Brevet FR2216628A1 — publié le 19740830

La présente invention concernqAn instrument de mesure destiné à indiquer en pourcentage le coefficient moyen d'utilisation dlun appareil à fonctionnement intermittent, et comprenant un appareil de mesure de la température et un élément de chauffage électrique. Un tel instrument de mesure est destine aux appareillages qui sont commutés automatiquement ou manuellement à des intervalles plus ou moins réguliers. Par exemple, on peut citer les installations de chauffage et de réfrigération qui sont commandées thermostatiquement et qui sont commutées à des intervalles dont la longueur est déterminée par la période de chauffage et de réfrigération de la matière de transfert thermique utilisée dans l'installation et par la différence de températures indiquée e par le thermostat. Par exemple, on peut noter que, lors de la commande des brûleurs à gaz, on utilise souvent des compteurs horaires qui indiquent le temps pendant lequel a fonctionné le brûleur, si bien que le coefficient d'utilisation sur une certaine période peut etre déterminé-par lecture du compteur réglé à zé- ro puis lecture après quelques heures. te pourcentage de travail peut alors hêtre calculé par division du temps de fonctionnement par le temps qui s'est écoulé entre les lectures. Le coefficient d'utilisation peut par exemple indiquer si la dimension des buses utilisées est convenable, si la buse est en partie bouchée ou si des pertes anormales de chaleur existent dans l'installation. De plus, l'utilisateur peut con natte la consommation de combustible par heure, et celle-ci peut être calculée par multiplication du coefficient d'utilisé sation, en pourcentage, par la capacité de la buse, exprimée en litres par heure. Pour les raisons précédentes, de nombreux utilisateurs montent des compteurs horaires sur les brûleurs à gaz, mais cette utilisation est genée par la lecture nécessaire du compteur à deux moments, puis le calcul avant obtention du résultat.Cette caractéristique, en plus du fait que les compteurs horaires disponibles sont relativement complexes et en conséquence coûteux, est probablement la raison pour laquelle un si petit nombre de brûleurs de combustible comporte un tel compteur, lorsqu'ils sont livrés par les fabricants. L'invention concerne un instrument simple et peu coû tcux qui indique directement, en pourcentage, le coefficient moyen d'utilisction pendant les heures qui ont précédé la lecturne. Plus précisément, l1invention concerne un instrument tel que le dispositif de mesure de la température et l'élément de chauffage sont placés en contact thermique intime avec un corps métallique de capacité calorifique élevée par rapport à la puissance de l'élément/de chauffage, et entouré par une chemise isolante thermique à travers laquelle passent les fils d'alimentation de l'élément de chauffage et un organe indicateur de température de l'appareil de mesure de la température. Cette réalisation de l'insirument de mesure donne facilement une inertie importante car l'élément de chauffage peut avoir des dimensions telles que le chauffage du corps mé- métallique, pendant les périodes de fonctionnement efficace de l'appareil, est lent et l'isolation assure un refroidissement une vitesse faible aussi pendant les intervalles compris entre les périodes de fonctionnement.Comme les diagrammes tempstempérature sont courbes, il existe toujours, pour un rapport quelconque entre les périodes de fonctionnement efficace et les intervalles compris entre elles, un équilibre tel que l'appareil de mesure de la température donne une lecture qui dépend dudit rapport, c'est-a'dire que l'appareil donne une variation autour d'une valeur moyenne correspondant à ce rapport, et une échelle en pourcentage peut donc donner une lecture directe. L'élément de chauffage peut être disposé selon l'invention dans un corps métallique plein de manière que l'élé- ment de chauffage fonctionne de façon optimale/et que la répartition de la chaleur soit optimale. L'appareil peut selon l'invention être placé dans une cavité du corps métallique de manière que la transmission calorifique à l'appareil de mesure de température soit la meil leure possible. La chemise d'isolation thermique peut comprendre toute matière commode d'isolation, par exemple une mousse de matière plastique, mais elle peut aussi etre formée d'air pratiquement statique disposé entre le corps et un carter qui l'entoure. Dans un autre mode de réalisation commode d-'instru- ment de mesure selon l'invention, la chemise d'isolation thermique est délimitée par un boîtier étanche entourant le corps, l'intérieur du bottier étant évacué. Le choix de la réalisation de la chemise isolante dépend de la capacité thermique du corps métallique, de la puissance de l'élément de chauffage et des conditions prévues de fonctionnement de l'appareil sur lequel doit être placé 1 'ins- trument. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel la figure 1 représente ltélément central d'un mode de réalisation d'instrument selon l'invention la figure 2 représente les memes éléments montés dans l'instrument, avec une partie arrachée la figure 3 est un mode -de réalisation d'échelle d'un instrument selon l'invention la figre 4 est un graphique montrant la lecture de l'instrument en fonction du temps ; la figure 5 représente les éléments centraux d'un mode de réalisation comprenant un dispositif de compensation des variations de la température ambiante ; et la figure 6 représente une variante de l'instrument de l'invention. La figure 1 représente un instrument de mesure dans lequel la référence 1 désigne un corps cylindrique plein en métal de capacité thermique élevée, étant donné son volume. Une face d'extrémité du corps comporte une cavité dans laquelle est montée une spirale bimétallique 2 dont la spire interne est fixée à l'axe 3. L'élément bimétallique est destiné à faire tourner l'axe d'environ 270 -lorsque la température passe de 20 à 90OC. L'autre extrémité du cylindre comporte une encoche 5 dans laquelle est monté un élément 6 de chauffage quiv lorsqu'il est alimenté à une tension de 220 volts, dégage une quantité de chale: de tordre de 1 watt. Le corps métallique est entouré par une chemise isolante thermique qui, par raison de simplicité, a été supprimée sur cette figure. Dans ltensemble de la figure 2, l'élément bimétallique est recouvert par une- plaque 7 qui comporte un tube 8 comprenant à proximité de son-extrémité externe un palier de gui-dage de l'axe 3. L'ensemble est logé dans une chemise 4 de matière d'isolation thermique, par exemple de mousse de polyuréthane, si bien que seule l'extrémité externe du tube 8 dont dépasse l'axe et les fils d'alimentation de l'élément 6'de chauffage sont libres.- Un indicateur 10 monté à l'-extrémité qui dépasse de l'axe 3 indique le coefficient d'utilisation sur une échelle Il graduée de O à 100 %. Le fonctionnement d'un exemple d'instrument selon l'invention est le suivant. Le cylindre 1 est en fer et il pèse 100 g, et il est relié à l'alimentation en parallèle avec l'installation qui doit etre contrôlée ; le cylindre 1 a une dimension telle que, pour un chauffage de 1 watt ou 860 kcal/h, sa température s'élève de 54,8oC par heure, en l'absence de toute dissipation calorifique. Cependant, malgré la chemise d'isolation, la quantité de chaleur dissipée est de plus en plus importante lorsque la différence de températures entre l'atmosphère -environnante et celle du cylindre augmente, et la température augmen-te finalement à une vitesse qui diminue constamment si bien que la courbe de température, après un certain-temps,tend asymptotiquement vers une valeur d'équilibre déterminée par la température ambiante et la qualité de l'isolation thermique. Cette relation apparais sur le graphique de la figure 4 qui indique l'élévation lors d'un fonctionnement continu de 3,5 heures, la température de l'installation atteignant 87OC. Lorsque le fonctionnement se poursuit, la température d'équilibre est atteinte en pratique en quelques heures, mais dans l'exemple considéré, le ccurant est coupé et la température tombe pendant les 3,5 heures qui suivent pratiquement la valeur de départ. Etant donné la différence décroissante de températures, la diminution est de plus en plus lente si bien que à la fin, la courbe tend asymptotiquement vers la température re ambiante. Dans l'exemple considéré, l'instrument peut être monté par exemple sur un brûleur à combustible liquide, commandé par un thermostat, et qui est connecté ou déconnecté automatiquement à des intervalles en fonction de la consommation de chaleur et des températures fixées sur le thermostat. La ligne 13 du graphique correspond à un cas où l'installation fonctionne à des intervalles de 10 minutes. Après quelques heures de fonctionnement, la température d4'instrument de mesure varie périodiquement entre 54 et 57OC, ctest-à-dire entre les valeurs correspondant à 47 et 53 r sur l'échelle.Cette variation pendant des périodes de 20 minutes est déterminée par lliner- tie de l'instrument qui, dans l'exemple considéré, est destinée à indiquer le coefficient moyen d'utilisation pendant les 3 heures précédentes. Lorsque le coefficient réel d'utilisation est calculé dans les conditions indiquées sur une période de 3 heures, le résultat donne 48,6 % lorsque la lecture est faite juste avant une période de fonctionnement et 51,4 % lorsque la lecture est faite à la fin d'une période de fonctionnement. Si la variation de la lecture doit être réduite, par exemple de + 3 , l'inertie de l'instrument peut être accrue, par amélioration d l'isolation thermique et remplacement simultané de l'élément de chauffage par un élément moins puissant, mais l'installation est alors moins sensible aux variations de la valeur moyenne du coefficient d'utilisation, et, pour l'essentiel, une augmentation de l'inertie n'est pas souhaitable en conséquence. La ligne 14 indique la variation de température pour un coefficient d'utilisation de 20 %, et la courbe 15 la variation pour un coefficient d'utilisation de 75 %, ces coefficients correspondant tous deux à une période de 30 minutes. La lecture, comme décrit précédemment, dépend de la température ambiante, car les variations de celle-ci paraissent directement sur l'instrument. La compensation de ces variations peut être assurée comme indiqué sur la figure 5 sur laquelle une spirale bimétallique supplémentaire 16, identique à la spirale 2 et disposée en sens inverse par rapport à elle, est montée sur l'extrémité qui dépasse de l'axe, l'aiguille indicatrice 10 étant fixée sur la spire externe. Cette spirale qui est placée à l'extérieur de la chemise d'isolation, est sensible aux variations de la température ambiante et ajoute ou soustrait automatiquement la valeur voulue de la lecture non compensée indiquée par la position angulaire de l'axe. La figure 6 représente un mode de réalisation d!ins- trument de mesure selon l'invention dans lequel la spirale bi métallique a ç remplacée par un thermomètre ordinaire 17 à colonne de liquide monté dans une cavité 18 du corps métallique 1 de manière que la partie indicatrice de température du thermomètre dépasse de la chemise isolante 4. Il est évident qu'un appareil du type décrit dans le présent mémoire peut être utilisé dans des applications autres que le contrôle des brûleurs à c-ombustible liquide. Dans les installations de réfrigération par exemple, il permet la détection d'un chauffage anormal dû à l'ouverture des portes ou à une isolation défectueuse, et les conditions de fonctionnement de l'installation peuvent être contrôlées de cette manìè- re. De môme, l'instrument peut entre utilisé pour le contrôle des machines-outils car il peut indiquer un fonctionnement défectueux ou irrationnel, apparaissant sous forme d'un coefficient d'utilisation de trop faible valeur. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments consti tutîfs sans pour autant sortir de son cadre. Par exemple, le capteur bimétallique peut pâtre remplacé par un thermomètre ordinaire à mercure, le tube de mesure de ce thermomètre dépassant de la chemise d'isolation, et la compensation thermi que peut aussi être assurée pa-r un enroulement de charge ayant un coefficient positif très élevé de température. Un instrument ayant une inertie supérieure à celle de l'instrument du présent mémoire peut être réalisé par l'utilhsatîon d'une chemise de verre à double paroi, mise sous vide et contenan-t un petit élément de chauffage, si bien que la valeur indiquée peut correspondre au coefficient moyen d'utilisation pendant une période de 5 à 6 heures, le cas échéant. RSTE.NTDICATIONTS 1. Instrument de mesure destiné à indiquer, en pourcentage, le coefficient moyen d'utilisation d'un appareil ou d'une installation à f nctionnement,tntermittent, et -comprenant un appareil de mesure de la température et un élément de chauffage électrique, ledit instrument étant caractérisé en ce que l'appareil de mesure de la température et l'élément de chauffage sont placés en contaot thermique intime avec un corps métallique de capacité calorifique élevée étant donné la puissance de l'élément de chauffage, ce dernier étant entouré par une chemise d'isolation thermique dont dépassent les fils de connexion de l'élément de chauffage et un organe indicateur de la température de l'appareil de mesure de température. 2. Instrument selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de chauffage est placé dans un corps métallique plein. 3. Instrument selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'appareil de mesure de température est placé dans une cavité du corps métallique. 4. Instrument selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la chemise d'isolation thermique -comprend de l'air pratiquement stagnant disposé entre l'élément de chauffage et un carter entourant l'élément. 5. Instrument selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la chemise d'isolation thermique comprend un carter hermétique entourant l'élément, l'intérieur du carter étant mis sous vide.