CH257448A - Dispositif sensible à des variations thermiques. - Google Patents

Description

  Dispositif sensible à des variations thermiques.    L'invention a; pour objet un dispositif  sensible à des variations thermiques.  



  Un dispositif connu consiste en un réser  voir     tubulaire,    relié par un tube capillaire     @     un élément sensible, généralement un tube de  Bourdon ou un soufflet flexible. On fait tout  d'abord un vide très poussé dans le dispositif  complet, qu'on remplit ensuite sous pression  avec le fluide devant être employé et qu'enfin  on ferme     hermétiquement.    Ordinairement on  construit     l' enveloppey,    du réservoir en métal  et on remplit le dispositif avec un fluide.

         qu'on    choisit parce qu'il a. un coefficient volu  métrique de dilatation     thermique        relative-          ment    élevé, en comparaison de celui de l'en  veloppe du réservoir. Pour ce remplissage,  on emploie souvent des fluides tels que le       mercure,    l'alcool et l'azote.  



  Avec une telle     disposition,    quand la tem  pérature .du milieu entourant le  réservoir        ,@e    modifie, une différence de dilatation se  produit     entre    le volume. du fluide de rem  plissage dans le réservoir et l'enveloppe de  métal. Ainsi une .partie du fluide de remplis  sage     e-4    forcée d'entrer dans     l'élément    sen  sible flexible ou en est     expulsée=,    et l'oblige  à ce dévier.     Le    mouvement de l'élément sen  sible est alors convenablement amplifié par       divers    procédés bien connus.  



  Tout d'abord le principal obstacle ren  contré par le genre de dispositif décrit plus       liant    a, été le retard avec lequel il répond à  de:     varia.tionbrusques    ou faibles     de.    la tem-         pérature    du milieu entourant le réservoir. Ce  retard provient de     ce    que, l'enveloppe du  réservoir doit s'échauffer, avant que de la  chaleur     puisse    être transmise au fluide de  remplissage, et aussi de ce que du temps se  perd, jusqu'à ce que, le fluide de remplissage  se soit réchauffé uniformément dans     toute     sa. masse.

   Par conséquent, non seulement il  ne répond -que faiblement au début, mais de  plus il     n'atteint    un état final stable qu'avec  un grand retard.  



       La,        présente        invention    vise à créer des  moyens par lesquels le     retard    thermique de  ces dispositifs puisse être     considérablement     réduit et qui leur     permettent    de répondre  d'une manière plus     immédiate    à des varia  tions da températures, ce qui est très désira  ble dans des applications au réglage de tem  pérature.  



  Pour     obtenir    ce résultat, on a.     créé    en con  formité de l'invention une forme d'exécution  du réservoir, qui, en fait, remplace- le dispo  sitif à  dilatation de liquide  par un autre  dans lequel la dilatation et la contraction de  l'enveloppe du réservoir deviennent les     agents     principaux de l'injection dans le tube de  Bourdon, ou de l'expulsion hors de ce der  nier, de la, quantité de fluide de remplissage  nécessaire pour     provoquer    la. déviation re  quise. Dans ce cas, le fluide de remplissage  joue uniquement le rôle d'un milieu hydrau  lique servant à transmettre les variations de       volume    de l'enveloppe à l'élément sensible.

        Par conséquent, l'invention consiste, dans  ses grandes lignes, en un dispositif sensible  à des     varïations    thermiques,     dans        lequel.    la       réaction    à -des modifications d'une tempéra  ture     est        transmise    par un fluide     contenu    -dans  une enveloppe;

   la, disposition étant     telle    que       dans    les dilatations et les contractions de       l'espace    occupé par le fluide, la     réaction    d'au  moins une     partie    de l'enveloppe prédomine  sur l'effet direct des variations de tempéra  ture sur le fluide.    Pour des raisons qui seront données plus  loin, on préfère dans beaucoup de cas une       disposition    telle que la, pression exercée sur  le fluide diminue, quand la température  monte, et augmente, quand la température  baisse.

   Toutefois la disposition peut aussi  être     telle    que la pression exercée sur le fluide       augmente    avec une hausse de la température  et     diminue    avec une baisse de     cette    dernière,  comme c'est le cas -dans les dispositions ordi  naires     répondant    à -des variations     thermiques.     



  Le dispositif sensible à des variations       thermiques    comprend un réservoir, dont l'in  térieur est     rempli    en majeure partie par un  corps     constitué    d'une matière ayant un coef  ficient de     dilatation    thermique ,différent de  celui de la matière constituant le réservoir,  l'espace existant entre le corps de     remplissage     et la paroi intérieure -du     réservoir    étant  occupé par un fluide et la     .disposition        étant     telle qu'une pression exercée sur le fluide  varie en     fonction    des variations:

   d'une     tempé-          rature    et que les variations de     cette    pression  soient dues surtout aux     dilatations    et con  tractions thermiques relatives du réservoir et  du corps de remplissage.  



  La. matière constituant le corps de     rem-          plissage    peut avoir un coefficient de dilata  tion     thermique    relativement faible, en com  paraison de celui de la     matière    constituant  le     réservoir    et     pratiquement    négligeable dans  des marges de     température    étendues. Le       corps    peut être par exemple en quartz, en  silice fondue ou en alliage de fer et de 36  de nickel, appelé communément acier  Invar:>.  Ce corps peut être sous la. forme d'au     moins       une tige, d'au moins un tube fermé ou de  grains.  



       Le    réservoir peut avoir une forme tubu  laire; il peut être en métal ou en une matière  ayant une bonne conductibilité et un     coeffi-          oient        de    dilatation thermique relativement  élevé dans -des marges de températures éten  dues, par exemple en cuivre, en acier inoxy  dable, en aluminium ou ses alliages.  



  Le dispositif peut ainsi comprendre deux  tubes ayant des coefficients de dilatation.  différents, l'un ayant de préférence un coeffi  cient aussi proche que possible -de zéro, ces  deux tubes étant disposés pour s'emboîter  l'un     .dans    l'autre, de façon à     ménager    entre eux  un espace annulaire mince, qu'on remplit de  fluide de transmission.

   Le tube, qui est relati  vement le plus dilatable, peut être: placé à  l'extérieur et dans ce cas sa     face    extérieure  est exposée à un     fluide,    dont la température  subit des variations par lesquelles le dispo  sitifest influencé; inversement, si le     tube,    qui  est relativement le plus     dilatable,    est à l'in  térieur, sa face     intérieure    est exposée au  fluide de température variable. Ce dernier  fluide peut être le même ou un autre que  celui avec lequel serait en contact la. face  découverte du tube relativement non dilata  ble.

   La face découverte du tube ayant le  coefficient de dilatation relativement le plus  élevé pourrait aussi être la seule qui fût  exposée directement à un fluide de tempé  rature variable. Un réservoir construit de  cette manière pourrait être intercalé dans une       tuyauterie,    -de façon que le gaz ou le liquide,  coulant dans     cette        tuyauterie    et dont la tem  pérature doit être mesurée, passe dans le     tube     intérieur du     dispositif,    ce tube ayant le coef  ficient de dilatation relativement élevé.

   De  cette manière, la température du fluide pour  rait être     prise,    sans gêner en aucune façon  l'écoulement dans la     tuyauterie,        ce    qui d'habi  tude est inévitable avec les types -de thermo  mètres     existants,    à moins que la section de  la     tuyauterie    ne soit agrandie pour loger le  réservoir.  



  Le     dispositif    peut comprendre un élément       sensible    relié au réservoir par un tube capil-      laine, l'ensemble étant rempli avec un fluide,  dont le coefficient de dilatation volumétrique  est bas. et étant     ensuite    fermé hermétique  ment.  



       I@t@    dessin annexé représente, à titre       d'exemple,    trois formes d'exécution du dis  positif selon l'invention.  



       I@c        fib.    1, 2 et 3 en sont des coupes     ver-          l        ie    ales.  



       Le    dispositif représenté par la.     fig.    1 com  prend     nu    réservoir tubulaire 1. dilatable, en       acir@r        inoxy        da.ble,    dune     lequel    est monté un  corps ou noyau     ?,        constitué    par une tige: de  silice     .solide,    non dilatable et réservant un       e.@pacc        annulaire    mince 3.

   L'espace 3 commu  nique par un     passage    4, ménagé dans une  pièce     d'extrémité    5, avec un tube     capillaire    6       c-onclui:ant    à un tube de Bourdon 7, et le       dispositif    est rempli d'un fluide de trans  mission qui est du mercure.  



       Le    noyau de silice est meulé sur toute sa       @iirface    et ses dimensions sont telles qu'à. la.       température    la. plus     basse    à laquelle le     dis-          positif    doit fonctionner, l'espace annulaire       occupé    par le     mercure    .soit un minimum com  patible avec un     remplissage        satisfaisant.          cet    effet, tandis qu'on maintient     le    réservoir       â,    la, température     requise    la plus     basse,

      on  remplit     1c    dispositif avec du mercure sous       pression    et on le ferme, de façon :que le tube  de Bourdon soit forcé de se dévier d'une       (luanlit.é,        comprise.    dans les limites (le sa       déviation    possible, et suffisante pour action  ner une plume d'enregistrement sur une     lon-          gueur    d'échelle désirée.

   Le réservoir     est    dis  posé     d(#    façon que     son    enveloppe ait une       épaisseur    minimum et une capacité thermique  minimum, mais que son épaisseur     sait    néan  moins assez forte pour résister à la. pression       intérieure    avec un coefficient de sécurité       Suffisant.     



  Dès que la température du milieu entou  rant le réservoir est     atteinte,    l'enveloppe     mé-          lallique    reçoit de la chaleur et     commence     immédiatement à se     dilater,    en provoquant  un agrandissement ,de l'espace annulaire     exis-          lant:    entre elle et le noyau non dilatable. La       contrepre-#sion    exercée par l'élément sensible,    qui est déjà dilaté, comprime dans ledit  espace le fluide de remplissage, soit ici le  mercure, et l'élément sensible devient ainsi  moins dilaté.

   Il est clair que le volume du  fluide de remplissage du réservoir, qui occupe  l'espace annulaire entre     l' envelqppe     et le   < .noyau , doit être limité à une valeur aussi  petite que possible,     @de    façon que l'effet de  sa dilatation ou de sa contraction, qui     tend     à contrebalancer l'effet de la dilatation ou de  la contraction de l'enveloppe du réservoir,  soit maintenu à. une valeur minimum.  



  En se servant de ce dispositif, on peut       obtenir    une     réaction    à peu près immédiate à,  de     petites        variations    de la température du  réservoir, ainsi qu'une notable réduction du  temps pris après une     variation    pour arriver  à un état final et stable.

   Dans des essais  faits avec l'instrument décrit plus. haut., dans  lequel -de l'acier inoxydable, métal connu  comme peu conducteur, était utilisé pour l'en  veloppe du réservoir, on a, obtenu un coe=ffi  cient de retard thermique comparable à celui  d'un couple thermique au     chrome-aluminium     en fils     nus        équivalant    au No 10 de la,     série          normale    de fils.  



  Dans     cette    forme d'exécution du dispo  s     s        itif,        le        tube        de        Bourdon        ou        l'élément        sensible     agit en sens inverse -de ce qui est habituel  dans un dispositif à dilatation de liquide,  c'est-à-dire qu'à la plus haute     température     de la     marge    requise, l'enveloppe du réservoir  est dilatée et que     pa-r    conséquent l'élément  sensible est sous     une    pression intérieure  réduite-.

   Ce fait est important, puisque beau  coup de thermomètres ordinaires à dilatation  de liquide sont     promptement    en défaut, lors  que le réservoir est -exposé brusquement et  à plusieurs reprises à -des     températures    éle  vées, et aussi lorsqu'il est soumis à une tem  pérature d'une manière     persistante,    en raison  de la fatigue     excessive    de la.     matière    consti  tuant l'élément sensible.

   Il apparaît ainsi       clairement    qu'en faisant passer le réservoir  du dispositif décrit de l'état  froid>> à l'état   chaud , selon ce qui se produit dans la pra  tique de beaucoup la     plus        fréquente,    on pro  voquera une.     diminution    de l'effort de l'élé-      ment sensible, dans une mesure, qui peut.  être réglée primitivement par l'élément sen  sible lui-même.  



  De plus, là où le réservoir est     soumis    à  -des     températures    élevées continues pendant  de longues périodes, l'élément     sensible    ou       tube    de Bourdon     fonctionnera;    avec un effort  beaucoup plus faible que précédemment, et       tendra    ainsi à prolonger le temps     pendant    le  quel il sera utilisable.

   Pour que ces conditions  soient toujours remplies, la     contrepression     exercée     par    le     tube    de Bourdon doit toujours  dépasser la     tension    de vapeur -du moyen de  remplissage     correspondant    à la température       maximum    à     laquelle    le. réservoir sera em  ployé.  



  La     fig.    2 est     .semblable    à la     fig.    1, sauf  que le noyau non dilatable 2 est creux et que  le     tube,de    Bourdon n'est par représenté. Dans  la     fig.    3, on voit un     tube    extérieur 8, non  dilatable, dans lequel     -est    monté un tube inté  rieur dilatable 9, réservant un espace annu  laire mince 10.     L'espace    10 communique par  un     espace    d'extrémité 11     et    un passage 12  avec un tube capillaire 13,     conduisant    à, un  tube de Bourdon (non représenté).

   Le dis  positif comprend des     parties    extrêmes filetées  14 et 15, servant à l'intercaler dans une       tuyauterie    conduisant un fluide, qui passe  au travers d'un tube     intérieur.,dilatable    9,  à l'aide duquel on mesure la.     température    du  fluide.  



  Dans le cas où le dispositif comprend  deux tubes     emboités    l'un :dans: l'autre,     une:          variation    de     température    -du milieu entourant  le     tube    extérieur, ou de celui qui se trouve  dans le     tube        intérieur,    ou de ces deux milieux  en même temps, provoquera une     variation    de  volume de l'espace annulaire     existaut    entre  les     deux    tubes, en raison de la différence de  dilatation de ces derniers.     Si:

      le     tube        extérieur     est celui qui a le coefficient de dilatation le  plus élevé, le fluide de transmission sera  comprimé par     l'espace    annulaire dans une  mesure croissante, lorsque la     température     baissera, ou s'accommodera     mieux    de l'espace  annulaire,     lorsque    la température montera.

   Si  les tubes sont .disposés     d'une    manière inverse,    c'est-à-dire      & i    le tube     relatïvement    dilatable  est à l'intérieur, l'action  &  compression du  liquide par l'espace annulaire se     manifestera     maintenant avec une température croissante  et vice versa pour une     température    décrois-

Claims (1)

1. REVENDICATION: Dispositif sensible à des variations ther miques, caractérisé par un réservoir, dont l'intérieur est rempli en majeure: partie par un corps constitué d'une matière ayant un coefficient de dilatation thermique différent de celui de la matière constituant le réser voir,

   l'espace existant entre le corps de rem plissage et la paroi intérieure du réservoir étant occupé par un fluide et la disposition étant telle qu'une pression exercée sur le fluide varie en fonction des variations d'une température et que les variations de cette pression soient dues surtout aux dilatation et contractions thermiques relatives du réser voir et du corps de remplissage. SOUS-REVEN DICATION S 1.

   Dispositif selon la, revendication, carac térisé en ce qu'il -est conformé de façon que la pression exercée sur le fluide diminue, quand la; température monte, et augmente. quand la température baisse. 2. Dispositif selon la revendication, carac térisé en ce que la matière constituant le corps de remplissage a un coefficient de dila: talion thermique qui est relativement bas, en comparaison de celui de la. matière consti tuant le réservoir.

   3. Dispositif selon la revendication et la sous-revendication 2, caractérisé en ce. que la matière constituant le corps de remplissage a, -dans une marge de température étendue, un coefficient de dilatation thermique prati quement négligeable. 4. Dispositif selon la. revendication et les sous-revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le corps de remplissage est en quartz. 5. Dispositif selon la. revendication et les sous-revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le corps de remplissage est en silice fondue, 6.

   Dispositif selon la. revendication et les sous-revendications ? et 3, caractérisé en ce que le corps de remplissage est en acier - Invar,. 7. Dispositif selon la revendication et la sous-revendication ?, caractérisé en ce que le corps de, remplissa..e a la forme d'air moins iirie tige. 8. Dispositif selon la revendication et la.

   sous-revendication 2, caractérisé en ce que! le corps cle r empli:ssa.ge a la, forme d'a.u moins tin tube. 9. Dispositif selon la revendication et la @ous-revendieation 2, caractérisé en ce due le corps df- remplissage est formé de petits mor ceaux. 10. Dispositif selon la revendieation et la.

   .@ou.@-rc.vendica ion 9, caractérisé eri ce que le corps -de remplissage est formé de grains. 11. Dispositif selon la revendication,

   ca- i@letéri@é en ce que le réservoir comprend une enveloppe faite avec une matière ayant une Donne conductibilité et un coefficient de dila- fation thermique relativement élevi# dans des marges de températures étendues. 12.

   Dispositif. selon la revendication, en- ractérisé en ce que le réservoir est fait a:@-ec iine matière ayant une bonne conduetibilitP et; un coefficient (le, dilatation thermique relativement élevé dans des marges de tem pératures étendues.

   13. Di.;positif .selon la revendic;ifion, ea- ra.cIérisé par deux éléments disposés pour s'emboîter l'rin dan. l'autre, afin de ménager mi ("pace intermédiaire mince pour le fluide c1(1 transmission. 14.

   Dispositif selon la revendication et la .ou-revendication 13, caractérisé en cc que deux éléments sons: l'un le réservoir < -#t l'autre le corps de remplissage ayant aussi la forme d'un réservoir. 1.5. Dispositif salon la revendication et la =ous-revendication 13, caractérisé en ce que lesdits deux éléments sont le réservoir et le corps de remplissage, qui ont l'un et l'autre la. forme de tubes. 16.

   Dispositif selon la revendication et la sous-revendication 13, caractérisé en ce quo lesdits deux éléments ont des coefficients de dilatation thermique différents. 17. Dispositif selon la, revendication et les. sous-revendications 13 et 16, caractérisé en ce que l'un desdits deux éléments: a un coeffi cient de dilatation thermique qui est prati.. quement nul.

   18. Dispositif selon la. revendication et les sous-revendications 13, 16 et 17, caractérisé en ce que l'élément intérieur est celui qui est relativement dilatable, et en ce que cet élément est apte à, recevoir un fluide par le quel le dispositif est influencé. 19.

   Dispositif selon la revendication et les sous-revendications 13, 16, 17 et 18, carac térisé en ce qu'il est conformé de façon 3i pouvoir être intercalé dans une= tuyauterie, de façon qu'un fluide coulant dans cette tuyauterie et dont la. température doit être mesurée, passe dans ledit élément intérieur. -20. Dispositif selon la revendication et la sous-revendication 13, caractérisé en ce que la:

   . surface extérieure de l'élément extérieur et la surface intérieure de l'élément intérieur sont exposées respectivement à des fluide par lesquels le dispositif est influencé. 21. Dispositif selon la revendication, ca ractérisé en ce que le réservoir est relié à un élément sensible à, une pression par un tube capillaire, l'ensemble étant rempli avec un fluide ayant un faible coefficient volumé trique de dilatation. ??.

   Dispositif selon la. revendication et la sous-revendication ?3, caractérisé en ce que le fluide est sous pression, pendant que le dipositif est soumis à une température basse.