Brevet FR2616541A1 — publié le 19881216

La présente invention concerne un four à air chaud, notamment pour l'étalonnage de thermomètres à l'aide de cellules thermométriques. Elle s'applique en particulier à l'initialisation des cellules thermométriques du type dit "à point fixe" enrobées d'un matériau isolant, par exemple les cellules doubles gallium-indium revêtues de PTFE. En effet, dans de'telles cellules, l'épaisseur de PTFE augmente de façon importante la résistance thermique entre l'élément sensible du thermomètre et le point fixe. Or il est nécessaire, pour réaliser un étalonnage convenable du thermomètre, que la température de l'élément sensible et celle du point fixe soient pratiquement identiques entre elles et. égales à la température de l'ambiance thermostatée de référence. Pour maintenir cette condition, il convient de diminuer les flux thermiques de l'ambiance vers le point fixe et de l'ambiance vers l'élément sensible, respectivement. Ceci est réalisé, conformément à la présente invention, en utilisant une disposition annulaire concentrique, le fluide circulant successivement à contre-courant dans les deux cylindres concentriques. Plus précisément, selon l'invention, le four comprend - au moins deux éléments cylindriques coaxiaux, l'élément intérieur étant ouvert à ses deux extrémités et l'élément extérieur étant obturé par deux parois d'extrémité de manière à former une enceinte close, - des moyens supports d'une ou plusieurs cellules thermométriques étalon, propres à positionner celles-ci dans la région axiale de l'élément intérieur, - des moyens de chauffage,- thermostatés, disposés dans le volume compris entre les deux éléments intérieur et extérieur, - des moyens de circulation forcée d'air, établissant une circulation continue et permanente dans ladite enceinte close entre la région axiale de l'élément intérieur et le volume compris entre les deux éléments intérieur et extérieur. L'apport thermique essentiellement convectif de l'air permet ainsi de pallier le faible couplage thermique entre l'ambiance et les corps purs (gallium-indium) contenus aans la cellule, inconvénient inhérent à ce type de cellule thermométrique. Par ailleurs, les flux thermiques échangés par convection peuvent être contrôlés par ajustement de la puissance de fonctionnement des moyens de circulation forcée de l'air dans l'enceinte close Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention - les moyens de circulation forcée d'air comprennent une turbine centrifuge placée à l'une des extrémités de l'élément intérieur, coaxialement à celui-ci - il est prévu, dans au moins l'une des parois de fermeture de l'élément extérieur, au moins un orifice d'introduction d'air ambiant ; la section de cet (ces) orifice(s) est alors de préférence réglable, et il(s) est (sont) formé(s) dans la paroi d'extrémité adjacente à la turbine centrifuge - les moyens de chauffage sont des moyens propres à fournir une puissance de chauffe variable, et dans lequel il est prévu des moyens séquenceurs pour réduire la puissance de chauffe des moyens de chauffage lorsque la température intérieure du four approche la température de consigne d'étalonnage des cellules thermométriques ; - il est prévu, autour de la région axiale de l'élément intérieur, une région périphérique formant région de préchauffage des cellules thermométriques avant la mise en place de celles-ci dans la région axiale pour étalonnage - l'élément intérieur est un élément métallique dont la face extérieure, en regard des moyens de chauffage, est une face polie - la vitessee de la turbine centrifuge est variable. D'autres caractéristique-s et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une représentation schématique, en coupe, du four à air de l'invention, - la figure 2 montre la caractéristique température-temps dans la phase de mise en route du four. Sur la figure 1, la référence 10 désigne un cylindre métallique disposé à l'intérieur d'une enceinte 20, de plus grandes dimensions, coaxialement à la paroi latérale cylindrique 21 de celle-ci, les éléments cylindriques étant disposés avec leur axe sensiblement vertical. Le cylindre 10 possède, dans sa région centrale et axiale 11, un emplacement pour une ou plusieurs cellules d'étalonnage (non représentées), le volume périphérique 12 compris entre cette région centrale 11 et la paroi 10 pouvant être éventuellement utilisé comme puits de préchauffage des thermomètres avant leur étalonnage final. Enfin, les deux extrémités 13 et 14 de cet élément cylindrique 10 sont ouvertes pour permettre une circulation d'air à l'intérieur. En revanche, la paroi cylindrique extérieure 21 est fermée par des parois d'extrémité 22 et 23, la paroi supérieure 22 constituant un couvercle amovible pour permettre l'introduction des cellules à préchauffer puis à étalonner,et la paroi d'extrémité inférieure 23 étant par exemple constituée par le socle du dispositif. On définit de la sorte un espace périphérique 24, cylindrique et annulaire, entre les parois 10 et 21 ; cet espace annulaire 24 reçoit des moyens de chauffage 30, par exemple des résistances électriques qui vont permettre de chauffer l'air à cet endroit. De préférence, pour éviter les échanges directs (radiatifs) entre les résistances 30 et la région 11 où se trouvent les cellules, la face extérieure 15 de la paroi cylindrique intérieure 10 (c'est-à-dire la face en vis-à-vis des résistances chauffantes) est une face polie. I1 est enfin prévu des moyens de circulation forcée de l'air entre la région centrale 11 et la région périphérique 24 chauffée ; ces moyens sont constitués par exemple d'une turbine centrifuge 41 disposée au voisinage de la paroi 23, mise en mouvement par un arbre 42 entrainé par une poulie 43 elle-même mue par un moteur électrique 44 par l'intermédiaire d'une poulie 45 et d'une courroie de transmission 46. La turbine est disposée coaxialement avec les deux cylindres 10 et 20, de manière à aspirer l'air de la région centrale axiale 11, le refouler vers la région annulaire 24 où il se réchauffe au contact des résistances 30, puis le recycler vers la région 11 par l'ouverture 13. De la sorte, on obtient dans cette région une circulation continue d'air, avec un écoulement sensiblement laminaire, ce qui permet de fournir un apport thermique essentiellement convectif aux cellules thermométriques. Il est par ailleurs prévu dans la paroi 23 des orifices 25, de faible diamètre, de manière à permettre une légère aspiration d'air frais ambiant par la turbine et améliorer la régulation aux basses températures (inférieures à 500C) ou accélérer le refroidissement du four après utilisation ; ces entrées d'air 25 sont obturables et de préférence réglables. Avantageusement, le dispositif de chauffage est constitué de deux résistances électriques indépendantes, alimentées séparément, de manière à atteindre la température de consigne Tc en deux étapes (figure 2) - on opère tout d'abord une montée rapide en température jusqu'à atteindre une température inférieure de 50C (par exemple) à la température de consigne - à ce moment (instant tl), on n'alimente plus qu'une seule des deux résistances, de manière à approcher plus lentement la température de consigne Tc. Un fois cette température atteinte (instant t2), la régulation thermostatique se met en route de manière à maintenir l'enceinte du four, et plus précisément la région centrale 11, à cette valeur Tc correspondant à la température de référence pour l'étalonnage des cellules. Par ailleurs, les flux thermiques échangés par convection entre l'air chauffé circulant et les cellules peuvent être contrôlés en agissant sur la vitesse de rotation de la turbine centrifuge. Enfin, l'ensemble du four peut être automatisé, en programmant la vitesse de rotation de la turbine centrifuge et la régulation en température des moyens de chauffage. REVENDICATIONS 1. Un four à air chaud, notamment pour l'étalonnage de thermomètres à l'aide de cellules thermométriques, caractérisé en ce qu'il comprend - au moins deux éléments cylindriques coaxiaux, l'élément intérieur (10) étant ouvert à ses deux extrémités (13,14) et l'élément extérieur (20) étant obturé par deux parois d'extrémité (22,23) de manière à former une enceinte close, - des moyens supports d'une ou plusieurs cellules thermométriques étalon, propres à positionner celles-ci dans la région axiale (11) de l'élément intérieur, - des moyens de chauffage (30), thermostatés, disposés dans le volume (24) compris entre les deux éléments intérieur et extérieur, - des moyens (40) de circulation forcée d'air, établissant une circulation continue et permanente dans ladite enceinte close entre la région axiale de l'élément intérieur et le volume compris entre les deux éléments intérieur et extérieur. 2. Un four selon la revendication 1, dans lequel les moyens de circulation forcée d'air comprennent une turbine centrifuge (41) placée à l'une des extrémités (14) de l'élément intérieur, coaxialement à celui-ci. 3. Un four selon la revendication 1, dans lequel il est prévu, dans au moins l'une (23) des parois de fermeture de l'élément extérieur, au moins un orifice (25) d'introduction d'air ambiant 4. Un four selon la revendication 3, dans lequel la section du ou desdits orifices est réglable. 5. Un four selon les revendications 2 et 3 prises en combinaison, dans lequel le ou lesdits orifices sont formés dans la paroi d'extrémité (23) adjacente à la turbine centrifuge. 6. Un four selon la revendication 1, dans lequel les moyens de chauffage sont des moyens propres à fournir une puissance de chauffe variable, et dans lequel il est prévu des moyens séquenceurs pour réduire la puissance de chauffe des moyens de chauffage lorsque la température intérieure du four approche la température de consigne d'étalonnage des cellules thermométriques. 7. Un four selon la revendication 1, dans lequel il est prévu, autour de la région axiale (11) de l'élément intérieur, une région périphérique (12) formant région de préchauffage des cellules thermométriques avant la mise en place de celles-ci dans la région axiale pour étalonnage. 8. Un four selon la revendication 1, dans lequel l'élément intérieur (10) est un élément métallique dont la face extérieure (15), en regard des moyens de chauffage, est une face polie. 9. Un four selon la revendication 2, dans lequel la vitesse de la turbine centrifuge est variable.