Dispositif de mesure de température

La présente invention concerne un dispositif de mesure de température, comprenant notamment un thermomètre à capteur bimétallique, selon le préambule de la revendication 1.

On sait qu'un thermomètre usuel se compose d'un capteur de température qui doit être immergé dans le milieu que l'on veut mesurer et d'un système indicateur qui doit comprendre un organe visible se déplaçant devant des repères également visibles pour permettre de lire la température mesurée. En général, ces deux composants sont unis dans un même objet susceptible d'être manipulé à volonté. Cependant, dans certaines circonstances, la réalisation d'un dispositif de mesure de température comportant ces deux composants liés de manière conventionnelle présente des difficultés qui n'ont pu être surmontées de manière satisfaisante jusqu'à maintenant.

Ainsi, la cuisson de certains aliments dans un récipient fermé lorsqu'on désire que cette cuisson se produise soit hors de la présence d'eau additionnelle, comme dans le cas de la préparation de certains légumes, soit, comme par exemple dans le cas de la cuisson de viande, sans présence d'un corps gras additionnel, présentait jusqu'à maintenant des difficultés, car le rythme et la durée de la montée de température du fond de récipient, qui est en contact avec les aliments, lui-même en contact avec la source de chaleur, était difficilement appréciable et l'observation directe était entravée. En plus, pour maintenir la couleur et les valeurs nutritives des légumes, il faut rapidement augmenter la température du fond du récipient à environ 80 ⁰ C et maintenir cette température lors de la cuisson.

La présente invention a pour but de résoudre cette difficulté en proposant un dispositif de mesure de température, en particulier pour la mesure de la température à

l'intérieur d'un récipient de cuisson fermé, qui soit compact, d'un emploi facile et assurant le contrôle de température requis à l'endroit inaccessible désigné. Ces buts sont atteints par le dispositif défini par les revendications annexées .

Diverses formes d'exécution du dispositif selon l'invention sont décrites à titre d'exemples dans la description qui suit et sont représentées au dessin annexé, dont :

- la figure 1 est une vue en coupe de la première forme d'exécution donnée en exemple;

- la figure 2 est une vue en coupe partielle à échelle agrandie d'une zone A de la figure 1 montrant la disposition d'une liaison particulièrement importante dans le dispositif;

- la figure 3 est une vue en plan de dessus du dispositif de la figure 1 ;

- les figures 4, 5, 6 sont des vues en coupe analogues à la figure 1 montrant trois autres formes d'exécution du dispositif, celle de la figure 6 étant représentée en deux variantes;

- la figure 7 est une vue schématique en élévation partiellement coupée illustrant l'emploi du dispositif en liaison avec un récipient de cuisson fermé, posé sur une plaque chauffante;

- la figure 8 montre une coupe d'une autre forme d'exécution du dispositif intégré dans le bouton d'un couvercle;

- la figure 9 est un exemple d'exécution d'un couvercle avec le dispositif de la figure 8 intégré;

- la figure 10 est un exemple d'un dispositif de fixation rapide du dispositif selon la figure 8 ;

- la figure 11 montre une coupe d'une variante de la forme d'exécution du dispositif selon la figure 8 ;

- la figure 12 est une vue en coupe d'une autre forme d'exécution, et

- la figure 13 est une vue depuis dessous de la lame bimétallique du dispositif de la figure 12.

Le problème tel qu'exposé dans toute sa généralité ci- dessus appelle une série de contraintes auxquelles le dispositif devra satisfaire. Ainsi, en partant de l'exemple d'une opération de cuisson de légumes dans un récipient avec une quantité d'eau aussi réduite que possible, on est conduit à la nécessité de fermer le récipient par un couvercle. Pour maintenir le maximum de la valeur nutritive des aliments, ainsi que leurs aspects optiques, il est nécessaire de chauffer les aliments aussi vite que possible à la température de cuisson et maintenir cette température durant toute la cuisson. La zone du fond du récipient en contact avec les aliments va donc subir une élévation de température qui, dans certains cas, doit être rapide mais est inobservable directement et peut risquer de détériorer les aliments en les brûlant .

L' invention qui va être exposée maintenant se base sur la constatation inattendue que le fond et les aliments placés dans le fond du récipient, comme indiqué ci-dessus, vont dégager, dès que l'opération de chauffe est entamée, une énergie thermique prenant la forme soit d'un rayonnement

infrarouge soit d'un flux calorifique dû à de la vapeur d'eau se dégageant des aliments eux-mêmes, ou de la petite quantité d'eau dont ils ont été recouverts lors du lavage, cette vapeur se condensant au contact du couvercle et retombant dans le récipient en circuit fermé. Le but visé est atteignable en réalisant un dispositif de mesure dont l'inertie thermique du capteur est suffisamment faible pour réagir au rayonnement infrarouge ou au flux de vapeur mis en œuvre, en assemblant les constituants du capteur de manière à éviter toute perte de chaleur et concentrer l'énergie sur le capteur, et en plaçant l'élément indicateur de manière qu'il soit facilement observable .

Les différentes formes d'exécution du dispositif de mesure de température selon l'invention, que l'on va décrire maintenant, remplissent ces conditions.

Dans le dispositif de mesure des figures 1, 2, 3 et 4, un capteur de température 1 constitué d'une lame bimétallique roulée en spirale est fixé dans un boîtier métallique inférieur 2 en forme de cylindre plat, à l'intérieur d'un espace constitué par le fond 2a du boîtier 2 et une calotte 2b emboîtée dans le boîtier 2. L'extrémité extérieure de la lame bimétallique 1 est soudée par point, brasée ou collée contre la paroi cylindrique intérieure 2d du boîtier métallique à travers une ouverture dans la paroi cylindrique inférieure de la calotte 2b, tandis que son extrémité intérieure est fixée à une tige centrale 4 qui porte à son sommet une aiguille ou un disque indicateur 3 constituant l'organe indicateur du thermomètre. Cette tige pivote, comme représenté à la figure 1, entre le fond 2a et le centre de la calotte 2b ou, comme à la figure 4, dans le verre du thermomètre. Ces éléments sont des constituants normaux et connus en soi des thermomètres à lame bimétallique. Dans la disposition décrite ici, la tige 4 traverse, au-dessus de la calotte 2b dans un boîtier supérieur 10, un corps isolant 6. La calotte 2b constitue un

distributeur thermique dont les propriétés seront décrites plus loin. La masse isolante 6 réduit au maximum possible la dissipation de la chaleur vers le boîtier supérieur. Une plaque de cadran 7 porte une graduation 8 (figure 3) . Un verre 9 engagé dans la partie supérieure du boîtier 10 recouvre le tout, assurant une étanchéité contre la vapeur en cas d'un nettoyage du couvercle dans un lave-vaisselle.

La lame bimétallique 1 comporte, entre les deux bandes de métaux différents dont la dilatation différentielle assure la rotation de la tige 4 en proportion de l'élévation de température, une mince pellicule de cuivre ou d'un alliage de cuivre qui améliore la conductivité de chaleur du bimétal et ainsi sa rapidité de réaction. La rotation de la tige 4, et par conséquent de l'aiguille 3 ou du disque indicateur 3a, est une fonction fidèle de la température perçue par la lame. Dans une variante, afin d'obtenir une meilleure conductivité thermique, la lame bimétallique peut être réalisée avec une forte teneur en cuivre.

La construction du boîtier inférieur 2, 2a, 2b obéit à un certain nombre de règles. Comme on le voit à la figure 2, le fond 2a en tôle d'acier inox ou d'aluminium et la calotte 2b en tôle métallique mince emboutie ou en matière plastique comme par exemple le polycarbonate, sont engagées l'une dans l'autre. Pour le choix du métal et de la matière plastique, il est nécessaire de fixer un compromis entre la meilleure absorption des rayons infrarouges, une bonne conductibilité thermique et une faible capacité thermique. La forme cylindrique donne la rigidité permettant la réduction d'épaisseur des éléments et aussi de la masse du boîtier. En fait, l'utilisation d'acier inox compatible aux aliments a donné de bons résultats. La lame bimétallique en spirale 1 sera placée aussi près que possible du fond 2a. En outre, le fond du boîtier 2a sera revêtu intérieurement d'un agent de transmission de chaleur, comme par exemple une pâte chargée

d'aluminium ou de l'oxyde d'aluminium ou une graisse ou huile silicone avec ou sans particules métalliques, une couche d'oxyde métallique tel que l'oxyde d'aluminium ou d'alliages de titane, comme par exemple avec du chrome ou de l'aluminium, une poudre conductrice de carbone ou de métal ou un revêtement obtenu par traitement galvanique ou chimique comme le chromage noir ou le teflonage. Cet agent de transmission de chaleur assure en même temps le transfert calorifique et évite toute friction métallique entre le fond du boîtier et la lame bimétallique en spirale, qui pourrait entraîner une erreur d'indication de température.

La pièce emboutie qui forme le fond 2a du boîtier inférieur se prolonge, comme on le voit aux figures 1 et 2, autour et au-dessus du boîtier inférieur, de manière à former le boîtier supérieur 10 également de forme cylindrique. Ce boîtier contient, de bas en haut, d'abord la calotte 2b constituant ainsi un distributeur thermique. Cet élément est constitué comme mentionné ci-dessus d'un métal, par exemple l'aluminium, ou d'une matière plastique à faibles densité et capacité thermique. Sa fonction est de concentrer la chaleur autour de la lame bimétallique pour augmenter la vitesse de réaction de celle-ci. En effet, un flux de chaleur provient du fond de la casserole et du couvercle, comme on le verra plus loin, et il est important de récupérer ce flux dans les meilleures conditions possibles. Ensuite, le boîtier supérieur 10 contient la masse isolante 6 faite d'un matériau à faible densité, occupant en hauteur une place relativement importante pour bloquer les déperditions de chaleur depuis le boîtier inférieur. Dans le mode d'exécution de la figure 1, au-dessus de l'isolant 6 s'étend la plaque de cadran 7, qui peut être un disque en métal ou en matière plastique rivé, collé ou pourvu de pieds chassés dans des logements du boîtier 10. La plaque de cadran 7 présente un bord périphérique relevé pour servir d'appui au verre 9 fixé de manière étanche au boîtier 10 par rabattement radial centripète de ce dernier et engagement d'un

joint d'étanchéité 17, par exemple sous forme d'un anneau torique. Dans le mode d'exécution de la figure 4, de plus grande hauteur, un anneau de maintien 12 est prévu dans le boîtier 10 au-dessus de la masse isolante 6.

Le thermomètre décrit ci-dessus est fixé au couvercle 11 du récipient de cuisson. Selon les figures 1 et 2, le boîtier inférieur 2 est engagé dans une ouverture centrale du couvercle de manière à en être solidaire. Avantageusement, le fond du boîtier 2 est traité pour augmenter le coefficient d'absorption pour les rayonnements infrarouges. Ce traitement peut être un chromage noir ou un revêtement en oxyde de titane ou d'alliage de titane avec chrome et aluminium par exemple.

Les éléments essentiels décrits à propos des figures 1 à 4 se retrouvent dans les trois autres exemples du dispositif de mesure de température représentés aux figures 5 et 6. Ils sont désignés par les mêmes signes de référence.

Dans l'exécution de la figure 5, seul le boîtier inférieur 2 est en métal. Son fond 2a est embouti avec une paroi latérale 2c dont la hauteur peut être beaucoup plus grande que l'épaisseur du boîtier inférieur 2 déterminé par la calotte 2b et le fond 2a. Le boîtier supérieur 10 est ici une pièce en matière plastique moulée ou injectée, de forme cylindrique avec un profil correspondant à celui du boîtier 10 de la figure 4. La paroi latérale 2c du boîtier inférieur 2 est engagée dans le prolongement tubulaire inférieur 10a du boîtier 10, thermiquement isolée contre ce dernier et fixée par des joints annulaires 13 et par un rabattement latéral de la paroi 2c. La disposition de la masse isolante 6, de l'anneau de maintien 12, de la plaque-cadran 7 et du verre 9 correspond à ce qui a été décrit ci-dessus. Le couvercle 11 sera fixé de la même manière.

Une exécution plus ramassée que celles des figures 4 et 5, présentant un rapport maximum entre les volumes des boîtiers supérieur et inférieur, avec un boîtier supérieur en matière plastique et un boîtier inférieur en métal, est représentée à la figure 6. Le boîtier inférieur 2 est un assemblage cylindrique plat comportant un fond 2a embouti avec une paroi latérale 2c de faible hauteur. Une calotte 2b est emboîtée dans le fond. Le boîtier supérieur 10 est une pièce en forme de cuvette en matière plastique qui peut contenir la masse isolante 6, un anneau de maintien (non représenté) , la plaque cadran 7 et le verre 9. On voit qu'ici, pour maîtriser les faibles dimensions, on a recours au distributeur thermique intégré à la calotte 2b, placé à l'intérieur de la paroi 2c immédiatement sous le corps isolant 6, à la hauteur où se trouve le couvercle 11, de manière à réaliser un pont chaud avec le couvercle, propre à réduire le flux thermique vers la partie supérieure du boîtier le long de la paroi 2c. On conserve ainsi le maximum de la chaleur captée par le fond 2a du boîtier inférieur pour alimenter le capteur bimétallique 1. La figure 6 montre en fait deux variantes (moitié de gauche et moitié de droite) pour l'exécution de la cuvette à symétrie axiale 10. Dans les deux cas, la fixation du boîtier 2 au boîtier 10 est réalisée par roulage du bord supérieur de la paroi 2c dans une gorge 14 de la cuvette 10 avec interposition de joints toriques 15, de manière à maîtriser les dilatations thermiques. Dans cette forme d'exécution, la tige centrale 4 pivote entre le fond 2a et le cadran 7.

La figure 7 illustre l'utilisation du dispositif de mesure 2, 10 dans un contexte culinaire. Tant la préparation de légumes ou de pommes de terre que la préparation de viandes sont réalisables dans un récipient tel que la casserole 16 fermée par le couvercle 11 sur une surface chauffante 17 d'un vitro-ceran, d'un four à induction ou autre, sans eau ou sans corps gras, en observant l'élévation de la température indiquée par l'aiguille ou disque indicateur 3 sur l'échelle

graduée 8 (figure 3) . Dans les exemples décrits, le capteur bimétallique est conçu pour mesurer des températures allant de 20 ou 30 jusqu'à 100 degrés centigrades. Les essais ont montré qu'après une période de chauffe intense de 2 à 4 minutes, l'apport de chaleur pouvait être réduit et que ce rythme permettait l'obtention d'une qualité culinaire optimale aussi bien avec des viandes qu'avec des légumes. Le dispositif selon l'invention permet ainsi de chauffer à pleine puissance, alors que jusqu'ici on ne pouvait chauffer qu'au deux tiers de la puissance maximum.

Les figures 8 et 9 montrent une autre forme d'exécution d'un thermomètre intégré dans un bouton 28 du couvercle 11 d'une casserole. Les éléments essentiels des formes d'exécution déjà décrites sont désignés avec les mêmes signes de référence. On reconnaît le boîtier inférieur 2 constitué par le fond 2a et la calotte 2b contenant le capteur bimétallique 1. Ce dernier est relié audit boîtier par soudure par point d'une partie d'extension 20. Un corps isolant 6 de faible densité est maintenu à l'intérieur de la prolongation latérale 2c de la paroi du boîtier 2 au moyen d'un anneau de maintien 12 en matière plastique soudé en 21 sur la partie médiane du boîtier extérieur 10. Des joints toriques 22 et 23 sont interposés entre la paroi latérale 2c et le boîtier supérieur 10. On reconnaît également la tige centrale 4 qui, dans cette forme d'exécution, pivote entre le fond 2a et le verre 9. Toutefois, dans ce mode d'exécution, l'aiguille indicatrice est remplacée par un disque 3 comportant une graduation de température ou des bandes colorées signalisant les plages de température pour les différents aliments à cuire, visibles à travers le verre 9 comportant en outre une zone transparente, un ou plusieurs repères pour la lecture de la température et/ou la définition de la température pour réduire la puissance du chauffage. Le bouton 28 comporte en outre une bague-enjoliveur 18, emboutie ou injectée, et maintenue sur le bouton au moyen d'une bague de fixation 19.

Un dispositif de fixation rapide 24 (figure 10) comportant un segment fileté 25 est fixé en 26 sur le couvercle. Ce dispositif 24 permet d'assurer un démontage rapide du bouton du couvercle pour un nettoyage facile et, en cas d'utilisation du couvercle dans un four, permet de démonter ce dernier préalablement .

Selon une variante d'exécution représentée à la figure 11, le boîtier du dispositif est réalisé en une seule pièce tout en matière plastique de couleur foncée, par exemple noire, constituant à la fois le fond 2a et la partie latérale 2c du boîtier inférieur, ainsi que le boîtier supérieur 10, la matière plastique choisie étant par exemple choisie parmi les polyamides, les PET et les polysulfones, les seuls éléments métalliques du dispositif étant le capteur bimétallique 1, l'axe ou tige centrale 4, le dispositif de fixation rapide 24 et la bague-enjoliveur 18. Dans cette variante d'exécution, la tige centrale 4 pivote entre le fond 2a et une partie tubulaire centrale 12' de l'anneau de maintien 12. Les mesures effectuées par le déposant avec ce mode d'exécution ont en effet montré que, de façon surprenante, 1 ' échauffement du dispositif, notamment en cas d'absorption de radiation infrarouge, était très rapide avec de telles matières plastiques noires, plus rapide qu'avec un boîtier inférieur 2 en acier. D'autre part, un tel dispositif présente l'avantage d'être plus simple à réaliser, puisqu'il ne comporte notamment pas de joints. Le verre 9 de ce dispositif est réalisé dans la même matière que le boîtier, de façon à permettre son soudage facile sur le boîtier.

La figure 12, finalement, montre une forme d'exécution qui combine plusieurs avantages, notamment de simplicité de fabrication et de qualité d'emploi par rapidité de la réaction. Le boîtier est formé ici d'un élément inférieur 2 en tôle mince emboutie en forme de cuvette et d'un élément supérieur 10 qui constitue un support annulaire en matière

plastique jouant le rôle d'un bouton de préhension, associé au couvercle du récipient de cuisson. Ce boîtier contient une armature interne 25 jouant un double rôle : d'une part isolation et conduction de chaleur sur la lame bimétallique 1 et d'autre part guidage de l'arbre 4 commandé en rotation par le bimétal 1 et portant à son extrémité supérieure l'organe indicateur 3 disposé sous le verre 9. L'armature 25 comporte trois ailes circulaires superposées 25a, 25b, 25c, délimitant deux chambres d'isolation contenant des masses d'air enfermées par la paroi latérale 2c de l'élément inférieur 2. Elle comporte en outre un corps central 25d qui relie les trois ailes 25a, 25b, 25c, et assure la rigidité de la pièce. Un palier de guidage 26 de l'arbre 4 est fixé à son sommet. Son extrémité inférieure est conformée en palier de guidage 25e situé au niveau de l'aile 25a soit immédiatement sur la lame bimétallique 1. Comme à la figure 11, l'élément 10 conformé en bouton de préhension reçoit un organe (non représenté, analogue à l'organe 24 de la figure 11) de fixation rapide du boîtier au couvercle 11 qui, ici aussi, forme un pont de chaleur vers le fond du boîtier. L'enjoliveur de couvercle 18 et des joints d'étanchéité 27 complètent l'assemblage comme dans l'exécution de la figure 11.

L'aile 25a sera de préférence choisie aussi mince que possible, de façon à répondre à une exigence de faible absorption de chaleur par une masse réduite. On choisira également de préférence une couleur claire et réfléchissante pour l'aile 25a. De plus, comme représenté à la figure 13, l'aile 25a peut être munie à sa face inférieure, proche de sa périphérie, d'un dispositif de retenue 30 de l'extrémité libre 31 de la lame bimétallique en spirale 1. Cet agencement permet à la spirale d'effectuer un mouvement radial dû à son expansion lors d'une élévation de température, ce qui évite toute contrainte mécanique, tout en fixant sa position angulaire. Tel que représenté à la figure 13, ce dispositif peut être réalisé sous la forme d'une fourche 30 présentant

une fente dans laquelle l'extrémité libre 31 de la lame est introduite, puis recourbée 32 derrière le dispositif 30, de façon à éviter toute désolidarisation de la lame avec le dispositif 30 lorsque le dispositif est soumis à une basse température (par exemple dans un frigo) et que la lame bimétallique se contracte ou lors d'un choc. Selon une autre forme d'exécution, non représentée, le dispositif 30 peut être réalisé à l'aide de deux goupilles.