Dispositif sensible à la température.
La présente invention a pour objet un dispositif sensible à la température comprenant une bande bimétallique enroulée en hélice et telle que, lorsqu'une des extrémités de cette bande est fixée, son autre extrémité se déplace en fonction des variations de tem pérature auxquelles est soumis la bande.
Du fait du remplacement de plus en plus général des thermomètres à mercure par d'autres dispositifs, les diamètres extérieurs des dispositifs industriels servant-à mesurer la température ont été normalisés dans une large mesure et à une valeur comparativement faible, si bien que la section disponible dans ces dispositifs pour loger un élément bimétallique hélicoïdal est trop petite si cet élément doit servir à mesurer la température dans un intervalle de température étendu, à moins que l'hélice ne soit très longue, ce qui présente des inconvénients au point de vue pratique. Une longue hélice est en effet sensible aux vibrations.
Il est vrai qu'on peut augmenter la longueur effective de l'hélice en utilisant un ensemble de deux hélices ou plus disposées coaxialement l'une à l'intérieur de l'autre, un tel ensemble est cependant relativement compliqué. Bien que les desiderata concernant le domaine de mesure pourraient, jusqu'à un certain point, tre satisfaits en formant une bande bimétallique à partir de deux métaux dont les coefficients d'expansion thermique diffèrent considérablement l'un de l'autre, cette solution n'est pas satisfaisante en pratique lorsque l'élément bimétallique ne doit pas tre trop sensible à de petites variations de tem pérature. Dans ce cas,
la différence entre lesdits coefficients d'expansion devrait en effet tre maintenue aussi faible que cela est compatible avec la mesure précise de la température dans le domaine de températures envisagé.
La présente invention a pour but de fournir un dispositif sensible à la température comprenant une bande bimétallique enroulée en hélice dont le volume est réduit, pour un domaine de températures donné. Ce dispositif est caractérisé en ce que ladite bande est pliée de manière à former des ondulations s'étendant transversalement à la plus grande dimension de la bande.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du dispositif faisant l'objet de la présente invention et de nombreuses variantes de cette forme d'exécution.
Fig. 1 est une élévation latérale avec arrachement d'une bande bimétallique avant son ondulation.
Fig. 2 est une élévation latérale similaire d'une bande bimétallique dans laquelle on a formé des ondulations.
Fig. 3 est une vue en plan de la bande représentée à la fig. 2.
Fig. 4 est une élévation latérale d'une bande telle que celle représentée aux fig. 2 et 3, après que cette bande a été enroulée en hélice.
Fig. 5 est une vue en bout de l'hélice représentée à la fig. 4.
Fig. 6 est une vue analogue à celle de la fig. 4, montrant une autre forme d'hélice.
Les fig. 7 et 8 sont des vues respectivement analogues à celles des fig. 2 et 3, illustrant une autre façon de former des ondulations dans une bande bimétallique.
Fig. 9 est une élévation latérale en coupe de ladite forme d'exécution du dispositif sensible à la température, ce dispositif comprenant un élément bimétallique tel que celui représenté aux fig. 4 et 5.
Fig. 10 est une élévation latérale, à plus grande échelle, d'un collier de fixation que comprend le dispositif représenté à la fig. 9.
Fig. 11 est une vue en coupe, selon
XI-XI de la fig. 9 et à plus grande échelle.
Fig. 12 est une élévation latérale montrant une variante de la fixation de l'hélice bimétallique à une broche que comprend le dispositif représenté à la fig. 9, et
fig. 13 est une élévation latérale en coupe montrant une variante de la fixation de l'hé- lice à une enveloppe extérieure que comprend le dispositif représenté à la fig. 9.
L'élément bimétallique représenté aux fig. 1 à 5 est fait à partir d'une bande bimétallique A, comprenant deux bandes métal liques Al et A2 disposées l'une contre l'autre, l'une de ces bandes étant faite de laiton et l'autre d'invar. La bande bimétallique A est pliée pour former des boucles rentrantes suc cessives B, à intervalles réguliers le long de cette bande, toutes ces boucles s'étendant à partir du mme côté de la bande bimétallique A qui présente dès lors une série de parties sensiblement droites B1, s'étendant sur les intervalles séparant les boucles successives B, qui sont en forme de V ou de U.
La dimension linéaire entre les deux extrémités de la bande bimétallique représentée aux fig. 2 et 3 est ainsi réduite par rapport à la longueur-vraie ou effective de cette bande (fig. 1) de la somme des longueurs des boucles rentrantes B, en négligeant les longueurs d'interstices B2 séparant deux parties BI adjacentes. Par exemple, après qu'on a formé les boucles B, la longueur vraie ou effective de la bande bimétallique peut tre égale à deux fois la dimension linéaire séparant les deux extrémités de cette bande, ces extrémités comprenant des parties non ondulées C'et C2 respectivement, dans un but qu'on décrira plus loin.
La bande ondulée représentée aux fig. 2 et 3 est ensuite enroulée pour former une hélice D (fig. 4 et 5), les boucles B s'éten- dant vers l'intérieur de cette hélice. Lorsque l'enroulement en hélice est ainsi formé, chacune des parties Bi séparant des boucles successives B est pliée selon une courbe régulière, comme représenté à la fig. 5, et les sommets B3 des boucles rentrantes B sont rapprochés les uns des autres, de sorte que lorsqu'un tour complet de l'hélice est vu axialement, comme à la fig.
5, ce tour présente un contour quelque peu semblable à celui d'un trèfle ayant un grand nombre de feuilles, mais selon lequel les sommets B3 des boucles rentrantes sont espacés de l'axe longitudinal X-X de l'hélice D et entourent cet axe. Chacune des parties Bl séparant deux étroites boucles rentrantes B est plus longue que l'intervalle B2 ménagé dans la périphérie cylindrique de l'hélice par la présence de l'une desdites boucles, ces parties B1 étant disposées selon des arcs successifs qui forment ensemble la périphérie incurvée de l'hélice, ainsi que cela est clairement visible à la fig. 5.
Bien que l'hélice D soit généralement une hélice cylindrique droite, comme représenté à la fig. 4, cette hélice peut aussi tre enroulée de façon à tre entièrement ou en partie une hélice conique ou tronconique. Par exemple, l'hélice E représentée à la fig. 6 comprend une partie médiane en forme d'hélice cylin- drique droite E1 et deux parties extrmes E2, en forme d'hélices tronconiques ou coniques.
Dans la ou-les parties de la bande bimétallique qui est ou qui sont destinées à former chacune une partie conique ou tronconique de l'hélice, telles que les parties E2, les boucles rentrantes B peuvent tre progressivement rapprochées les unes des autres dans le sens de la conicité désirée, les longueurs de ces boucles décroissant également progressivement si on le désire.
On se rendra compte que, puisque le but principal des ondulations de la bande bimétallique est d'obtenir une bande dont la lon gueur effective soit grande par rapport à la longueur d'une hélice selon laquelle cette bande ondulée est enroulée, les ondulations ou boucles peuvent tre formées dans ladite bande de toute façon adéquate.
Par exemple, la bande bimétallique peut tre pliée en zigzag ou selon une sinusoïde comme représenté aux fig. 7 et 8, les sommets des ondulations transversales à la longueur de la bande étant disposés de façon que, lorsque cette bande ondulée est ensuite enroulée en hélice, les sommets internes F ou F1 des ondulations se rapprochent les uns des autres en allant vers l'axe, tandis que les sommets externes
Fi ou F s'éloignent les uns des autres en allant vers la périphérie de l'hélice.
Le dispositif sensible à la température représenté à la fig. 9 comprend un support constitué par une enveloppe tubulaire exté- rieure G, par exemple en laiton, dont une extrémité ouverte est filetée intérieurement pour recevoir un manchon de fixation H présentant un logement cylindrique Ht. Une des extrémités du manchon de fixation H porte un ehapeau E2 qui est vissé sur ce manchon 11, si bien que celui-ci peut tre vissé dans l'enveloppe tubulaire G comme désiré, le cha- peau Ii2 étant ensuite serré sur le manchon H jusqu'à ce que son bord vienne buter contre l'extrémité adjacente G2 de l'enveloppe tubulaire G.
Le manchon de fixation H est ainsi bloqué dans la position de réglage désirée, à l'intérieur de l'enveloppe tubulaire G.
Un collier de fixation J (mieux visible à la fig. 10) fait d'un métal faisant ressort présente, le long de l'un de ses bords J1, une partie circulaire interrompue et, le long de son autre bord J2, au moins une languette J3 qui est faite d'une pièce avec lui. Ce collier est agencé de manière à pouvoir tre ajusté à l'intérieur du logement IIt du manehon de fixation II. Selon une variante représentée à la fig. 13, le collier J est ajusté autour d'un bossage 113 du manchon de fixation H, de façon à enserrer ce bossage.
La partie non ondulée C2 d'une des extrémités de l'hélice D est disposée contre la périphérie-extérieure incurvée du collier de fixation J et la ou les languettes J3 de ce collier sont repliées sur cette partie C2 à laquelle elles sont en outre soudées par points. La partie non ondulée 01 de l'autre extrémité de la bande bimétallique est accouplée à l'extrémité adjacente d'une broche K qui, ainsi qu'on le décrira plus loin, constitue un organe mobile indicateur ou de commande. Cet accouplement peut tre effectué de diverses façons.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 9, l'extrémité Cl de l'hélice D est fixée dans une fente ménagée à une des extrémités d'un manchon K1 fixé à la broche Z. Selon une variante représentée à la fig. 12, une plaque métallique allongée L est repliée de façon que ses deux extrémités L1 et L2 viennent l'une contre l'autre et la partie non ondulée Cl de l'hélice D est fixée entre ces deux extrémités, dans le pli L3 formé dans la plaque L. Lesdites parties L1 et L2 de cette plaque forment ensemble un manchon qui entoure étroitement la broche K, ces parties Li et L2 étant soudées par points l'une à l'autre, à la broche K et à la partie Cl de l'hélice D.
Pour assembler le dispositif représenté à la fig. 9, le collier J fixé à l'une des extrémités C2 de l'hélice D est pressé dans le logement B1 ou sur le bossage fI3 du manchon de fixation Il et la broche K est introduite dans l'enveloppe tubulaire G par l'extrémité G2 de cette enveloppe, cette broche passant au travers d'une. ouverture centrale G3 ménagée dans une paroi intérieure G que présente le tube G. Le manchon fileté II est ensuite vissé dans le tube G, son filetage extérieur venant coopérer avec le filetage intérieur Ci de ce tube.
La position longitu- dinale initiale de la broche K est réglée en faisant tourner le manchon H qui est ensuite bloqué dans la position de réglage désirée en serrant le chapeau H2 sur l'extrémité filetée de ce manchon qui dépasse encore du tube G.
La position angulaire initiale de la broche K est réglée par déplacement angulaire du collier J à l'intérieur du logement Fi ou autour du bossage H3 du manchon H, avant de souder ce collier à ce manchon par points.
La broche h : et l'hélice D sont des lors sensiblement entièrement enfermées dans l'enveloppe tubulaire G, l'extrémité libre de la broche mobile K faisant saillie hors d'une des extrémités G5 de l'enveloppe qui est munie d'un boîtier circulaire M, pour un cadran, la base M1 de ce boîtier étant pourvue d'un bossage postérieur creux M2 qui est fileté intérieurement et qui est vissé sur l'en- veloppe tubulaire G dont ladite extrémité G5 est filetée extérieurement. Le bossage creux
M2 est fermé par une paroi transversale interne dans laquelle est ménagée une ouverture centrale M3, coaxiale à l'enveloppe tubulaire G.
La broche K s'étend axialement jus qu'à l'intérieur du boîtier M, l'ouverture cen- trale M3 et l'ouverture G3 ménagée dans la paroi Gt de l'enveloppe tubulaire G servant de guide pour cette broche. A l'intérieur du boîtier M est fixé un cadran N portant une graduation de température annulaire ou ar quée. Ce cadran présente une ouverture centrale au travers de laquelle s'étend la broche K dont l'extrémité libre porte une aiguille radiale Lt qui est espacée du cadran N et qui est mobile par rapport à ce cadran avec lequel elle est destinée à coopérer.
Le boîtier M est fermé par un couvercle de verre P qui est maintenu en place par une lunette Pi vissée sur le boîtier M.
Lorsque la température à laquelle l'hélice bimétallique D est soumise croît, cette hélice s'enroule de façon plus serrée tout en se contractant légèrement dans le sens de. son axe ou, au contraire, elle se déroule tout en s'étendant légèrement axialement, selon lequel des deux métaux constituant la bande bimétallique se trouve du coté externe de l'hélice.
De préférence, la disposition est telle que l'hélice D s'enroule de façon plus serrée et se contracte légèrement axialement lorsque la température croît. Il en résulte que la broche
K tourne et déplace l'index N1 de façon à indiquer le changement de température intervenu sur la graduation du cadran M.
On se rend compte que bien que la longueur effective de la bande bimétallique soit suffisante pour lui permettre de fonctionner à l'intérieur d'un domaine de températures étendu, mme lorsque la différence entre les coefficients d'expansion thermique des métaux formant les bandes Ai et A2 est faible, le volume occupé par l'hélice D est considé- rablement inférieur à celui qui serait occupé par la mme bande bimétallique, si celle-ci n'était pas ondulée.
Grâce à ces ondulations, l'élément bimétallique peut tre disposé à l'intérieur d'un espace de faible diamètre et de faible longueur axiale et, simultanément, la sensibilité de cet élément bimétallique aux effets de vibrations est réduite, cette sensi bilité ayant par ailleurs tendance à devenir d'autant plus néfaste que l'hélice est plus longue. De plus, les ondulations transversales formées dans la bande bimétallique ont non seulement pour effet de raidir l'élément bimétallique et de le rendre plus robuste, mais encore de réduire de façon appréciable sa contraction ou son expansion axiale pour une variation de température donnée.
Au lieu d'actionner une aiguille coopérant avec un cadran gradué, l'organe mobile tel que la broche K peut tre utilisé comme dispositif de commande, par exemple pour actionner un ou plusieurs contacts électriques de commande, une armature ou un solénoïde de commande, ou encore une capacité ou une résistance électrique variable faisant partie d'un circuit de commande.
On comprendra que la forme d'exécution décrite en référence au dessin, de mme que les diverses variantes de cette forme d'exécu- tion peuvent tre modifiées selon les desiderata de toute application particulière envisagée. Par exemple, tous métaux adéquats peuvent tre utilisés pour la fabrication de l'élément bimétallique, selon les conditions d'emploi de cet élément et selon le domaine de températures que le dispositif est destiné à mesurer. Par exemple, bien que du laiton et de l'invar soient adéquats pour un domaine de températures s'étendant approximativement de-20 à + 150 C, un domaine de tem pératures plus étendu peut tre obtenu en utilisant un autre métal tel que de l'acier spécial (par exemple de l'acier chromé) et de l'invar.