FR2526543A1

FR2526543A1 - Integrating viscosimeter of randomly varying temp. function - measures bubble displacement in calibrated tube filled with two immiscible fluids

Info

Publication number: FR2526543A1
Application number: FR8208199A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-05-06
Filing date: 1982-05-06
Publication date: 1983-11-10

Abstract

The appts., when submitted to a temperature varying randomly as a function of a time, integrates as a function of time over an arbitrarily chosen interval, a determined function of this temp. The appts. has a sealed calibrated tube of small diameter with a filament fixed at either end to the internal wall of the tube. The tube is filled partly by a liquid (A) capable of adhering to the internal wall of the tube and to the filament, and partly by another fluid (B) non-missible with (A), non-wetting and of different density. One of the two fluids (A) occupies the upper and lower parts of the tube, while the other (B) occupies an interval between these upper and lower parts. The characteristics of the fluids are chosen such that the vertical speed of the bubble in the interval under the effect of gravity varies as a function of temperature according to the determined function. The displacement of the bubble which represents the integrated value sought is read from a graduated scale. The fluid (B) may be a gas, or mercury. The liquid (A) ceases to have a Newtonian rheological behaviour below a determined temperature. It may be a polysiloxane oil.

Description

Divers problèmes pratiques de mesure se groupent dans la catégorie suivante, ou peuvent s'y ramener : une grandeur V est une fonction connue V(8) de la température e d'une enceinte ou d'un objet, et cette température varie dans le temps d'une façon indéterminée; le problème est de déterminer la valeur de Q t6)Jt entre deux instants t0 et t < que l'opé- rateur peut choisir à sa convenance , ou encore -ce qui revient au même -la valeur moyenne de V(e) durant cette période. Various practical problems of measurement are grouped in the following category, or may be reduced to it: a quantity V is a known function V (8) of the temperature e of an enclosure or of an object, and this temperature varies in the time indefinitely; the problem is to determine the value of Q t6) Jt between two instants t0 and t <which the operator can choose at his convenience, or - which amounts to the same - the average value of V (e) during this period.

Entre autres applications, citons la mesure de la quantité de chaleur émise par un radiateur de chauffage dont la température de surface est O . La fonction V a, dans ce cas la formulation

Among other applications, it is a measure of the amount of heat emitted by a heating radiator whose surface temperature is O. Function V has, in this case the formulation

<tb> <SEP> V) <SEP> " <SEP> (8 <SEP> - <SEP> o)m
<tb> i <SEP> V(e)= <SEP> e) <SEP>
<tb> <SEP> v(e) <SEP> O
<tb> pour e > pour e, <
les paramètres B,, e, et t ayant respectivement des valeurs voisines de 200C 400C et 1,30.. D'autres applications seront citées plus loin.<tb><SEP> V) <SEP>"<SEP> (8 <SEP> - <SEP> o) m
<tb> i <SEP> V (e) = <SEP> e) <SEP>
<tb><SEP> v (e) <SEP> O
<tb> for e> for e, <
the parameters B ,, e, and t respectively having values close to 200C 400C and 1.30. Other applications will be mentioned below.

Ces problèmes peuvent être résolus par des dispositifs électroniques; mais dans beaucoup de cas - et l'application citée plus haut en est un - ces dispositifs électroniques et leur installation sont trop onéreux et un appareil moins cher, même s-i ses indications représentent V(e) avec une exactitude moindre, serait préférable. These problems can be solved by electronic devices; but in many cases - and the application cited above is one - these electronic devices and their installation are too expensive and a cheaper device, even if its indications represent V (e) with less accuracy, would be preferable.

L'appareil suivant l'invention répond au besoin indiqué ci-dessus : il est autonome sans source d'énergie, simple et insensible à toute action extérieure, volontaire ou non, qui pourrait influer sur ses indications. Il est applicable à presque tous les cas où la fonction V satisfait à la condition d > e2 )0 dans la plage de températures d'utilisation prévue. The apparatus according to the invention meets the need indicated above: it is autonomous without energy source, simple and insensitive to any external action, voluntary or otherwise, which could affect its indications. It is applicable in almost all cases where the function V satisfies the condition d> e2) 0 within the intended use temperature range.

La description de l'appareil et de son principe de fonce tionnement, exposés ci-après, sont illustrés par la Planche annexée, sur laquelle
Fig.1 est une coupe verticale axiale de l'appareil à une échelle très dilatée par rapport au réel.The description of the apparatus and its principle of conditioning, set out below, is illustrated by the annexed Plate, on which
Fig.1 is an axial vertical section of the apparatus on a scale very dilated compared to the real.

Fig 2 est une coupe horizontale de l'appareil suivant le plan zz' de la Fig. 1 , très agrandie par rapport à Fig. 1 et limitée à la zone de contact entre le filament 6 et la paroi 2. FIG. 2 is a horizontal section of the apparatus along the plane zz 'of FIG. 1, greatly enlarged with respect to FIG. 1 and limited to the contact area between the filament 6 and the wall 2.

Un tube transparent 1, de faible diamètre intérieur, est installé verticalement au contact de l'émetteur de chaleur à la température # . . Il est fermé par deux bouchons étanches 2 et 10 dont l'un est élastique pour absorber les dilatations thermiques du contenu du tube I quand e varie; une échelle linéaire 8 lui est associée. A transparent tube 1, of small internal diameter, is installed vertically in contact with the heat emitter at temperature #. . It is closed by two sealed plugs 2 and 10, one of which is elastic to absorb the thermal expansion of the contents of the tube I when e varies; a linear scale 8 is associated with it.

Le tube renferme un liquide (A) réparti entre la partie supérieure 3 et la partie inférieure 4 du tube, séparées par un intervalle (a;b) occupé par un autre fluide (B). Enfin, sur toute la longueur du tube, un filament 6 fin et souple est placé tout près de la paroi, uniquement fixé par ses deux extrémités. The tube contains a liquid (A) distributed between the upper part 3 and the lower part 4 of the tube, separated by a gap (a; b) occupied by another fluid (B). Finally, over the entire length of the tube, a thin filament 6 and flexible is placed close to the wall, only fixed by its two ends.

La nature des substances (A) et (B) aisi que la constitution de surface du filament 6 et de la paroi 2 du tube repondent aux conditions suivantes
10 / te liquide (A) a un bon pouvoir mouillant pour la paroi 2 et pour le filament 6
20 / Le fluide (B) a une densité 8 différente de celle s du liquide (A) , ne lui est pas miscible , et son pouvoir mouillant pour la paroi 2 et pour le filament 6 sont faibles ou nuls : ce peut être, entre autres, un gaz ou du mercure.The nature of the substances (A) and (B) as well as the surface constitution of the filament 6 and the wall 2 of the tube correspond to the following conditions
10 / the liquid (A) has a good wetting power for the wall 2 and for the filament 6
20 / The fluid (B) has a density 8 different from that of the liquid (A), is immovable to it, and its wetting power for the wall 2 and for the filament 6 are weak or zero: it can be between other, a gas or mercury.

Le fonctionnement de l'appareil est le suivant:
Sur toute la longueur (a,b) de la paroi 2, une couche extrèmement mince du liquide mouillant (A) admire à la paroi et stinterpose entre cette paroi et le fluide (B) logé dans la bulle allongée 2. Comme 6 f sl , cette bulle est sollicitée à monter ou descendre selon le signe de - , mais son mouvement devrait être compensé par un échange de liquide (A) entre r et 4 , ce qui impliquerait, dans la mince couche superficielle entourant la bulle 6 une contrainte de cisaillement quasi-infinie,et la bulle 6 reste/immobile, ce qui est bien connu. il en serait de même si le filament 6 n'était pas au contact de la paroi mais cette éventualité ne se produit pas car le liquide (A) étant mouillant pour la parax et pour le filament, ce dernier est appliqué par la tension superficielle contre la paroi, au moins entre (a) et (b) , ce qui suffit. L'intervalle étant infiniment faible au voisinage de la ligne de tangence, le liquide (A) des tranches 5 et 4 y est aspiré par capillarité et constitue deux filets 2 et 2' qui assurent la jonction entre 5 et 4(Fig.2).Leur section transveEele, bien que faible, est suffisante pour que s'établisse un faible débit; lexpérirentation effectuée par l'inventeur montre que ce débit se stabilise, et la bulle 2 se déplace lentement à une vitesse d'autant plus faible que la viscosité du liquide (A) et le diamètre du tube I sont plus grands, le diamètre du filament 6 et jS-'j plus faibles.The operation of the device is as follows:
Throughout the entire length (a, b) of the wall 2, an extremely thin layer of the wetting liquid (A) admires the wall and interposes between this wall and the fluid (B) housed in the elongated bubble 2. As 6 f sl , this bubble is asked to go up or down according to the sign of -, but its movement should be compensated by a liquid exchange (A) between r and 4, which would imply, in the thin superficial layer surrounding the bubble 6 a constraint of almost infinite shear, and the bubble 6 remains / still, which is well known. it would be the same if the filament 6 was not in contact with the wall but this eventuality does not occur because the liquid (A) is wetting for the parax and for the filament, the latter is applied by the surface tension against the wall, at least between (a) and (b), which is enough. The interval being infinitely small in the vicinity of the line of tangency, the liquid (A) of the slices 5 and 4 is sucked by capillarity and constitutes two threads 2 and 2 'which provide the junction between 5 and 4 (Fig.2) Their transveEele section, although weak, is sufficient for a low flow rate; the experiment carried out by the inventor shows that this flow rate stabilizes, and the bubble 2 moves slowly at a speed that is lower as the viscosity of the liquid (A) and the diameter of the tube I are greater, the diameter of the filament 6 and lower.

Quand la température e s'élève, la vitesse de la bulle croit suivant une loi complexe où entrent en jeu la diminution de la viscosités et de la tension superficielle, le raccourcissement de la bulle 6 si elle est gazeuse, et même la différence entre les coefficients de dilatation des corps (A) et (B),si'(B) est un liquide tel que l soit faible, ce qui fait qu'il existe une température où la vitesse de la bulle s'inverse.Grâce à ce choix de paramètres, on peut disposer d'un large éventail de possibilités pour que la vitesse de la bulle représente de façon satisfaisante la fonction V(e)
Le déplacement de la bulle, repéré sur l'échelle 8 fournit donc une bonne valeur de 4 /v(e) dt
On pourrait aussi faire occuper l'espace 5 par le liquide (A) et les espaces j et 4 par l'autre fluide (B). When the temperature rises, the speed of the bubble grows according to a complex law involving the reduction of viscosity and surface tension, the shortening of the bubble 6 if it is gaseous, and even the difference between them. expansion coefficients of the bodies (A) and (B), if '(B) is a liquid such that l is low, so that there is a temperature where the speed of the bubble reverses. With this choice of parameters, there is a wide range of possibilities for the speed of the bubble to satisfactorily represent the function V (e)
The displacement of the bubble, located on the scale 8 thus provides a good value of 4 / v (e) dt
The space 5 could also be occupied by the liquid (A) and the spaces j and 4 by the other fluid (B).

Pour diverses applications, dont celle citée au début, on demande que Virez soit nul en dessous d'un certain seuil de température e on obtient ce résultat en utilisant un liquide (A) qui cesse, en dessous de cette température, d'avoir un comportement rhéologique newtonien, soit par solidification, soit par naissance d'un état plastique. For various applications, including the one mentioned at the beginning, it is requested that Vire be zero below a certain temperature threshold e this result is obtained by using a liquid (A) which ceases, below this temperature, to have a Newtonian rheological behavior, either by solidification or by birth of a plastic state.

La tension superficielle et la mouillabilité étant très sensibles à des traces d'impuretés superficielle, la propreté de la paroi et du filament doivent être assurées minutieusement au montage. The surface tension and the wettability being very sensitive to traces of surface impurities, the cleanliness of the wall and the filament must be ensured meticulously during assembly.

il est avantageux que la longueur du tube soit surabondante de sorte que, après un relevé périodique, l'opérateur n'ait qu'à inverser sa position. En vue du relevé suivant, on peut soit utiliser la même échelle, soit l'inverser, soit avoir deux échelles tête-bèche, la grauation étant fixe ou coulissante pour recaler le zéro. it is advantageous that the length of the tube is superabundant so that, after a periodic report, the operator has only to reverse its position. In view of the next survey, it is possible to use the same scale, to invert it, or to have two head-boom scales, the grading being fixed or sliding to reset the zero.

Pour beaucoup d'applications, l'emploi des huiles polysiloxanes est avantageux, en raison de la gamme très étendue ( de 1 à 107 environ) de viscosités disponibles dans le commerce, et de la faible variation de ces viscosités avec la température. For many applications, the use of polysiloxane oils is advantageous because of the very wide range (from 1 to about 107) of commercially available viscosities, and the low variation of these viscosities with temperature.

D'autres applications sont possibles : débit d'eau chaude, mesures électriques en utilisant l'effet Joule, etc.. Other applications are possible: hot water flow, electrical measurements using the Joule effect, etc.

Claims

CLAIMS 1 - Apparatus which, subjected to a random time-varying temperature, is intended to integrate, as a function of time, during an arbitrarily selected interval, a determined function of that temperature, this apparatus being characterized in that it is consisting of a sealed calibrated tube of small diameter 1, a filament 6 fixed to both ends of the tube in contact with its inner wall, said tube containing, on the one hand, a liquid (A) capable of adhering to the inner wall of the tube and the filament and, on the other hand, another fluid (B) immiscible with (A), non-wetting and of different density, one of the two fluids occupying the upper part 3 and the lower part 4 of the tube, the other occupying an interval 2 between 3 and 4, the characteristics of the various constituents being chosen so that the vertical speed of the segment 5 under the effect of gravity varies depending on the temperature according to the function determined , the apparatus being completed by a graduation 8 on which is read the displacement of segment 2, displacement which represents the integrated value sought.

2 - Apparatus according to claim 1, characterized in that the fluid (B) is a gas.

3 - Apparatus according to claim'n01, characterized in that the fluid (B) is mercury.

4 - Apparatus according to one of claims nO 1,2,3 characterized in that the liquid (A) ceases, below a predetermined temperature, to have a Newtonian rheological behavior 5 - Apparatus according to one of claims nO 1,2 , Characterized in that the liquid (A) is a polysiloxane oil.

6 - Apparatus according to one of claims nO 1,2,3,4,5 equipped with two graduated scales of inverted directions.

7 - Apparatus according to one of claims nO 1,2,3,4,5,6 characterized in that the support of the graduation can occupy

relative to the tube a position adjustable in height.