Brevet FR2027694A1 — publié le 19701002

l'invention, rentrant^dans le secteur de la mesure des températures», concerne un thermomètre hase' sur la dilatation volumétrique et' dont l'enveloppe est en matière synthétique. les thermomètres généralement usités dans la vie quo-5 tidienne, dans l'industrie et dans lès. laboratoires reposent toujours sur la dilatation volumétrique que subissent des éléments et des composés chimiques déterminés,' à l' état, liquide, en cas d'élévation de température. Ces liquides sont enfermés dans des tubes capillaires qui sont le plus souvent entourés 10 d'une enveloppe protectrice. la graduation est apposée directement sur les tubes capillaires ou bien sur un support d'échelle particulier. ,Si nécessaire, on colore les liquides pour les rendre visibles. Les thermomètres de ce genre se distinguent par leur 15 structure simple et on peut facilement les fabriquer en les adaptant aux applications les plus diverses. Ainsi, on utilise volontiers comme thermomètre médical des colonnes de mercure dans des enveloppes de verre, parce que ce métal se dilate considérablement, précisément dans l'intervalle de température envi-20 sagé et que la colonne de mercure est bien visible à travers le verre. l'inconvénient de ces thermomètres est que l'enveloppe de verre se brise facilement et que du mercure toxique peut s'écouler. En outrej ces articles sont relativement coûteux. 25 Antérieurement, on^utilisait pas les matières synthétiques à la place du verre, parce qu'elles ont des coefficients de dilatation thermique trop élevés, ce qui rend la mesure notablement plus difficile sinon impossible. En outre, avec les éléments et les composés chimiques employés antérieurement pour remplir 30 les thermomètres, on est obligé, pour effectuer des mesures dans un intervalle restreint de températures, d'utiliser des tubes capillaires très étroits afin de permettre une lecture suffisamment précise. Mais à cet effet, la matière synthétique paraissait moins bien convenir jusqu'à présent. 35 C'est pourquoi l'invention a pour but de fournir un thermomètre en matière synthétique transparente, donc incassable, qui soit pourtant bien lisible et puisse être fabriqué facilement et économiquement, l'invention est donc remarquable parce qu'elle fournit un remplissage destiné à un thermomètre 70 00068 3 2027694 pas servir antérieurement, étant donné leur dilatation thermique assez grande. L'invention concerne donc un thermomètre en matière synthétique transparente basé sur la dilatation volumétrique, 5 dont le remplissage est formé de substances organiques micro-cristallines ayant des points de fusion rapprochés et d'un liquide indicateur situé., de manière en elle-même connue, au-dessus de ces substances, en étant séparé du remplissage par une membrane. 10 Etant donné que la plupart des composés organiques cristallins ici envisagés sont mauvais conducteurs de la chaleur, mais qu'une indication rapide de la température est désirée, on utilise, selon l'invention, une dispersion contenant une matière bonne conductrice de la chaleur, par exemple de la 15 poudre ou des paillettes d'aluminium. En outre, le récipient dans lequel se trouve le mélange peut être fabriqué en une matière bonne conductrice de la chaleur, par exemple l'aluminium, le cuivre ou l'argent. Comme on peut le voir par les figures 1 à 3 des des-20 sins annexés montrant respectivement une vue de face, une vue latérale et une vue en bout du thermomètre, le thermomètre selon l'invention comprend une enveloppe extérieure 1 dans la partie inférieure étroite 2 de laquelle se trouve un mélange 3 de cire et de métal. Ce mélange est séparé par une membrane 4 25 du liquide indicateur 6 placé au-dessus et situé dans un récipient 5 effilé vers le haut, formant un tube cap il 1 aire. Afin que le ménisque du liquide ne se rompt pas, on utilise de préférence un liquide très visqueux et un tube capillaire en matière synthétique qui n'est pas mouillé. En principe, il est 30 possible de relever la valeur de mesure quand le tube capillaire est vide d'air et rétréci dans sa région inférieure. La colonne liquide mince peut alors se rompre. Mais on peut aussi imaginer d'utiliser un petit piston dans un système ouvert ou une colonne superposé d'un autre liquide, mais les deux liqui-35 des ne doivent pas se mélanger. Un piston superposé permet aussi de supprimer le secouage après lecture, car ici, un simple mouvement mécanique suffit pour ramener la colonne de liquide à la position initiale. Le tube extérieur servant d'enveloppe protectrice peut aussi être formé de-matière synthétique. Il 70 00066 2 2027694 en matière synthétique transparente bien lisible, facile à fabriquer et économique. De plus, l'invention fournit un corps de thermomètre qui convient particulièrement bien à ce remplissage. Un autre objet de l'invention est.de fournir une forme 5 particulière de remplissage qui puisse être utilisée dans des thermomètres de construction connue. . De façon surprenante, on a trouvé maintenant que des substances organiques cristallines déterminées, dont le volume varie notablement au voisinage de leur point de fusion, peuvent 10 convenir. L'invention est basée sur. cette idée de tirer parti de substances de ce genre pour la mesure de températures, parce que leur variation de volume peut être rendue visible de façon appropriée, avantageusement par l'intermédiaire d'une membrane, sur tin liquide non compressible à ménisque variable. 15 On a trouvé que la contraction volumétrique à la tran sition liquide/solide est particulièrement grande pour les paraffines du goudron de basse température. Pour mesurer un intervalle déterminé de températures, on utilise selon l'invention un mélange de plusieurs substances cristallines ayant des 20 points de fusion rapprochés, par exemple un mélange des corps successifs d'une série homologue. Ces remplissages de thermomètre ont des intervalles de fusion de 5°C et davantage avec une variation de volume suffisante. Si nécessaire, on peut encore élargir l'Intervalle de fusion de manière en elle-même 25 connue au moyen de certains additifs solubles. Ainsi, si l'on a déjà un* mélange approprié de substances cristallines, on peut dans chaque cas obtenir un abaissement du point de fusion, conformément aux constantes cryoscopiques, en ajoutant un additif soluble. Lorsque des points de fusion particulièrement 30 bas sont nécessaires, on peut aussi préparer des mélanges eutec-tiques avec d'autres composés organiques. .Dans le-thermomètre selon l'invention, la dilatation propre du liquide indicateur dans le tube capillaire ne joue aucun rôle,, .car le point décisif est seulement la mesure dans 35 laquelle le liquide est refoulé.1* Il faut même utiliser de'préférence des substances qui. ont la même dilatation thermique que la matière .qui . constitue-1'enveloppe ou le tube capillaire. ■ II- esir ainsi possible-d'utiliser, au lieu de verre,, des matières synthétiques qui, comme on l'a dit plus haut, ne pouvaient "OPY ? 70 00068 4 2027694 est possible sans difficulté d'adopter une forme telle qu'il se produise un grossissement de la colonne mince de liquide. A ce sujet, on pourra se référer à la figure 2 qui montre un thermomètre sur 1'enveloppe protectrice de laquelle est posée 5 une loupe 7. Ainsi, la lecture .est particulièrement facilitée. Il est possible aussi- d'ajouter au. liquide indicateur une substance fluorescente ou une encre, phosphorescente, ce qui permet la lecture même avec un très mauvais éclairage. - l'échelle 8 peut être apposée, même après le montage de l'enveloppe exfcé— 10 rieure en matière synthétique, ce qui.a,-pour:effet d'automatiser l'étalonnage et de donner une précision.relativement grande. Sur l'arrière 9 du thermomètre peut être prévue une couche spécialement préparée qui permet à l-'usager d'apposer des" annotations ou des valeurs de lecture, etc.. 15 le•remplissage du thermomètre peut avoir la composi tion fondamentale suivante î 50 parties d'eicosane 30 parties d'heneicosane 20 parties de docosane. 20 A la transition du solide au liquide, ce mélange pré sente un saut de volume d-' environ 11$. A cette composition fondamentale, -on peut ajouter des additifs déterminés pour étendre l'intervalle de- températures. Pour élever la température de fusion, le m-dinitrobenzène convient; le saut de volume est 25 alors de 11,88$. On obtient l'abaissement de la température de fusion en ajoutant .de la p-toluidine; le mélange présente alors un saut de volume de 9,2fa. Comme additifs servant à élargir l'intervalle de fusion qui se situe alors entre 36,5 et 44»5°C, on peut encore utiliser : le.camphre, le benzène, l'acé-30 tone, le menthol, le salicylate de phényle, la cyanamide, le carbonate d'éthyle, la diméthozyaniline et 1'o-terphényle. Comme liquide indicateur, on peut utiliser par exemple une solution à de méthylcellulose dans l'eau, stabilisée et colorée par un colorant, ou» encore un éther de polygly-35 col additionné de colorant. • Comme matières synthétiques pour le tube capillaire - èt' l'enveloppe, on peut envisager des -matières transparentes, l'enveloppe est de préférence-formée de polycarbonate ou..de ver-—— rè acrylique, donc de matières synthétiques qui sont faciles COPY 00068 5 2027694 à transformer et économiques à fabriquer. Le tube capillaire doit être fabriqué à partir d'une matière synthétique résistant aux agents chimiques, par exemple du polycarbonate ou du fluoro-carbure. La partie qui contient la dispersion de cire et de métal est fabriquée en aluminium très pur dont la paroi intérieure est revêtue de fluorocarbure. Comme membrane, on utilise une feuille de matière synthétique résistant aux agents chimiques, par exemple de polychloroprène ou de polyéthylène chloro-sulfoné. 0 L'invention fournit un thermomètre qui constitue un progrès notable par le fait qu'il est incassable, qu'il contient un remplissage non toxique et que ses frais de fabrication sont faibles. Ainsi, il. est possible de l'utiliser une seule fois. Cela est très précieux en particulier pour les thermomètres 5 médicaux. Les thermomètres peuvent être fournis à l'état stérile et étant donné qu'on peut les jeter après usage, il est superflu de les désinfecter, ce qui n'exclut toutefois pas que l'on/puisse les conserver dans des solutions désinfectantes si on le désire. On a déjà décrit plus haut des modes d'exécution possibles d'un thermomètre selon l'invention, donc contenant un remplissage formé de plusieurs substances organiques cristallines et dans lequel la dilatation volumétrique en cas d'élévation de température est transmise à un liquide indicateur. L'invention comporte aussi un mode d'exécution amélioré d'un tel thermomètre. Ce thermomètre comprend un tube d'aluminium autour de la partie inférieure duquel est enroulé un tuyau rempli de liquide indicateur dont une extrémité est collée et dont l'autre extrémité passe de bas en haut à travers l'intérieur du tube, une douille d.'aluminium fermée d'un côté et remplie d'un produit de remplissage et dans laquelle pénètre la partie du tube qui est entourée par l'enroulement de tuyau, et un tube de matière synthétique posé sur;la douille et présentant à son extrémité inférieure un bouchon muni d'un trou pour le tube d'aluminium. . .Le thermomètre selon l'invention-et sa fabrication sont .encore décrits ci-après eh se.référant à la figure 4 qui montre un. mode d'exécution de l'invention. " - - Le tuyau 11 .est formé d'une matière synthétique ré- 70 00068 6 2027694 sistant aux agents chimiques, telle qu'un polycarbonate ou un polymère de fluorocarbure. Dans un mode d'exécution préférentiel, il présente un diamètre intérieur d'environ 0,5 mm une épaisseur de paroi d'environ 0,1 mm. On remplit ce tuyau 5 du liquide indicateur et on l'enroule autour de la moitié inférieure du tube d'aluminim 10, de sorte que l'on obtient une bobine à deux couches d'environ 30 spires chacune. On bouche par collage l'une des extrémités du tuyau 11 et de préférence on la colle au tube d'aluminium 10. On fait passer de bas en haut 10 l'autre extrémité du tuyau 11 à travers le tube 10. On introduit la partie du tube 10 qui est entourée du tuyau 11 dans une douille fermée d'aluminium 12 et on la noie dans une masse de remplissage 13. la douille d'aluminium 12 est à paroi mince, l'épaisseur peut être d'environ 0,2 mm et la hauteur est telle 15 que la douille dépasse un peu au-dessus de la bobine de tuyau; la largeur de la douille d'aluminium dans le mode d'exécution préférentiel est d'environ 5 mm. Sur la douille d'aluminium 12 contenant la masse de remplissage 13, on pose alors un tube de matière synthétique 14. Dans l'extrémité inférieure du tube 20 14 est prévu un bouchon 15 muni d'un trou pour faire passer le tube 10. Finalement, on coupe à la longueur voulue l'extrémité libre du tuyau de matière synthétique 11 et on élimine le liquide indicateur en excès. L'échelle peut être prévue à l'intérieur du tube de matière synthétique ou bien être appo-25 sée extérieurement après coup. •Comme on le voit par la description ci-dessus et les dessins, le thermomètre proposé est de construction très simple et donc très économique. Du fait que. le liquide indicateur est prévu dans un tuyau mince de matière synthétique dont une 30 longueur notable est noyée dans la masse de remplissage, le transfert très rapide de la chaleur est assuré et on a donc aussi une indication extrêmement rapide et sûre de la température. Le thermomètre présentant les dimensions indiquées plus h " " haut est si petit qu'on peut l'utiliser avantageusement à des 35 fins scientifiques dans tous les cas où il s'agit de déterminer des températures dans des intervalles très réduits. Bien entendu, le thermomètre peut être exécuté à n'importe quelle échelle adaptée à l'application visée. Un autre mode d'exécution de l'invention porte sur COPY 70 00068 7 2027694 le remplissage de thermomètre selon l'invention, qui peut être introduit dans des thermomètres de construction connue. Les constructions connues de thermomètres dans lesquelles la partie inférieure est conique ou ovale et la partie 5 supérieure en forme de tube capillaire ne conviennent pas aux remplissages de thermomètres selon l'invention, donc à des solides qui se dilatent à la liquéfaction. La matière solide, qui est la cire, ne doit pas pénétrer dans le tube capillaire. Au contraire, la limite entre la cire et le liquide indicateur 10 doit se situer encore à l'intérieur de la région large inférieure du thermomètre, faute de quoi le saut de volume pourrait conduire à une destruction de la partie sphérique; en outre, un tube capillaire étroit ne peut absorber spontanément la dilatation volumétrique. 15 On a trouvé maintenant que des thermomètres de cons truction connue, par exemple des thermomètres à boule, peuvent être utilisés pour des remplissages de thermomètre lorsque les substances organiques cristallinea sont dispersées dans un liquide non compressible auquel elles ne sont pas miscibles. 20 De préférence, on divise finement les substances organiques cristallines et on les enveloppe d'une mince pellicule, par exemple d'une matière synthétique élastique. Il est possible aussi de refouler les substances organiques cristallines à travers une buse dans un tuyau élastique mince et d'introduire 25 ce tuyau sous forme d'enchevêtrement dans le liquide. L'invention concerne donc un thermomètre en matière synthétique transparente basé sur la dilatation volumétrique qui contient un remplissage formé de plusieurs substances organiques cristallines à points de fusion rapprochés et un li-30 quide situé, de manière en elle-même connue, au-dessus de ce remplissage, en étant séparé de celui-ci par une membrane. Avec ce thermomètre, les substances organiques cristallines sont dispersées dans un liquide non comgressible qui n'est pas miscible aux substances organiques. Ou bien on enveloppe d'une 35 mince pellicule élastique les substances organiques cristallines finement divisées, ou bien on enveloppe d'un tuyau élastique les substances organiques cristallines sous ia forme d'un boudin de très petit diamètre. La dispersion peut' contenir un 'ou plusieurs composés sous l'effet desquels les substances 70 00068 s 2027694 subissent un abaissement de point de fusion. Le liquide dans lequel sont dispersées les substances cristallines est de préférence l'eau, un alcool à point d'ébullition. élevé ou un éther de glycol. 5 La dilatation volumétrique est toujours la même, in dépendamment du fait que les substances solides soient à l'état compact ou en dispersion, mais lorsque les substances solides sont sous la forme de petites particules dans un liquide, la dilatation volumétrique peut aussi se produire spontanément 10 dans des tubes capillaires étroits, car le liquide peut se mouvoir immédiatement vers le haut dans les tubes capillaires en fonction de l'augmentation de volume, tandis que dans le cas d'une masse de cire qui se liquéfie, ce mouvement prend plus de temps. 15 De préférence, le tube capillaire du thermomètre est en deux parties dont l'une présente un plus grand diamètre que l'autre et la partie de plus grand diamètre contient la dispersion ou après liquéfaction l'émulsion, la partie de plus petit diamètre contenant le liquide indicateur. On peut ainsi augmen-20 ter encore la précision de la lecture. 70 00068 9 2027694 EEVMDICAIIOHS 1. Thermomètre basé sur la dilatation volumétrique et dont l'enveloppe est en matière synthétique transparente et caractérisé par un remplissage formé de plusieurs substances 5 organiques cristallines à points de fusion rapprochés et d'un liquide indicateur situé, de manière en elle-même connue, au-dessus de ces substances, en étant séparé du remplissage par une membrane. 2. Thermomètre selon la revendication 1, caractérisé 10 par le fait que le remplissage est formé d'eicosane, d'heneico- sane et de docosane. 3. Thermomètre selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'aux substances organiques cristallines sont ajoutés un ou plusieurs composés 15 qui élargissent l'intervalle de fusion. 4. Thermomètre selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3* caractérisé par le fait qu'une matière conductrice de la chaleur, par exemple une poudre d'aluminium, est finement répartie dans le remplissage, de manière en elle-même 20 connue. 5. Thermomètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4» caractérisé par le fait que la capsule contenant le remplissage est formée d'aluminium très pur revêtu intérieurement d'un fluorocarbure. 25 6. Thermomètre selon l'une quelconque des revendi cations 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comporte un tube d'aluminium autour de la partie inférieure duquel est enroulé un tuyau rempli du liquide indicateur, dont une extrémité est bouchée par collage et dont l'autre extrémité traverse de bas 30 en haut l'intérieur du tube, une douille d'aluminium fermée d'un côté,remplie de la masse de remplissage et dans laquelle pénètre la partie du tube qui est entourée de la bobine de tuyau, et un tube de matière synthétique posé sur la douille et présentant à son extrémité inférieure un bouchon muni d'un trou 35 pour le tube d'aluminium. 7. Thermomètre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les substances organiques cristallines sont dispersées dans un liquide non compressible auquel la substance organique n'est pas miscible. 70 00068 10 2027694 8. Thermomètre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les substances organiques cristallines sont finement divisées et entourées d'une mince pellicule élastique ou bien qu'elles sont sous la forme .d'un boudin de très 5 petit diamètre et enveloppé d'un mince tuyau élastique. 9. Thermomètre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la dispersion contient un ou plusieurs composés sous l'effet desquels les substances subissent un abaissement du point de fusion. 10 10. Thermomètre selon la revendication 1, caracté risé par le fait que le liquide dans lequel sont dispersées les substances cristallines est l'eau, un alcool à point dré-bullition élevé ou tin éther de glycol. 11. Theimomètre selon la revendication 1, caracté- 15 risé par le fait que le tube capillaire est formé de deux parties dont l'une présente un plus grand diamètre que l'autre et que la partie de plus grand diamètre contient la dispersion ou émulsion et que la partie de plus petit diamètre contient le liquide indicateur.