Brevet FR2452770A1 — publié le 19801024

La présente invention concerne d'une faon générale la production de résistances bobinées et a notamment pour objet un dispositif de chauffage de fils métalliques avec gradient de température. L'invention peut être utilisée notamment pour déterminer rapidement et efficacement les parametres exacts des régimes de traitement thermique de divers fils métalliques afin d'obtenir un fil à propriétés prédéterminées. L'invention est surtour utilisable pour déterminer efficacement les parametres exacts des régimes de traitement-thermique d'un fil de résistance destiné à la fabrication de résistances bobinées, afin d'obtenir une valeur prédéterminée de son coefficient de température de résistance. On sait que le coefficient de température de la résistance d'un fil de résistance est un rapport définissant la variation de sa résistance en fonction des variations de la température, c'est- -dire qu'il caractérise la stabilité de la valeur de résistance du fil dans le temps. La stabilité de la valeur de la résistance du fil est déterminée par des processus physico-chimiques qui se produisent au sein de son matériau. L'un des facteurs exerçant la plus grande influence sur ces processus est le traitement thermique du fil de résistance. Un régime judicieusement choisi de traitement thermique du fil stabilise les processus physico-chimiques dont il est le siege. Cela permet obtenir un fil de résistance avec un faible coefficient de température de résistance.Le régime optimal de traitement thermique est recherché en déterminant la caractéristique définissant la variation du coefficient de température de la résistance en fonction de la variation des régimes de traitement thermique. Cette caracteristique est obtenue, en pratique, en faisant subir à des échantillons de fil de résistance en alliage d'une même coule, un traitement thermique sous différents régimes. La précision de la caractéristique ainsi obtenue dépend du nombre d'expériences effectuées, ainsi que de la précision de réglage de la température du traitement thermique.Ainsi que la pratique l'a montré, un fil de résistance obtenu à partir d'un meme alliage mais d'une autre coulée a une caractéristique différente de variation du coefficient de température de résistance en fonction de la variation des régimes de traitement thermique, de sorte qu'il est nécessaire, pour la déterminer, de procéder a de nouveaux essais. A l'heure actuelle, pour déterminer la caractéristique de la variation du coefficient de température de la résistance d'un fil de résistance soumis à différents régimes de traitement thermique, on fait usage de fours à vide de laboratoire connus, similaires aux fours industriels pour le traitement thermique des métaux. Dans ces fours, on effectue le traitement thermique d'échantillons du fil de résistance à différentes températures comprises dans un intervalle où l'on s'attend à obtenir un régime optimal de traitement thermique. D'après les données de ces expériences, on détermine la variation du coefficient de température de la résistance en fonction des différents régimes de traitement thermique, en recherchant ainsi un régime optimal. La structure des fours à vide pour le traitement thermique des métaux ne permet pas d'effectuer simultanément le traitement thermique de plusieurs échantillons de fil de résistance à différents régimes. De ce qui précède, il est évident que la recherche du régime optimal à l'aide de tels fours est tres longue et couteuse. Par ailleurs, les données obtenues ne sont pas très fiables, du fait que la construction des fours n'assure pas l'établissement suffisamment exact du régime de température requis. Les inconvénients importants précités des fours à vide pour le traitement thermique des métaux sont palliés dans un sublimateur à gradient pour la cristallisation (voir la revue américaine "Journal of Crystal Growth" N022 (1974), pp. 295 à 297), qui peut être utilisé pour le choix du régime de traitement thermique d'un fil de résistance et, pour cette raison, a été adopté pour servir de prototype à la présente invention. Ce dispositif comprend un moyen servant à créer un gradient de température dans le cristal à étudier et réalisé sous la forme d'un cylindre métallique creux comportant à l'une de ses extrémités un réchauffeur électrique, et à l'autre, un refroidisseur. A l'intérieur du cylindre est disposée une chambre à vide en verre, communiquant, par sa base, avec une pompe à vide et destinée à recevoir le cristal à étudier. En mettant en marche le réchauffeur et le refroidisseur, on obtient un gradient de température dans le cristal à étudier. Ce gradient de température se produit dans le cristal sous l'action de l'énergie thermique rayonnante émise par la surface interne du cylindre creux. On peut donc ainsi disposer à l'intérieur de la chambre à vide, au lieu du cristal, un échantillon de fil de résistance pour obtenir dans celui-ci un gradient de température. Bien que le dispositif précité soit capable d'assurer un chauffage simultané de l'échantillon de fil de résistance jusqu'à différentes températures suivant sa longueur, il n'assure pas un caractère linéaire de la répartition du gradient de température suivant sa longueur. Cela tient à ce que chaque partie de la longueur de l'échantillon de fil de résistance est chauffée par l'énergie thermique rayonnante émise par différentes portions de la surface interne du cylindre creux. Outre cela, les températures des différentes parties de la longueur de l'échantillon ne sont pas stables dans le temps, ce qui est du à l'action du milieu ambiant sur le moyen pour créer le gradient de température. I1 ressort de ce qui précède, de toute évidence, qu'il est impossible de fixer, à l'aide du dispositif envisagé, un rapport fiable entre le coefficient de température de la résistance et les variations de la température de traitement thermique. I1 est donc impossible de trouver à l'aide d'un tel rapport le régime optimal de traitement thermique du fil de résistance. On voit donc, en considérant les exemples cités ci-dessus, qu'il n'existe pas,~ à l'heure actuelle, ae dispositifs spéciaux permettant de déterminer, d'une façon rapide, efficace et fiable, le régime optimal de traitement thermique des fils de résistance. La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients signalés plus haut. Elle vise pour cela à réaliser un dispositif pour le chauffage d'un fil avec gradient de température, dans lequel le moyen pour créer le gradient de température serait agencé et disposé de manière à assurer le choix des régimes de traitement thermique avec la plus grande précision. Ce but est atteint grâce au fait que dans un dispositif de chauffage drun fil métallique avec gradient de température, comprenant une chambre à vide avec une embase et un moyen pour créer un gradient de température, celui-ci étant réalisé sous forme d'un cylindre métallique avec un réchauffeur pour chauffer l'une des extrémités dudit cylindre et un refroidisseur pour en refroidir l'autre extrémité, selon l'invention ledit moyen pour créer un gradient de température est disposé à -l'intérieur de ladite chambre à vide et sur la surface du cylindre métallique sont ménagées des rainures transversales pour y disposer le fil à chauffer, ces rainures étant réunies entre elles par une rainure longitudinale servant au passage du fil d'une rainure transversale dans une autre, tandis que l'embase de la chambre à vide joue lue rôle d'un.refroidisseur et est soumise à l'action d'un appareil thermostatique Grâce à cette solution, on obtient une variante linéaire de la température du cylindre métallique suivant sa longueur. Cela fait que chaque spire du fil de résistance subit suivant toute sa longueur une température d'échauffement strictement déterminée. Connaissant la température exacte d'échauffement de chaque spire du fil de résistance et en mesurant son coefficient de température de résistance, on obtient une relation fiable entre le coefficient de température de résistance et la variation de la température de traitement thermique. En partant de cette relation fiable, on détermine le régime optimal de traitement thermique. Lesdites rainures transversales destinées à recevoir le fil à chauffer sont avantageusement pratiquées suivant la directrice du cylindre métallique. Cette solution permet de disposer chaque spire du fil résistant, sur toute sa longueur, exactement dans une zone isotherme. On peut avantageusement donner auxdites rainures transversales une forme en coin. Cette forme des rainures permet de fixer rigoureusement la position de fils de résistance de différents diamètres. Ladite rainure longitudinale peut avantageusement avoir une profondeur plus grande que celle des rainures transversales, afin de faciliter et accélérer l'opération de tronçonnage de l'échantillon de fil de résistance après achèvement de son chauffage. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apprattront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références au dessin unique annexé dans lequel - la figure 1 représente le dispositif de chauffage d'un fil avec gradient de température selon l'invention, avec coupe à travers l'embase de la chambre à vide (vue de côté); - la figure 2 est une vue à plus grande échelle suivant la flèche A de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe suivant III-III de la figure 2; - la figure 4 représente une autre variante de réalisation du cylindre du moyen pour créer un gradient de température. Le dispositif de chauffage d'un fil métallique avec gradient de température contient une chambre à vide 1 (figure 1) comportant une cloche 2 et une embase métallique massive 3 disposée dans un appareil thermostatique 4. A l'intérieur de la chambre à vide 1 se trouve un cylindre métallique 5 dont une extrémité 6 est fixée à l'embase 3. A l'autre extrémité 7 du cylindre métallique 5 est monté un réchauffeur électrique 8. L'embase 3 remplit la fonction d'un refroidísseur. Le cylindre métallique 5, le réchauffeur 8 et I'embase 3 constituant le moyen pour créer un gradient de température. La surface du- cylindre métallique 5 comporte des rainures transversales 9 (figure 2) qui l'entourent suivant sa directrice. Les rainures 9 sont destinées à recevoir le fil de résistance 10 à chauffer et sont enforme de coin.Une telle forme des rainures 9 permet d'y placer des fils de résistance 10 de différents diamètres et de les y fixer d'une manière sure de façon à empêcher leurs déplacements latéraux éventuels. Pour assurer le passage du fil de résistance 10 de l'une des rainures 9 dans une autre, il est prévu une rainure longitudinale 11 reliant toutes les rainures 9 entre elles. La rainure longitudinale 11 (figure 3) est plus profonde que les rainures 9. Cela facilite le tronçonnage ultérieur du fil de résistance apres son traitement thermique, ce dont il sera question plus explicitement plus bas. Sur le cylindre métallique 5, à proximité des rainures 9 extrêmes (figure 1), sont fixés des thermocouples 12 qui permettent de mesurer avec une grande précision la différence de température sur la partie du cylindre métallique 5 occupée par les rainures 9. La chambre à vide 1 communique, par une tuyauterie 13, avec une pompe à vide 14. I1 y a lieu de noter que les rainures transversales 9 (figure 4) peuvent aussi être disposées sur la surface du cylindre métallique 5 de toute autre manière voulue, par exemple en hélice à pas fin (faible pas d'hélice). Le fil de résistance 10 placé dans de telles rainures 9 prendra lui aussi la forme d'une hélice. La rainure longitudinale 11 qui réunit entre elles toutes les rainures transversales 9 est utilisée pour le passage du fil de résistance 10 d'une rainure 9 dans une autre. Le dispositif de chauffage d'un fil avec gradient de température fonctionne de la manière suivante. On enroule un échantillon de fil de résistance 10 (figure 1) dans les rainures 9 en le faisant passer d'une rainure 9 dans l'autre en travers de la rainure longitudinale 11, comme on peut le voir sur la figure 2. Les bouts de l'échantillon de fil de résistance 10 ainsi enroulé sont fixés par des moyens connus. On place le cylindre 5 (figure 1), avec l'échantillon de fil de résistance 10 enroulé sur lui, dans la chambre à vide 1 où l'on crée une dépression à l'aide de la pompe à vide 14, grâce à quoi le cylindre métallique 5 ne subit aucune influence thermique de la part du milieu ambiant.Le réchauffeur électrique 8 et l'embase 3 soumise à l'action de l'appareil-thermostatique 4 et jouant le rôle d'un refroidisseur produisent dans le cylindre 5 un gradient de température rigoureusement défini et stable dans le temps. L'intervalle de températures mesuré par les thermocouples 12 auprès des rainures 9 extrêmes et maintenu par exemple entre les limites de +4000 à +5000C, convient pour le traitement thermique du fil de résistance. Ce gradient de température, ainsi qu'il ressort des lois bien connues de la thermodynamique, est logarithmique, ctest-à-dire linéaire en coordonnées logarithmiques. Dans l'intervalle de température indiqué, qui est assez étroit, ce gradient peut être considéré comme constant, c'est-à-dire linéaire en coordonnées linéaires. En d'autres termes, on obtient dans le dispositif en question un caractère linéaire de la répartition du gradient de température suivant la longueur du cylindre 5. On sait qu'un plan perpendiculaire à un flux de chaleur uniforme est isotherme. Etant donné que les rainures transversales contenant les spires du fil de résistance 10 à chauffer se trouvent dans des plans imaginaires perpendiculaires au cylindre 5, cela signifie que chaque spire du fil de résistance 10 se trouve dans un plan isotherme,c'est-à-dire qu'elle subit un échauffement isotherme sur toute sa longueur pour un diamètre du cylindre 5 égal, par exemple, à 5 cm, la longueur d'une -spire soumise au chauffage isotherme est égale à environ 15 cm, ce qui est amplement suffisant pour mesurer ensuite avec précision le coefficient de température de la résistance. Le nombre de rainures 9 est égal au nombre requis de points de température à contrôler, suffisant pour obtenir la caractéristique de la relation entre le coefficient de température de la résistance du fil de résistance et les variations des régimes de son traitement thermique. Dans un dispositif de chauffage de fils avec gradient de température conçu et construit conformément à l'invention, on a ménagé sur la surface du cylindre 5, cent rainures 9 distantes de lmm l'une de l'autre. Dans le cas du gradient de température précité de 1000C,les rainures 9 sont situées strictement dans des plans isothermes, avec une différence de température de -10C entre les rainures 9 mutuellement voisines. Les températures des rainures 9 extrêmes sont mesurées avec une grande précision à l'aide des thermocouples 12. Celles des rainures intermédiaires peuvent être exactement déterminées par interpolation linéaire. De la sorte, la précision de la température de chauffage isotherme des spires du fil de résistance 10 logées dans les rainures 9 est déterminée par la précision d'exécution mécanique de celles-ci sur la surface du cylindre 5. Or l'exécution des rainures 9 avec une précision de tordre de 0,1 mm est facilement réalisable. Grâce au profil en coin des rainures 9, les spires du fil de résistance 10 y sont positionnées d'une manière précise.Ceci assure le réglage de la température de chauffage isotherme des spires du fil-de résistance 10 avec une précision de 10C dans tout l'intervalle de températures utilisé. Après le chauffage isotherme du fil de résistance 10, on le fait refroidir ensemble avec le dispositif jusqu'à la température ambiante. L'échantillon de fil de résistance 10 est ensuite tronçonné en spires le long due la rainure longitudinale 11, à la suite de quoi on obtient 100 tronçons dont chacun a subi le traitement thermique à une température strictement déterminée. On marque les tronçons et on mesure le coefficient de température de chacun d'eux.-Apres quoi on établit la relation entre le coefficient de température de la résistance et les variations des régimes de traitement thermique. On en déduit le régime optimal de traitement D thermique assurant l'obtention d'un fil de résistance avec une valeur minimale du coefficient de température de résistance. Dans le cas d'un dispositif conforme à l'invention comportant un cylindre 5 dont la surface comporte des rainures 9 en spirale à pas fins (figure 4), le fonctionnement du dispositif est en principe analogue à celui qui vient d'être décrit. La différence consiste en ce que chaque spire du fil de résistance 10 se trouve dans ce cas sitée dans plusieurs plans isothermes. Toutefois, compte tenu de la répartition linéaire du gradient de température suivant la longueur du cylindre 5, il est facile de déterminer la température moyenne de chauffage isotherme de chaque spire. La relation entre le coefficient de température de résistance et les régimes variables du traitement thermique, obtenue en partant de ces températures, est elle aussi véridique-et permet de déterminer le régime optimal de traitement thermique du fil de résistance. Des exemples de réalisation pratique de la présente invention qui viennent d'être décrits, il est parfaitement clair qu'il est possible d'atteindre tous les objectifs de l'invention dans le cadre défini par les revendications qui suivent. Toutefois, il est aussi evident qu'on peut apporter des modifications à la construction du dispositif de chauffage d'un fil avec gradient de température, tout en ne s 'écartant pas du cadre de l'invention telle que définie par ies revendications. La présente invention assure une grande précision dans le choix des régimes optimaux de traitement thermique de fils de résistance. L'utilisation de l'invention permet de réduire de plusieurs dizaines de fois le travail nécessaire à la détermination des régimes optimaux de traitement thermique des fils. La construction du dispositif est simple et d'un fonctionnement très sûr. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Dispositif de chauffage d'un filmétallique avec gradient de température, du type comprenant une chambre à vide avec une embase et des moyens pour créer un gradient de température, ceux-ci étant réalisés sous formez'un cylindre métallique, -d'un réchauffeur pour chauffer l'une des extrémités dudit cylindre et d'un refroidisseur pour en refroidir l'autre extrémité, caractérisé en ce que les moyens pour créer le gradient de température sont disposés à l'intérieur de la chambre à vide, et que sur la surface du cylindre métallique sont ménagées des rainures transversales destinées à recevoir le fil à chauffer et reliées entre elles par une rainure longitudinale pour le passage du fil d'une rainure transversale dans l'autre, ltembase de la chambre à vide remplissant la fonction d'un refroidisseur en étant soumise à l'action d'un appareil thermostatique. 2. Dispositif de chauffage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites rainures transversales sont exécutées suivant la directrice du cylindre métallique. 3. Dispositif de chauffage suivant l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la section desdites rainures transversales est en forme de coin. 4. Dispositif de chauffage suivant l'une des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé en ce que ladite rainure longitudinale a une profondeur plus grande que celle des rainures transversales.