Brevet FR2286490A1 — publié le 19760423

La présente invention concerne les instruments du type sondes d'indicateurs et régulateurs thermo-électriques, et thermostats, permettant ltétablissement automatique d'un contact électrique, lorsque la température d'un milieu donné vient à être inférieure, (ou au contraire supérieure), à une température donnée, et permettant l,ouverture automatique de ce contact électrique, lorsque la tempé- rature du milieu vient à être égale ou supérieure, (ou au contraire, inférieure), à la température donnée, ou à une autre température "de consigne" supérieure,(ou inférieure),à la première température donnée. Dans des dispositifs connus dece genre, l'établissement ou la rupture, automatiques, du contact électrique, en fonction de la température d'un milieu donné, sont provoqués par l'allongement dû à la dilatation ou à la flexion d'une poutre bi-lame, ou au cloquage d'une membrane à deux positions d'équilibre; les contacts électriques sont constitués par des pièces mécaniques, la pression de contact, et les surfaces des contacts, entrainent des réalisations soignées et coûteuses, surtout si l'intensité électrique, à couper ou à établir est élevée; ces dispositifs sont bruyants et leur fiabilité reste souvent médiocre.Dans d'autres dispositifs connus de ce genre, l'établissement ou la rupture, automatique, du contact électrique, en fonction de la température d'un milieu donne, sont provoqués par la dilatation d'un fluide, conducteur électrique, dans un tube capillaire. Le fluide conducteur de l'électricité, du mercure par exemple, étant mauvais conducteur de la chaleur, il s'en suit des appareils ayant des temps de réponse élevés, ou ne permettant pas de couper des intensités élevées, la section du tube capillaire le contenant étant très petite. Les dispositifs, suivant l'invention, permettent d'éviter ces inconvénients. Dans ceux-ci, en effet, le contact électrique est établi ou coupé, entre le liquide conducteur de l'électricité et un organe mécanique, mais l'établissement et la coupure du contact résultent de la dilatation d'un fluide non conducteur de l'électri- cité, et gazeux de préférence, fluide qui peut donc être bon conducteur de la chaleur, et surtout dont la dilatation peut être beaucoup plus importante, à une pression donnée, que celle du liq quide conducteur de l'électricité. Dans le texte, et sur les figures jointes,les mêmes éléments portent toujours le même numéro. De plus, quand le liquide conducteur de l'électricité est représenté, celui-ci est toujours représenté à une température basse, inférieure a tote- température de consigne TI ou T2 donnée. Selon un premier mode de réalisation de l'invention,représenté sur la figure I, le dispositif comporte un récipient I, dont l'unique ouverture 2, conductrice de l'électricité, et directement reliée à une borne électrique A, est obstruée par capillarité, par un liquide conducteur de l'électricité, et est assemblée de façon étanche à un organe tubulaire 7, non conducteur de l'électricité, en verre ou matière plastique par exemple,renfermant le liquide con dueteur de l'électricité 8, du mercure par exemple, l'autre extrémité de cet organe tubulaire étant assemblée de façon étanche, à l'une des 2 ouvertures, conductrice de l'électricité et reliée à une seconde borne électrique B, d'un second organe tubulaire 4. Le récipient I renferme, sauf à son extrémité 2, un fluide 3; le second organe tubulaire 4 renfermant le fluide ambiant, non conducteur de 1'électricité, qui peut être l'air ambiant, ou être de même nature que 3, par exemple un gaz tel que l'azote ou l'hydrogène. Le liquide conducteur de l'électricité 8, qui obstrue l'ex- trémité 2 de 5 et l'organe tubulaire 7,n'est pas en contact avec l'extrémité 5 de 4, pour une température ambiante, extérieure à l'ensemble du dispositif, inférieure à une valeur donnée; le contact électrique entre 2 et 5, donc entre les: bornes A et B du dispositif, n'est alors pas établi.Lorsque le dispositif est soumis à une température ambiante supérieure à ce qu'elle était, lors de la description précédente de la position du liquide conducteur de l'électricité 8, la pression du fluide 3 qui se dilate tend à augmenter, mais doit en fait toujours rester égale à celle du fluide ambiant, celle de 6, les sections des extrémités 2 de I et 5 de 4 étant identiques ou très voisines, il s'en suit que le liquide conducteur de l'électricité 8 > se déplace de I vers 4, restant toujours en contact avec 2 de I (avec l'extrémité 2 dans laquelle il était engagé), et touchant 5 de 4, lorsque le dispositif est soumis à une température T2 extérieure suffisante; le contact électrique est alors établi entre 2 et 5, donc entre les bornes A et B. Si la température extérieure à l'ensemble du dispositif vient à décroître, le phénomène inverse se produit : la pression du fluide 3 tend à décroitre, en fait, le volume de 3 décroît, et le contact entre le liquide conducteur de l'électricité 8, et l'extrémité 5 de 6 s'interrompt à une température TI inférieure à T2, ces 2 températures peuvent être très voisines, ou différentes de plusieurs degrés centigrades, selon les forees de capillarité qui agissent entre le liquide conducteur et les parois auxquelles il adhère. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 2, le liquide conducteur de l'électricité 8, qui obstrue l'extrémité 2 de I et l'organe tubulaire 7, est aussi en contact avec l'extrémité 5 de 4, pour une température ambiante, extérieure à l'ensemble du dispositif, inférieure à une valeur donnée : le contact électrique entre 2 et 5, donc entre les bornes A cet B du dispositif, est alors établi.Lorsque le dispositif est soumis à une température ambiante supérieure à ce que celle-ci était, lors de la description qui précède, la pression du fluide 3 qui se dilate tend à croître; en fait, le volume de 3 croît, sa pression restant égale à celle de 6, pression du fluide ambiant au dispositif, il s'en suit que le liquide conducteur de l'électri- cité 8 se déplace de I vers 4; à une température égale à T2, il n'est plus en contact avec 2 de I : le contact électrique est alors coupé entre 2 et 5, donc entre les bornes A et B.Si la température extérieure à l'ensemble du dispositif vient a décroître, le phénomène inverse se produit : la pression du fluide 3 tend à décroître, et son volume diminue, le contact entre le liquide conducteur de l'électricité 8, et l'extrémité 2 de I se rétablit à une température TI inférieure à T2, ces 2 températures pouvant être très voisines, ou différentes de plusieurs degrès centigrades, selon les forces de capillarité qui agissent entre le liquide conducteur et les parois auxquelles il adhère. Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 3, le premier récipient 9,qui contient le fluide non conducteur de I'électricité 3, sera soumis seulement à son extrémité I0, qui présentera préférentiellement, par une section accrue, un volume important par rapport au volume total de 9, aux températures à mesurer ou contrôler. Si le volume de 9, compris entre 10 et 2 est négligeable devant le volume de I0, le dispositif donne une excellente précision sur les températures de rupture T2, et d'établissement TI, du contact électrique : aussi la partie du récipient 9 comprise entre 10 et 2 peut être constituée avantageusement d'un tube capillaire de section interne très petite, et qui peut alors être très long, permettant notamment le contrôle ou l'enregistrement de températures élevées, seule la partie 10 de 9 devant résister à ces temperatures,( celle-ci étant faite d'acier inoydableréfractaire par exemple ) Selon un quatrième mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 4, aux températures les plus basses que le dispositif devra pouvoir enregistrer ou contrôler, le liquide conducteur de l'électricité 8 est contenu à la fois dans l'extrémité 2 du 1er récipient qui contient le fluide non conducteur de l'électricité 3, dans l'organe tubulaire 7, et dans l'extrémité 5 de 4, tous organes qu'il obstrue par capillarité. Lorsque tout ou partie du fluide 3 se dilate, sous l'action d'une température extérieure qui s'élève, le liquide conducteur de l'électricité 8 se trouve repoussé de 2. A partir d'une température extérieure T2, et pour les températures supérieures à T2, 8 est complètement chassé de 2, et il nty a plus contact électrique entre 2 et 8, donc entre 2 et 5, donc entre les bornes A et B. Au contraire, si la température extérieure décroit, tout ou partie du fluide 3 se contracte, et 8 se déplace en sens inverse,c'est à dire de 5 vers 2 .A partir d'une température TI, et pour les températures inférieures à TI, il y a contact entre 8 et 2, donc contact électrique entre 2 et 5, donc entre les bornes A et B. Les températtres TI et T2, de fermeture et d'ouverture du contact électrique, peuvent être très voisines, ou différentes de quelques degrés centigrades, selon les forces capillaires qui agissent sur le liquide conducteur de l'électricité 8, et qui engendrent un certain frottenent de 8 dans le dispositif, les pressions des fluides 3 et 6, situés de part et d'autre de 8, pouvant ne pas être exactement égales à tout instant. Selon un cinquième mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 5, le récipient 9 a un volume intérieur variable, une paroi, élastiquement déformable I4, sur laquelle on appuie plus ou moins, à l'aide d'un système mécanique réglable tel que vis et écrou fixe, permettant d'obtenir cette variation qui permet de déplacer, à une température ambiante donnée, le liquide conducteur de l'électricité, le volume du fluide 3 étant constant à cette température; ce déplacement volontaire permettant le réglage simultané des températures T2 et TI d'établissement du contact électrique, et de rupture de celui-ci, ou vice versa. La membrane élastiquement déformable I4 peut aussi être remplacée par un piston étanche à position réglable, dans un cylindre adjacent et correspondant avec le récipient 9. Selon un sixième mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 6, notamment dans le cas ou une partie seulement du I er récipient est soumise aux températures à enregistrer ou contrôler, un second récipient II, préférentiellement réalisé sous la forme d'un tube fermé en I2, peut être assemblé de façon étan che, en 5, à l'organe tubulaire non conducteur de I'électricité 7, cet organe renfermant un fluide compressible 4, un gaz par exemple, de même nature ou de nature différente au fluide 3 contenu dans I ( ou dans 9 ): hydrogène ou azote par exemple, si 8 est du mercure liquide. Sur la figure 5, le liquide conducteur de l'électricité 8 n'est pas représenté, le contact électrique pouvant aussi bien être du type de celui qui est représenté sur la figure I, comme du type de celui qui est représenté sur la figure 2. Selon un septième mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 7, l'extrémité ouverte et tubulaire 5, conductrice de l'électricité et liée à la borne B, appartient au récipient 13, dont une paroi I4 est élastiquement déformable, permettant ainsi un réglage du volume de 13 : en appuyant et maintenant appuyé sur I4, à l'aide d'un système mécanique tel que vis ou came, le volume de 13 est réduits et la pression du fluide compressible gazeux 6 augmentée, à une température donnée; le liquide conducteur de l'électricité 8 est donc d'autant plus déplacé de 5 vers 2, à une tem pérature quelconque, qu'on appuie sur I4; la température T2 à laquelle le contact électrique sera soit établi entre 8 et 5, soit au contraire coupé entre 2 et 8, peut donc être réglée à volonté par ce moyen, l'écart entre les températures T2 et TI déjà définies dans les chapitres précédents, étant toujours le même, en valeur et en signe. Selon un huitième mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 8, l'extrémité ouverte et tubulaire 5, conductrice de l'électricité et liée à la borne B, appartient au récipient I5, dont une seconde ouverture tubulaire est obstruée par un piston étanche I6, réalisé par exemple en matière plastique, I6 étant manoeuvrable en translation, de l'extérieur, par un moyen mécanique, tel qu'un système vis-écrou par exemple., Plus le piston I6 est poussé dans I5, vers 5, plus le volume de fluide compressible gazeux 6 est réduit; à une température donnée, la pression de ce gaz est donc augmentée, et le liquide conducteur de l'électricité est donc déplacé de 5 vers 2 : la température T2 à laquelle le contact électrique sera, soit établi.entre 8 et 5, soit au contraire coupé entre 2 et 8, peut donc être réglée à volonté par ce moyen, l'encart entre les températures T2 et TI déjà définies dans les chapitres précédents, étant toujours le même en valeur et en signe. Selon un neuvième mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 9, l'extrémité ouverte et tubulaire 5, conductrice de l'électricité et liée à la borne B, appartient au récipient I7, qui comporte un volume intérieur I8, situé à sa partie la plus basse, et capable de contenir entièrement le liquide conducteur de l'électricité 8. Enfin, le récipient I7 peut comporter un moyen de réglage simultané des températures T2 et TI dejà définies,tel que l'un de ceux décrits à propos des réalisations selon les figures précédentes 6 ou 7, la figure 8 représentant, à titre d'exemple, une réalisation conforme à la description qui se rapporte à celle de la figure 7.Au delà d'une température donnée T3, qui peut être égale ou supérieure à la température T2 déjà définie, le liquide conducteur de l'électricité 8, qui se trouve déplacé de 2 vers 5, tombe en I8; même si la température à enregistrer ou contrôler vient à décroStre, 8 ne peut plus reprendre sa place entre 2 et 5; le contact électrique ne peut donc pas être rétabli : on a ainsi la preuve qu'un dépassement de T2 s'est effectivement produit. Dans cette -réalisation, les fluides 3 et 6 sont compressibles et identiques, à savoir un gaz non conducteur de l'électricité, tel que azote ou hydrogène, -si 8 est du mercure liquide. Le dispositif peut être"réarmé", c'est à dire remis en état d'assurer sa fonction d'enregistrement ou de contrôle de la température extérieure,cela est obtenu,à titre d'exemple,par un basculement amenant le liquide conducteur à l'entre de 5,son positionnement étant alors obtenu par unaoeroissement de la pression de 6 ou une diminution de la pression de 3,consécutifs au déplacement d'une membrane ou d'un piston,ou plus généralement par une modification de forme de I7 ou de 3 se traduisant par une variation de volume. Le réglage des températures TI,T2,T3 reste possible par le moyen I6 déjà décrit. Selon un dixième mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure I0, l'organe tubulaire 7,non conducteur de l'électricité, et les extrémités -tubulaires conductrices de l'électricité 2 et 5, respectivement liées électriquement aux bornes A et B, peuvent présenter des sections importantes, notamment dans le cas où le 'iquide conducteur de l'électricité 8, non représenté sur la figure 9, doit présenter une section suffisante pour ne pas s'échauffer lorsqutil est traversé par un courant électrique intense et ainsi, par exemple,ne pas risquer de se volatiliser, c'est à dire de se vaporiser dans les fluides gazeux 3 et 6, ceux-ci étant à une pression donnée.Les forces de capillarité n'étant plus suffit santes pour que 8 obstrue les tubes 2, 7 et 5, on réduit la distance maximum entre 2 points du liquide 8, de façon à rétablir des forces de capillarité suffisamment importante s pour que 8 obstrue les tubes déjà cités, en adjoignant un organe non conducteur de l'electricité,(en matière plastique par exemple), composé d'une ou plusieurs tiges axiales aux tubes, ou au contraire percé de plusieurs trous axiaux,cet organe étant centré au moins en 20 et 21. Selon un onzième mude de réalisation de l'invention, représenté sur la figure II, l'organe tubulaire non conducteur de l'électricité 7, et les extrémités tubulaires conductrices de l'électricité 2 et 5, respectivement liées électriquement aux bornes A et B, de varlet présenter des sections importantes pour une raison analogue à celle indiquée lors de la description du dispositif selon la fi guru20, l'obstruction de 2, 7 et 5 par le liquide 8 sera obtenu du fait que l'organe tubulaire 7 ne sera plus rectiligne, mais présentera une forme suffisamment courbe, en U par exemple, pour que 8 présente, du fait de la gravité, 2 surfaces horizontales 22 et 23 bien distinctes, quelque soit la position de 8 au cours du fonctionnement du disposItif.Dans cette réalisation, le dispositif a bien entendu, une positon bien définie par rapport au champ des forces de gravité, s'il est fixe, ou à toute accélération résultante du déplacement du dispositif, à bort d'un engin ou véhicule. Le dispositif, objet de l'invention, peut être utilisé dans tous les cas où un enregistrement automatique de températures préétablies doit être fait, ou pour commander automatiquement la régulation d'une enceinte chauffée électriquement, la source de chauffage étant simplement mise en série avec le dispositif, thermostats de radiateurs électriques d'appartement), ou pour servir de sonde de détection de température à un dispositif de régulation automatique complexe de température, ou pour commander le déclenchement automatique de dispositifs de dépassements de température d'alertes, ou de ventilation automatique (thermostats de moteurs de véhicules automobiles et tous moteurs en général ). BEVENDI CATI ONS I - Dispositif permettant automatiquement l'établissement,( ou au contraire la rupture), d'un contact électrique, lorsqu'une température ambiante T2 à tout ou partie du dispositif est atteinte ou dépassée, et permettant automatiquement la rupture, ( ou,au au con- traire, l'établissement), d'un contact électrique, lorsque la température ambiante s'abaisse à une valeur TI inférieure à T2, mais pouvant être très voisine de T2, le contact électrique étant dû au contact qui existe entre un liquide conducteur de I'électricité, comme par exemple le mercure ), contenu en grande partie dans un récipient tubulaire isolant,( en verre par exemple ), qu'il obstrue, le liquide conducteur étant en contact permanent avec l'extrémité tubulaire, conductrice de l'électricité et reliée directement à une Ière borne électrique, d'un premier organe assemblé de façon étanche à l'une des 2 extrémités de l'organe tubulaire isolant; le liquide conducteur pouvant être ou ne pas être en contact avec l'extrémité tubulaire, conductrice de l'électricité et reliée directement à une 2ème borne électrique, d'un 2ème organe assemblé de façon étanche à l'autre extrémité de l'organe tubulaire isolant, suivant que le volume de fluide compressible non conducteur de l'électricité, un gaz par exemple comme l'azote ou l'hydrogène, contenu dans l'un des 2 organes formant récipient fermé dont l'unique ouverture tubulaire est assemblée à l'une des extrémités de l'organe tubulaire isolant, est plus ou moins grand, ce fluide se dilatant ou se contractant sous l'action de variations de la tem pérature extérieure au récipient du dispositif, déplaçant ainsi le liquide conducteur de l'électricité, celui-ci formant piston étanche 2 - Dispositif selon la revendication I, caractérisé en ce que le liquide conducteur de l'électricité est en contact permanent,quelle que soit la température ambiante du dispositif, avec l'ouverture unique et tubulaire du récipient fermé, assemblé de façon étanche à l'une des extrémités de l'organe tubulaire isolant, le contact électrique étant établi lorsque la température ambiante égale ou dépasse une valeur T2, entre le liquide conducteur de l'électricité et l'extrémité tubulaire et conductrice de l'électricité d'un organe assemblé de façon étanche à l'autre extrémité de l'organe tubulaire non conducteur de l'électricité, qui contient la plus grande partie du liquide conducteur. 3 - Dispositif selon la revendication I, caractérisé en ce que le liquide conducteur de l'électricité est en contact permane-nt, que,l- le que soit la température ambiante au dispositif, avec l'ouverture tubulaire de l'organe conducteur de l'électricité, cet organe étant par ailleurs ouvert, le fluide gazeux qu'il contient étant donc à pression constante. 4 - Dispositif selon la revendication I, caractérisé en ce que les 2 organes assemblés de façon étanche à l'organe tubulaire isolant, sont des récipients fermés, qui peuvent avoir des volumes intérieurs différents ou égaux; un seul des récipients pouvant être exposé à la température ambiante à enregistrer, contrôler ou réguler. 5 - Dispositif selon la revendication I, caractérisé en ce que le récipient fermé, qui est soumis à la température à enregistrer, contrôler ou réguler, ne l'est qu'à son extrémité la plus éloignée du contact électrique, ce récipient étant formé, entre cette extrémité relativement importante en volume intérieur, et l'autre extrémité tubulaire conductrice de l'électricité, d'un tube de diamètre intérieur très petit, qui peut être très long mais dont le volume intérieur doit rester relativement négligeable devant celui de 1' extrémité du récipient soumis à la température ambiante à contrôler. 6 - Dispositif selon la revendication I, caractérisé en ce que le récipient fermé, qui est soumis à la température à enregistrer, contrôler ou réguler, comprend une paroi élastiquement déformable, membrane métallique par exemple), ou un piston étanche, dont on peut régler la position, ce qui permet d'augmenter ou de diminuer à volonté le volume du dit récipient, donc de régler la position du liquide conducteur de l'électricité, à une température donnée; donc de régler simultanément les températures de consigne TI et T2, d'établissement et de rupture du contact électrique (ou vice versa) 7 - Dispositif selon la revendication I, caractérisé en ce que le 2eme organe assemblé de façon étanche à l'une des extrémités de l'organe tubulaire isolant qui renferme la plus grande partie du liquide conducteur de l'électricité est un récipient à une seule ouverture côté liquide conducteur, et comprend une paroi élastiquement déformable, ou un piston étanche, dont on peut régler la position, ce qui permet d'augmenter ou de diminuer à volonté le volume du dit récipient, donc de régler la position du liquide conducteur de l'électricité, à une température donnée, donc de régler simultanément les températures de consigne TI et T2, d'établissement et de rupture du contact électrique (ou vice versa ) 8 - Dispositifs suivant la revendication I, caractérisé en ce que le 2 ème organe assemblé de façon étanche à l'une des extrémités de l'organe tubulaire isolant qui renferme la plus grande partie du liquide conducteur, comporte une cavité intérieure, dans sa partie basse, de volume suffisant pour recevoir le liquide conducteur de l'électricité, lorsqu'il est entièrement expulsé de l'or- gane tubulaire isolant, à une température égale ou supérieure à T3, l'ensemble du dispositif ~étant manoeuvrable pour que l'on puisse replacer le liquide conducteur dans l'organe tubulaire isolant, à une une température donnée, dans sa position normale, grace à une variation de l'un des volumes des récipients situés de part et d'autre du liquide conducteur, variation de volume obtenue par un piston ou une membrane, le dispositif est ainsi réarmable, c'est à dire à nouveau opérationnel, permettant l'établissement et la rupture du contas électrique pour des températures TI et T2 inférieures à 13. 9 - Dispositif selon la revendication I, caractérisé en ce que le liquide conducteur de l'électricité obstrue l'organe tubulaire isolant, et les extrémités conductrices tubulaires reliées aux 2 bornes électriques A et B, par capillarité, la section de ces organes étant suffisamment faible 10 - Dispositif selon la revendication I, caractérisé en ce que le liquide conducteur de l'électricité obstrue l'organe tubulaire isolant et les extrémités conductrices tubulaires reliées aux 2 bornes électriques A et B, qui présentent une section importante, par eaplllarité, un organe supplémentaire isolant, constitué par une ou plusieurs tiges axiales, ou par un cylindre percé de plusieurs trous de petits diamètres et centré sur les extrémités conductrices tubulaires, ou sur l'organe tubulaire isolant, permettant de réduire la distance maximum entre 2 points de la section du liquide conducteur, les forces de capillarité étant alors suffisantes pour que celui-ci obstrue les parties vides de l'organe supplémentaire décrit. Il - Dispositif selon la revendication I, caractérisé en ce que le liquide inducteur obstrue l'organe tubulaire isolant et les 2 extrémités conductrices tubulaires reliées aux 2 bornes A et B,qui présentent me section importante,l'organe tubulaire isolant étant de forme c. be,en U par exemple,le liquide conducteur présentant, sous ~itisetfiJn des forces de gravité ou d'un champ d'accélération, 2 surfaces distinctes horizontales vers les extrémités de cet organe.