FR2664383A1

FR2664383A1 - Visual indicator of a temperature being exceeded

Info

Publication number: FR2664383A1
Application number: FR9008378A
Authority: FR
Inventors: Jussiaux Philippe
Original assignee: EUGEDIA LABORATOIRE
Current assignee: EUGEDIA LABORATOIRE
Priority date: 1990-07-03
Filing date: 1990-07-03
Publication date: 1992-01-10

Abstract

The invention provides a method and a device for a posteriori detection of whether or not a body has passed through a determined temperature. It uses shape memory alloys either alone, or as a frame for malleable objects. A recognisable shape is imposed under stress, at low temperature, on the alloy. When it passes through the martensite-austenite transition zone, it returns to its memorised shape. The system can be used in various industries, in particular in the field of freezing or sterilisation.

Description

INDICATEUR VISUEL DE FRANCHISSEMENT D'UNE TEMPERATURE
L'invention concerne les techniques de détection à posteriori du passage dans un domaine de température déterminé.VISUAL INDICATOR OF TEMPERATURE
The invention relates to techniques for the a posteriori detection of passage into a determined temperature range.

Dans de nombreux domaines techniques, spécialement dans ceux qui concernent le vivant, il est important de pouvoir vérifier à tout moment ou à la fin d'une phase de traitement, q'un seuil de température souhaité a bien été atteint ou au contraire, qu'une limite interdite n'a pas été franchie. C'est le cas, par exemple, avec les aliments congelés dont on veut être sûr qu'ils n'ont pas subi de remontée de température qui aurait permis le développement de germes pathogènes. De même, dans les techniques de stérilisation par l'élévation de la température. I1 s'agit alors de vérifier que l'opération s'est déroulée correctement. In many technical fields, especially in those concerning the living, it is important to be able to check at any time or at the end of a treatment phase, that a desired temperature threshold has been reached or, on the contrary, that a prohibited limit has not been crossed. This is the case, for example, with frozen food which we want to be sure has not undergone a rise in temperature which would have allowed the development of pathogenic germs. Similarly, in sterilization techniques by raising the temperature. It is then a question of verifying that the operation has taken place correctly.

I1 existe des moyens "lourds" pour répondre à cette problématique. On peut par exemple mesurer en permanence la température et inscrire toutes les valeurs grace à un enregistreur. There are "heavy" means to respond to this problem. One can for example permanently measure the temperature and record all the values thanks to a recorder.

Le dépouillement de tous les enregistrements permettra la vévi- fication postérieure. On connait également les indicateurs optiques de température qui ont la forme de pastilles à coller sur les objets et qui changent de couleur lorsqu'ils atteignent une température définie. Des disposotifs mécaniques compliqués qui utilisent le principe des bilames ou bien des ressorts fabriqués dans des alliages à mémoire de forme ont également été proposés. Mais tous ces systèmes ont leurs limites, ou bien ils sont - comme on l'a dit - lourds et donc chers de mise en oeuvre
Ou bien ils ne peuvent être utilisés qu'une seule fois ou bien encore, en ce qui concerne les indicateurs mécaniques, bien que précis, ils sont compliqués et fragiles. The examination of all the records will allow subsequent verification. We also know the optical temperature indicators which have the form of pellets to stick on objects and which change color when they reach a defined temperature. Complicated mechanical devices that use the principle of bimetallic strips or springs made of shape memory alloys have also been proposed. But all these systems have their limits, or they are - as we said - heavy and therefore expensive to implement
Either they can be used only once or even, as far as mechanical indicators are concerned, although precise, they are complicated and fragile.

L'invention se donne pour tache de fournir une technique de détection à posteriori du passage d'un objet par une tempé---rature prédéterminée qui soit simple, fiable, bon marché et éventuellement réversible. The invention sets out to provide a technique for the a posteriori detection of the passage of an object at a predetermined temperature which is simple, reliable, inexpensive and possibly reversible.

Des moyens existants pour répondre au problème posé, on a déjà énuméré un certain nombre. On examinera ici plus en détail les pastilles colorées et les indicateurs mécaniques utilisant les bilames ou les alliages à mémoire de forme qui constituent les seules réponses vraiment spécifiques au problème posé. Existing means to respond to the problem posed have already been listed a number. We will examine here in more detail the colored pellets and mechanical indicators using bimetallic strips or shape memory alloys which constitute the only truly specific responses to the problem posed.

Les pastilles colorées sont des petites surfaces constituées d'une sorte de papier autocollant. Chaque pastille correspond-à une température définie, c'est-à-dire que son aspect changera lors de son passage par la température en question. Si l'on désire contrôler qu'une étape thermique à bien été franchie, on place la pastille correspondant à cette température sur l'objet dont on veut pouvoir contrôler l'histoire thermique. A la fin de l'opéra- tion, on vérifie si la pastille a viré ce qui indique que la température fatidique a bien été franchie ou bien son aspect est resté le même et l'on sait alors que la température de ltob- jet est restée inférieure au seuil critique.De telles pastilles sont très utilisées car elles sont simples à mettre en oeuvre mais elles sont d'un emploi délicat pour les températures de virage relativement basses comme par exemple, inférieures à': a + 3O0c. I1 est en effet impératif qu'elles soient stockées à des températures sensiblement inférieures pour éviter &commat; ut risque de destruction. De tels systèmes sont en conséquence inadaptés à toute une gamme d'applications. C'est le cas en particulier du contrôle des produits cqngelés. The colored pastilles are small surfaces made up of a kind of self-adhesive paper. Each tablet corresponds to a defined temperature, that is to say that its appearance will change during its passage through the temperature in question. If you want to check that a thermal step has been successfully completed, place the patch corresponding to this temperature on the object whose thermal history you want to be able to check. At the end of the operation, it is checked whether the pastille has turned which indicates that the fateful temperature has been passed or its appearance has remained the same and we then know that the temperature of the jet is remained below the critical threshold. Such pellets are widely used because they are simple to implement but they are delicate to use for relatively low turning temperatures such as, for example, below ': a + 3O0c. I1 is indeed imperative that they be stored at significantly lower temperatures to avoid &commat; ut risk of destruction. Such systems are therefore unsuitable for a variety of applications. This is particularly the case for the control of frozen products.

Les systèmes mécaniques qui utilisent le phénomène de bilames sont classiques. La déformation de la lame au delà de la température de consigne déclenche un mécanisme commandé par un ressort, mécanisme qui reste enclenché même si le bilame revint à sa position première. Pour pouvoir réutiliser le dispositif, il faudra alors procéder à son réarmement. Mechanical systems which use the bimetallic strip phenomenon are classic. The deformation of the blade beyond the set temperature triggers a mechanism controlled by a spring, a mechanism which remains engaged even if the bimetallic strip returns to its original position. To be able to reuse the device, it will then be necessary to reset it.

Un autre système mécanique utilise un autre principe, celui des alliages métalliques à mémoire de forme. Un ressort fait de cette matière et qui a été "éduqué" est réversible en fonction de la température, son comportement est alors tout à fait ifiden- tique à celui d'un bilame. Un dispositif particulier avec un ressort en alliage à mémoire de forme (AMF) a été développé. Another mechanical system uses another principle, that of metal alloys with shape memory. A spring made of this material and which has been "educated" is reversible as a function of the temperature, its behavior is then completely identical to that of a bimetallic strip. A special device with a shape memory alloy (AMF) spring has been developed.

Sans se réarmer automatiquement, il permet cependant de répérer plusieurs déclenchements successifs. Dans ce dispositif, un ressort en AMF est rétracté en-dessous de la température de consigne et expansé au-dessus. I1 agit sur un poussoir pour faire passer une bille d'un compartiment dans un autre chaque fois qu'il franchit la limite entre les basses et les hautes températures. C'est le dénombrement des billes dans chaque compartiment qui permet de savoir si le détecteur a fonctionné ou non.En dehors de la première fois où le dispositif a fonctionné (dans ce cas, l'indication est indubitable) il est nécessaire d'avoir noté l'état du dispositif avant usage pour savoir si le détecteur a fonctionné ou non : l'utilisation de ce dispositif n'est pratique que la première fois mais, pour un usage unique, ce type de détecteur est très cher !
L'invention propose un procédé de contrôle a posteriori du passage d'un corps par une température déterminée dans lequel on utilise un alliage à mémoire de forme qu'on déforme sous contrainte à basse température pour donner à l'objet qui le comporte une forme caractéristique, forme qu'il perd lorsque l'alliage effectue la transition martensite-austénite, pour retrouver sa forme mémorisée.Dans une variante du procédé, l'objet est constitué exclusivement d'alliage à mémoire de forme, par exemple en un fil ou enus feuillard. Dans ces derniers cas, la forme de l'état martensite peut être avantageusement donnée par un outil en forme de pince.Without automatically rearming, it allows you to repeat several successive trips. In this device, an AMF spring is retracted below the set temperature and expanded above. It acts on a pusher to pass a ball from one compartment to another each time it crosses the line between low and high temperatures. It is the counting of the balls in each compartment which makes it possible to know whether the detector has worked or not. Apart from the first time the device has worked (in this case, the indication is unmistakable) it is necessary to have noted the state of the device before use to know if the detector has worked or not: the use of this device is practical only the first time but, for a single use, this type of detector is very expensive!
The invention proposes a method for a posteriori control of the passage of a body through a determined temperature in which a shape memory alloy is used which is deformed under stress at low temperature to give the object which comprises it a shape. characteristic, shape which it loses when the alloy performs the martensite-austenite transition, to regain its memorized shape. In a variant of the method, the object consists exclusively of shape memory alloy, for example in a wire or enus strip. In these latter cases, the shape of the martensite state can be advantageously given by a tool in the form of pliers.

Dans une autre variante du procédé, l'alliage à mémoire de forme constitue l'armature métallique d'un objet malléable qui prend successivement deux formes signifiantes l'une comme l'autre. In another variant of the process, the shape memory alloy constitutes the metal frame of a malleable object which successively takes two signifying forms, one like the other.

L'invention concerne aussi un dispositif utilisant un alliage à mémoire de forme pour détecter le passage d'un corps par une température déterminée et dont I'aspect est donné par l'alliage. Celui-ci a à l'état martensitique une forme imposée et retrouve à l'état austénitique une forme mémorisée. Le dispo sitif est par exemple constitué d'un signe fil ou d'un simple feuillard ou d'objet malléable dont l'ar-ntureXqui est en alliage à mémoire de forme/donne à l'objet successivement-deux formes, l'une et l'autre signifiantes. The invention also relates to a device using a shape memory alloy for detecting the passage of a body by a determined temperature and the appearance of which is given by the alloy. This one has in the martensitic state an imposed form and finds in the austenitic state a memorized form. The device consists, for example, of a wire sign or of a simple strip or of a malleable object whose structure is made of a shape memory alloy / gives the object successively-two forms, one and the other significant.

La description et les figures qui suivent permettront d'illustrer le fonctionnement de la méthode et du dispositif de l'invention. The description and figures which follow will illustrate the operation of the method and the device of the invention.

La figure 1 représente les deux objets constitués uniquement d'un alliage à mémoire de forme selon l'invention. FIG. 1 represents the two objects made up solely of a shape memory alloy according to the invention.

La figure 2 représente un deuxième exemple de réalisation. FIG. 2 represents a second exemplary embodiment.

La figure 3 représente un outil destiné à mettre en oeuvre la méthode de l'invention. FIG. 3 represents a tool intended to implement the method of the invention.

La figure 4 montre un objet malléable dont l'armature est faite d'un alliage à mémoire de forme. Figure 4 shows a malleable object whose frame is made of a shape memory alloy.

Les alliages à mémoire de forme (AMF) sont bien connus; ce sont des mélanges, en général ternaires o quaternaires de métaux - qui peuvent se présenter sous deux phases cristallines stables, voisines mais différentes. Lorsque les AMw franchissent une zone de température dite zone de transition, ils se transforment d'une structure dans l'autre. A basse température on parle de forme martensitique et au-dessuS du domaine de transition, de forme austénitique. Le phénomène de mémoire de forme se présente de la manière suivante: a très haute température - bien au-dessus de la température de transition, on donne une certaine forme (A)1t à un objet fait d'AMF.Si l'on refroidit l'objet pour obtenirl'état martensitique, il garde la forme qui lui a été donnée. Mais il est malléable et peut acquérir sous contrainte une autre forme, la forme (B) qu'il gardera tant qu'il restera à l'état de martensite. Si la température s'élève à nouveau, lors du passage par la température de transition, 1'AF prend l'état austénitique et retrouve la mémoire de sa forme antér eure. L'objet retrouve ainsi la forme qui lui avait été donnée naute température et qu'il avait mémorisée. Et si dans la suive, aucune nouvelle contrainte ne lui est appliquée, il ne quirera plus cette forme stable quelle que soit la température à luelle il est soumis. Shape memory alloys (AMF) are well known; they are mixtures, generally ternary or quaternary of metals - which can occur under two stable crystalline phases, similar but different. When AMws cross a temperature zone called the transition zone, they transform from one structure to another. At low temperature we speak of martensitic form and above the transition domain, of austenitic form. The shape memory phenomenon is presented as follows: at a very high temperature - well above the transition temperature, we give a certain shape (A) 1t to an object made of AMF. the object to obtain the martensitic state, it keeps the form which was given to it. But it is malleable and can acquire another form under stress, the form (B) which it will keep as long as it remains in the state of martensite. If the temperature rises again, when passing through the transition temperature, the AF takes the austenitic state and recovers the memory of its former form. The object thus recovers the form which had been given to it at a temperature which it had memorized. And if in the following, no new constraint is applied to it, it will no longer quir this stable form whatever the temperature to which it is subjected.

Cependant si on applique de nouveau à basse température une contrainte pour déformer l'objet lorsqu'il est dans l'état martensitique, tout recommencera de la manière qui vient d'être décrite: la mémoire reviendra dès que la zone de transition sera atteinte et la forme intrinsèque de l'objet sera retrouvee. However, if a stress is applied again at low temperature to deform the object when it is in the martensitic state, everything will start again in the manner just described: the memory will return as soon as the transition zone is reached and the intrinsic form of the object will be found.

C'est le phénomène physique précédent, bien connu, que l'invention exploite pour créer des dispositifs indicateurs destinés à vérifier qiie l'histoire thermique d'une matière déterminée a bien été celle qu'on avait programmée. It is the preceding physical phenomenon, well known, that the invention exploits to create indicating devices intended to verify that the thermal history of a given material has indeed been that which had been programmed.

Ainsi, si dans un hôpital, on désire effectuer la stérilisation d'instruments chirurgicaux, on les introduit dans un sachet fait d'un film plastique qu'on scelle hermétiquement. Le sachet est ensuite porté à une température élevée, sèche ou humide selon les cas mais suffisante pour détruire les germes existant sur les instruments. Lors de ces stérilisation, ondésire vérifier qu'au tours du chauffage, aucun incident defonctionnement de l'étuve n'a empêché les objets d'être portés à la température voulue. Thus, if in a hospital, one wishes to carry out the sterilization of surgical instruments, one introduces them in a sachet made of a plastic film which one hermetically seals. The sachet is then brought to a high temperature, dry or humid as the case may be, but sufficient to destroy the germs existing on the instruments. During these sterilizations, please check that during the heating rounds, no incident of malfunction of the oven prevented the objects from being brought to the desired temperature.

Selon l'invention, onutilisera pour cette vérification un objet d'AMF identique par exemple à celui repéré 1 sur la figure 1. According to the invention, an AMF object identical for example to that marked 1 in FIG. 1 will be used for this verification.

Il est constitué d'une tôle dont la forme mémorisée 2 est relativement plate. La température de transition martensite - austénite de l'alliage en question, est par exemple de 120oC. Ala température ambiante du laboratoire, on donne à cette tôle la forme ondulée 1 représentée figure 1. L'objet est introduit avec les instruments chirurgicaux dans le sachet de plastique. Si à la fin de la sté- rilisation, l'objet n'a pas retrouvé sa forme plate 2, c'est que.'i la stérilisation n'a pas été complète. De tels objets, de tôle d'AMF ondulée peuvent être disponibles-en grand nombre au laboratoire et être reformés après usage à l'atelier ou chez le fabricant.It consists of a sheet whose memorized shape 2 is relatively flat. The martensite - austenite transition temperature of the alloy in question, for example, is 120 ° C. At room temperature in the laboratory, this sheet is given the corrugated shape 1 shown in FIG. 1. The object is introduced with the surgical instruments into the plastic bag. If at the end of sterilization, the object has not regained its flat shape 2, this is because the sterilization has not been complete. Such objects of corrugated AMF sheet may be available in large numbers in the laboratory and be reformed after use in the workshop or at the manufacturer.

Une autre forme de réalisation de l'invention est représentée figure 2. On y voit des fils en AMF dont la forme est, ici aussi, très simple dans leur état austénitique: un segment de droite ou de cercle de grand rayon par exemple. Lorsque l'AMF est dans son état martensitique on lui donne sous contrainte une forme plus compliquée(3,5) par exemple un V ou une boucle. Le retour de l'objet à sa forme la plus simplet4,6)témoignera de son passage au-dessus de la température de transition. Another embodiment of the invention is shown in Figure 2. We see AMF son whose shape is, here too, very simple in their austenitic state: a straight line or circle of large radius for example. When the AMF is in its martensitic state it is given under stress a more complicated form (3.5) for example a V or a loop. The return of the object to its simplest form4,6) will testify to its passage above the transition temperature.

Pour obtenir la forme basse température sous contrainte, on utilise des outils adaptés. La figure 3 montre une pince spéciale qui permet de couder un fil en AMF comme le fil 3 de la figure 2, d'une manière parfaitement définie qui lui donnera une forme standard. Il s'agit d'une pince 7 dont l'un des mors 8 est constitué d'une cavité 9. La forme obtenue est ainsi parfaitement définie, bien repérable et très différente de la forme rectiligne ou légèrment et régulièrement cintrée de l'état austénitique. To obtain the low temperature form under stress, suitable tools are used. Figure 3 shows a special pliers which allows to bend an AMF wire like wire 3 of Figure 2, in a perfectly defined manner which will give it a standard shape. It is a clamp 7 of which one of the jaws 8 consists of a cavity 9. The shape obtained is thus perfectly defined, clearly identifiable and very different from the straight shape or slightly and regularly bent from the state austenitic.

La figure 4 présente une autre forme de réalisation de l'invention. On y voit un personnage 12 constitué d'un élastomère à module d'élasticité relativement faible de telle manière qu'à la température de transition, il prenne aisément la forme q'on souhaite. On voit en 13 l'armature constituée d'un fil fait d'un alliage à mémoire de forme. A basse température, le fil est contraint pour avoir la forme d' un V, 14. Lorsque l'alliage passera de l'état martensitique à l'état austénitique, le fil reprendra sa forme rectiligne 15 et le personnage adoptera une attitude tout différente. Figure 4 shows another embodiment of the invention. We see a figure 12 made of an elastomer with relatively low modulus of elasticity so that at the transition temperature, it easily takes the shape that we want. We see at 13 the armature consisting of a wire made of a shape memory alloy. At low temperature, the wire is constrained to have the shape of a V, 14. When the alloy passes from the martensitic state to the austenitic state, the wire will resume its rectilinear form 15 and the character will adopt a completely different attitude .

Il s'agit ici d'un exemple, les formes signifiantes de départ et d'arrivée pourraient être des lettres ou des graphismes (OK qui se transforme en SOS par exemple).This is an example, the signifying forms of departure and arrival could be letters or graphics (OK which turns into SOS for example).

L'exemple qui suit va montrer comment l'invention peut être mise en oeuvre dans le cas de l'industrie des aliments surgelés. The following example will show how the invention can be implemented in the case of the frozen food industry.

EXEMPLE
Lors de la fabrication d'un aliment surgelé, donc au moment de la congélation, on introduit dans une pochette transparente -, collée à la surface de l'emballage du produit un fil d'AMF-martensite en forme de boucle comme 5 sur la figure 2. Il s'agit là d'un objet petit, léger, simple à réaliser sur des machines et qui a donc un prix de revient extrêmement réduit. La seule précaution à prendre est de le garder à basse température avant usage. Au cours de la vie du produit jusqu'à son utilisation par le client final, les occasions sont nombreuses de voir le produit remonter jusqu'à des températures voisines de OOC, là où le risque de développement de gènes pathogènes devient grand.Les manipulations du produit sont nombreuses: ce sont par exemple le transfert d'un entrepôt de l'usine de fabrication à un camion, l'introduction dans une chambre froide de stockage, le transport en camionette, l'introduction dans le congélateur du détaillant puis enfin l'achat par le client final, le transport à son domicile et l'ultime stockage avant consommation. A chacune de ces étapes, on pourra vérifier, grâce au dispositif de l'invention que lthistoire~thermique du produit ne lui a pas été préjudiciable. En effet, si l'alliage dont est constitué la boucle témoin a une température de transition de par exemple, -50C, on sera sûr, dans la mesure où la forme est restée celle d'une boucle, que rien d'anormal ne s'est produit.EXAMPLE
During the production of a frozen food, therefore at the time of freezing, we introduce into a transparent pouch -, glued to the surface of the product packaging a wire of AMF-martensite in the form of a loop like 5 on the figure 2. This is a small, light object, simple to carry out on machines and which therefore has an extremely reduced cost price. The only precaution to take is to keep it at low temperature before use. During the life of the product until it is used by the end customer, there are many opportunities for the product to rise to temperatures close to OOC, where the risk of development of pathogenic genes becomes great. There are many products: for example, the transfer from a warehouse from the manufacturing plant to a truck, introduction into a cold storage room, transport by van, introduction into the retailer's freezer and finally purchase by the end customer, transport to his home and final storage before consumption. At each of these stages, it will be possible to verify, using the device of the invention that the thermal history of the product has not been detrimental to it. Indeed, if the alloy of which the control loop is made has a transition temperature of, for example, -50C, we will be sure, insofar as the shape has remained that of a loop, that nothing abnormal s is produced.

On voit ainsi que la techique de l'invention, grâce à sa grande simplicité, à son coût réduit, grâce à l'absence d'ambigüité des indications fournies constitue un progrès très utile aussi bien pour les médecins ou le personnel des hôpitaux que pour les industriels de l'agro-alimentaire et même le grand public.It is thus seen that the technique of the invention, thanks to its great simplicity, its reduced cost, thanks to the lack of ambiguity of the indications provided constitutes a very useful progress both for doctors or hospital staff and for food manufacturers and even the general public.

Les deux applications précédentes ne constituent que des exemples mais l'invention s'applique à bien d'autres domaines, tous ceux où il faut vérifier une histoire thermique avec une transition froid-chaud. Ce sera ainsi le cas dans la conservation des fruits, des vaccins, des vins fins, dans les banques du sperme, dans le stockage des produits chimiques sensibles, des films photographiques. The two previous applications are only examples but the invention applies to many other fields, all those where it is necessary to verify a thermal history with a cold-hot transition. This will be the case in the conservation of fruits, vaccines, fine wines, in sperm banks, in the storage of sensitive chemicals, photographic films.

etc... etc ...

Claims

1. A method for a posteriorid control of the passage of a body by a determined temperature in which a shape memory alloy is used, characterized in that a characteristic shape is given to an object at low temperature by deforming the alloy under stress. shape memory that it contains, shape that it loses when the alloy makes the martensite-austenite transition to find its memorized shape.

2. Method according to claim 1 characterized in that the object consists exclusively of shape memory alloy.

3. Method according to claim 2 characterized in that the object is a wire.

4. Method according to claim 2 characterized in that the object is a strip.

5. Method according to one of the preceding claims characterized in that the shape of the martensite state is given by a tool in the form of pliers.

6. Method according to claim 1caractérisé in that the shape memory alloy constitutes the metal frame of a malleable object which successively takes two forms, significant one like the other.

7. Device using a shape memory alloy to detect the passage of a body through a determined temperature>} characterized in that its appearance is given to it by the alloy which has in the martensitic state an imposed shape and which finds in the austenitic state a memorized form.

8. Device according to claim 7 characterized in that it consists of a wire which passes from an imposed form to a memorized form.

9. Device according to claim 7 characterized in that it consists of a strip which passes from an imposed form to a memorized form.

10. Device according to claim 7 characterized in that the shape memory alloy constitutes the armature of a malleable object to which it successively gives two shapes which are significant one like the other.