Brevet FR2282106A1 — publié le 19760312

Il est souvent souhaitable de pouvoir mesurer rapidement, convenablement et de manière peu conteuse la température de surfaces chauds présentées par des liquides ou des solides. Par exemple, il est important, au cours d'une opération de soudage, que le support sur lequel une pie ce doit être soudée ne soit pas surchauffé. Dans le cas d'appareillages de traitement et lorsque des fluides chauds sont mis en circulation, il est souhaitable d'avoir une indication de la température de ces fluides en effectuant une mesure sur les conduits. Il existe égale- ment d'autres situations pour lesquelles il est souhaitable de disposer d'un instrument permettant d'effectuer la mesure d'une température de manière rapide et précise. Un tel instrument doit etre peu volumineux, robuste et de réponse-rapide. Il est souhaitable que la mesure de la température soit obtenue aisément sans qu'il soit nécessaire d'orienter l'instrument de manière précise. De plus, l'instrument doit entre et et la température doit pouvoir Qtre aisément lue. Be brevet britannique NO 1 138 590 décrit la préparation de cristaux liquides en micro-capsules et un dispositif d'affichagevisuelutilisant de tels cristaux pour une indication de température. "e brevet des Btats-Unis d'Amérique NO 3 704 625 décrit un thermomètre utilisant des compositions à cristaux liquides, alors que le brevet des Stats-Unis d'Amérique NO 3 440 882 décrit un type différent de thermomètre. L'invention concerne un instrument peu volumineux, destiné à indiquer rapidement et efficacement la température de substrats fortement chauffés alors que la température ambiante est sensiblement inférieure à celle de ces substrats. B'instru- ment selon l'invention comprend un élément tubulaire à paroi mince, conducteur de la chaleur, présentant une première extrémité arrondie et relié par son autre extrémité à un dissipateur de chaleur. Suivant la température à mesurer, l'extrémité arrondie peut Qtre en céramique. Une gaine tubulaire coulisse sur le dissipateur de chaleur. Le tube conducteur de chaleur est revêtu d'une composition de cristaux liquides qui est appliquée sur un fond noir et qui répond à toute élévation de température par une bande colorée se déplaçant le long du tube.La distance comprise entre la bande et l'extrémité du tube indiquera température du substrat. L'invention concerne donc un indicateur peu volumineux de température, destiné aux surfaces fortement chauffées. il comprend un élément à paroi mince, conducteur de la chaleur et revêtu d'au moins une composition à cristaux liquides appliquée sur une surface sombre. Les températures concernées sont sensiblement supérieures aux températures pour lesquelles les cristaux liquides sont stables et à la température ambiante. Une extrémité d'un instrument présente une pointe arrondie qui, suivant la plage de températures concernée , peut & re isolante, alors que l'autre extrémité de l'élément tubulaire est fixée en conduction thermique à un dissipateur de chaleur. Un mince rev- tement de cristaux liquides cholestériques est appliqué sur un fond sombre présenté par la surface extérieure de l'élément tubulaire. les cristaux liquides peuvent eux-memes Qtre revêtus d'une couche protectrice transparente. il est avantageux de réaliser une graduation le long de l'élément tubulaire pour indiquer la température. Une gaine tubulaire coulisse sur le dissipateur de chaleur,de manière à protéger convenablement les cristaux liquides. Elle peut assumer plusieurs fonctions, par exemple ltembase d'une pince d'accrochage à une poche de vttement, ou un curseur pouvant prendre toute position donnée le long du tube conducteur de la chaleur pour indiquer la température. De plus, elle permet de tenir 1' instrument ,quelle que soit la température atteinte par le dissipateur de chaleur. Le tube à paroi mince peut être réalisé dans toute matière conduisant convenablement la chaleur et, avantageusement, en métal tel que l'aluminium ou le cuivre. L'épaisseur de cette paroi mince est généralement d'au moins 0,12 mm, de manière à présenter la solidité nécessaire. Elle ne dépasse cependant pas environ 0,5 mm et elle est avantageusement comprise entre 0,25 et 0,32 mm. Le diamètre de la surface extérieure est avantageusement d'au moins environ 2,4 mm et, plus généralement, d'environ 6,5 mm. Bien que la section trans versale du tube puisse prendre toute forme souhaitée, par exemple, carrée, rectangulaire, hexagonale ou autre, elle est avantageusement circulaire. La surface extérieure du tube est noircie de toute manière convenable et permettant l'application de cristaux liquides. Le tube peut Qtre noirci par voie électrolytique, à l'encre noire, ou autre. L'épaisseur de ce revêtement sombre est avantageusement-comprise entre environ 0,025 et 0,075 mm. Au moins une pellicule de cristaux liquides se présentant sous la forme d'une pate ou d'une encre est appliquée sur le tube, de manière à présenter une épaisseur comprise entre environ 0,050 et 0,250 mm et, avantageusement, entre environ 0,075 et 0,200 mm. te tube n'est normalement recouvert que d'une seule composition à cristaux liquides, bien que deux ou plusieurs compositions puissent avantageusement & re utilisées. Par exemple, il est possible de réaliser des bandes à l'aide de différentes compositions à cristaux liquides dont les mésophases correspondent à des plages de températures sensiblement différentes les unes des autres, de manière qutil soit possible d'effectuer des mesures de températures dans une gamme importante. En variante, il est possible d'appliquer différentes compositions à cristaux liquides sur des zones successives, de manière à élargir la plage des températures pouvant & re mesurées. Dans une troisième variante, il est possible de superposer deux ou plusieurs revetements de différentes mésophases, de manière que deux compositions se recouvrent sensiblement. Lors de la mesure d'une température comprise dans la zone de recouvrement des plages sensibles de deux compositions, deux zones colorées apparaissent alors. Cependant, dans la plupart des cas, une seule composition à cristaux liquides suffit. il en résulte une grande simplicité et une grande facilité d'utilisation. il est possible d'utiliser diverses compositions à cristaux liquides, par exemple les compositions en micro-capsules telles que celles décrites dans le brevet britannique N 1 138 590 précité. En variante, il est possible d'utiliser des compositions à cristaux liquides telles que celles décrites dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 441 513. La demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 425 006, déposée le 17 Décembre 1973, décrit une encre à cristaux liquides convenant avantageusement.La plage de température dans laquelle les cristaux ont cette caractéristique est comprise normnlement entre 10 et 1100C environ ets généralement, entre 25 et 1000C. cette plage de température correspondant à une composition à cristaux liquides donnée peut & re comprise entre environ 1 et 300G fréquemment entre environ 1 et 100C. Le choix de la composition à cristaux liquides, par exemple sans micro-capsules ou avec un polymère de liaison,nta pas une importance majeure. Suivant sa forme, la composition peut être appliquée sur l'indicateur tubulaire par pulvérisation, au rouleau, brossage ou autre. La composition à cristaux liquides est ensuite avantageusement rev8tue d'une mince pellicule de protection en polymère transparent, par exemple une pellicule de polymère acrylique, de chlorure de polyvinyle ou autre. Le choix du polymère dépend de sa stabilité thermique.Cette dernière doit entre la m8me que celle de la composition à cristaux liquides. te revêtement doit également assurer une certaine isolation de la composition par rapport au milieu a iant. En général, le rev8tement de protection présente une épaisseur d'au moins 0,075 mm et au plus d'environ 0,250 mm. Suivant la température concernée, le tube peut entre arrondi mécaniquement, puis un embout arrondi, présentant de bonnes caractéristiques de transmission de chaleur, peut etre introduit par l'extrémité du tube. En variante, il est possible d'introduire dans l'élément tubulaire une tige de céramique à laquelle est fixée une pointe d'atténuation de température, également réalisée en céramique. Cette pointe présente une ouverture qui facilite son montage sur-ie tube. L'atténuateur de chaleur est avantageusement en forme de champignon comportant une tEte ronde et une tige qui présente un canal. Ma pointe est arrondie de-manière à permettre une mesure précise de la température,quel que soit ltanglede contact de l'indicateur avec le substrat. La pointe est emmanchée dans ltélément tubulaire, de manière à réaliser une trans mission satisfaisante de chaleur avec ce dernier. L'atténuateur peut ventre de toute dimension permettant d'obtenir le degré souhaité d'atténuation et de conduction thermique.Il est cependant de forme hémisphérique et présente un diamètre environ égal au diamètre extérieur de ltélément tubulaire auquel il est relié directement ou par 1' intermédiaire d'une tige introduite dans cet élément tubulaire sur une profondeur comprise entre environ 1,5 et 6,5 mm. Le diamètre de l'ouverture de la pointe peut titre avantageusement compris entre 1 et 2 mm environ. L'élément tubulaire présente une longueur comprisegénéralement entre 5 et 15 cm. Il peut cependant entre plus long ou plus court suivant la plage de températures concernée, le degré souhaité de précision, etc. Une graduation, constituée de plusieurs traits tracés transversalement par rapport à l'axe de l'élément tubulaire et espacés linéairement ou progressivement et de manière normalisée, peut faciliter la détermination de la température. L'extrémité de l'élément tubulaire opposée à celle comportant la pointe de transmission de chaleur est reliée rigidement ou de manière amovible à un dissipateur de chaleur. L1élément tubulaire peut & re avantageusement fileté et vissé dans un évidement taraudé du dissipateur de chaleur, de manière à pouvoir Qtre remplacé par d'autres éléments tubulaires revêtus de compositions à cristaux liquides différentes, présentant des longueurs ou des formes différentes, etc., de manière à permettre une détermination de température dans différentes plages. Le dissipateur de chaleur est avantageusement en matière pleine conductrice de la chaleur et présentant une capacité calorifique suffisante pour recevoir la chaleur de l'indicateur tubulaire et, en fait, pour refroidir ce dernier.En assumant la fonction d'un accumulateur de chaleur, le dissipateur peut maintenir l'indicateur à une température élevée sans qu'il soit nécessaire que ltélément tubulaire soit à un niveau de température entratnant la destruction des compositions à cristaux liquides. Le dissipateur de chaleur se présente avantageusement sous la forme d'un organe cylindrique de longueur comprise entre environ 5 et 15 cm et, en général, entre 7,5 et 12,5 cm. Son diamètre extérieur est approximativement égal ou légèrement supérieur à celui de l'élément tubulaire, c'est-à-dire compris approximativement entre environ 4,5 et 16 ma. Le dissipateur de chaleur est constitué avantageusement d'une tige pleine en métal conducteur de la chaleur, par exemple en aluminium, bien que des métaux tels que le fer, le cuivre ou autre conviennent. Un organe tubulaire de protection, assumant plusieurs fonctions, coulisse sur le dissipateur de chaleur. Son diamètre intérieur est sensiblement supérieur à celui du dissipateur, par exemple d'environ 1,5 à 4,5 mm supérieur au diamètre extérieur du dissipateur de chaleur. L'organe de protection permet de tenir à la main un indicateur de tempdrature sans risque de brtlure de la peau.De plus, il peut assumer la fonction d'un repère indiquant le point que la bande de couleur des cristaux liquides doit atteindre pour la température sou hastée. Il peut assumer également la fonction de support pour une pince d'accrochage à une poche d'un v8tement. Enfin, il peut assumer la fonction d'un cpuchon recouvrant une grande partie de l'indicateur, de manière à constituer une protection supplémentaire des cristaux liquides contre les risques d'abrasion ou d'autres chocs mécaniques pendant l'utilisation ou l'emmaga- sinage. L'organe tubulaire de protection-est avantageusement monté sur le dissipateur de chaleur à l'aide d'un manchon fendu et fileté, sur lequel peut être vissé un manchon taraudé ou un écrou, de manière à bloquer ledit manchon fendu sur le dissipateur. Ce manchon est situé à l'extrémité de l'organe de protection éloignée de l'indicateur de température. il est avantageusement réalisé en matière plastique non conductrice de la chaleur. Enfin, un capot est monté sur ltextrémité du dissipateur de chaleur, de manière à en améliorer l'esthétique et à recouvrir ses bords rugueux, le cas échéant. Ce capot interdit également à l'organe de protection de se séparer de l'instrument en glissant. Be fonctionnement de l'indicateur de température selon l'invention dépend des caractéristiques classiques suivant lesquelles des cristaux liquides cholestériques passent d'une phase transparente à une mésophase colorée et visible pour une plage prédéterminée de températures, cette dernière dépendant de la composition des cristaux liquides. Ainsi, lorsque la pointe de transmission de chaleur est chauffée, la mince paroi de l'élément tubulaire s'échauffe, de meme que les cristaux liquides. Lorsque la température de l'élément tubulaire arrive dans la plage correspondant à la mésophase, les cristaux liquides deviennent visibles et forment une bande colorée allant du rouge au bleu. Du fait des caractéristiques de l'élément tubulaie à paroi mince, un gradient de température se forme rapidement sur cet élément, entre 1 'extrémité de transmission de chaleur et le dissipateur de chaleur. La vitesse d'apparition de- la bande colorée à partir de la pointe de transmission de chaleur augmente avec la température de cette dernière. L'indicateur de température peut entre étalonné de manière que la distance comprise entre la pointe d'atténuation et la bande colorée indique une température donnée.Lorsque l'instrument est utilisé, une bande de couleur apparatt à proximité de la pointe de transmission de chaleur et se déplace ensuite le long de l'élément tubulaire vers le dissipateur de chaleur jusqu'à une position d'équilibre. Le choix de la composition å cristaux liquides est déterminé d'après les températures concernées, le degré d'atté- nuation présenté par la pointe de transmission de chaleur, et la conduction thermique du tube. Le gradient de température peut entre étalonné et il est possible de choisir une composition à cristaux liquides correspondante. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure I est une vue en perspective de l'instru- ment d'indication de température selon llinvention la figure 2 est une élévation, avec arrachement partiel, de l'élément conducteur de chaleur de l'instrument selon l'invention la figure 3 est une élévation de l'organe de protec tion de l'instrument selon 7L'invention la figure 4 est une coupe axiale d'un manchon taraudé utilisé avec l'organe de protection la figure 5 est une élévation schématique, avec arrachement partiel, de l'instrument d'indication de température selon l'invention appliqué contre une surface chauffée ; et la figure 6 est une élévation d'une variante de ltélé- ment conducteur de la chaleur de l'instrument d'indication de température selon l'invention. La figure 1 représente l'instrument 10 d'indication de température selon l'invention. il comprend un tube 12 à paroi mince, dépassant d'un organe tubulaire 16 de protection et brevet tu de cristaux liquides 14. L'organe tubulaire 16 coulisse sur une tige 20 de dissipation de chaleur à l'aide d'un manchon Sen- du 22 (dont seule une partie est représentée) et d'une bague taraudée 24 ou écrou de verrpuillage. Cet écrou 24 peut entre moleté ou peut présenter un collet hexagonal 30 facilitant sa prise et son blocage. Un embout 32 d'atténuation de chaleur, réalisé en céramique, et en forme de champignon, est fixé à l'extrémité du tube 12 par laquelle la température est captee. il présente une surface ronde qui dépayse du tube, et une tige qui est embottée dans ce tube12. 'la-circonférence du bord du tronçon arrondi voisin du tube 12 correspond à celle dé ee dernier. La figure 2 représente un élément 34 d'indication de température sur lequel sont montés de manière amovible la tige 20 de dissipation de chaleur et le tube 12. Ce dernier présente une extrémité filetée 26 qui est vissée dans un évidement 40. La mince paroi 42 du tube 12 délimite une chambre 44 et elle porte sur un épaulement 46 de la pointe 32 d'atténuation. Cette dernière présente un canal 50 permettant l'entrée et la sortie de gaz à une extrémité de la chambre 44. Plusieurs lignes rainurées 52 constituent une graduation permettant de déterminer convenablement la température. Un capuchon 54, fixé à une extré- mité de la tige 20, constitue une butée et recouvre les bords vifs de cette tige 20. 'les figures 3 et 4 représentent l'organe 16 de protection et l'écrou 24. L'organe cylindrique 16 est ouvert à une extrémité 56 et est fixé par son autre extrémité à un manchon ou élément malte fileté 22 en matière plastique. Ce manchon présente plusieurs fentes longitudinales 60 lui permettant une certaine extension. I1 présente également des filets 62. L'écrou 24 comporte un collet hexagonal 30 et un tronçon taraudé 64 destiné à se visser sur les filets 62 du manchon 22. Le serrage de l'écrou sur ce dernier provoque le blocage de organe de protection en position le long de la tige 20 de dissipation de chaleur.Une pince 66 de fixation à une poche de vêtement peut étre montée sur l'organe cylindrique 16, de manière à permettre à l'instrument 10 d'etre aisément rangé et porté. La figure 5 représente un tronçon du tube 12 qui porte par embout 32 sur une surface chaude 70 et qui inscrit un certain angle avec cette dernière. Une bande colorée 72 apparait à proximité de la surface. La distance comprise entre cette dernière et la bande colorée indique la température de la surface 70. La figure 6 représente un élément conducteur de la chaleur ne comportant pas d'embout d'atténuation de chaleur. Cet élément peut & re utilisé pour le captage de température dans la plage comprise entre environ 65 et 2050 ou plus. Cet élément, qui porte la référence 74 sur la figure 2, comporte un dissipateur 76 de chaleur relié en conduction thermique à un tube indicateur 78 qui comporte un embout arrondi et fermé 80 réalisé dans le meme métal conducteur de la chaleur que le tube 78 ou dans un métal différent. L'embout arrondi 80 permet d'effectuer un captage de la température sous divers angles et il assure la transmission de la chaleur au tube indicateur 78. A titre d'exemple, l'instruement selon l'invention peut comporter un tube d'aluminium de 8,5 cm de longueur, 5,5 mm de diamètre intérieur et 6,5 mm de diamètre extérieur, revttu successivement d'une peinture noire mate, d'une compositian à cristaux liquides et d'une pellicule brillante et claire de polyursthanne. Une tige pleine en aluminium de 10,5 cm de longueur et 6,5 mm de diamètre est fixée au tube d'aluminium. Un embout en céramique de 2,4 mm de diamètre est introduit dans l'extrémité ouverte du tube d'aluminium.La composition à cristaux liquides utilisée présentant une -plage de mésophases comprise entre environ 50 et 550C, elle permet de déterminer-aisé- ment des températures comprises entre 95 et 2600C environ, par intervalles de 11 à 220C. L'invention concerne donc un instrument peu volumineux permettant d'effectuer rapidement et aisément un captage de températures élevées-apparaissant, par exemple,-au cours d'opérations de soudage, de brasage, de traitement, etc. L'instrument selon l'invention est robuste, précis et reste fidèle pendant de longues périodes. il permet de déterminer rapidement la température d'un substrat,de lutter contre la surchauffe de certaines surfaces, ou de déterminer lorsqu'une surface ou une pièce est prête à l'utilisation. il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'instrument décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. RENZKDTCTIONS 1. Instrument d'indication rapide de la température d'une surface très chaude, caractérisé en ce qu'il comporte un élément tubulaire conducteur de la chaleur et à paroi mince, délimitant une chambre interne et présentant une surface extérieure sombre revêtue d'au moins une composition à cristaux liquides, un embout arrondi de transmission de chaleur étant fixé en conduction thermique à une extrémité de 11 élément tubulaire dont l'autre extrémité comporte un élément de dissipation de chaleur fixé de manière à recevoir la chaleur dudit élément tubulaire. 2. Instrument selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de dissipation de chaleur est en forme de tige et comprend un organe tubulaire de protection qui coulisse sur ce meme élément. 3. instrument selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une-pince destinée à la fixation à une poche de vdte ment est montée sur l'organe tubulaire de protection. 4. Instrument selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'embout arrondi réalise une atténuation thermique. 5. Instrument selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'embout est métallique. 6. Instrument selon la revendication 1, caractérisé en ce que- l'élément tubulaire est revêtu d'au moins deux couches de compositions à cristaux liquides différentes, ces couches s'étendant sur un certain tronçon compris entre les deux extrémités de l'élément tubulaire. 7. Instrument selon la revendication 6, caractérisé en ce que les couches sont superposées. 8. Instrument selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'embout d'atténuation thermique présente une toute ronde qui porte sur la première extrémité citée de l'élément tubulaire, et ;ne tige emmanchée dans cet élément tubulaire. 9. Instrument selon la revendication 1, caractérisé en ce que 1' élément tubulaire est relié de manière amovible à l'élément de dissipation thermique. 10. Instrument d'indication rapide de la température d'une surface chaude,caractérisé en ce qu'il comporte un élément tubulaire cylindrique à paroi mince, conducteur de la chaleur. délimitant une chambre interne et présentant une surface extérieure sombre revêtue d'au moins une composition à cristaux liquides sur approximativement toute sa longueur, un embout arrondi de transmission de chaleur étant fixé en conduction thermique à une première extrémité de l'élément tubulaire dont l'autre extrémité comporte un dissipateur de chaleur en forme de tige cylindrique, relié en conduction thermique à l'élément tubulaire, un organe tubulaire de protection coulissant sur ce dissipateur. 11. Instrument selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'au moins deux couches de compositions à cristaux liquides différentes sont superposées. 12. Instrument selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'une pince de fixation à une poche de v8tement est montée sur l'organe tubulaire de protection. 13. Instrument selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'embout de transmission de chaleur est en céramique et comprend une tette ronde et une tige emmanchée dans l'élément tubulaire.