Brevet FR2303275A1 — publié le 19761001

L'invention due à Riels Peter Grand Graversen, est relative à un capteur, pour un système thewostatique, rempli d'une substance qui se dilate sous l'action de la chaleur. Les capteurs du genre considéré ici sont remplis soit d'un liquide dilatable, tel que le toluène ou un autre hydrocarbure, soit d'une substance dilatable solide, telle que la cire ou une matière synthétique. L'avantage des capteurs à remplissage liquide est qu'ils peuvent être accouplés à 1'élément thermostati- que de commande de puissance et éventuellement à un dispositif de réglage de valeur de consigne par l'intermédiaire d'un tube capillaire, de sorte que la position du capteur peut être choi sie relativement librement. L'avantage dn capteur à remplissage solide réside principalement dans le fait qne, pour une variation de volume donnée, on peut se contenter d'un volume de capteur comparivement petit.Toutefois un tel capteur à remplissage solide doit être utilisé directement comme élément de commande de puissance. Pour éviter cet inconvénient on sait remplir le capteur presque entièrement à l'aide de divers corps de polyéthylène solide servant de substance dilatable et prévoir dans le reste du système thermostatique, ainsi que dans les cavités comprises entre ces corps, de la glycérine servant de liquide de transmission hydraulique. Lorsque des systèmes thermostatiques de ce genre sont utilisés dans un circuit de régulation usuel, par exemple pour actionner une soupape d'appareil de chauffage dans une pièce dont la température doit être maintenue à peu près constante, I' expé- rience montre qu'il est pratiquement impossible d'obtenir un comportement de régulation dans lequel 11 organe moteur de l'élélent de commande de puissance1 en cas de variation des conditions de réglage, par exemple de variation du réglage de valeur de consigne, se rapproche rapidement, mais cependant sans oscillations parasites, de sa nouvelle position. L'invention a donc pour but de fournir un capteur du genre décrit au préambule qui permette, d'une manière simple, d'obtenir un comportement de régulation qui évite pratiquement toute oscillation parasite tout en assurant malgré tout une réponse rapide. Ce problème est résolu, conformément à l'invention, par le fait que le remplissage du capteur se compose de deux substances dilatables différentes et que la courbe représentant en fonction du temps la dilatation de la seconde substance présente, dans son domaine de travail, une constante de temps supérieure à celle re lative à la première substance. La première substance présente bien une répnae rapide, de sorte que l'organe moteur de 1' élément de commande de puissance se rapproche rapidement de la nouvelle position recherchie. DU fait cependant que la première substance dilatable na produit qu'une fraction de la variation de volume et que le reste de la variation de volume est produit par la seconde substance dilata ble, mais plus lentement et avec un certain délai, l'organe mo teur est amené progressivement à sa nouvelle position. Les oscil lations parasites sont par conséquent nettement inférieures et peuvent, moyennant un choix approprié des substances dilatables, être complètement empêchées.On obtient donc une régulation ana- logue à une régulation par action proportionnelle et intégrale et, par conséquent, un système de réglage relativement stable. Il est alors particulièrement avantageux que la première substance dilatable soit constituée par un liquide à faible constante de temps de dilatation1 tel gne le tolène, et que la seconde substance dilatable présente une constante temps 2 à 4 fois plues grande. Un tel liquide dilatable fournit une ré- ponse d'une rapidité satisfaisante. La constante de temps ines- quée pour la seconde substance dilatable suffit à diuenuer effec tivement ou à supprimer toute oscillation parasite.Par liquide dilatable on entend ici des liquides qui présentent un coeffi citent de dilatation volumique techniquement utilisable, qui, en principe, est supérieur à 0,0008. D'une manière avantageuse, les quantités des deux substan ces dilatables sont choisies, par rapport à leurs coefficients de dilatation, de telle manière que la variation de volume de la seconde substance dilatable soit égale à environ 30 à 70%, de préférence à environ 50%, de la variation totale de volume du capteur. Grâce au choix de cette fraction de la variation de vo lume on dispose, pour une première et pour une seconde substance dilatables données, d'un autre paramètre pour assurer l'adaptation à un circuit de régulation désiré. D'une manière particulièrement avantageuse, la seconde substance dilatable est constituée par une cire. Une telle cire non seulement présente la constante de temps relativement grande désirée, mais fournit dans son domaine de travail, c'est-à-dire dans son domaine de fusion, une variation de volume étale à un multiple de la variation de volume des liquides dilatables usuels. Par exemple cette variation de volume est égale à 8 fois celle du toluène. On peut donc se contenter d'un volume de cire relativement petit, égal par exemple à 4 à 25% du volume du rem- plissage. Pour un volume de dilatation donné, l'ensemble du capteur peint présenter le plus faible encombrement.Du fait que la cire, à des températures supérieures à sa température de fusion, ne subit plus de dilatation, le dispositif de sécurité de sur chauffe, qui, en cas de température excessive, doit absorber le supplément de volume, peut être disensionné plus faiblement. In- versement l'hystérisis qui se produit avec un remplissage de cire, ne joue qu'un rôle secondaire du fait que le liquide dilatable, même en cas de faibles variations de température, assure encore l'actionnement de 1' organe moteur. Dans un mode de réalisation préférentiel, la seconde substance dilatable est disposée dans le liquide sous forme d'un corps composé de peu de parties, de préférence d'une seule partie. Les variations de température doivent donc, an moins partiellement, être transmises par le liquide sur la surface extérieure du corps dune seule partie et de là à l'intérieur du corps. De ce fait on oient des délais supplémentaires qui jouent également dans le sens d'Me amélioration du processus de régulation. On peut mettre en oeuvre des espaces de temporisation, d'une autre manière, par exemple en interposant une couche d'isolation ther mique entre les deux substances dilatables. L'invention est expliquée plus en détail ci-après à l'aide d'un de ses modes de réalisation, pris à titre illustratif mais nullement limitatif, en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente un mode de réalisation du capteur conforme à l'invention associé au système thermostatique correspondant et - la figure 2 est un diagramme espace-temps relatif au mouvement de l'organe moteur. La figure 1 représente un capteur 1, nn élément de commande de puissance 2 et un dispositif de réglage de valeur de consigne 3, qui sont reliés par des tubes capillaires 4. Le capteur 1 comporte un boutiez 5 qui est rempli en majeure partie d'une première substance dilatable 6, à savoir un liquide dilatable,ici du toluène, et, pour le restant, d'une seconde substance dilatable 7, constituée ici par un corps de cire en une seule partie, qui est entouré par une enveloppe élastigue 8. L'élément de commande de puissance 2 comporte un bottier 9 dans lequel coulisse un organe moteur 10, portant ici la pièce obturatrice Il d'une soupape. L'espace intérieur 12 est séparé d'une manière étanche de l'atmosphère à l'aide d'un tube ondulé 13. Les variations de volume qui se produisent dans le capteur sont transmises à 1' organe moteur 10 par le liquide continu dans le tube capillaire 4. Le dispositif de réglage de la valeur de consigne 3 copsr- te un boftier 14 dans lequel un tube ondulé 15 délimite un compartinent à liquide 16, dont on peut faire varier le volume en déplaçant axialement la tige 17. Pour cela une tête tournante 18 calée axialement est vissée, par son filetage intérieur 19, sur la tige 17. Ce dispositif de réglage est combiné à un dispo sitif de sécurité de surchauffe, constitué essentiellement par un ressort 20 qui prend appui d'un côté contre le boitier 14 et de l'autre c8té contre une douille 21. Lorsque, sous l'action d'un excès de température, le liquide dilatable 6 se dilate trop fortement, la tige 17 est poussée vers le haut, ce qui comprime le ressort de sécurité 20 par l'intermédiaire de la douille 21. La figure 2 représente en fonction du temps t l'espace e que parcourt l'organe moteur 10 lorsque la valeur de consigne est modifiée brusquement d'une quantité donnée. La courbe en trait interrompu correspond au cas où le capteur est entierement rempli par un liquide dilatable, tel que le toluène. On voit que l'organe moteur se déplace rapidement jus qu' à sa valeur fi nale mais qu' il se produit une oscillation parasite ; dans le cas du chauffage d'une pièce la température devint trop élevée, après quoi l'organe moteur est ramené en arrière etc.Si au contraire la seconde substance dilatable, de constante de temps relativement grande, est utilisée en plus dans le capteur, on obtient la courbe caractéristique tracée en trait plein. Elle présente au départ le même parcours que la courbe en trait in terrompu, mais elle se courbe ensuite asymptotiquement jusquà sa valeur finale. On obtient ainsi une dynamique de régulation très stable. Dans le mode de réalisation représenté ici on a utilisé comme première substance dilatable du toluène qui présente un coefficient de dilatation volumique de 1.10-3/ C. Comme seconde substance dilatable on a utilisé une cire présentant un coefficient de dilatation volumique de 8.10 3/oC, c' est-à-dire un coefficient de dilatation volumique 8 fois supérieur à celai du toluène. Le volume de la cire était d'environ 14% de La totalité du volume intérieur du capteur ; le volume du liquide dilatable était donc de 86* du volume intérieur du capteur. Dans ces conditions la cire assume, dans le domaine de travail de 25 à 300C, une fraction de la variation de volume de 57%. Les constantes de temps de courbes dilatation-temps des deux substances dilatables contenues dans le capteur dépendent, d'une part, des constantes des substances, telles que la chaleur spécifique et le coefficient de conduction thermique, mais, d'autre part, aussi des conditions choisies, telles que la diaposition inférieure du capteur ou la forme de la surface extérieure de la cire. Par exemple une sphère de cire présente une constante de temps supérieure à celle d'un cylindre de cire. Dans le cas considéré ici la constante de temps de la cire était environ 3,5 fois plus grande que celle du toluène0 REVENDICATIONS 1. Capteur1pour un système thermostatique, rempli d'une substance qui se dilate sous l'action de la chaleur, caractérisé en ce que le remplissage du capteur se compose de deux substances dilatable s différentes et que la courbe représentant en fonction du temps la dilatation de la seconde substance (7) présente, dans son domaine de travail, une constante de temps supérieure à celle relative à la première substance (6). 2. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la première substance dilatable (6) est constituée par un liquide à faible constante de temps de dilatation, tel que le toluène, et que la seconde substance dilatable (7) présente une constante de temps 2 à 4 fois plus grande. 3. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les quantités des deux substances dilatables (6,7) sont choisies, par rapport à leurs coefficients de dilatation, de telle manière que la variation de volume de la seconde substance dilatable soit é-gale à environ 30 à 70%, de préférence à environ 50%, de la variation totale de volume du capteur. 4. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la seconde substance dilatable (7) est constituée par une cire. 5. Capteur selon l'une quelconque des revendicatians 2 et 4, caractérisé en ce que le volume de la cire est de 4 à 25% de celui du remplissage. 6. Capteur selon l'une quelconque des revendications 2 9 fi, caractérisé en ce que la seconde substance dilatable (7) est disposée dans le liquide (6) sous forme d'un corps composé de peu de parties, de préférence d'une seule partie.