Brevet FR2526543A1 — publié le 19831110

Divers problèmes pratiques de mesure se groupent dans la catégorie suivante, ou peuvent s'y ramener : une grandeur V est une fonction connue V(8) de la température e d'une enceinte ou d'un objet, et cette température varie dans le temps d'une façon indéterminée; le problème est de déterminer la valeur de Q t6)Jt entre deux instants t0 et t Entre autres applications, citons la mesure de la quantité de chaleur émise par un radiateur de chauffage dont la température de surface est O . La fonction V a, dans ce cas la formulation V) " (8 - o)m i V(e)= e) v(e) O pour e > pour e, les paramètres B,, e, et t ayant respectivement des valeurs voisines de 200C 400C et 1,30.. D'autres applications seront citées plus loin. Ces problèmes peuvent être résolus par des dispositifs électroniques; mais dans beaucoup de cas - et l'application citée plus haut en est un - ces dispositifs électroniques et leur installation sont trop onéreux et un appareil moins cher, même s-i ses indications représentent V(e) avec une exactitude moindre, serait préférable. L'appareil suivant l'invention répond au besoin indiqué ci-dessus : il est autonome sans source d'énergie, simple et insensible à toute action extérieure, volontaire ou non, qui pourrait influer sur ses indications. Il est applicable à presque tous les cas où la fonction V satisfait à la condition d > e2 )0 dans la plage de températures d'utilisation prévue. La description de l'appareil et de son principe de fonce tionnement, exposés ci-après, sont illustrés par la Planche annexée, sur laquelle Fig.1 est une coupe verticale axiale de l'appareil à une échelle très dilatée par rapport au réel. Fig 2 est une coupe horizontale de l'appareil suivant le plan zz' de la Fig. 1 , très agrandie par rapport à Fig. 1 et limitée à la zone de contact entre le filament 6 et la paroi 2. Un tube transparent 1, de faible diamètre intérieur, est installé verticalement au contact de l'émetteur de chaleur à la température # . . Il est fermé par deux bouchons étanches 2 et 10 dont l'un est élastique pour absorber les dilatations thermiques du contenu du tube I quand e varie; une échelle linéaire 8 lui est associée. Le tube renferme un liquide (A) réparti entre la partie supérieure 3 et la partie inférieure 4 du tube, séparées par un intervalle (a;b) occupé par un autre fluide (B). Enfin, sur toute la longueur du tube, un filament 6 fin et souple est placé tout près de la paroi, uniquement fixé par ses deux extrémités. La nature des substances (A) et (B) aisi que la constitution de surface du filament 6 et de la paroi 2 du tube repondent aux conditions suivantes 10 / te liquide (A) a un bon pouvoir mouillant pour la paroi 2 et pour le filament 6 20 / Le fluide (B) a une densité 8 différente de celle s du liquide (A) , ne lui est pas miscible , et son pouvoir mouillant pour la paroi 2 et pour le filament 6 sont faibles ou nuls : ce peut être, entre autres, un gaz ou du mercure. Le fonctionnement de l'appareil est le suivant: Sur toute la longueur (a,b) de la paroi 2, une couche extrèmement mince du liquide mouillant (A) admire à la paroi et stinterpose entre cette paroi et le fluide (B) logé dans la bulle allongée 2. Comme 6 f sl , cette bulle est sollicitée à monter ou descendre selon le signe de - , mais son mouvement devrait être compensé par un échange de liquide (A) entre r et 4 , ce qui impliquerait, dans la mince couche superficielle entourant la bulle 6 une contrainte de cisaillement quasi-infinie,et la bulle 6 reste/immobile, ce qui est bien connu. il en serait de même si le filament 6 n'était pas au contact de la paroi mais cette éventualité ne se produit pas car le liquide (A) étant mouillant pour la parax et pour le filament, ce dernier est appliqué par la tension superficielle contre la paroi, au moins entre (a) et (b) , ce qui suffit. L'intervalle étant infiniment faible au voisinage de la ligne de tangence, le liquide (A) des tranches 5 et 4 y est aspiré par capillarité et constitue deux filets 2 et 2' qui assurent la jonction entre 5 et 4(Fig.2).Leur section transveEele, bien que faible, est suffisante pour que s'établisse un faible débit; lexpérirentation effectuée par l'inventeur montre que ce débit se stabilise, et la bulle 2 se déplace lentement à une vitesse d'autant plus faible que la viscosité du liquide (A) et le diamètre du tube I sont plus grands, le diamètre du filament 6 et jS-'j plus faibles. Quand la température e s'élève, la vitesse de la bulle croit suivant une loi complexe où entrent en jeu la diminution de la viscosités et de la tension superficielle, le raccourcissement de la bulle 6 si elle est gazeuse, et même la différence entre les coefficients de dilatation des corps (A) et (B),si'(B) est un liquide tel que l soit faible, ce qui fait qu'il existe une température où la vitesse de la bulle s'inverse.Grâce à ce choix de paramètres, on peut disposer d'un large éventail de possibilités pour que la vitesse de la bulle représente de façon satisfaisante la fonction V(e) Le déplacement de la bulle, repéré sur l'échelle 8 fournit donc une bonne valeur de 4 /v(e) dt On pourrait aussi faire occuper l'espace 5 par le liquide (A) et les espaces j et 4 par l'autre fluide (B). Pour diverses applications, dont celle citée au début, on demande que Virez soit nul en dessous d'un certain seuil de température e on obtient ce résultat en utilisant un liquide (A) qui cesse, en dessous de cette température, d'avoir un comportement rhéologique newtonien, soit par solidification, soit par naissance d'un état plastique. La tension superficielle et la mouillabilité étant très sensibles à des traces d'impuretés superficielle, la propreté de la paroi et du filament doivent être assurées minutieusement au montage. il est avantageux que la longueur du tube soit surabondante de sorte que, après un relevé périodique, l'opérateur n'ait qu'à inverser sa position. En vue du relevé suivant, on peut soit utiliser la même échelle, soit l'inverser, soit avoir deux échelles tête-bèche, la grauation étant fixe ou coulissante pour recaler le zéro. Pour beaucoup d'applications, l'emploi des huiles polysiloxanes est avantageux, en raison de la gamme très étendue ( de 1 à 107 environ) de viscosités disponibles dans le commerce, et de la faible variation de ces viscosités avec la température. D'autres applications sont possibles : débit d'eau chaude, mesures électriques en utilisant l'effet Joule, etc.. REVENDICATIQNS 1 - Appareil qui, soumis à une température variant dans le temps de façon aléatoire, est destiné à intégrer en fonction du temps,durant un intervalle arbitrairement choisi, uae fonction déterminée de cette température, cet appareil étant caractérisé en ce qu'il est constitué d'un tube calibré étanche et de faible diamètre 1, d'un filament 6 fixé aux deux extrémités du tube au contact de sa paroi interne, ledit tube renfermant, d'une part, un liquide (A) capable d'adhérer à la paroi interne du tube et au filament et, d'autre part, un autre fluide (B) non miscible à (A), non mouillant et de densité différente, l'un des deux fluides occupant la partie supérieure 3 et la partie inférieure 4 du tube, l'autre occu pant un intervalle 2 entre 3 et 4, les caractéristiques des divers constituants étant choisis de sorte que la vitesse verticale du segment 5 sous l'effet de la gravité varie en fonction de la température selon la fonction déterminée, l'appareil étant complété par une graduation 8 sur laquelle se lit le déplacement du segment 2, déplacement qui représente la valeur intégrée cherchée. 2 - Appareil selon la revendication nO 1, caractérisé en ce que le fluide (B) est un gaz. 3 - Appareil selon la revendication'n01, caractérisé en ce que le fluide (B) est du mercure. 4 - Appareil selon une des revendications nO 1,2,3 caractérisé en ce que le liquide (A) cesse, en dessous d'une température déterminée, d'avoir un comportement rhéologique newtonien 5 - Appareil selon une des revendications nO 1,2,3,4 caractérisé en ce que le liquide (A) est une huile polysiloxane. 6 - Appareil selon une des revendications nO 1,2,3,4,5 équipé de deux échelles graduées de sens inversés. 7 - Appareil selon une des revendications nO 1,2,3,4,5,6 caractérisé en ce que le support de la graduation peut occuper par rapport au tube une position réglable en hauteur.