Brevet FR2590981A1 — publié le 19870605

La présente invention concerne une cellule d'étalonnage thermométrique. La plus grande partie des étalonnages thermométriques effectués en vue d'applications industrielles, telles que domaine médical, conduite de processus, industrie agroalimentaire, concerne une plage de températures relativement restreinte et nécessite la connaissance de coefficients d'étalonnage déterminés à partir de mesures faites à OOC et à 1000C, la plage de températures définie par ces valeurs précédentes~pouvant être considérée comme ue plage de référence d'utilisation. Cependant, l'étalonnage effectué selon les recommandations et la méthode préconisée par l'EIPT 68 (Echelle Internationale Pratique de (Température) utilise notamment les températures de référence, ou points fixes, de la température de fusion/solidification de l'étain 231, 968 C et du zinc 41915800C. Ces températures relativement élevées par rapport au domaine d'utilisation classique et en particulier par rapport aux températures définissant la plage de référence, présentent l'inconvénient de nuire à la stabilité et à la justesse des thermomètres étalonnés selon cette méthode, car elles ont pour effet de provoquer une phénomène de dérive de graduation à la réutilisation après étalonnage, en raison du traitement thermique analome à un traitement de vieillissement prématuré provoqué par les élévations trop importantes de températures au cours de l'étalonnage, et du déplacement de la plage d'utilisation par rapport à la plage d'étalonnage. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités par la mise en oeuvre d'un dispositif ou cellule d'étalonnage thermométrique permettant de réaliser l'étalonnage à température plus basse. Un autre objet de la présente mvention est la mise en oeuvre d'une cellule d'étalonnage thermométrique dans laquelle une enceinte thermique isotherme est réalisée par échange thermique à flux permanent entre les différentes parties de l'enceinte. Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'une cellule d'étalonnage facilement transportable et de mise en oeuvre aisée en milieu industriel. La cellule d'étalonnage thermométrique objet de la présente invention est remarquable en ce qu'elle comporte au moins deux chambres closes séparées reliées thermiquement, les deux chambres étant adaptées à former une enceinte isotherme par échange thermique à flux permanent autour d'un puits central de faible ouverture, chacune des chambres étant remplie, au moins partiellement, par un élément, composé ou mélange chinique à température de fusiorl/solidi- fication déterminée, les éléments ou composés chimiques ayant des températures de fusion/solidification différentes. L'invention trouve application à l'industrie de la mesure thermométrique. Elle sera mieux comprise à la lecture de la description et à l'observation du dessin ci-après, lequel représente en coupe, selon un plan longitudinal, une vue d'une cellule conforme à la présente invention. Cbnformément à la figure précitée, la cellule d'étalonnage thermométrique, objet de la présente invention, est remarquable en ce qu'elle comprend au moins deux chambres closes séparées. Sur cette figure, la cellule est référencée 1 et les chambres closes séparées 11 respectivement 12. Conformément à--l'invention, les chambres séparées 11 et 12 sont reliées thermiquement et adaptées à former une enceinte isotherme par échange à flux thermique permanent, autour d'un puits central 13 de faible ouverture réduisant le flux thennique. Par flux thermique permanent on entend en fait que les chambres 11 et 12 sont en permanence soumises à un flux thermique engendré, en fonctionnement,par une enceinte thermostatée dans laquelle la cellule d'étalonnage thermométrique est placée au cours de son utilisation. Ce mode de fonotionne- ment correspond en fait au fonctionnement désigné habituellement selon l'expression consacrée "cellule thermométrique à flux constant" par opposition aux cellules thermométriques utilisées dans une enceinte adiabatique, dans laquelle le flux thermique à travers la cellule est seulement temporaire. Conformément à l'objet de l'invention, chacune des chambres 11, 12 est remplie, au moins partiellement,par un élément ou composé chimique à À température de fusion/solidification déterminée. Les éléments ou composés chimiques notés respectivement 110 et 120 au dessin ont des températures de fusion/solidification différentes. Ainsi qu'il apparat en outre au dessin, les chambres 11, 12 et le puits 13 admettent pour axe de symétrie longitudinale un même axe de symétrie de révolution noté D. En outre, de manière avantageuse non limitative, les chambres 11 et 12 entourent le puits central 13, l'une des chambres 11 entourant l'autre chambre 12. Le mode de réalisation tel que représenté au dessin totalement de révolution par rapport à l'axe D, présente l'avantage de provoquer autour du puits central 13 un gradient de température faible, sensiblement constant pour toute direction e autour de l'axe D. Les parois de la cellule 1 constituant les chambres 11 et 12 et le puits central 13 sont constituées par des cylindres creux fermés à l'une de leur extrémité, l'ouverture des cylindres délimitant par leur paroi 111, 112, 113 les chambres 11 et 12 étant obturée au moyen d'une capsule d'obturation 14 laissant ouvert le puits central 13. Les chambres 11 et 12 étant remplies au moins partiellement par l'élément ou composé chimique déjà cité, la partie de celle-ci vide de l'élément ou composé chimique, est remplie d'un gaz inerte tel que par exemple del'argon sous une pression de 1 atmosphère. De préférence, les parois de la cellule 1 délimitant les chambres et le puits central, sont constituées en un matériau de faible conductibilité thermique, afin de permettre,le flux thermique permanent étant établi, l'obtention de paliers de températures de durée déterminée à la température de fusion/solidification de chacun des éléments ou composés chimiques contenus dans la cellule. De manière préférentielle mais non limitative, les parois de la cellule 1 et la capsule d'obturation 14 peuvent être constituées en un matériau plastique tel que le polytétrafluoréthylène. Ce matériau, présente l'avantage d'une inertie chimique très importante à la plupart des éléments ou composés chimiques introduits dans la cellule 1, ainsi que des propriétés mécaniques d'élasticité suffisante permettant à celui-ci d'absorber les différentes dilatations et/ou contractions des composés ou éléments chimiques contenus dans la cellule au cours de l'utilisation de celle-ci pour réaliser des étalonnages. Une cellule d'étalonnage thermométrique conforme à l'invention étant réalisée, telle que décrit précédemment, l'utilisation de celle-ci est la suivante la cellule est placée dans une enceinte thermorégulée, du type four ou réfrigérateur, à une température voisine, inférieure ou supérieure selon que l'on désire la solidification ou la fusion d'un des éléments ou composés chimiques contenus dans la cellule de la température de changement d'état physique d'un des éléments ou composés chimiques précités. Bien entendu, un thermomètre a été introduit dans le puits central 13, le contact thermique intime au fond du puits 13 entre les parois de la cellule et le thermomètre étant assuré par une petite quantité d'huile au silicone à haute température. Sous l'effet du flux thermique provenant exclusivement et en permanence de l'enceinte thermorégulée, il se forme en périphérie externe, à une température parfaitement définie qui est la température de changement d'état physique de l'élément ou composé chimique considéré, une interface solideliquide correspondant aux phases solides-liquides de changement d'état physique. Le flux thermique permanent étant localisé au niveau de la seule paroi la plus externe d'une des chambres 11 ou 12, la température de la paroi la plus interne de la chambre considérée étant sensiblement constante, la partie immergée du thermomètre à étalonner contenant l'élément sensible se trouve donc dans une enceinte isotherme dont. la température est celle de la phase de changement d'état physique de l'élément, composé ou mélange chimique considéré. Le principe mis en oeuvre par la cellule d'étalonnage thermométrique objet de l'invention ne dépend pas de la valeur du flux thermique parvenant à la cellule et la mesure réalisée en vue d'effectuer l'étalonnage est très largement indépendante des conditions de température ambiante. Conformément à un objet de la présente invention, et ce de manière particulièrement avantageuse, la température de fusion/solidification d'au moins un des éléments, composés ou mélanges chimiques contenus dans la cellule est comprise dans une plage de températures comprise entre 0 et 1000C correspondant à la plage de températures dite de référence d'utilisation. De manière avantageuse, le ou les éléments dont la température de fusion/solidification est comprise dans la plage de référence précitée, sont choisis parmi les éléments des groupes IA et/ou IIIA de la classification périodique des éléments, lorsque des éléments chimiques sont utilisés. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de la cellule d'étalonnage thermométrique objet de l'invention, l'un des éléments chimiques précités est constitué par du gallium Ga. L'utilisation du gallium apparaît particulièrement avantageuse dans la mesure où le remplissage de l'une des chambres avec du gallium présentant un état de pureté de l'ordre de 99,9999 % normalement disponible dans le commerce, permet d'obtenir une incertitude sur la valeur de la température de référence, ou point fixe correspondant à la température de fusion du gallium, de - 0,001 C, ce qui est largement compatible avec les besoins en étalonnage des thermomètres de précision, la température de fusion/solidification du gallium précitée étant donc de + 29,7700C i 0,0010C. Selon une autre caractéristique, la cellule d'étalonnage thermométrique objet de l'invention, la température de fusion/solidification de certains autres éléments, composés ou mélanges chimiques contenus dans la cellule peut être de préférence située à l'extérieur de la plage de températures dite de référence. Le ou les éléments chimiques dont la température de fusion/solidification est située à l'extérieur de la plage de températures de référence, sont choisis parmi les éléments du groupe IIIA, VIA, VIIA de la classification périodique des éléments, Table Sargent & Co, Copyright 1962. Selon un mode de réalisation avantageux non limitatif de la cellule d'étalonnage thermométrique, objet de l'invention, l'élément chimique dont la température de fusion/solidifcation est située à l'extérieur de la plage de températures de référence, peut être constitué par de l'indium, In. Le remplissage d'une chambre de la cellule avec de l'indium présentant un état de pureté de Tordre de 99,9999 %, permet également d'obtenir une incertitude de + 0,0010C sur la température de fusion/solidification de l'indium égale à+ 156,6340C et donc sur la valeur de la température de référence correspondante ou point fixe. De préférence, l'élément ou composé chimique dont le coefficient de dilatation thermique est le plus elevé, est placé dans la chambre la plus extérieure. Ainsi, dans le cas de la réalisation d'une cellule d'étalonnage thermométrique à deux points fixes à indium, gallium, le gallium est de préférence contenu dans la chambre il la plus extérieure et l'indium dans la chambre 12 située à proximité du puits 13. Une cellule d'étalonnage thermométrique à deux points fixes indium, gallium, a été réalisée, dans laquelle des paliers de température à la température de fusion/solidification de l'indium et du gallium, soit respectivement +156,6340C et + 29,7700C, ont pu être obtenus avec une durée respective de trois heures et 11 heures. La mise en oeuvre d'une telle cellule permet donc l'étalonnage successif ou le contr6le de plusieurs thermomètres pendant un seul des paliers, le temps de stabilisation thermique d'un thermomètre dans la cellule étant sensiblement inférieur à 15 mn. On a ainsi décrit une cellule d'étalonnage thermométrique selon un mode de réalisation préférentiel non limitatif, la cellule thermométrique objet de l'invention, pouvant bien entendu comporter un nombre de chambres supérieur à deux, chacune contenant un élément ou composé chimique à température de fusion/solidification différente, sans sortir du cadre de la présente invention. En outre, différents composés chimiques tels que ceux recommandés par les dispositions de l'EIPT-68 déjà citées,en raison de la stabilité de la valeur de leur température de changement d'état physique, peuvent être utilisés conformément à l'invention. Bien entendu, par composés chimiques ont peut également comprendre les mélanges eutectiques à point de fusion/solidification déterminé en vue d'applications spécifiques demandant un étalonnage correspondant sensiblement à la plage de référence d'utilisation. REVENDICATIONS 1. Cellule d'étalonnage thermométrique, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux chambres closes séparées reliées thermiquement, les chambres étant adaptées à former une enceinte isotherme par échange à flux thermique permanent autour d'un puits central de faible ouverture, chacune des chambres étant remplie, au moins partiellement, par un élément, composé ou mélange chimique à température de fusion/solidification déterminée, les éléments, composés ou mélanges chimiques ayant des températures fusion/solidification différentes. 2. Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que les chambres et le puits admettent pour axe de symétrie longitudinale un même axe de symétrie de révolution. 3. Cellule selon la revendication 2, caracté risée en ce que lesdites chambres entourent le puits central, l'une des chambre entourant l'autre chambre. 4. Cellule selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les parois de la cellule délimitant les chambres et le puits central sont constituées en un matériau plastique tel que le polytétrafluoréthylène. 5. Cellule selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la température de fusion/solidification d'au moins un des éléments, composés ou mélanges chimiques est comprise dans une plage de température dite de référence d'utilisation, comprise entre 0 et 1O00C. 6. Cellule selon la revendication 5, caractérisée en ce que le ou lesdits éléments sont choisis parmi les éléments des groupes IA, IIIA de la classification périodique des éléments. 7. Cellule selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'un des éléments chimiques est constitué par du gallium Ga. -8. Cellule selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la température de fusion/solidification de certains autres éléments, composés ou mélanges chimiques est située à l'extérieur de la plage de température dite de référence. 9. Cellule selon la revendication 8, caractérisée en ce que le ou lesdits éléments chimiques sont choisis parmi les éléments du groupe IIIA, VIA, VIIA de la classification périodique des éléments. 10. Cellule selon la revendication 9, caractérisée en ce que ledit élément chimique est constitué par de l'indium In. 11. Utilisation d'une cellule d'étalonnage thermométrique selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que ladite cellule est placée dans une enceinte thermorégulée de façon à soumettre ladite cellule à un flux thermique permanent permettant d'amener l'un des éléments, composés ou mélanges chimiques contenus dans la cellule en deçà et/ou au-delà de la température de fusion/solidification de ce dernier. 12. Utilisation selon la revendication 11, caractérisée en ce que la cellule est placée dans un four et/ou un réfrigérateur.