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La présente invention a pour objet un appareil de réception et de mesure d'une énergie thermique rayonnée comprenant une pile formée de thermocouples dont les soudures sont réparties sur deux faces opposées de la pile, cette pile présentant un corps central bon conducteur de chaleur destiné à absorber et à dissiper les calories absorbées par les soudures réceptrices des thermocouples, une enceinte entourant toute la pile à l'exclusion de la zone dans laquelle sont situées les soudures réceptrices.
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Pour qu'un tel appareil soit utilisable pratiquement avec efficacité, il doit satisfaire aux conditions suivantes .: a) être stable ; indépendant de la température ambiante et de ses variations; c) sensible ; de réponse rapide.
Les deux premières conditions sont satisfaites en grande partie par la construction spéciale des thermopiles les plus récentes.
L'appareil selon ltinvention tend à améliorer encore les conditions a) et b) ci-dessus, tout en satisfaisant de plus aux conditions c) et d), qui ne sont pas, ou que très imparfaitement remplies par les pyromètres connus.
Ceux-ci comprennent en général, un miroir ou une lentille, pour concentrer les radiations thermiques à mesurer sur les soudures réceptrices de la thermopile. Dans le cas d'un miroir, une fenêtre munie d'une glace est prévue pour protéger le miroir. De ce fait, dans les deux cas, une bonne partie des radiations thermiques est soit absorbée par la glace ou la lentille, soit réfléchie par elles, ce qui peut fausser considérablement le résultat de la mesure si la lentille ou la glace deviennent sales durant le fonctionnement, mais surfont diminue la sensibilité et augmente l'inertie de ltappareil quant à son temps de réponse.
L'appareil selon l'invention, est caractérisé notam- ment par le fait qu'il comprend un tube à surface interne réfléchissante, collectant l'énergie thermique rayonnée dans le prolongement de son extrémité externe et la guidant vers les soudures réceptrices du thermo- couple, une enveloppe qui entoure l'ensemble de la pile et ce tube collec- teur au moins dans sa partie voisine de la zone dans laquelle sont situées les soudures réceptrices, étant munie de canaux pour permettre la circula- tion d'un fluide de refroidissement et maintenir ainsi à une température constante l'ensemble de la pile de même que la partie adjacente du tube collecteur.
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Le dessin annexé représente schématiquement et à titre d'exemple, diverses formes de réalisation de l'appareil selon l'invention.
La fig. 1 est une vue en coupe axiale d'une première forme d'exécution;
La fig: 2 est une vue partielle, en coupe, d'une variante;
Les figs. 3, 4 et 5 d'une part, 6, 7 et 8 de l'autre, 'représentent deux variantes d'un perfectionnement permettant l'étalonnage de la thermopile, les figs. 3 et 6étant des vues en plan, les figs. 4 et 7 des coupes respectivement par IV-IV (fig. 3) et VII-VII (fig. 6) et les figs. 5 et 8 étant des schémas de montage électrique;
La fig. 9 montre une autre variante de l'ensemble de la thermopile.
L'appareil de réception et de mesure d'une énergie thermique rayonnée selon l'invention, comprend à la manière connue , une pile 1 comportant plusieurs thermocouples 2 (dont un seul visible au dessin), constitués chacun de deux lames métalliques 3 et 4 réunies à leurs extré- mités par soudure. Ces lames 3 et 4 sont en des métaux différents, par exemple l'une en manganine et l'autre en constantan.
A la manière également connue, chaque paire de lames 3 et 4 des thermocouples est fixée sur une pièce massive 5, bonne conductrice.de chaleur, l'ensemble des lames 3 et 4 et de la pièce 5 étant monté dans un corps central 6 en métal bon conducteur de chaleur. Bien entendu, des lames 7, en matière isolante au point de vue électrique, sont interposées entre la pièce 5 et les lames 3 et 4 d'une part, et entre lesdites lames 3 et 4 et le corps central 6 d'autre part. Un certain nombre de thermocouples 2 sont disposés les uns à côté des autres et con- nectés électriquement en série. Les bornes terminales 21 des thermocouples sont reliées par des conducteurs 22 à un organe régulateur ou contrôleur,
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enregistreur ou indicateur, par exemple un galvanomètre (non représenté).
8 Une enceinte/entoure toute la pile 1, à l'exclusion d'une zone 9 dans laquelle sont situées les soudures réceptrices 10 de la thermopile.
Conformément à l'invention, dans le prolongement de l'ouverture 11 prévue dans l'enceinte 8, est fixé un tube 12 à surface interne 13 réfléchissante, c'est-à-dire constituant un miroir protégé contre la corrosion, par exemple par un dépôt antiocorresit d'or ou d'autre métal. Ce tube 12 disposé dans l'axe des soudures réceptrices 10, consti- tue un.collecteur de l'énergie thermique, rayonnée dans le prolongement de son extrémité externe 14. En effet, grâce à sa surface interne réfléchis- sante 13jil capte intégralement tout rayon qui tombe sur son ouverture 14, quel que soit son angle d'incidences Il remplace ainsi toute lentille ou fenêtre de protection habituellement utilisée dans les pyromètres de construction connue.
Dans les exemples représentés, le tube collecteur 12 est de forme cylindrique, mais il pourrait présenter d'autres formes, par exemple une forme légèrement conique.
Comme on le voit sur le dessin, une enveloppe 15 entoure l'enceinte 8 et ce tube collecteur 12 sur la plus grande partie de sa longueur en formant autour de ce tube et de ce collecteur des canaux 16 de circulation d'un fluide de refroidissement. L'enveloppe 15 est raccor- dée, par une embouchure 17 par exemple, à un tube flexible d'amenée du fluide de refroidissement. Elle présente une partie 18 de forme tubulaire disposée concentriquement autour du tube collecteur 12-L'espace annulaire 19 formé entre le tube collecteur 12 et la partie tubulaire 18, à leur extrémité, forme un orifice de sortie du fluide de refroidissement.
Le fluide de refroidissement, amené autour de l'en- ceinte 8 et du tube collecteur 12, tend à maintenir à une température sensiblement constante, l'enceinte 8 et le corps central 6 de la pile, de même que le tube collecteur 12.
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Cependant, l'enveloppe 15, au lieu d'entourer le tube 12 sur la plus grande partie de sa longueur, pourrait n'entourer que sa partie voisine de l'enceinte 8. Le refroidissement de cette partie du tube collecteur 12 permettrait déjà d'éviter un échauffement de la zone 9 entourant les soudures réceptrices 10, évitant ainsi tout mouvement de convection de l'air autour des soudures réceptrices 10.
Lorsque ce pyromètre est utilisé, les soudures récep- trices 10 situées sur l'une des faces de la pile absorbent une certaine quantité de calories qui sont transportées par les lames 3 et 4 vers la partie centrale de la pile 1. Ces calories sont ensuite dissipées dans le corps central 6 et, de là, dans l'enceinte 8. Le courant de fluide autour de l'enceinte 8 élimine au fur et à mesure l'excédent de calories qui y ont été transportées. De ce fait, les soudures 20, dites soudures "froides" et qui sont situées sur la face de la pile 1 opposée à celle en regard des soudures réceptrices 10 (soudures "chaudes"), sont mainte- nues, elles aussi, à température constante.
Dans l'exemple représenté, le fluide de refroidisse- @ ment utilisé est, de préférence, un fluide gqzeux, par exemple de l'air.
Toutefois lorsque 1 'appareil doit être utilisé pour des mesures calorifi- ques sous vide, l'orific:; 19 peut être fermé et un ajutage de sortie peut être prévu en un point quelconque de l'enveloppe 15. Dans ce cas, le fluide de refroidissement pourra être constitué soit par un fluide gazeux, aoit par un liquide, par exemple de l'eau.
Il est avantageux d'autre part pour récupérer toutes les radiations pénétrant dans le tube et en transmettre les effets à tous les éléments de la thermopile, de fermer le tube collecteur 12 à son extrémité interne (voif tige 2) par une membrane 23 en matière bonne conductrice de la chaleur, disposée de manière à être en contact thermique avec les soudures réceptrices 10. Cette membrane 23 est de préférence noircie sur sa face dirigée du côté de l'extérieur, sa face interne étant
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revêtue d'une couche isolante au point de vue électrique, mais permettant toutefois une bonne transmission calorifique vers les soudures réceptrices 10. Elle peut être constituée par une feuille d'argent, une feuille d'alu- minium oxydée sur sa face interne, etc.:.
Il résulte de ce qui précède que l'appareil suivant l'invention présente les.avantages suivants en ce qui concerne sa rapidité de réponse :
1 - les dimensions et la disposition du tube 12 au voisinage des soudures chaudes assurent de manière efficace le refroidis- sement de celles-ci par conductibilité de l'air ambiant, lui-même maintenu à température constante par la circulation defluide autour du tube 12.
2 - Le rapprochement des sources chaudes 10 et froides 20 de la masse 6 à grande capacité calorifique favorise l'écoulement ther- mique aussi bien lors de l'irradiation qu'en absence de radiation.
3 - La disposition d'une membrane métallique noircie 23., au-dessus des soudures chaudes 10 assure leur contact thermique avec l'enceinte 8 et le tube 12 et augmente encore la rapidité de réponse de la thermopile.
D'une façon générale, l'appareil décrit, présente de nombreux avantages par rapport aux pyromètres de construction connue.
Ainsi, le refroidissement de l'enceinte 8 et du tube collecteur 12 permet d'augmenter la stabilité de la thermopile, de même que la stabilité du milieu environnant. En effet, l'air ou le gaz (atmos- phère quelconque) entourant les soudures réceptrices 10 sera maintenu à température constante et il n'y aura-pas de mouvement de convection de cet air pouvant provoquer des irrégularités de mesure.
La suppression de toute lentille ou fenêtre de protec- tion, permet. d'améliorer de façon importante la sensibilité.
L'appareil suivant l'invention permet, en outre, d'opérer des mesures dans des conditions de surpression.
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Comme il peut être construit dans des dimensions extrêmement réduites, il peut être disposé à proximité immédiate de la source chaude à mesurer et presque en contact avec elle. Il peut aussi être placé à l'intérieur de machines thermiques telles que, par exemple, des turbines à gaz pour lesquelles la température de fonctionnement a/une très grande importance et ne doit, en aucun cas, dépasser une valeur limite supérieure donnée.
Il peut également être placé dans le voisinage de la sortie des chambres de combustion d'un moteur à réaction de manière que son tube collecteur 12 capte les radiations émises par l'aubage du distri- buteur de la turbine. Dans ce cas, un certain volume d'air est dérivé du compresseur du réacteur pour être utilisé comme fluide de refroidisse- ment de l'appareil et introduit dans la chambre de combustion par le canal annulaire 19.Une telle disposition permet d'obtenir une mesure instan- tanée de la température des points les plusexposés du distributeur tout en assurant une protection complète de la thermopile contre les dépôts carbonifères résultant de la combustion.
Un des nombreux autres domaines d'utilisation est la mesure de zones très précises à l'intérieur de fours travaillant sous atmosphères de protection ou sous pression.
Les figs. 3 à 5 d'une part, 6 à 8 de l'autre, montrent deux aménagements de la membrane 23 permettant de l'isoler électriquement du corps de'l'appareil pour y faire circuler un courant électrique en pro- voquant un échauffement transmis aux soudures électriques 10. Cette dispo- sition permet, d'une part, le contrôle permanent de l'étalonnage de la thermople, d'autre part le contrôle de l'énergie rayonnée tombant sur la membrane 24.
En effet si la membrane n'est soumise à aucune différen- ce de potentiel auxiliaire, une énergie rayonnée "X" frappant la membrane lors d'une mesure de radiation, provoque une différence de potentiel "Y" aux bornes de la thermopile'
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Pour connaitre la valeur de X il suffira de faire circuler un courant dans la membrane 23 et de le régler de manière à obtenir la même différence de potentiel Y aux bornes de la thermopile.
En mesurant la quantité d'électricité nécessaire appliquée aux bornes de la membrane 23 pour obtenir Y, on aura la valeur de X.
Dans la réalisation des figs. 3 à 5, la membrane proprement dite 23 est oortée par les secteurs circulaires 24 et 24' d'une rondelle métallique divisée en trois éléments 24, 24' et 24" isolés électriquement les uns des autres par une pièce isolante 25 .Les secteurs
24 et 24' sur lesquels repose la- membrane 25 (elle-même en contact ther- mique avec les lames 3 et 4 du thermocouple) sont alors connectés aux bornes 26-261 d'un circuit comprenant une source électrique 27, un régula- teur 28, un ampèremètre 29 et un/voltmère 2@.
Dans la réalisation des figs 6 à 8 la rondelle 23 est remplacée par une série de lamelles 23a fixées à l'extrémité de tiges support élastiques 30 les maintenant tendues et connectées entre elles en série ou en parallèles. Les tiges support 30 sont portées par une rondel- le isolante 25 et deux d'entre elles sont connectées aux bornes 26-26' d'un circuit analogue au procédent.
La fig. 9 montre une application de la thermopile pour la mesure précise du courant traversant un conducteur électrique 31 qui constitue l'émetteur des radiations captées par les soudures 10 du thermo- couple. Le,tube 12 des figs. 1 et 2 est alors remplacé par un tube 32 disposé parallèlement aux soudures et au conducteur 31 et concentrant sur elles les radiations émises par le conducteur. Ce tube 32 présentera à cet effet une ouverture 33 dans laquelle les soudures sont engagées. Les indications recueillies par l'indicateur aucuel sont connectés les conduc- teurs 22 permettent de mesurer la quantité d'électricité qui traverse le conducteur 31.
On peut ainsi en particulier, effectuer le contrôle instantané! de la température d'un fil 31 animé d'un mouvement de translation.