Brevet FR2551208A1 — publié le 19850301

Couple thermoélectrique. La présente invention concerne un couple thermoélectrique composé de deux fils en matériaux différents, fer et Cons5 tantan par exemple, logés sans effort de traction dans une douille de protection, reliés à une première extrémité (joint chauffé) pour former le couple et enveloppés par une douille en matériau réfractaire dans la zone du joint chauffé au moins, d'un voltmètre raccordé à l'autre extrémité (soudu10 re froide) des fils, ainsi que d'une plaque conductrice de chaleur en métal qui s'appuie dans l'axe de la douille qu'elle dépasse côté frontal, dans laquelle les extrémités des fils sont enrobées et dont la face frontale est au contact thermique d'un boîtier également conducteur en métal, 15 qui maintient axialement la douille et la plaque précitées. Sur un thermocouple déjà connu du type précédemment décrit (Brevet US 2 517 033)les extrémités des fils mises à nu, décapées et enveloppées par la douille sont coulées dans un 20 flux brasage ou autre alliage métallique approprié et ainsi reliées électriquement Lorsque le flux ou l'alliage sont coulés, la douille recouverte à sa partie inférieure par une rondelle de mica sert en quelque sorte de moule. Le corps coulé en alliage métallique, à symétrie de révolu25 tion, présente à son extrémité inférieure une bride radiale Il sert donc dans le système de plaque conductrice de chaleur Le thermocouple obtenu présente ainsi une prêci- sion de mesure et une vitesse de réaction élevées L'opération de coulée requise fait toutefois obstacle à une fabrication en série rationnelle. La présente invention vise à perfectionner un couple thermoélectrique du type précédemment décrit de manière à ce qu'il réponde, en précision de mesure et vitesse de réaction, à toutes les exigences imposées par la pratique, sans supplément notable de coût de fabrication. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, un corps en Mischmetall formé par fusion des fils est encastré, à l'emplacement du joint chauffé, dans l'axe d'un évidement concentrique de la plaque conductrice de chaleur. Pour augmenter encore la précision de mesure, il est possible d'isoler le joint chauffé de certains potentiels électriques perturbateurs, sans pour autant entraver la conduction de chaleur entre l'objet et le point de mesure, en 20 insérant une rondelle isolante électriquement, de préférence une rondelle de mica de diathermanéité élevée, entre la face frontale de la plaque conductrice et le bottier conducteur de chaleur en forme de pot Une telle possibilité permet de réduire les coûts de fabrication en série, 25 puisque la rondelle de mica n'est insérée qu'en'fonction des besoins, c'est-à-dire pour les seuls clients exigeant une précision de mesure extrêmement élevée de l'appareil. Une rationalisation poussée de la fabrication en série est 30 obtenue par la mesure suivante: le composant formé par la plaque conductrice avec sa douille de centrage, le corps en Mischmetall et les fils,est enrobé dans la pièce en haut polymère réfractaire moulée par injection en étant inséré dans le moule. Cette mesure permet de simplifier la méthode de fabrication, la plaque conductrice de chaleur comportant le corps en Mischmetall étant enrobée dans la douille 16 au cours d'une opération de moulage par injection, cette même douille étant enserrée par sertissage à froid du boatier conducteur. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de construction illustrés sur les dessins annexés, qui représentent: Figure 1: une coupe partielle du thermocouple inséré dans le pot de préplastification d'une machine à injection pour plastiques, Figure 2: une vue agrandie d'une coupe partielle longitudi15 nale du thermocouple, Figure 3: la douille de protection pas encore formée du thermocouple, Figures 4, 5, 6: la douille céramique constituant la douille; la plaque conductrice de chaleur et la rondelle de mica du thermocouple, Figure 7: le boîtier conducteur de chaleur, pas encore for25 mé, du thermocouple. Dans l'exemple de construction représenté sur les dessins, le couple de l'élément thermoélectrique est formé par deux fils 13 a', 13 b' en fer et Constantan, logés sans effort de 30 traction dans une douille de protection 15 Ces fils sont soudés à une extrémité (joint chauffé) et enveloppés par une douille 16 thermostable dans la zone du point de mesure Le voltmètre est raccordé à l'autre extrémité de ces fils 13 a', 13 b' (soudure froide) A l'emplacement du joint 35 chauffé, un corps en Mischmetoll 13 m, obtenu par fusion des fils 13 a', 13 b' et alliage des métaux, est encastré dons une plaque conductrice de chaleur 17 métallique, usinée en aluminium ou alliage cuivre béryllium. Les fils sont soudés à l'arc en atmosphère inerte, donc sans oxygène Tout phénomène d'oxydation est par conséquent exclu. Le corps en Mischmetall obtenu, parfaitement allié, pré5 sente pratiquement la forme d'un ellipsoïde. La plaque conductrice 17 s'appuie dans l'axe de la douille 16, qu'elle dépasse côté frontal Sa face externe est au contact thermique d'un bottier conducteur de chaleur 18, qui 10 assure son maintien axial et celui de la douille céramique 16 Cette même plaque 17, à symétrie radiale, est prévue dans une section de diamètre intérieur a a supérieur et centrée sur un épaulement annulaire interne 16 a de la douille précitée L'épaulement 16 a, perpendiculaire à l'axe de symé15 trie du thermocouple, ferme côté arrière un espace annulaire 22 a, dont les limites externe et interne sont respectivement représentées par l'enveloppe interne de la douille céramique 16 et le pourtour de la plaque conductrice 17 Le corps en Mischmetall 13 m a à peu près la forme d'un ellipsoi20 de Il est emmanché dans un évidement concentrique et conique de la plaque 17, en formant deux surfaces de contact annulaires y, z Ce même corps 13 m est retenu dans l'évidement 21 par étranglement 17 a' d'une douille de centrage arrière 17 a de la plaque 17 Un second étranglement 17 a" de la douille 25 précitée 17 a assure la décharge de traction des fils gainés 13 a, 13 b La gaine de protection 13 du thermocouple est par ailleurs soulagée en traction par un étranglement 15 b' de la douille 15 Les trois étranglements 17 a', 17 a" et 15 b' sont réalisés par formage à froid de la douille de centrage 17 a et/ou de protection 15 La section arrière 15 b de cette dernière douille 15 présente donc une paroi relativement mince. Le diamètre de la plaque conductrice 17 est au moins trois fois plus élevé que le diamètre maximal du corps en Misch35 metall 13 m, mais inférieur au diamètre interne maximal a a de la douille céramique 16 Cette mesure permet d'obtenir une conduction de chaleur intense entre l'objet à mesurer, pot de préplastification par exemple, et le point de mesure. Entre la face frontale de la plaque conductrice 17 et le boîtier conducteur 18 en forme de pot, il est possible d'in5 sérer une rondelle isolante électriquement 20, de préférence une rondelle de mica de diathermanéité élevée, qui dépasse radialement et de tous c 8 tés la face frontale plane de la plaque 17 L'insertion de cette rondelle de mica permet d'isoler le joint chauffé des potentiels électriques per10 turbateurs provenant de l'objet à mesurer, satisfaisant ainsi aux exigences les plus élevées en matière de précision de mesure. Comme le montre la figure 1, la face frontale plane S du boîtier conducteur de chaleur 18 en forme de pot est au contact de l'objet 10 sous la charge d'un ressort spirale 12 enveloppant le thermocouple; les deux extrémités de ce ressort 12 s'appuient respectivement sur le repli interne 18 a du boîtier 18 et sur la fiche 14 La tension initiale de ce mê20 me ressort 12, qui détermine la pression d'appui de la face frontale S, peut être réglée à l'aide d'une douille filetée 11, dont le filetage lla et le taraudage sont respectivement en prise avec l'objet 10 et le ressort spirale 12. Cette douille 11, dont la partie filetée lla pénètre dans 25 l'alésage 19 de l'objet 10, se termine côté arrière par un six pans 11 b. La structure du thermocouple peut présenter une variante non représentée sur les dessins, dont elle se distingue 30 comme suit: La douille céramique 16 et la douille de protection 15 sont remplacées par une pièce moulée par injection en haut polymère réfractaire, dont le diamètre externe est égal à celui 35 de la douille 16 dans la section du joint chauffé et qui présente par ailleurs la forme de la douille de protection 15. Le composant formé par la plaque conductrice 17 avec sa douille de centrage 17 a, le corps en Mischmetall 13 m et les fils 13 a', 13 b' est enrobé dans cette pièce L'enrobage est assuré dans la cavité d'un moule à injection, au cours de l'opération correspondante La pièce moulée, à symétrie radiale, présente à l'extrémité arrière du joint chauffé un épaulement -annulaire externe, qui correspond à la bride externe 15 a de la douille de protection 15 sur l'exemple de construction illustré par les dessins Cet 10 épaulement est enserré par le repli interne 18 a du boltier 18 formé à froid La section extrême de la gaine de protection 13 du thermocouple est enrobée dans une section arrière de la pièce dépassant le boîtier 18 Avec cette variante, il est donc inutile de prévoir un montage spé15 cial des douilles 15 et 16. L'insertion également possible de la rondelle de mica et le montage du bottier conducteur 18 correspondent à la méthode de fabrication de l'exemple représenté sur les dessins; en effet, la face frontale de la plaque conductrice 17 enrobée dans la pièce moulée dépasse cette dernière de la même manière que sur l'exemple de construction précité. Revendications. 1 Couple thermoélectrique composé de deux fils en matériaux différents, fer et Constantan par exemple, logés sans effort de traction dans une douille de protection, reliés à une première extrémité (joint chauffé) pour former le couple et enveloppés par une douille en matériau réfractaire dans la zone du joint chauffé au moins, d'un voltmètre raccordé à l'autre extrémité (soudure froide) des fils, ainsi que d'une plaque conductrice de chaleur en-métal qui s'appuie dans l'axe de la douille ( 16) qu'elle dépasse côté frontal, dans laquelle les extrémités des fils sont enrobées et dont la face frontale est au contact thermique d'un boîtier également conducteur ( 18) en métal, qui main15 tient axialement la douille ( 16) et la plaque ( 17) précitées, caractérisé en ce qu'un corps en Mischmetall ( 13 m) formé par Fusion des fils ( 13 a', 13 b') est encastré, à l'emplacement du joint chauffé, dans l'axe d'un évidement concentrique ( 21) de la plaque conductrice de chaleur ( 17). 2 Couple thermoélectrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps en Mischmetall ( 13 m), qui présente à peu près la forme d'un ellipsoïde, est emmanché dans un évidement conique ( 21) de la plaque conductrice ( 17) 25 centrée sur un épaulement annulaire interne ( 16 a) de la douille ( 16), en formant deux surfaces de contact annulaires (y, z) ' 3 Couple thermoélectrique selon une des revendications 1 30 et 2, caractérisé en ce que le corps en Mischmetall ( 13 m) est retenu dans l'évidement ( 21) par étranglement ( 17 a') d'une douille de centrage arrière ( 17 a) de la plaque ( 17), un autre étranglement ( 17 a") assurant la décharge de traction des fils gainés ( 13 a, 13 b). 4 Couple thermoélectrique selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre de la plaque conductrice de chaleur ( 17) est au moins trois fois plus élevé que le diamètre maximal du corps en Mischmetall ( 13 m), mais inférieur au diamètre intérieur (a a) de la douille ( 16). Couple thermoélectrique selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par la possibilité d'insertion d'une rondelle ( 20) isolante électriquement, de préférence une rondelle de mica de diathermanéité élevée, 10 entre la face frontale de la plaque conductrice ( 17) et le boîtier conducteur ( 18) en forme de pot, cette rondelle ( 20) dépassant radialement et de tous côtés la face frontale plane de la plaque ( 17). 6 Couple thermoélectrique selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la face frontale plane (S) du bottier conducteur de chaleur ( 18) est au contact de l'objet à mesurer ( 10) sous la charge d'un ressort spirale ( 12) enveloppant le thermocouple, les deux 20 extrémités de ce ressort ( 12) s'appuyant respectivement sur un repli interne ( 18 a) du boîtier ( 18) et sur la fiche ( 14), et en ce que la précontrainte axiale de ce même ressort spirale ( 12) peut être réglée à l'aide d'une douille filetée ( 11), dont le filetage ( 11 a') et le taraudage sont respec25 tivement en prise avec l'objet ( 10) et le ressort spirale ( 12). 7 Couple thermoélectrique selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la douille ( 16) 30 est une douille céramique, dont la face arrière supporte une douille de protection coaxiale ( 15), enserrée par un repli interne ( 18 a) du boîtier ( 18) et dont l'étranglement ( 15 b') soulage en traction la gaine de protection ( 13) du thermocouple. 8 Couple thermoélectrique selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le composant formé par la plaque conductrice ( 17) avec sa douille de centrage ( 17 a), le corps en Mischmetall ( 13 m) et les fils ( 13 a', 13 b'), est enrobé dans la douille en haut polymère réfractaire moulée par injection en étant inséré dans le moule. 9 Couple thermoélectrique selon la revendication 8, caractérisé en ce que la douille présente, à l'extrémité arrière du joint chauffé, un épaulement annulaire enserré par un repli interne ( 18 a) du boîtier conducteur ( 18), et en 10 ce que la section extrême de la gaine de protection ( 13) des fils ( 13 a, 13 b) est enrobée dans la douille.