Brevet FR2535048A1 — publié le 19840427

La présente invention concerne un thermomètre à résistance pour fluides, et. en particulier un thermomètre à immersion pour r compteur de quantité de chaleur, avec une résistance de mesure ther- mosensible, logée avec une de ses sorties au moins dans une gaine métallique, servant simultanément à la fix.ttion. Dans les thermomètres à résistance connus du type précité, la gaine est fermée, cteFt-à-dire qu'elle est réalisée en une seule pièce avec un fond hémisphérique ou Qtl 'un bouchon métallique est soudé dans le fond. De telles gaines sont par suite appelées aussi tubes de protection. Dans dc nombreux cas le thermomètre o résistance complet est encore loge. dans un second trbe proLocteur fermé, qui est en contact avec le fluide dont la température dnit ttc mesure. Dans le cas des thermomètres à résistance connus, la transmission calorifique entre le fluide à mesurer et la résistance de mesure fait problème, et le gradient de température qui s'établie jusqu'à un état d'équilibre est important et fonction du nombre des- surfaces de transmission calorifique. Les thermomètres à résistance connus présentent par suite une grande constante de temps inadmissible. Il est certes connu d'améliorer la transmission calorifique par l'emploi d'une pâte conductrice de la chaleur, dont la mise en oeuvre impose toutefois beaucoup de soins et de précautions pour le montage Par suite de la viscosité de la pâte conductrice de la chaleur, constituée par une masse plastique, il n'est en effet pas toujours garanti que la résistance est bien entourée de façon étanche. Il en résulte des structures hétérogènes au voisinage de- la résistance de mesure, et par suite la formation d'un important gradient de température. Les mesures erronées résultantes sont gênantes et inadmissibles. Pour la mesure d & quantités de chaleur, on utilise de préférence des thermomètres à résistance permettant de mesurer les températures aller et retour. La quantité de chaleur s'obtient en multipliant la différence de température ainsi obtenue par le débit, mesuré séparément. Une détermination précise de la quantité de chaleur suppose toutefois une grande sensibilité du thermomètre, 'c?-est-à-dire une détermination précise de fluctuations de température. Avec les thermomètres à résistance actuels, une pâte conductrice de chaleur est également utilisée pour e compteurs de chaleur, entre la résistance de mesure et le tube protecteur.La constante de temps de tels thermomètres à résistance est de tordre de 10 secondes et plus, de sorte qu'un volume d'eau important peut s'écouler sur le thermomètre à résistance avant qu il -ne détermine la température modifiée. Il est évident que la quantité de chaleur correspondante n'est pas dterminee par le comptage. L'invention a pour objet un thermomètre à résistance du type précédeirment décrit,- qui présente une constante de temps beaucoup plus courte ou dont la résistance de mesure réagit beaucoup plus rapidement à la température du fluide à mesurer, et dont la production et le montage sont fortement simplifiés. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, a) l'extrémité libre de la gaine est ouverte; b) la résistance de mesure est encapsulée avec conduction thermique dans une pièce isolante qui remplit pratiquement toute la section de la gaine; c) la surface extérieure de la pièce isolante porte un revêtement brasable; et d) la pièce isolante est brasée dans l'extrémité ouverte de la gaine qu'elle obture. Par suite des caractéristiques précitées, la pièce isolante contenant la résistance de mesure est en liaison métallique avec la gaineS c'est-à-dire qu'une bonne conduction thermique est assurée par le revêtement brasable et la brasure, de sorte que des variations de température sont transmises rapidement à la résistance de mesure. La face frontale extérieure de la pièce isolante au moins est en outre en contact direct avec le fluide à mesurer, ce qui réduit encore la constante de temps. Par suite des caractéristiques indiquées, la masse située au voisinage immédiat de la résistance de mesure est de plus beaucoup plus faible, ce qui se traduit par une nouvelle réduction de la constante de temps. Il est ainsi possible de supprimer totalement l'emploi d'une pate conductrice de la chaleur, ainsi que les-manipulations relativement complexes lors du montage de la résistance de mesure.Il suffit d'introduire la pièce isolant contenant la résistance de mesure dans ltextrémité de la gaine encore parfaitement ouverte, puis de procéder au brasage, qui réalise une étanchéité fiable entre l'extrémité ouverte de la gaine et la pièce isolante. L'indication selon laquelle l'extrémité libre de la gaine est ouverte ne porte évidemment que sur la réalisation géométrique de la gaine ellemême,par opposition aux gaines qui sont obturées métalliquement avant l'introduction de la résistance de mesure, soit par un fond hémisphérique creux, soit par un bouchon brasé. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'inventiòn, la pièce isolante est brasée sur la plus grande partie de sa longueur, à l'aide de l'interstice cylindrique formée entre elle et la gaine, et dépasse -de cette dernière d'une longueur L, comprise entre 0,1 et i fois son diamètre D. Il suffit en pratique que la pièce isolante soit en saillie d'environ 1- à 1,5 mm sur la pour assurer une transmission calorifique particulièrement bonne entre le fluide et la pièce isolante. Pour obtenir aussi une bonne transmission calorifique entre la pièce isolante et la résistance de mesure, et selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la résistance de mesure est collée dans la pièce isolante à l'aide d'une masse céramique. De telles colles eéramiques sont commercialisées et présentent, contrairement aux colles plastiques, une excellente conductibilité calorifique Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le revêtement brasable de la pièce isolante est un métal du groupe argent, nickel et étain, ou un alliage de ces métaux. Le revetement peut etre déposé par un des procédés classiques, tels qu'un procédé galvanique ou de la technique du vide. Les pièces isolantes céramiques, non brasables normalement, sont rendues brasables par le revetement précité. Les thermomètres à résistance avec câble raccordé à demeure doivent être démontés de l'installation dans le cas d'un défaut ou d'une nouvelle certification avec le câble. Les thermomètres à résistance avec tête de raccordement exigent un montage supplémentaire du câble sur le site. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le thermo mètre à résistance est équipé d'une fiche permettant de le séparer facilement du circuit de traduction électrique.Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, l'ex- .tremitê de la gaine opposée à la résistance de mesure est reliée par une liaison sertie à une pièce plastique d'une fiche. La pièce plastique comme la gaine permettent la production en grande série, économique et avec les tolérances requises. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la pièce de la fiche portant la liaison sertie pré sente un prolongement sensiblement cylindrique, muni d'une gorge circonférentielle, dont la base circonscrit un carré en coupe; et des parties de la paroi de la gaine sont pressées dans la gorge circonférentielle avec formation d'un carré. Cette forme géométrique de la liaison sertie assure entre les deux pièces une liaison mécanique présentant une remarquable résis tance aux efforts de traction, flexion et torsion, sans couts impor tants de matière et de main d'oeuvre. L'emploi d'une fiche plombable est proposée afin d'interdire une interruption intempestive du circuit contenant la résistance de mesure. Selon une autre caractéristique de l'invention, la partie de la fiche sertie dans la gaine présente une bride radiale et un filetage; la seconde partie amovible de la fiche présente un écrou chapeau à taraudage complémentaire et une bride radiale; et les deux brides présentent des perçages alignés quand l'écrou chapeau est vissé. Il suffit alors de faire passer alors le fil de plombage dans certains perçages, puis de fixer le plomb. Afin d'immerger le cas échéant la résistance de mesure à des profondeurs différentes dans le fluide à mesurer, et selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'ivention, un raccord vissé coulissant est prévu sur la gaine et peut être réalisé sous forme d'un raccord à bague coupante. De tels raccords sontségalement commercialisés, par exemple sous la marque ERMETO. Dans de tels raccords, une bague déformable élastiquement et/ou plastiquement est disposée dans une douille, dans laquelle se visse une vis creuse. La gaine passe dans ladite bague, la douille et la vis creuse. Lors du vissage de la douille et de la vis creuse, la bague est écrasée radialement, le cas échéant à l'aide de surfaces coniques, et immobilise la gaine dans une position quelconque, avec une étanchéité fiable. En général, le raccord peut être dévissé, puis placé à un autre endroit de la gaine pour assurer l'étanchéité.Le raccord vissé coulissant présente l'avantage supplémentaire de permettre l'introduction directe de la gaine dans le fluide à mesurer, c'est-à-dire qu'un tube protecteur supplémentaire peut etre totalement supprimé, ce qui augmente la sensibilité et réduit notablement les couts. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillez ci-dessous d'un exemple de réalisation et des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est l'élévation latérale avec coupe partielle d'un ther montre à résistance complet; la figure 2 est la coupe longitudinale partielle "X" de la figure 1 à beaucoup plus grande échelles la figure 3 est la coupe axiale partielle de la fiche et de ltextréX mité supérieure d la gaine; la figure 4 est une coupe suivant l'axe IV-IV de la figure 3; et la figure 5 représente un diagramme avec des courbes comparatives du comportement thermique du modèle antérieur et du modèle selon l'invention. La figure 1 représente une. gaine i, dont l'extrémité inférieure 2 présente une section réduite. Une pièce isolante 3 contenant une résistance de mesure 4 est logée avec étanchéité dans cette extrémité, comme le montre la représentation détaillée de la figure 2. La gaine 1 porte un raccord vissé 5 coulissant, constitué par une douille 6 munie d'un filetage 7 et d'un six pans 8, et une vis creuse 9 à six pans 10. Entre la douille 6 et la vis creuse 9 se trouve une bague non représentée (bague coupante), que le vissage de la douille 6 et de la vis creuse 9 serre avec étanchéité sur la gaine 1. Les détails d'un tel raccord vissé coulissant font partie de l'art antérieur, de sorte que leur description est superflue. L'extrémité supérieure de la gaine 1 est reliée par une liaison sertie 11 à une fiche 12, constituée par deux pièces plastiques 13 et 14 reliées par un écrou chapeau. 15. La pièce 14 est surmoulée sur un cable 16 muni d'une gaine en PVC ou en caoutchouc silicone. Le câble 16 est relié à un circuit traducteur non représenté. La figure 3 représente d'autres détails de la fiche 12. Selon la figure 2, la pièce isolante 3 présente un évidement sensiblement parallélépipédique, dans lequel la résistance de mesure est logée à l'aide d'une colle céramique 17. Des sorties 18, dont une seule est représentée, aboutissent aux broches correspondantes 19 de la fiche (figure 3). L'extrémité inférieure 2 de la gaine est limitée par une surface annulaire 20 et par suite ouverte. La pièce isolante 3 remplit pratiquement la section intérieure de l'extrémité 2 et une partie de sa surface extérieure 21 est munie d'un revête ment brasable 22. Entre l'extrémité 2 de la gaine 1 et la pièce isolante 3 se trouve d'abord ut interstice cylindrique 23, qu'une opération de brasage remplit de brasure tendre 24 et rend ainsi étanche. Un contact thermique intime est ainsi produit entre la gaine 1 et la pièce isolante 3.La bonne transmission thermique entre la pièce isolante 3 et la résistance de mesure 4, réalisée sous forme de résistance à couche mince, est assurée par la colle ceramique 17 qui remplit aussi les fissures capillaires restantes entre la résistance de mesure 4 et: la pièce isolante 3. On voit que la pièce isolante 3 est en saillie sur la gaine 1 d'une longueur "L" sensiblement égale à 0,2 fois son diamètre D. Les gorges existant d'abord entre la gaine 1 et l'extrémité inférieure de la pièce isolante 3 sont remplies par un bon mouillage lors du brasage, les conditions représentées à la figure 2. étant pratique ment à l'échelle. La pièce isolante 3 est réalisée dans un matériau ,céramique parfaitement étanche aux fluides, de sorte que le fluide ne peut pas atteindre la résistance de mesure 4. La figure 3 représente notamment la réalisation de la liaison sertie 11 entre l'extrémité supérieure de la gaine 1 et la fiche 12. La partie inférieure 13 de la fiche présente pour ce faire un pro longement sensiblement cylindrique 25, muni d'une gorge circonfé rentielle 26 dont la base circonscrit sensiblement un carré en coupe, comme le montre la figure 4. Les parties 27 de la paroi de la gaine 1 sont pressées dans la gorge circonférentielle 26 et produisent ainsi la liaison précédemment décrite. La figure 4 montre en outre que trois broches 19 au total sont logées dans le prolongement cylindrique et s'étendent selon la figure 3 vers le haut, dans la pièce 13 en matière plastique (en tiret4). La figure 3 montre que la pièce 13 sertie dans la gaine 1 présente une bride 28 au-dessus de laquelle se trouve un filetage 29. La seconde partie 14 amovible de la fiche 12 porte l'écrou chapeau 15 précité, avec un taraudage 30 complémentaire et une bride radiale 31. Les deux brides 28 et 31 présentent des perçages i2- et 33 qui sont alignés quand l'écrou chapeau est vissé. Il est possible de faire passer un fil de plombage- dans ces passages, -dans la position représentée. Il est recommandé de réaliser les perçages 32 et 33 dans le sens circonférentiel sous forme de trous oblongs. La partie amovible 14- pénètre suivant la droite tiretée 34 dans la pièce 1-3 et se place sur les extrémités supérieures des broches 19 de la fiche, dégagées à cet endroit. Min d'établir -le contact élèctrique, la pièce 14 est munie de douilles complémentaires 35, simplement représentée8 en tireté aussi. L'écrou chapeau 15 s'applique sur un épaulement 36 de la pièce 14. L'extrémité inférieure de la pièce 14 pénétrant dans la pièce 13 est munie d'un profilage appropriA, de sorte que ltenfichage est possible uniquement dans une position relative bien déterminée des -douilles 35 -par rapport aux broches 19 de la fiche. Sur la figure 5, le temps t est porté en abscisse et la température T en ordonnée. La courbe inférieure 37 représente le comportement temporel d'un thermomètre à résistance classique et la courbe supérieure 38 celui d'un thermomètre à résistance selon l'invention. Les deux courbes tendent asymptotiquement vers une valeur limite, correspondant à la température de l'eau dans laquelle le thermomètre à résistance encore froid a été plongé brusquement. On voit que le thermomètre à résistance selon l'invention tend beaucoup plus rapidement vers la valeur limite qu'un thermomètre à résistance selon l'art antérieur. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Thermomètre à résistance pour fluides, et en particulier thermomètre à immersion pour compteur de quantité de chaleur, avec une résistance de mesure thermosensible, logée avec une de ses sorties au moins dans une gaine métallique servant aussi à la fixation, ledit thermomètre étant caractérisé en ce que a) l'extrémité libre (2) de la gaine (1) est ouverte; b) la résistance de mesure (4) est encapsulée avec conduction thermique dans une pièce isolante (3) qui remplit pratiquement toute la section de 1a gaine; c) la surface extérieure (21) de la pièce isolante (3) porte un revêtement brasable (22); et d) la pièce isolante (3) est brasée dans lsextrémité ouverte de la gaine (1) qu'elle obture. 2. Thermomètre à résistance selon revendication 1 > caractérisé en ce que la pièce isolante (3) est brasée sur la plus grande partie de sa longueur, à l'aide de l'interstice cylindrique (23) formé entre elle et la gaine (1), et dépasse de cette dernière d'une longueur "L" comprise entre 0,1 et 1,0 fois son diamètre D. 3. Thermomètre à résistance melon revendication 1, caractérisé en ce que la résistance de mesure (4) est collée dans la pièce isolante (3) à l'laide d'une masse céramique (17). 4. Thermomètre à résistance selon revendication 3, caractérisé en ce que la résistance de mesure (4) est une résistance à couche mince. 5. Thermomètre à résistance selon revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement brasable (22) de la pièce isolante (3) est constitué par un métal du groupe argent, nickel et étain, ou par un alliage de ces métaux. 6. Thermomètre à résistance selon revendication 1, caractérisé en ce que la gaine (1) est réalisée dans un alliage Cu-Zn, puis recouverte d'une couche Cu-Ni. 7. Thermomètre à résistance selon revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité de la gaine (1) opposée à la résistance de mesure (4) est reliée par une liaison sertie (11) à une pièce plastique (13) d'une fiche (12). 8. Thermomètre à résistance selon revendication 7, caractérisé en ce que la pièce (13) de la fiche (12) portant la liaison sertie (t1) présente un prolongement sensiblement cylindrique (25) muni d'une gorge circonférentielle (26), dont la base circonscrit un carré en coupe; et des parties (27) de la paroi de la gaine (1) sont pressées dans la gorge circonférentielle (26) avec formation d'un carré 9. Thermomètre à résistance selon revendication 7, caractérisé en ce que la partie (T3) de la fiche (12) sertie dans la gaine (1) présente une bride radiale (28) et un filetage (29); la seconde partie (14) amovible de la fiche (12) présente un écrou chapeau (15) à taraudage (30) complémentaire et une bride radiale (31); et les deux brides (28, 31) présentent des perçages (32, 33) alignés quand l'écrou chapeau (15) est vissé. 10. Thermomètre à résistance selon revendication j, caractérisé par un raccord vissé (5) coulissant sur la gaine (9). 11. Thermomètre à résistance selon revendication 10, caractérisé en ce que le raccord vissé coulissant (5) est un raccord à bague coupante.