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Thermostat
Le fonctionnement des thermostats repose sur le fait que certaines substances réagissent aux changements de température de l'air ambiant par des variations de dilatation. Parmi ces substances on utilise le plus souvent l'alcool, les gaz, le mer- cure ou des métaux sous forme solide, ces derniers généralement sous forme d'alliages. Il est bien connu que la dilatation liné- aire des métaux solides présente de nombreux avantages sur les autres moyens sus-mentionnés, en particulier l'avantage suivant: un corps métallique solide n'a pas besoin d'un contenant coûteux, fragile ouisolant. En revanche, l'emploi de corps de dilatation métalliques solides présente l'inconvénient suivant : ces corps doivent avoir pour certains emplois une longueur par trop peu pratique pour provoquer l'actionnement du dispositif de commu= tation qu'ils doivent commander.
La présente invention a pour objet un thermostat dans lequel on utilise, pour commander un' dispositif de commutation, la dila- tation linéaire d'un corps de dilatation métallique de longueur considérable. Suivant l'invention, pour obtenir une forte diminu- tion de l'encombrement, le corps de dilatation métallique est guidé sur au moins un support qui est lui-même monté sur une matière présentant un coefficient de dilatation extrêmement réduit ou composé lui-même d'une telle matière.
On peut utiliser comme support ou bien un système de leviers,
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ou bien un cylindre composé d'une matière à coefficient de dila- tation très bas, autour duquel on enroule un corps métallique, par exemple un fil de laiton, que l'on fait passer sur des galets pour diminuer les frottements.
Le dessin ci-annexé représente schématiquement, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La Fig.l est une vue en perspective de la première forme d'exécution.
Les Fig. 2 à 5 sont des illustrations schématiques d'autres formes d'exécution.
Dans l'exemple d'exécution de la fig.l, le mécanisme se trouve entre deux plaques 1, dont l'une est seulement visible en 1.
Les Plaques 1 maintiennent à une certaine distance l'un de l'autre les tiges 3 et 4. Chacune de ces tiges présente une arête longi- tudinale 5 sur laquelle des leviers 6 peuvent exécuter par leurs encoches de petits mouvements de rotation, travaillant ainsi avec un frottement minime, comme le fléau d'une balance. Les plaques 1 sont faites d'une matière ayant un coefficient de dilatation ex- trêmement faible.
Les leviers 6 sont munis de rainures périphériques 7 dans lesquelles passe un fil métallique partant du point fixe 8, et s'enroulant autour des leviers pour aboutir finalement à un ressort9 qui est attaché au point fixe 10 et maintient tout le fil sous tension. Le parcours du fil métallique est donc le suivant : point fixe 8 il passe de haut en bas sur le premier levier de gauche, de là il se dirige vers le bas du premier levier de droite qu'il parcourt de bas en haut, puis passe au second levier de gauche qu'il parcourt de haut en bas, et ainsi de suite, toujours dans le même sens jusqu'au ressort 9 .
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Pour simplifier, la fig.l représente un mécanisme comprenant trois leviers 6 du côté gauche et deux leviers du côté droit. Rien ne s'oppose à ce que dans la pratique au lieu de trois et deux leviers on en utilise un nombre quelconque, par ..exemple dix et neuf leviers ou même davantage. Avec une distance donnée, par exemple, de dix centimètres environ entre les groupes de leviers gauche et droite, et avec dix et neuf leviers dans chacun des groupes on peut obtenir facilement une longueur de fil métallique de deux mètres.
A l'extrémité du fil qui après les divers enroulements par- vient au ressort 9 est fixé un bouton 11 qui s'appuie contre un des bras d'un levier coudé 12. Les variations de longueur du fil provoquées par les écarts de température provoquent un déplace- ment tout à fait régulier du bouton 11 élastiquement retenu par le ressort 9, déplacement qui s'effectue vers la gauche ou vers la droite suivant le sens des variations de température. Les déplacements du bouton 11 sont transmis amplifiés par l'extrémité 13 du levier coudé 12 à un appareil de commutation approprié relié mécaniquement à ce levier.
Rien ne s'oppose à ce qu'on utilise l'axe de pivotement du levier 12 pour y fixer une roue dentée en relation d'engrenage avec une ou plusieurs autres roues dentés ce qui-donne lieu à de nombreuses possibilités quant à la nature du mouvement de commutation. L'appareil de commutation n'a pas besoin d'être décrit ici plus spécialement, car on peut utiliser avec le thermostat suivant l'invention de très nombreux types d'appareils de commutation ou de déclenchement connus.
Dans les thermostats suivant l'invention, les variations de température agissent directement sur une surface extrêmement dé- veloppée du corps de dilatation, contrairement à ce qui se produit avec les thermostats connus jusqu'à présent: dans ceux-ci en effet la surface sensible de l'élément thermostatique est limitée,lors-
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qu'il s'agit d'alcool, d'un gaz ou de mercure par la nécessité d'enfermer ces corps dans un récipient approprie, et lorsqu'il s'agit d'un corps métallique solide, par des considérations d'encombrement;
la surface sensible est donc nécessairement beau- coup plus petite que dans les thermostats suivant l'invention.Le dernier possède par conséquent une sensibilité extraordinairement grande, grâce à laquelle il réagit aux variations de température avec une rapidité et une précision qui dépassent de loin celles des thermostats connus jusqu'à ce jour.
Le thermostat suivant l'invention réunit en outre les avan- tages suivants qui n'existent qu'en partie ou même pas du tout dans les thermostats connus jusqu'à présent.
L'instrument travaille sans changements dans n'importe quelle position. On peut le rendre absolument insensible aux chocs sans modifier en quoi que ce soit sa sensibilité. Il peut servir à mesurer des températures très élevées ou très basses,car son pouvoir de mesure peut supporter des écarts de température de 100 C et même davantage.
Dans la forme d'exécution de la fig.2, on n'utilise plus du fil métallique mais de minces lamelles métalliques 16 articulées les unes aux autres. A la place des lamelles métalliques on peut aussi utiliser des barres métalliques disposées de la même façon.
Dans la fig. 3 on a représenté des leviers basculants 6 dont les points de pivotement ne se trouvent pas au milieu,mais sont disposés de façon à déterminer des bras de levier de longueur in- égales. Dans cette construction, un déplacement agissant à l'ex- trémité du plus cpurt bras de levier provoque à l'extrémité 17 du plus long bras un déplacement proportionellement plus grand. Le levier 6 opposé, pivotant autour d'un point situé au-dessous de son milieu agit de même façon, de sorte qu'à l'extrémité 18 du
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plus long bras de ce levier le déplacement original a subi une nouvelle amplification, et ainsi de suite. Un pourrait de cette façon supprimer le levier coudé 12 de la fig.l et utiliser le dernier levier basculant pour actionner directement le dispositif de commutation.
L'exemple de la fig. 4 utilise le même principe avec des leviers coudés 19 pivotés au somment de leur coude. Cette forme d'exécution permet de réaliser un nouveau gain de place par rapport aux exemples des figures 1 à 3. Dans ces premiers exemples le coefficient de dilatation ne peut être utilisé que sur les par- cours horizontaux du corps de dilatation, car dans les parties verticales du parcours, le coefficient de dilatation de ce corps est compensé par celui du levier-support. Au contraire, dans l'exemple de la fig.4 on utilise le coefficient de dilatation du corps de dilatation aussi bien dans les parties verticales que dans les parties horizontales du parcours. On peut donc suivant la fig. 4 construire de façon simple et peu coûteuse un instrument très peu encombrant et doté de très bonnes qualités mécaniques.
On ne sortira pas du cadre de l'invention tel qu'il est défini par les exemples représentés dans les fig.l à 4 en exécutant les deux plaques 1 en une matière quelconque, par exemple en tôle, mais en introduisant par contre dans l'appareil une ou plusieurs baguettes en matière présentant un coefficient de dilatation extrêmement réduit et ayant pour fonction de maintenir à distance voulue les tiges qui portent les leviers opposés selon les figures 1 à 3 comme le font dans les exemples sus-mentionnés les plaques 1 exécutées en matière présentant un coefficient de dilatation ex- trêmement réduit.
Dans l'exemple de la fig.5, on utilise un cylindre 20.Sur ce cylindre sont disposés de petits galets 21. Ces galets sont munis de rainures périphériques. Dans les rainures passe un fil @
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métallique qui s'enroule autour du cylindre, commde dans le premier exemple depuis le point fixe 8 jusqu'au ressort 9 qui est attaché au point fixe 10. Les galets se déplacent sur le cylindre presque sans frottement, de sorte que la dilatation longitudinale du fil métallique provoquée par une variation de température ne rencontre pratiquement aucune résistance. Dans la fig. 5 on n'a représenté pour simplifier que les galets nécessaires pour une seule spire de fil.
Dans la pratique rien ne s'oppose à ce qu'on équipe le cylindre de façon à utiliser un nombre quelconque de spires de fil calculé suivant les besoins spé- cifiques de l'application de l'appareil. Le cylindre est fait en matière ayant un coefficient de dilatation extrêmement réduit.
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Thermostat
The function of thermostats is based on the fact that certain substances react to changes in the temperature of the ambient air by variations in expansion. Among these substances alcohol, gases, mercury or metals in solid form are most often used, the latter generally in the form of alloys. It is well known that the linear expansion of solid metals has many advantages over the other means mentioned above, in particular the following advantage: a solid metallic body does not need an expensive, fragile or insulating container. On the other hand, the use of solid metal expansion bodies has the following drawback: for certain uses, these bodies must have a length which is too impractical to cause the actuation of the switching device that they must control.
The present invention relates to a thermostat in which the linear expansion of a metal expansion body of considerable length is used to control a switching device. According to the invention, in order to obtain a strong reduction in the bulk, the metal expansion body is guided on at least one support which is itself mounted on a material having an extremely low expansion coefficient or composed itself. of such material.
You can use as a support or a system of levers,
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or else a cylinder composed of a material with a very low coefficient of expansion, around which a metallic body is wound, for example a brass wire, which is passed over rollers to reduce friction.
The accompanying drawing shows schematically, by way of non-limiting examples, several embodiments of the subject of the invention.
Fig.l is a perspective view of the first embodiment.
Figs. 2 to 5 are schematic illustrations of other embodiments.
In the exemplary embodiment of fig.l, the mechanism is located between two plates 1, one of which is only visible at 1.
The plates 1 keep the rods 3 and 4 at a certain distance from each other. Each of these rods has a longitudinal ridge 5 on which the levers 6 can execute small rotational movements by their notches, thus working. with minimal friction, like the flail of a scale. The plates 1 are made of a material having an extremely low coefficient of expansion.
The levers 6 are provided with peripheral grooves 7 in which passes a metal wire starting from the fixed point 8, and winding around the levers to finally end in a spring 9 which is attached to the fixed point 10 and keeps all the wire under tension. The path of the metal wire is therefore the following: fixed point 8 it passes from top to bottom on the first lever on the left, from there it goes down the first lever on the right that it runs from bottom to top, then passes to the second lever on the left that it runs from top to bottom, and so on, always in the same direction until spring 9.
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To simplify, fig.l shows a mechanism comprising three levers 6 on the left side and two levers on the right side. There is nothing to prevent in practice instead of three and two levers any number of them being used, for example ten and nine levers or even more. With a given distance, for example, of about ten centimeters between the groups of left and right levers, and with ten and nine levers in each of the groups one can easily obtain a length of wire of two meters.
At the end of the wire which after the various windings reaches the spring 9 is fixed a button 11 which rests against one of the arms of an angled lever 12. The variations in length of the wire caused by the temperature differences cause a completely regular movement of the button 11 elastically retained by the spring 9, movement which takes place to the left or to the right depending on the direction of the temperature variations. The movements of the button 11 are transmitted amplified by the end 13 of the angled lever 12 to a suitable switching device mechanically connected to this lever.
There is nothing to prevent us from using the pivot axis of the lever 12 to fix a toothed wheel therein in a gear relationship with one or more other toothed wheels, which gives rise to numerous possibilities as to the nature of the switching movement. The switching device does not need to be described more specifically here, since very many types of known switching or triggering devices can be used with the thermostat according to the invention.
In the thermostats according to the invention, the temperature variations act directly on an extremely developed surface of the expansion body, unlike what occurs with the thermostats known hitherto: in these, in fact, the sensitive surface of the thermostatic element is limited, when
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whether it is alcohol, a gas or mercury by the need to enclose these bodies in an appropriate container, and when it is a solid metallic body, by considerations of bulk ;
the sensitive surface is therefore necessarily much smaller than in the thermostats according to the invention. The latter consequently has an extraordinarily high sensitivity, thanks to which it reacts to variations in temperature with a speed and precision which far exceed those thermostats known to date.
The thermostat according to the invention also combines the following advantages which exist only in part or even not at all in the thermostats known hitherto.
The instrument works without changes in any position. It can be made absolutely insensitive to shocks without modifying its sensitivity in any way. It can be used to measure very high or very low temperatures, because its measuring power can withstand temperature variations of 100 C and even more.
In the embodiment of fig.2, one no longer uses the metal wire but thin metal strips 16 articulated to each other. Instead of metal strips, it is also possible to use metal bars arranged in the same way.
In fig. 3 shows tilting levers 6, the pivot points of which are not in the middle, but are arranged so as to determine lever arms of unequal length. In this construction, a displacement acting at the end of the longer lever arm causes a proportionally greater displacement at the end 17 of the longer arm. The opposite lever 6, pivoting around a point below its middle, acts in the same way, so that at the end 18 of the
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longer arm of this lever the original displacement has undergone a new amplification, and so on. One could in this way omit the angled lever 12 of fig.l and use the last rocking lever to directly actuate the switching device.
The example of fig. 4 uses the same principle with angled levers 19 pivoted at the top of their elbow. This embodiment makes it possible to achieve a new saving in space compared to the examples of FIGS. 1 to 3. In these first examples, the expansion coefficient can only be used on the horizontal paths of the expansion body, because in the vertical parts of the path, the coefficient of expansion of this body is compensated by that of the support lever. On the contrary, in the example of fig.4, the coefficient of expansion of the expansion body is used both in the vertical parts and in the horizontal parts of the course. It is therefore possible, according to FIG. 4 construct in a simple and inexpensive way an instrument which takes up very little space and has very good mechanical qualities.
We will not depart from the scope of the invention as defined by the examples shown in Fig.l to 4 by performing the two plates 1 in any material, for example sheet metal, but by introducing against in the 'apparatus one or more rods in material having an extremely reduced coefficient of expansion and having the function of maintaining at a desired distance the rods which carry the opposed levers according to Figures 1 to 3 as do in the above-mentioned examples the plates 1 executed made of material with an extremely low coefficient of expansion.
In the example of fig.5, a cylinder 20 is used. On this cylinder are arranged small rollers 21. These rollers are provided with peripheral grooves. In the grooves passes a thread @
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which wraps around the cylinder, in the first example as from the fixed point 8 to the spring 9 which is attached to the fixed point 10. The rollers move on the cylinder almost without friction, so that the longitudinal expansion of the metal wire caused by a change in temperature meets virtually no resistance. In fig. 5 only the rollers required for a single turn of wire have been shown for simplicity.
In practice, there is nothing to prevent the cylinder from being fitted so as to use any number of turns of wire calculated according to the specific needs of the application of the apparatus. The cylinder is made of material having an extremely low coefficient of expansion.