de. forme approximativement hémisphérique.
La face in- terne de la cellule 128 'est garnie d'acier 155 de façon que le'diamètre fi-
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nal de la cellule garnie d'acier soit de Os 1 pouce bzz 5 mm) approximative- ment. A la face externe de la garniture en acier est soudée la soudure chau- de d'un thermo-couple 52 La cellule est alors remplie de mercure dont le mé- nisque forme 1-'élément de contact.
Pour employer les dispositifs qui ont été décrits ci-dessus on tient les enveloppes 21 ou leur équivalent normalement à l'aide d'une pince munie de roulettes pour venir en contact avec la surface dont on doit mesu-
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rer la tezpérature, les roulettes et la pince étant agencées pour maintenir le dispositif de manière que le ménisque de mercure se trouve en contact avec-la surface tandis que l'enveloppe 21 qui entoure le ménisque est juste
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écartée de cette surface.
Dans d9 aires formes d'exécution du dispositif le mercure en contact avec la surface est lui-même enfermé de façon â servir d2' élément indicateur de la température, tandis que dans une forme deexécu- tion simplifiée de l'invention susceptible d'être utilisée sur la surface in- férieure d'une matière mobile, on fait passer ce*+ 1 sur un petit bain de mercure, en contact avec la surface du mercure, le bain de mercure contenant
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un instrument thermométrique approprié.
Bien que les dessins schématiques annexés montrent des cellules de mercure à remplir complètement de mercure les extrémités fermées de ces cellules peuvent en pratique laisser entre le mercure et 1'extrémité de la cellule un petit intervalle qui, contenant un gaz ou une vapeur, éventuelle- ment raréfiés peut avantageusement assurer un effet amortisseur pendant le fonctionnement du dispositifDans le cas de cellules se terminant par 1'am- poule du thermomètre, il est toutefois désirable d'assurer un bon contact du mercure avec cette ampoule.
REVENDICATIONS.
1- Dispositif pour mesurer la température d'une surface., ca- ractérisé en ce qu'une surface liquide libre est employée pour établir le contact avec la surface dont la température est à mesurer, et en ce que la masse du liquide est utilisée pour transmettre la chaleur de cette surface à un élément thermo-sensible d'un instrument thermométrique.
20 - Appareil pour mesurer la température à la surface dune ma- tière solide, caractérisé en ce quil comporte un dispositif thermométrique et une enveloppe établie de façon à recevoir à la fois Isolément thenmo-sen- sible de ce dispositif et un liquide conducteur de la chaleur en bon contact thermique avec Isolément thermo-sensible, et de façon à laisser libre sur une de ses faces une surface du liquide conducteur de la chaleur en vue d'é tablir le contact avec la surface dont on doit mesurer la température.,
3.
- Dispositif suivant les revendications 1 ou 2 y caractérisé en ce qu'une ou plusieurs cellules sont ménagées pour contenir le liquide de contact et de conduction, et leurs formes et dimensions sont déterminées de façon à former une ou plusieurs colonnes de liquide dont chacune a un ménisque qui dépasse le bord de la cellule .et qui sont stables dans toutes les positions que peut occuper le dispositif.