Brevet FR2557321A1 — publié le 19850628

Dispositif de régulation ou de limitation d'au moins une valeur de température ou d'une plage de températures de corps de chauffe par rayonnement ou par contact d'appa- reils de cuisson électriques. La présente invention porte sur un dispositif de régula- tion ou de limitation d'au moins une valeur de température ou d'une plage de températures de corps de chauffe par rayonnement ou par contact d'appareils de cuisson élec- triques dans lequel, pour la régulation ou la limitation de la température, est prévue au moins une sonde de tempé- rature qui comporte une tige à forte dilatation thermique placée dans un tube à faible dilatation thermique qui est monté entre des éléments de support. Avec un dispositif du type indiqué ci-dessus, la régula- tion ou la limitation de la température se fait en parti- culier grâce au fait que le mouvement axial de la sonde de température en forme de tige d à la température est uti- lisé pour manoeuvrer le système de contacts, et cela de façon que le circuit de chauffage se ferme à une tempéra- ture déterminée et se rouvre à une température plus éle- vée déterminée. Comme les températures à mesurer atteignent 800 C, il se produit dans la zone de la surface de contact de l'extré- mité du tube, constituée de préférence de verre de quartz, avec l'élément de support contigu, qui est de préférence en métal, et en raison des coefficients de dilatation dif- férents, un mouvement relatif ou de frottement dans la di- rection radiale. En raison du va-et-vient fréquent, cela entraîne, après un usage prolongé, une résistance de frot- tement plus grande et finalement un écaillage de l'extré- mité du tube. D'autre part, on a aussi déjà observé qu'à cause d'une surface rugueuse du tube en quartz, un écaillage se pro- duisait déjà au début de l'emploi. La présente invention a pour but de fournir un dispositif de régulation ou de limitation d'au moins une valeur de température ou d'une plage de températures du type indiqué ci-dessus dans lequel un endommagement, en particulier, un écaillage, dû à la sollicitation thermique alternée des extrémités du tube,soit impossible. A cet effet, le dispositif de l'invention est caractérisé par le fait qu'à chaque extrémité du tube est prévu une pièce d'appui de celui-ci entourant la tige et ayant un coefficient de dilatation thermique a1 inférieur au coef- ficient de dilatation thermique a2 de l'élément de sup- port contigu et supérieur au coefficient de dilatation thermique a3 du tube. Cette pièce d'appui adoucit beaucoup la transition des coefficients de dilatation thermique, de sorte que le mou- vement relatif radial précité entre l'extrémité du tube et la pièce d'appui contiguë est réduit à un minimum né- gligeable. Toute possibilité d'endommagement, en particu- lier d'écaillage, de l'extrémité du tube est ainsi éli- minée. Dans une forme de réalisation particulièrement préférée de l'invention, la pièce d'appui est en céramique d'oxyde, en particulier en A1203. Une telle pièce d'appui a, en plus d'un faible coefficient de dilatation thermique, une haute résistance mécanique, de sorte que l'emploi du dis- positif de l'invention est avantageux. Dans une autre forme de réalisation du dispositif de l'in- vention, la pièce d'appui est en alliage nickel-fer-cobalt. Une telle pièce d'appui a avantageusement un très faible coefficient de dilatation thermique, mais n'a pas une grande résistance à l'oxydation. Son domaine d'emploi est ainsi limité vers le haut à 300 C, c'est-à-dire qu'elle doit être disposée en dehors de la zone de chauffage à régler. Selon une autre forme de réalisation avantageuse de l'in- vention, la pièce d'appui est en porcelaine technique. Cette matière convient surtout dans les cas o l'on n'est pas très exigeant en ce qui concerne la résistance méca- nique de la pièce d'appui. Selon une autre variante de réalisation de l'invention, la pièce d'appui placée dans la zone du bottier de commu- tation est en forme de calotte et l'extrémité contiguë du tube est évasée en forme de pavillon. Un tel évasement en forme de pavillon de l'extrémité du tube procure une plus grande sécurité en matière de rupture du tube et, en ou- tre, permet de façon simple un ajustement et un réglage fin ultérieurs de la tige. Enfin, dans une autre forme de réalisation préférée de l'invention, le tube est constitué de plusieurs tronçons placés axialement les uns derrière les autres et ayant des coefficients de dilatation 2 et a3 différents et ces tronçons sont montés dans des pièces d'appui inter- médiaires ayant une section longitudinale en forme de H et un coefficient de dilatation thermique c1. Avec cet agencement, les avantages d'un mouvement relatif réduit entre l'extrémité du tube et la pièce d'appui intermédiai- re sont aussi utilisables pour des tiges s'étendant sur plusieurs zones de chauffage, et l'on peut en plus obte- nir un centrage avantageux du tube et un allongement de la distance d'éclatement entre le filament et la tige. L'invention est décrite en détail ci-après à l'aide de trois exemples de réalisation représentés sur le dessin. - La figure I est une vue de côté d'un dispositif con- forme à l'invention à grande échelle; - La figure 2 montre une autre forme de réalisation de l'extrémité du tube du dispositif de l'in- vention; et - La figure 3 montre une autre forme de réalisation du dispositif de l'invention pour deux zones de chauffage. Sur la figure I est représenté le dispositif de régula- tion ou de limitation de la température de l'invention, qui comporte une sonde de température 1 et une tête de commutation 2. La sonde de température I comprend une tige 3 en matière résistant aux hautes températures et ayant un coefficient de dilatation thermique élevé, par exemple en alliage nickel-chrome ou fer-chrome, et qui est placée dans un tube 4. Ce tube est en matière résis- tant aux hautes températures et ayant un faible coeffi- cient de dilatation thermique, par exemple en verre de quartz ou en céramique, et qui constitue une gaine pour la tige 3. Les extrémités du tube 4 sont limitées, cha- cune, par une pièce d'appui 5, 6. Les pièces d'appui sont en contact avec des éléments de supports métalliques 7, 8. formés, d'un côté, d'une plaque de base et, de l'autre côté, d'une rondelle ou d'un écrou en métal. Le coeffi- cient de dilatation thermique a3 du tube en quartz 4 est d'environ 5 x 107 K-1, tandis que le coefficient de di- latation thermique a2 des éléments de support 7, 8 est -7-1 d'environ 180 x 107 K. Si les deux pièces d'appui 5, 6 situés entre les deux sont en Al203, leur coefficient de dilatation thermique ai est d'environ 70 x 10K-1. La tige 3 passe par des trous dans la pièce d'appui 5 et dans la plaque de base 7 et traverse la pièce d'appui 6, la rondelle 8 et un écrou 26. L'autre extrémité de la tige 3 présente un collet bombé 9. Entre ce collet 9 et la plaque de base 7, et ainsi entre le collet 9 et une extrémité du tube 4 contenant la tige 3, est disposé un ressort de compression 10 qui maintient la tige 3 en extension et serre ainsi l'écrou 26 contre la face exté- rieure de la rondelle 8. La tige 3, avec les éléments montés sur elle, et le res- sort de compression 10 forment la sonde de température, laquelle est fixée à la tête de commutation 2 par les vis 11, la tête de commutation présentant un évidement 12 dans lequel est logée l'extrémité de la tige 3 qui porte le ressort de compression 10. La tête de commutation 2 comporte un boutier 13 ouvert sur le côté supérieur, le côté ouvert pouvant être cou- vert par un couvercle. L'intérieur du bottier 13 commu- nique avec l'évidement 12 par un trou, au moins approxima- tivement coaxial avec la tige 3, dans lequel est disposé axialement mobile un organe de transmission 14. Une extré- mité de cet organe de transmission 14 s'appuie sur la sur- face bombée du collet 9. L'organe de transmission 14 présente une surface de ma- noeuvre 15 pour la manoeuvre du système de contacts ser- vant à la régulation ou la limitation de la température, lequel système comporte un ressort de contact 17 portant le contact mobile 16 et une barrette de connexion 19 por- tant le contact fixe 18. Le ressort de contact 17 est fixé à un support de ressort 20. Dans la position représentée, les contacts 16, 18 sont séparés, ou le contact est ouvert, et le circuit de chauf- fage est donc ouvert. Quand le circuit de chauffage est mis à la tension d'alimentation, un filament du corps de chauffe chauffe, et donc la température dans l'espace en- tre la surface de cuisson et le filament s'élève. La ti- ge 3 se dilate, de sorte que l'organe de transmission 14 se déplace vers la portion de manoeuvre du ressort de contact 17. Quand la température dans l'espace entre la surface de cuisson et le filament atteint par exemple 700 C, la surface de manoeuvre 15 de l'organe de trans- mission 14 heurte le ressort de contact 17 et les con- tacts 16, 18 se séparent alors brusquement, de sorte que le chauffage s'arrête. Quand la tige 3 se raccourcit au 2557321, cours du refroidissement qui suit, le ressort de contact 17 revient brusquement dans la position dans laquelle le con- tact 16, 18 est fermé. En raison de la disposition, prévue par l'invention, d'une pièce d'appui 5 ou 6 à chaque extrémité du tube en quartz 4, cette pièce d'appui ayant un coefficient de dilatation thermique a1 inférieur au coefficient de dilatation ther- mique a2 de l'élément de support contigu 7, 8, sur la figure 1 de la plaque de base 7 en métal ou de la ron- delle 8, et supérieur au coefficient de dilatation ther- mique a3 du tube, sur la figure I du tube en verre de quartz 4, un trop grand mouvement radial relatif entre l'extrémité du tube et la pièce d'appui associée, et ainai un endommagement des extrémités du tube, est impossible. Les pièces d'appui 5, 6 sont de préférence en céramique d'oxyde comme par exemple A1203, déjà mentionné, ou stéa- tite ou oxyde de béryllium. Les matières de ce genre réu- nissent les avantages d'une haute résistance mécanique et d'une inoxydabilité Jusqu'à 8000C à un coefficient de di- latation a1 situé favorablement, quant à son ordre de grandeur, entre les coefficients de dilatation a2 et a3' Dans le cas o l'on n'est pas extrêmement exigeant en ce qui concerne la résistance mécanique des pièces d'appui, on peut aussi, en conservant la relation favorable entre les trois coefficients de dilatation ainsi que l'inoxyda- bilité, utiliser de la porcelaine technique, qui a l'avan- tage d'être plus facile à travailler. On a aussi obtenu de très bons résultats avec des alliages Ni-Fe-Co et des alliages Ni-Fe. Ces alliages ont cepen- dant l'inconvénient de n'être inoxydables que Jusqu'à en- viron 300 C, de sorte que les pièces d'appui doivent être disposées en dehors de la zone de chauffage. La figure 2 montre l'extrémité voisine du bottier de com- mutation 30 d'un tube 32, entourant une tige 31, qui présente une extrémité 34 évasée en forme de pavillon 34. Entre l'élément de support métallique 35 du bottier de commutation 30 et l'extrémité 34 du tube est prévu une pièce d'appui 36 présentant une surface en forme de ca- lotte. La partie à peu près médiane, représentée sur la figure 3, d'une tige 40 d'un dispositif de régulation ou de limi- tation de deux valeurs ou deux plages de températures de corps de chauffe par rayonnement ou par contact d'appa- reils de cuisson électriques présente deux tronçons de tube coaxiaux 41, 42. Ces tronçons de tube 41, 42 ont des coefficients de dilatation O2 et a3 différents ( 3 médiaire 43 a section longitudinale en forme de H et ayant un coefficient de dilatation thermique a1 qui est ici aussi choisi de façon que a 3-1 1ac 2. On évite de cette manière que, par suite des sollicitations thermi- ques alternées, l'extrémité du tronçon 42 ayant le coef- ficient de dilatation thermique le plus petit a3 soit endommagée. Les extrémités opposées des tronçons de tu- be 41, 42 sont en appui sur les pièces d'appui 5, 6 re- présentées sur la figure 1. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisa- tien décrits précédemment. Ainsi, les pièces d'appui peuvent aussi être prévues pour des tiges agissant sur un système à contact double. Dans ces formes de réali- sation, la haute capacité de charge mécanique des piè- ces d'appui, en particulier, est importante. En outre, l'exemple de réalisation de la figure I n'est pas li- mité à l'utilisation d'une rondelle 8, l'écrou d'arrêt et de réglage 26 pouvant être monté directement sur la pièce d'appui, ce qui sera le cas en particulier pour les pièces d'appui en matière à haute capacité de charge 2557321i mécanique. De même, l'invention, relativement à une extrémité de tube évasée en forme de pavillon, n'est pas limitée à la forme de réalisation de la figure 2. Il n'est pas nécessaire que la pièce d'appui 36 traverse l'élément métallique 35 du bottier de commutation 30, et elle peut aussi s'appuyer sur cet élément 35 à la manière d'une rondelle. REVENDICATIONS: 1.- Dispositif de régulation ou de limitation d'au moins une valeur de température ou d'une plage de températures de corps de chauffe par rayonnement ou par contact d'ap- pareils de cuisson electriques, dans lequel, pour la ré- gulation ou la limitation de la température, il est pré- vu au moine une sonde de température qui comporte une tige à forte dilatation thermique placée dans un tube à faible dilatation thermique, par exemple dans un tube en verre de quartz, qui est monté entre des éléments de sup- port, dispositif caractérisé par le fait qu'à chaque ex- trémité du tube (4) est prévu une pièce d'appui de celui- ci (5, 6) entourant la tige (3) et ayant un coefficient de dilatation thermique a1 inférieur au coefficient de dilatation thermique a2 de l'élément.de support conti- gu (7, 8) et supérieur au coefficient de dilatation ther- mique Q3 du tube (4). 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la piuce d'appui (5, 6) est en céramique d'oxyde, en particulier en A1203. 3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la pièce d'appui (5, 6) est en alliage nickel- fer-cobalt. 4.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la pièce d'appui (5, 6) est en porcelaine technique. 5.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la pièce d'appui (36) placée dans la zone du bottier de commutation (30) est en forme de calotte et l'extrémité contiguë du tube (32) est éva- sée an forme de pavillon. 25573Z1 6.- Dispositif selon l'une des revendications I à 5, pour plusieurs zones de chauffage, caractérisé par le fait que le tube comporte plusieurs tronçons (41, 42) placés axialement les uns derrière les autres et ayant des coefficients de dilatation o2 et a3 différents et ces tronçcons (41, 42) sont montés dans des pièces d'ap- pui intermédiaires (43) ayant une section longitudinale en forme de H et un coefficient de dilatation thermi- que Z1.