Source de force électromotrice étalon thermoélectrique. La présente invention concerne une source de force électromotrice étalon thermoélectrique convenant particulièrement bien à des réalisa tions industrielles robustes et d'un prix de revient peu élevé.
La mesure précise des forces électro motrices continues de faible valeur - qu'elles soient dérivées d'iuie grandeur électrique ou traduisant. tout autre phénomène physique se fait généralement par une méthode d'oppo- sition nécessitant une source de force électro motrice étalon.
Cette méthode est notamment utilisée pour mesurer et enregistrer, par potentiomètre asservi, les températures au moyen d'un thermocouple, les pH avec une pile de concen tration, etc., l'étalon de force électromotrice étant.
presque toujours un élément Weston. Malgré la perfection atteinte dans leur eons- truction, ces piles ne fonctionnent qu'entre des limites de température étroites, elles ne peuvent débiter que des courants excessive ment faibles, elles sont relativement fragiles et se prêtent mal aux emplois dans lesquels elles peuvent être soumises à de fortes accélé rations.
Dans les mesures de températures précises, on utilise souvent deux couples dont l'un est en contact avec le milieu à mesurer, tandis que l'autre est maintenu à température cons tante par immersion dans un liquide à l'ébul lition, dans la vapeur qui s'en échappe, à pression déterminée, ou encore dans un liquide en présence du solide dont il est issu par fusion. Le deuxième couple joue le rôle de source de force électromotrice étalon. Cette méthode ne se prête guère qu'aux mesures de laboratoire; elle est inutilisable dans un appa reil portatif et exige une surveillance conti nuelle.
La présente invention permet de réaliser des sources de force électromotrice étalon uti lisables dans des conditions de température qui interdisaient jusqu'alors l'emploi des sources connues, susceptibles d'être fabriquées sous une forme industrielle.
L'objet de l'invention est une source de force électromotrice étalon thermo-électrique, caractérisée par un régulateur de tempéra- ture comportant un organe sensible à la tem pérature commandant, en fonction de la.
tem pérature du milieu qui l'entoure, le passage du courant dans un système de chauffage élec trique, ainsi que par un générateur thermo électrique noyé dans un milieu possédant une inertie thermique supérieure à celle dudit organe sensible du régulateur de température, et se trouvant dans une enveloppe extérieure conductrice<B>d</B>e chaleur, de faon à assurer un échange de chaleur entre le milieu dans lequel est noyé ledit, générateur et le milieu entourant l'organe sensible à la. température.
On va exposer maintenant les considéra tions essentielles sur lesquelles est basée l'in vention, en référence à la fig. 1, montrant très schématiquement un mode de réalisation possible de l'objet de l'invention. On voit à la. fig. 1 un régulateur de température sché matisé par le rectangle 1 et comportant un organe 2 sensible à la température du milieu qui l'entoure. L'organe sensible 2 actionne un relais 3 dont les contacts sont branchés dans le circuit d'alimentation 5 alimentant. en cou rant électrique un système de chauffage élec trique schématisé par les spires 4.
Au régulateur de température 1 est accollée une enceinte conductrice de chaleur 6 conte nant un milieu 8 dans lequel est noyé une autre enceinte conductrice de chaleur 9 de dimensions sensiblement plus faibles, renfer mant un générateur thermoélectrique 7, tel qu'un thermocouple ou autre, relié aux bornes 10.
Suivant une caractéristique de l'invention, l'inertie thermique du milieu 8 est supérieure à celle du régulateur de température 1. On sait. que l'inertie thermique d'un système est déterminée par le quotient de sa masse calo rifique par son coefficient de transmission calorifique. L'inertie thermique d'un système peut donc être influencée soit en agissant sur sa masse calorifique, soit en agissant sur son coefficient de transmission, soit en agissant sur ces deux facteurs.
Pour réaliser un système ayant une inertie thermique importante, on peut utiliser soit un milieu hétérogène, soit un milieu homo gène. Un tel milieu hétérogène peut être cons titué par des éléments ayant une grande masse calorifique et étant bons conducteurs de cha leur, tels que des éléments métalliques, les dits éléments étant séparés entre eux par des éléments mauvais conducteurs de chaleur, tels que le vide, le papier,. le coton. Suivant ce principe, un tel système à inertie thermique importante peut, par exemple, être constitué par un clinquant de cuivre enroulé, dans des couches superposées, avec interposition d'une bande de papier.
D'autre part, on peut constituer un tel système à l'aide d'un milieu homogène ayant une grande masse calorifique et une mauvaise conductibilité de chaleur, tel que le brai. L'ensemble schématisé à la. fig. 1 fonc tionne comme suit En supposant d'abord les contacts du relais 3 fermé, le système de chauffage 4 est alimenté en courant et fait monter la. tempé rature du milieu entourant l'organe sensible 2. Lorsque cette élévation de température a atteint une valeur déterminée, l'organe sensi ble 2 actionne le relais 3, de sorte que celui-ci coupe le courant dans le système de chauf fage 4.
Par conséquent, la température du milieu entourant. l'organe sensible 2 baisse, et ceci jusqu'à une limite inférieure à laquelle l'organe sensible 2 réenclenehe le relais 3, et ainsi le courant, dans le système de chauf fage 4, ce qui provoque une nouvelle éléva tion de température et une nouvelle interrup tion de courant, et ainsi de suite.
La température du milieu entourant l'or gane sensible 2 oseille donc autour d'une va leur moyenne. La température du milieu 8 renfermée dans l'enceinte 6 et. se trouvant, par l'intermédiaire de celle-ci, en contact thermique avec le régulateur de tempéra ture 1, oscille autour de la même valeur moyenne de la température, de même que la température à L'intérieur de l'enceinte 9 à laquelle est, exposée le générateur thermoélec trique 7.
Toutefois, étant donné que, suivant une caractéristique de l'invention, l'inertie thermique du milieu 8 est supérieure à celle du régulateur de température 1, les écarts maximum et minimum de la température moyenne sont plus . faibles, à l'endroit où se trouve le générateur thermoélectrique 7, que ceux auxquels est exposé l'organe sensi ble 2.
En donnant au milieu 8 une inertie thermique suffisante par rapport à celle du régulateur 1, on peut rendre les écarts de température à l'endroit du générateur thermo électrique 7 aussi faibles qu'on le désire, de sorte que ce générateur fournit aux bornes 10 une tension dont la constance peut être main tenue d'ans des limites aussi rapprochées qu'on le désire.
Si la source de force électromotrice étalon thermoélectrique, conforme à l'invention, doit être utilisée avec un thermocouple pour la mesure des températures, il suffit d'associer celui-ci avec celle-là., en série., dans un sens tel que les forces électromotrices s'opposent. Dans le cas où la force électromotrice doit être opposée directement, ou indirectement, par l'intermédiaire d'un potentiomètre, à celle d'un générateur d'une autre nature, une bat terie de piles par exemple, on pourra, pour éliminer les forces électromotrices parasites, faire constituer la source étalon par deux générateurs thermoélectriques, montés en opposition et fonctionnant à des températures différentes.
Pour mieux faire comprendre les caracté ristiques techniques .et. avantages de l'inven tion, on va. en décrire une application à la réalisation d'un étalon de force électromotrice convenant aux mesures physiologiques de tem pérature par thermocouple, étant entendu qu'il ne s'agit. que d'un exemple n'ayant. aucun caractère limitatif quant aux applications que l'on peut faire de l'invention.
En se reportant à la fig. 2, on voit en 11 un thermomètre à mercure à contact réglable, d'un type connu en soi, dans lequel une tige 12 porte une petite masse magnétique 13 et peut être déplacée dans un tube capillaire au moyen d'un aimant, non représenté. La tige 12 fait contact avec une spirale 14 reliée à un circuit extérieur 15. Une extrémité de la spirale 14 est soudée sur l'extrémité du con ducteur fixe 15 et l'autre extrémité sur la tige réglable 12. La spirale 14 est destinée à éta blir une liaison électrique entre l'élément. fixe 1..5 et l'élément mobile 12.
Le réservoir 11' du thermomètre est. en contact. avec une enceinte 6 conductrice de chaleur dont la dissipation calorifique est comparable à celle du réservoir du thermo mètre. Cette enceinte est remplie d'un milieu 8 dont. l'inertie thermique est sensiblement supé rieure à celle du thermomètre et qui peut. être constituée de la façon exposée en référence à la, fig. 1.
Dans ce milieu 8 est noyée une autre en ceinte 9 de petites dimensions contenant le g <B>Y</B> é nérateur thermo-électrique 7. L'enceinte <B>6</B> est. fermée à sa base au moyen d'un bouchon vissé, en une matière de même nature que celle constituant cette enceinte, bu présentant les mêmes caractéristiques thermiques.
Le thermomètre 2 et le corps creux 6 sont entourés par une résistance chauffante 4, qui peut être parcourue par un courant électrique provenant d'une source représentée ici par une batterie de piles 17. Un pôle de celle-ci est réuni à une extrémité de la résistance chauffante 4 et à un conducteur 16 faisant contact avec la colonne de mercure vers sa base.
L'ensemble du thermomètre et. du corps creux 6 est placé dans une enceinte isother- mique, représentée conventionnellement par le tracé en pointillé 18 et renfermant le milieu entourant l'organe sensible à la température.
Le fonctionnement de l'appareil représenté est le suivant: la tige réglable 12 est préalable ment amenée à la. position pour laquelle elle fait contact avec le mercure pour la tempéra ture désirée; le repérage de la position s'effec tue au moyen d'un microscope ou de tout autre appareil optique approprié.
Si la. température est telle que la colonne de mercure n'est pas encore entrée en contact avec la tige réglable, la batterie 17 alimente l'enroulement chauffant 4 à travers une résis tance auxiliaire 19. La température du thermo mètre croît et la colonne de mercure monte. Lorsque le contact entre le mercure et la tige 12 s'établit, le circuit électrique de chauffage se trouve, de ce fait même, shunté et ne fournit plus de chaleur. La température du thermomètre commence alors à décroître, par suite de diverses causes de perte de chaleur et lorsque le mercure, en descendant. dans la colonne, rompt le contact avec la tige 12, l'en roulement de chauffage est remis en circuit, et le cycle précédent se répète.
La température oscille donc entre deux valeurs, qui peuvent être très rapprochées; dans une réalisation soignée, on a pli ramener les oscillations de températures à quelques dixièmes de degré au plus.
Comme on l'a expliqué plus haut, le corps 6, ou plus précisément le milieu 8, atténue l'amplitude des oscillations de température, en raison de sa capacité thermique et de la résistance qu'elle oppose à la propagation de la chaleur. Il .suit de là que les oscillations de température du bulbe du thermomètre, déjà très petites, sont encore extrêmement atténuées au droit du couple 7.
La. température de celui- ci est égale à la moyenne des températures extrêmes d'oscillation du thermomètre, la force électromotrice engendrée par le couple est donc remarquablement constante. Le cou ple 7 est réuni aux bornes 10 qui servent à le connecter au circuit d'utilisation.
La fig. 3 représente un autre mode de réalisation de l'invention, dans 'lequel le bulbe du thermomètre 21 a la forme d'une cloche. à l'intérieur de laquelle se trouve une masse 8' ayant trie inertie thermique supérieure à celle du bulbe du thermomètre 21; on utilisera, par exemple, une matière isolante, telle qu'un brai. Le couple 7 ,est disposé à l'intérieur du corps 8'.
Ce mode de réalisation est. simplifié, par rapport. à celui de la fig. 2, par la suppression de l'enceinte 9 contenant le générateur thermo électrique 7, ledit générateur étant noyé direc tement dans la masse de brai 8', dans le mode de réalisation de la fig. 3, ainsi que par la suppression du corps 6 du mode de réalisation de la fig. 2. La paroi du bulbe de thermo mètre 21 remplit simultanément les deux fonctions de délimiter un récipient pour le mercure et de délimiter le logement contenant la masse de brai 8'.
La. fig. 2 représente un thermomètre com mandant directement le passage du courant dans l'enroulement chauffant. Mais il est bien évident que l'on peut, sans modifier en quoi que ce soit l'esprit de l'invention, utiliser un relais entre le contact thermométrique et. le circuit de chauffage; cette disposition s'impose d'ès que le courant atteint une certaine impor tance.