FR2551208A1

FR2551208A1 - THERMOELECTRIC TORQUE

Info

Publication number: FR2551208A1
Application number: FR8412426A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-08-24
Filing date: 1984-08-06
Publication date: 1985-03-01
Also published as: FR2551208B1; IT8404855A0; GB2147737B; GB8420511D0; DE3330491C2; GB2147737A; IT1180283B; IT8404855A1; CH666355A5; DE3330491A1; NL8402450A

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN COUPLE THERMOELECTRIQUE, DANS LEQUEL LES EXTREMITES DES FILS 13A, 13B FORMANT LE COUPLE ET ENVELOPPES PAR UNE DOUILLE REFRACTAIRE 16 SONT FONDUES EN UN CORPS EN MISCHMETALL 13M. CE CORPS EST EMMANCHE DANS L'AXE D'UN EVIDEMENT CONCENTRIQUE 21 D'UNE PLAQUE CONDUCTRICE DE CHALEUR 17. LA FACE EXTERNE DE LA PLAQUE 17, QUI DEPASSE LA DOUILLE 16 COTE FRONTAL, EST AU CONTACT THERMIQUE D'UN BOITIER 18 METALLIQUE EGALEMENT CONDUCTEUR DE CHALEUR, QUI MAINTIENT AXIALEMENT LA DOUILLE 16 ET LA PLAQUE 17 PRECITEES. UNE TELLE STRUCTURE CREE LES CONDITIONS PREALABLES A UNE FABRICATION EN SERIE RATIONNELLE, AVEC UNE PRECISION DE MESURE ET UNE VITESSE DE REACTION PARALLELES ELEVEES.THE INVENTION RELATES TO A THERMOELECTRIC COUPLE, IN WHICH THE ENDS OF THE WIRES 13A, 13B FORMING THE TORQUE AND ENCLOSED BY A REFRACTORY SOCKET 16 ARE MELTED INTO A 13M MISCHMETALL BODY. THIS BODY IS MOUNTED IN THE AXIS OF A CONCENTRIC RECESS 21 OF A HEAT CONDUCTING PLATE 17. THE EXTERNAL FACE OF THE PLATE 17, WHICH EXCEEDS THE BUSH 16 FRONT SIDE, IS IN THERMAL CONTACT WITH A METAL BOX 18 ALSO HEAT CONDUCTOR, WHICH AXIALLY HOLD THE SLEEVE 16 AND THE PLATE 17 ABOVE. SUCH A STRUCTURE CREATES THE PRECONDITIONS FOR A RATIONAL SERIES MANUFACTURING, WITH MEASURING ACCURACY AND HIGH PARALLEL REACTION SPEED.

Description

Couple thermoélectrique.Thermoelectric torque.

La présente invention concerne un couple thermoélectrique composé de deux fils en matériaux différents, fer et Cons5 tantan par exemple, logés sans effort de traction dans une douille de protection, reliés à une première extrémité (joint chauffé) pour former le couple et enveloppés par une douille en matériau réfractaire dans la zone du joint chauffé au moins, d'un voltmètre raccordé à l'autre extrémité (soudu10 re froide) des fils, ainsi que d'une plaque conductrice de chaleur en métal qui s'appuie dans l'axe de la douille qu'elle dépasse côté frontal, dans laquelle les extrémités The present invention relates to a thermoelectric pair composed of two wires of different materials, iron and Cons5 tantan for example, housed without traction force in a protective sleeve, connected to a first end (heated joint) to form the couple and wrapped by a socket made of refractory material in the area of at least the heated joint, a voltmeter connected to the other end (cold solder) of the wires, and a metal heat conductive plate which bears in the axis of the socket that it exceeds the front side, in which the ends

des fils sont enrobées et dont la face frontale est au contact thermique d'un boîtier également conducteur en métal, 15 qui maintient axialement la douille et la plaque précitées. wires are coated and whose front face is in thermal contact with an equally conductive metal housing which axially holds the aforesaid bushing and plate.

Sur un thermocouple déjà connu du type précédemment décrit (Brevet US 2 517 033)les extrémités des fils mises à nu, décapées et enveloppées par la douille sont coulées dans un 20 flux brasage ou autre alliage métallique approprié et ainsi reliées électriquement Lorsque le flux ou l'alliage sont coulés, la douille recouverte à sa partie inférieure On an already known thermocouple of the type previously described (US Pat. No. 2,517,033) the ends of the wires exposed, stripped and enveloped by the socket are cast in a solder flux or other suitable metal alloy and thus electrically connected when the flux or the alloy are cast, the socket covered at its bottom

par une rondelle de mica sert en quelque sorte de moule. by a washer of mica serves as a kind of mold.

Le corps coulé en alliage métallique, à symétrie de révolu25 tion, présente à son extrémité inférieure une bride radiale Il sert donc dans le système de plaque conductrice de chaleur Le thermocouple obtenu présente ainsi une prêci- The metal alloy cast body, with a symmetry of revolution, has at its lower end a radial flange. It thus serves in the heat-conducting plate system. The thermocouple obtained thus has a precautionary character.

sion de mesure et une vitesse de réaction élevées L'opération de coulée requise fait toutefois obstacle à une fabrication en série rationnelle. Measuring range and high reaction rate The required casting operation, however, prevents rational series production.

La présente invention vise à perfectionner un couple thermoélectrique du type précédemment décrit de manière à ce qu'il réponde, en précision de mesure et vitesse de réaction, à toutes les exigences imposées par la pratique, The present invention aims at improving a thermoelectric torque of the type previously described so that it responds, in measurement accuracy and speed of reaction, to all the requirements imposed by the practice,

sans supplément notable de coût de fabrication. without significant additional cost of manufacture.

Selon une caractéristique essentielle de l'invention, un According to an essential characteristic of the invention, a

corps en Mischmetall formé par fusion des fils est encastré, à l'emplacement du joint chauffé, dans l'axe d'un évidement concentrique de la plaque conductrice de chaleur. Mischmetall body formed by fusion of the wires is recessed, at the location of the heated joint, in the axis of a concentric recess of the heat conductive plate.

Pour augmenter encore la précision de mesure, il est possible d'isoler le joint chauffé de certains potentiels électriques perturbateurs, sans pour autant entraver la conduction de chaleur entre l'objet et le point de mesure, en 20 insérant une rondelle isolante électriquement, de préférence une rondelle de mica de diathermanéité élevée, entre la face frontale de la plaque conductrice et le bottier conducteur de chaleur en forme de pot Une telle possibilité permet de réduire les coûts de fabrication en série, 25 puisque la rondelle de mica n'est insérée qu'en'fonction To further increase the measurement accuracy, it is possible to isolate the heated joint from certain electrical disturbance potentials, without impairing the heat conduction between the object and the measuring point, by inserting an electrically insulating washer, Preferably, a high diathermane mica washer between the front face of the conductive plate and the pot-shaped heat conductive casing. This possibility reduces the mass production costs since the mica washer is inserted. qu'en'fonction

des besoins, c'est-à-dire pour les seuls clients exigeant une précision de mesure extrêmement élevée de l'appareil. requirements, that is to say only for those customers who require extremely high measurement accuracy of the device.

Une rationalisation poussée de la fabrication en série est 30 obtenue par la mesure suivante: le composant formé par la plaque conductrice avec sa douille de centrage, le corps en Mischmetall et les fils,est enrobé dans la pièce en haut polymère réfractaire moulée par injection en étant Serious rationalization of the mass production is obtained by the following measurement: the component formed by the conductive plate with its centering sleeve, the Mischmetall body and the wires, is embedded in the refractory injection-molded high polymer part. being

inséré dans le moule.inserted into the mold.

Cette mesure permet de simplifier la méthode de fabrication, la plaque conductrice de chaleur comportant le corps en Mischmetall étant enrobée dans la douille 16 au cours d'une opération de moulage par injection, cette même douille This measure simplifies the method of manufacture, the heat conductive plate having the body in Mischmetall being embedded in the sleeve 16 during an injection molding operation, the same sleeve

étant enserrée par sertissage à froid du boatier conducteur. being clamped by cold crimping of the driver's boatier.

L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de construction illustrés sur les dessins annexés, qui représentent: Figure 1: une coupe partielle du thermocouple inséré dans le pot de préplastification d'une machine à injection pour plastiques, Figure 2: une vue agrandie d'une coupe partielle longitudi15 nale du thermocouple, Figure 3: la douille de protection pas encore formée du thermocouple, Figures 4, 5, 6: la douille céramique constituant la douille; la plaque conductrice de chaleur et la rondelle de mica du thermocouple, The invention will be better understood with the aid of the construction examples illustrated in the accompanying drawings, which represent: FIG. 1: a partial section of the thermocouple inserted into the pre-plasticization pot of a plastic injection machine, FIG. enlarged view of a partial longitudinal sectional view of the thermocouple, FIG. 3: the protective sleeve not yet formed of the thermocouple, FIGS. 4, 5, 6: the ceramic sleeve constituting the socket; the heat conducting plate and the mica washer of the thermocouple,

Figure 7: le boîtier conducteur de chaleur, pas encore for25 mé, du thermocouple. Figure 7: The thermally conductive housing, not yet formed, of the thermocouple.

Dans l'exemple de construction représenté sur les dessins, le couple de l'élément thermoélectrique est formé par deux fils 13 a', 13 b' en fer et Constantan, logés sans effort de 30 traction dans une douille de protection 15 Ces fils sont soudés à une extrémité (joint chauffé) et enveloppés par une douille 16 thermostable dans la zone du point de mesure Le voltmètre est raccordé à l'autre extrémité de ces fils 13 a', 13 b' (soudure froide) A l'emplacement du joint 35 chauffé, un corps en Mischmetoll 13 m, obtenu par fusion des fils 13 a', 13 b' et alliage des métaux, est encastré dons une plaque conductrice de chaleur 17 métallique, In the construction example shown in the drawings, the torque of the thermoelectric element is formed by two wires 13a ', 13b' made of iron and Constantan, housed without traction force in a protective sleeve 15. welded at one end (heated seal) and wrapped by a thermostable socket 16 in the area of the measuring point The voltmeter is connected to the other end of these wires 13a ', 13b' (cold seam) At the location of the With a heated joint, a 13 m Mischmetoll body, obtained by melting the wires 13 ', 13' and alloying metals, is embedded in a metal heat conducting plate 17,

usinée en aluminium ou alliage cuivre béryllium. machined from aluminum or beryllium copper alloy.

Les fils sont soudés à l'arc en atmosphère inerte, donc sans oxygène Tout phénomène d'oxydation est par conséquent exclu. The wires are arc-welded in an inert atmosphere, thus without oxygen. Any oxidation phenomenon is therefore excluded.

Le corps en Mischmetall obtenu, parfaitement allié, pré5 sente pratiquement la forme d'un ellipsoïde. The resulting Mischmetall body, perfectly alloyed, is almost ellipsoid-shaped.

La plaque conductrice 17 s'appuie dans l'axe de la douille 16, qu'elle dépasse côté frontal Sa face externe est au contact thermique d'un bottier conducteur de chaleur 18, qui 10 assure son maintien axial et celui de la douille céramique 16 Cette même plaque 17, à symétrie radiale, est prévue dans une section de diamètre intérieur a a supérieur et centrée sur un épaulement annulaire interne 16 a de la douille précitée L'épaulement 16 a, perpendiculaire à l'axe de symé15 trie du thermocouple, ferme côté arrière un espace annulaire 22 a, dont les limites externe et interne sont respectivement représentées par l'enveloppe interne de la douille céramique 16 et le pourtour de la plaque conductrice 17 Le corps en Mischmetall 13 m a à peu près la forme d'un ellipsoi20 de Il est emmanché dans un évidement concentrique et conique de la plaque 17, en formant deux surfaces de contact annulaires y, z Ce même corps 13 m est retenu dans l'évidement 21 par étranglement 17 a' d'une douille de centrage arrière 17 a de la plaque 17 Un second étranglement 17 a" de la douille 25 précitée 17 a assure la décharge de traction des fils gainés 13 a, 13 b La gaine de protection 13 du thermocouple est par ailleurs soulagée en traction par un étranglement 15 b' de la douille 15 Les trois étranglements 17 a', 17 a" et 15 b' sont réalisés par formage à froid de la douille de centrage 17 a The conductive plate 17 rests in the axis of the bushing 16, which it exceeds on the front side. Its outer face is in thermal contact with a heat-conducting housing 18, which ensures its axial retention and that of the ceramic bushing. This same plate 17, radially symmetrical, is provided in a section of inner diameter aa which is greater and centered on an internal annular shoulder 16a of the aforesaid bush. The shoulder 16a, perpendicular to the axis of symmetry of the thermocouple, closes rear side an annular space 22a, whose outer and inner limits are respectively represented by the inner casing of the ceramic sleeve 16 and the periphery of the conductive plate 17 The body in Mischmetall 13 has almost the shape of a It is pushed into a concentric recess and conical plate 17, forming two annular contact surfaces y, z This same body 13 m is retained in the recess 21 by throttling 17 a 'of a rear centering sleeve 17a of the plate 17 A second throat 17a' 'of the aforesaid sleeve 17a ensures the strain relief of the sheathed wires 13a, 13b The protective sheath 13 of the thermocouple is furthermore relieved in tension by a constriction 15b 'of the sleeve 15 The three constrictions 17a', 17a '' and 15b 'are made by cold forming of the centering sleeve 17a

et/ou de protection 15 La section arrière 15 b de cette dernière douille 15 présente donc une paroi relativement mince. and / or protection 15 The rear section 15b of the latter sleeve 15 thus has a relatively thin wall.

Le diamètre de la plaque conductrice 17 est au moins trois fois plus élevé que le diamètre maximal du corps en Misch35 metall 13 m, mais inférieur au diamètre interne maximal a a de la douille céramique 16 Cette mesure permet d'obtenir une conduction de chaleur intense entre l'objet à mesurer, The diameter of the conductive plate 17 is at least three times greater than the maximum diameter of the Misch35 metall body 13 m, but less than the maximum internal diameter aa of the ceramic sleeve 16 This measurement makes it possible to obtain an intense heat conduction between the object to be measured,

pot de préplastification par exemple, et le point de mesure. pre-plasticization pot for example, and the measuring point.

Entre la face frontale de la plaque conductrice 17 et le boîtier conducteur 18 en forme de pot, il est possible d'in5 sérer une rondelle isolante électriquement 20, de préférence une rondelle de mica de diathermanéité élevée, qui dépasse radialement et de tous c 8 tés la face frontale plane de la plaque 17 L'insertion de cette rondelle de mica permet d'isoler le joint chauffé des potentiels électriques per10 turbateurs provenant de l'objet à mesurer, satisfaisant ainsi aux exigences les plus élevées en matière de précision Between the front face of the conductive plate 17 and the pot-shaped conductor housing 18, it is possible to insert an electrically insulating washer 20, preferably a high diathermane mica washer, which protrudes radially and from all sides. The insertion of this mica washer makes it possible to isolate the heated joint from the electrical potentials of the object to be measured, thus satisfying the highest requirements for precision.

de mesure.measurement.

Comme le montre la figure 1, la face frontale plane S du boîtier conducteur de chaleur 18 en forme de pot est au contact de l'objet 10 sous la charge d'un ressort spirale 12 enveloppant le thermocouple; les deux extrémités de ce ressort 12 s'appuient respectivement sur le repli interne 18 a du As shown in FIG. 1, the flat front face S of the pot-shaped heat conducting housing 18 is in contact with the object 10 under the load of a spiral spring 12 enveloping the thermocouple; the two ends of this spring 12 are respectively based on the internal fold 18 a of the

boîtier 18 et sur la fiche 14 La tension initiale de ce mê20 me ressort 12, qui détermine la pression d'appui de la face frontale S, peut être réglée à l'aide d'une douille filetée 11, dont le filetage lla et le taraudage sont respectivement en prise avec l'objet 10 et le ressort spirale 12. The initial tension of this same spring 12, which determines the bearing pressure of the end face S, can be adjusted by means of a threaded bushing 11, whose threading 11a and the tapping are respectively engaged with the object 10 and the spiral spring 12.

Cette douille 11, dont la partie filetée lla pénètre dans 25 l'alésage 19 de l'objet 10, se termine côté arrière par un This bushing 11, whose threaded portion 11a enters the bore 19 of the object 10, ends at the rear side with a

six pans 11 b.six sides 11 b.

La structure du thermocouple peut présenter une variante non représentée sur les dessins, dont elle se distingue 30 comme suit: La douille céramique 16 et la douille de protection 15 sont remplacées par une pièce moulée par injection en haut polymère réfractaire, dont le diamètre externe est égal à celui 35 de la douille 16 dans la section du joint chauffé et qui présente par ailleurs la forme de la douille de protection 15. Le composant formé par la plaque conductrice 17 avec sa douille de centrage 17 a, le corps en Mischmetall 13 m et les fils 13 a', 13 b' est enrobé dans cette pièce L'enrobage est assuré dans la cavité d'un moule à injection, au cours de l'opération correspondante La pièce moulée, à symétrie radiale, présente à l'extrémité arrière du joint chauffé un épaulement -annulaire externe, qui correspond à la bride externe 15 a de la douille de protection 15 sur l'exemple de construction illustré par les dessins Cet 10 épaulement est enserré par le repli interne 18 a du boltier 18 formé à froid La section extrême de la gaine de protection 13 du thermocouple est enrobée dans une section arrière de la pièce dépassant le boîtier 18 Avec cette The thermocouple structure may have a variant not shown in the drawings, of which it is distinguished as follows: The ceramic bushing 16 and the protective sleeve 15 are replaced by a refractory high polymer injection molded part, the external diameter of which is equal to that 35 of the sleeve 16 in the section of the heated joint and which also has the shape of the protective sleeve 15. The component formed by the conductive plate 17 with its centering sleeve 17a, the body in Mischmetall 13 m and the wires 13a ', 13b' is embedded in this piece The coating is provided in the cavity of an injection mold, during the corresponding operation The molded part, with radial symmetry, present at the end rear of the heated seal an outer annular shoulder, which corresponds to the outer flange 15a of the protective sleeve 15 on the construction example illustrated by the drawings; The internal section 18a of cold-formed boltier 18 The end section of the protective sheath 13 of the thermocouple is embedded in a rear section of the workpiece protruding from the housing 18 With this

variante, il est donc inutile de prévoir un montage spé15 cial des douilles 15 et 16. variant, it is therefore unnecessary to provide a special assembly of the sockets 15 and 16.

L'insertion également possible de la rondelle de mica et le montage du bottier conducteur 18 correspondent à la méthode de fabrication de l'exemple représenté sur les dessins; en effet, la face frontale de la plaque conductrice 17 enrobée dans la pièce moulée dépasse cette dernière de la même manière que sur l'exemple de construction précité. The possible insertion of the mica washer and the mounting of the conductive casing 18 correspond to the manufacturing method of the example shown in the drawings; indeed, the front face of the conductive plate 17 embedded in the molded part exceeds the latter in the same manner as in the aforementioned construction example.

Claims

Claims.

1 Thermoelectric pair composed of two wires of different materials, iron and Constantan for example, housed without traction force in a protective sleeve, connected to a first end (heated joint) to form the torque and wrapped by a sleeve of refractory material in the area of the heated joint at least, a voltmeter connected to the other end (cold junction) of the wires, as well as a metal-heat conductive plate which rests in the axis of the bushing (16 ) it protrudes from the front side, in which the ends of the wires are encapsulated and whose end face is in thermal contact with an equally conductive metal housing (18), which axially holds the bushing (16) and the plate ( 17),

characterized in that a Mischmetall body (13 m) formed by fusion of the wires (13 a ', 13 b') is recessed, at the location of the heated joint, in the axis of a concentric recess (21). of the heat conducting plate (17).

Thermocouple according to Claim 1, characterized in that the Mischmetall body (13 m), which has approximately the shape of an ellipsoid, is fitted into a conical recess (21) of the conductive plate (17). centered on an inner annular shoulder (16a) of the bushing (16), forming two annular contact surfaces (y, z)

Thermocouple according to one of claims 1 and 2, characterized in that the body in Mischmetall (13 m)

is retained in the recess (21) by throttling (17 a ')

a rear centering sleeve (17a) of the plate (17), another constriction (17a ") providing traction relief of the sheathed son (13a, 13b).

Thermocouple according to one of the preceding claims, characterized in that the diameter

the heat conducting plate (17) is at least three times higher than the maximum diameter of the body in Mischmetall (13 m), but smaller than the inside diameter (a a)

of the socket (16).

Thermoelectric torque according to any one of the preceding claims, characterized by the possibility of insertion of an electrically insulating washer (20),

preferably a high diathermy mica washer, between the front face of the conductive plate (17) and the pot-shaped conductor housing (18), this washer

(20) protruding radially and on all sides the flat front face of the plate (17).

Thermocouple according to any one of the preceding claims, characterized in that the planar end face (S) of the heat conducting housing (18) is in contact with the object to be measured (10) under the load of a

spiral spring (12) enclosing the thermocouple, the two ends of this spring (12) bearing respectively on an inner fold (18 a) of the housing (18) and on the plug (14), and in that the prestressing axial axis of the same spiral spring (12) can be adjusted by means of a threaded bushing (11), whose thread (11 a ') and the thread are respectively engaged with the object (10) and the spiral spring

(12).

Thermocouple according to any one of the preceding claims, characterized in that the bushing (16) is a ceramic bushing whose backside supports

a coaxial protective sleeve (15), enclosed by an internal fold (18 a) of the housing (18) and whose constriction (15 b ') relieves the thermocouple protective sheath (13) in tension.

Thermocouple pair according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the formed component

by the conductive plate (17) with its centering sleeve (17a), the Mischmetall body (13m) and the wires (13a ', 13b') is embedded in the refractory high polymer sleeve

injection molded by being inserted into the mold.

Thermocouple according to Claim 8, characterized in that the sleeve has, at the rear end of the heated joint, an annular shoulder encircled by an internal fold (18 a) of the conductive housing (18), and that the end section of the protective sheath (13)

wires (13a, 13b) are embedded in the socket.