"Appareil de mesure de la température superficielle
d'un objet" La présente invention se rapporte à un ap- pareil destiné à mesurer la température de la surface d'un objet se trouvant dans un four à haute température
<EMI ID=1.1>
température superficielle comportant un thermomètre à rayonnement ou radiomètre et capable de mesurer la température superficielle de l'objet sans être sensible- ment gêné par le rayonnement externe perturbateur.
<EMI ID=2.1> 1 un four de chauffage préalable au laminage à chaud en bandes, il a été largement exigé de mesurer la température superficielle d'un objet tel qu'une brame devant être échauffée, et cela d'une manière la plus continue et la plus précise que possible.
En d'autres termes, si la température superficielle de la brame peut être mesurée avec précision, il est possible d'extraire cette brame du four et de la diriger ensuite vers le poste de laminage juste après que cette brame a atteint une température optimale prédéterminée. Il en résulte que le contrôle de la chaleur peut avoir lieu d'une manière efficace et précise, ce qui implique non seulement des produits de grande qualité, mais également une économie d'énergie.
Cependant, dans le procédé classique de mesurage de la température superficielle d'une brame enfermée dans un four de chauffage, un thermocouple est dispo- sé dans un tube protecteur s'étendant dans ledit four, afin de mesurer la température ambiante régnant dans ce four, tout en commandant ce dernier pour obtenir son fonctionnement approprié. De ce fait, la température ainsi mesurée n'est pas précise, étant donné que ce n'est pas la température de la brame qui est directement évaluée.
Pour cette raison, dans les conditions actuelles de fonctionnement, la température recherchée de la brame est choisie pour être sensiblement supérieure à la température optimale prédéterminée, ou bien la brame est, maintenue dans le four pendant une période suffisamment plus longue que la durée habituelle de chauffage, de telle sorte que le laminage consécutif de l'échauffement de ladite brame ne soit jamais défectueux par suite d'un échauffement insuffisant de la brame. Il en résulte un gaspillage d'énergie.
Bien qu'un thermomètre du type à contact soit directement appliqué contre la brame pour permettre une mesure précise de la température de cette dernière, ce thermomètre est usé à force d'être en contact avec la brame en mouvement à l'intérieur du four d'échauffement, d'où il résulte qu'untel procédé n'est pas approprié pour permettre une mesure en continu de la température.
Donc, il n'existe aucune autre possibilité que celle d'évaluer la température de la brame à partir de mesures de la température ambiante.
Pour perfectionner l'opération de mesure,
il a été proposé différents procédés utilisant les rayon-
nements thermiques et généralement appropriés pour permettre une mesure .continue de la température: Cependant, la mesure de la température superficielle d'objets tels qu'une brame, déplacés à l'intérieur du four d'échauffement, soulève diverses difficultés. Par exemple, lorsque la température superficielle de la brame déplacée dans
le four doit être mesurée à l'aide d'un thermomètre à rayonnement qui évalue le rayonnement thermique provenant de la surface de la brame, il convient de faire observer que la température ambiante est considérablement plus grande que la température de cette, brame, du fait que cette dernière est échauffée par le rayonnement de chaleur périphérique. Bien que le thermomètre à rayonnement soit entouré d'un cylindre de protection thermique destiné à supprimer le rayonnement de chaleur provenant de la circonférence, une certaine quantité d'énergie radiante peut, pour diverses raisons, pénétrer dans ce thermomètre et entraîner une erreur de mesurage. Une telle pénétration) <EMI ID=3.1>
équipéducylindre de protection est qualifiée de "composant de rayonnement externe perturbateur". Etant donné que la superficie de la brame est généralement rugueuse du fait de son oxydation, le composant de rayonnement externe perturbateur provenant de la périphérie peut fa-
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suite de la réflexion par diffusion. Il est malaisé de localiser avec précision la source de composant de rayonnement et de déterminer quantitativement ses effets, à cause des propriétés de réflexion par diffusion de la surface de la brame .
Afin de réduire le composant de rayonnement externe perturbateur, ou bien de déterminer quantitativement, l'influence du composant de rayonnement, de nombreux procédés ont été proposés. jusqu'à présent. Par exemple, dans le brevet japonais ? 47713/1978, la Demanderesse a
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de protection contre le composant de rayonnement. Ce dispositif de protection est conforme de telle sorte que le cylindre de protection thermique mentionné ci-avant soit
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disposé en regard de la brame, et ce dispositif est refroidi par eau afin de ne pas diffuser une grande quan-
<EMI ID=7.1> aux indications fournies par le thermomètre.
Toutefois, étant donné que la température
<EMI ID=8.1>
ment est habituellement de l'ordre de 1000*0 ou plus, et que la température de la brame est également élevée, cette brame est refroidie lorsqu'elle est transportée à
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ture relativement faible de la plaque de protection pendant une période considérablement longue, d'où il résulte une baisse inopportune de la température de cette brame.
En outre, un incident tel qu'une fuite d'eau peut engendrer un grave accident.
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proposer un appareil qui. destiné. à mesurer la température superficielle d'objets placés dans un four, peut effec- tuer une mesure continue et hautement précise de la température sans comporter les inconvénients susmentionnés provoqués par la mesure de la température de rayonnement-
Pour parvenir à ce but, l'invention est fondée sur le principe suivant : étant donné qu'il est difficile de supprimer totalement le composant perturbateur, une source de perturbation de référence, de niveau de rayonnement connu, est utilisée pour masquer un composant indéterminé de rayonnement externe perturbateur, de telle sorte que le thermomètre à rayonnement soit soumis à:
une perturbation constante de niveau connu,provenant de la source de référence au lieu dudit composant de rayon-
nement externe perturbateur, et de manière que l'effet exercé par la perturbation de référence soit annulé arith-
<EMI ID=11.1> <EMI ID=12.1>
Selon les caractéristiques essentielles de l'appareil de l'invention, ce dernier comporte un cylindre protecteur opposé à un objet dont la température doit être mesurée à l'intérieur d'un four, ce cylindre présentant, de son coté opposé audit objet, une extrémité ouverte
<EMI ID=13.1>
fonction de la . température de l'objet ; une source de
<EMI ID=14.1>
dre protecteur afin de masquer l'effet d'un rayonnement perturbateur dérivé de l'atmosphère de haute température régnant à 1 'intérieur du four, et afin d'engendrer un second rayonnement dont le niveau peut être sensiblement déterminé ; ainsi qu'un moyen détecteur de rayonnement
<EMI ID=15.1>
séparément premier et second rayonnements, auquel <EMI ID=16.1>
née par les valeurs résultant de la détection 'de ces premier et second rayonnements.
L'invention va à présent être décrite plus
<EMI ID=17.1>
ples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une représentation schématique d'un appareil classique de mesure de la température par rayonnement ; la figure 2 est une coupe longitudinale sché- matique d'une forme de réalisation de l'appareil de mesure de la température superficielle selon l'invention la figure 2A est une vue en plan de la plaque de. protection de la figure 2 ; la figure 3 est une coupe longitudinale sché- matique représentant l'agencement général d'une autre forme de réalisation selon l'invention ; <EMI ID=18.1>
<EMI ID=19.1>
<EMI ID=20.1>
rayonnement de la forme de réalisation de lE! figure 2 ou 3;, la figure 5 illustre schématiquement une autre forme de réalisation selon l'invention ; la figure 5A est un schéma synoptique du système arithmétique de traitement associé à la sortie d'un <EMI ID=21.1> utilisé dans la forme de réalisation de la figure 5.
Avant de décrire quelques. formes de réalisation proposées par l'invention, on va décrire tout d'abord brièvement le type de réalisation d'un appareil de type
<EMI ID=22.1>
1, une brame 1 est échauffée par une chaleur rayonnante provenant de la face d'un four d'échauffement 2,
<EMI ID=23.1> <EMI ID=24.1>
la brame 1 en déplacement, et il comprend un transducteur 4b, qui convertit l'énergie de rayonnement reçue en un
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fait converger l'énergie radiante de la brame vers le
<EMI ID=26.1>
la chaleur est disposé sur l'axe du rayonnement 0'lais par
<EMI ID=27.1>
te que le rayonnement perturbateur provenant de l'espace environnant ne soit pas directement projeté sur ledit
<EMI ID=28.1>
classique de mesure de la température, le rayonnement perturbateur provenant de 1 ' environnement pénètre- dans le cylindre 6 pour diverses raisons et il atteint le thermomètre à rayonnement 4. Du fait que l'intensité de ce rayonnement: perturbateur est généralement instable, il en résulte une erreur indéterminée dans la mesure de la
<EMI ID=29.1>
La présente invention vise à éliminer les sources d'erreurs indéterminées. Une forme de réalisation proposée à cet effet est illustrée sur la figure 2.
Etant donné que, comme mentionné ci-avant,
. un appareil de mesure de la température du type précité , . ; . peut difficilement empêcher un rayonnement perturbateur d'être transmis au thermomètre à rayonnement a partir de <EMI ID=30.1>
<EMI ID=31.1>
est masqué par une source perturbatrice de référence émet- tant un rayonnement dont l'intensité est sensiblement ,.déterminable le thermomètre à rayonnement est soumis
aux effets de la source perturbatrice de référence au
<EMI ID=32.1>
<EMI ID=33.1>
<EMI ID=34.1>
Ce principe va être décrit ci-dessous en regard de
<EMI ID=35.1> analogues correspondant à ceux de la figure 1 portent
les mêmes références numériques. Le cylindre de protection 6 comporte une plaque protectrice discoïdale 8 qui, percée d'une ouverture 10 (figure 2A), est disposée à
son extrémité inférieure ouverte et fait face à la brame
1, à laquelle elle est parallèle et dont elle est espacée d'une distance H. En outre, le cylindre de protection 6 présente des thermomètres à rayonnement 14 et 24 montés dans sa région supérieure. Le thermomètre à rayonnement
14 est destiné à recevoir un rayonnement 16 provenant d'une
<EMI ID=36.1>
que le thermomètre 24 reçoit un rayonnement 26 provenant de la brame et traversant l'ouverture 10 de ladite plaque 8. L'erreur de mesurage de la température de rayonnement est fonction de la longueur d'onde et de la température détectée par le thermomètre à rayonnement, et elle est proportionnelle à la longueur d'onde détectée.
De ce fait, il est souhaitable que la longueur d'onde détectée par le thermomètre à rayonnement soit la plus
<EMI ID=37.1>
<EMI ID=38.1>
gueur d'onde susmentionnée est suffisante pour produire une mesure suffisamment sensible. Le pouvoir émissif [pound], de la brame 1 dans la plage de longueurs d'ondes susmentionnée est d'environ 0,85, assortie d'une faible
variation. Bien que la température ambiante T, régnant à
<EMI ID=39.1>
de la brame 1 et qu'elle varie largement en fonction des
<EMI ID=40.1>
trant à l'intérieur du cylindre de protection 6 est réduite à une valeur négligeable,en raison de la présence de la plaque protectrice 8. La surface de cette plaque 8 opposée à la brame 1 constitue la source perturbatrice de référence mentionnée ci-avant. Le cylindre 6 et la plaque 8 sont réalisés en une matière présentant une résistance à la chaleur suffisante pour, supporter une tem- pérature supérieure à celle de la brame 1, étant donné qu'ils sont nécessairement échauffés à l'intérieur du four. Par exemple, ce metériau peut consister en du carbure de silicium SiC, car ce dernier résiste à des
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conductibilité thermique analogue à celle du carbone, un faible coefficient de dilatation, thermique et une bonne malléabilité d'usinage. D'une manière connue en soi, le pouvoir émissif du cylindre 6 et de la plaque 8 est d'environ 0,8, mais il peut être augmenté pour atteindre environ 0,85 lorsqu'on dégrossit les surfaces dudit cylin-. dre et de ladite plaque.
La température et le pouvoir émissif de la brame 1 sont repérés par T, et [pound],, respectivement, ceux
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respectivement. Les faces internes des parois du four sont censées donner naissance à une cavité de corps noir,
<EMI ID=43.1>
Le rayon de la plaque protectrice 8 est re-
péré par R et H désigne la distance séparant ladite plaque de la brame. L'énergie radiante effective G. (i = 1, 2, 3) par unité de surface, provenant des faces de la brame et de la source de rayonnement perturbateur (qui sont considérées comme des surfaces réfléchissantes par diffusion) correspond généralement à l'équation :
<EMI ID=44.1>
où.Eb(Ti) : énergie radiante provenant du corps noir à
une température Ti ;
FiK : coefficient géométrique indiquant le rapport
de rayonnement provenant de la surface 1 sur la surface k
<EMI ID=45.1>
Lorsque l'équation (1) est appliquée à l'exemple de la figure 2, il en résulte les expressions suivantes :
<EMI ID=46.1>
<EMI ID=47.1>
<EMI ID=48.1>
<EMI ID=49.1>
La valeur G, dans l'équation (5) indique la valeur détectée mesurée par le thermomètre à rayonnement 24. Le premier terme à droite de l'équation correspond au rayonnement apparent provenant de la brame ; le second terme
de cette,équation se rapporte au rayonnement perturbateur provenant de la source de référence ; et le troisième, terme est relatif au composant de rayonnement externe perturbateur provenant de l'environnement.
L'équation (5) peut être réécrite sous la forme suivante :
<EMI ID=50.1>
Si la valeur q dans l'équation (6) peut être considérable- <EMI ID=51.1>
me terme à droite de l'équation peut être omis. Par conséquent, la température de la brame peut être déterminée par l'équation suivante :
<EMI ID=52.1>
L' exactitude de l'équation (11) peut être aisément compri-
<EMI ID=53.1>
que F,, = 0 dans la forme de réalisation de la figure 2,
<EMI ID=54.1>
Par ailleurs, si la superficie de la plaque protectrice
<EMI ID=55.1>
10 est négligeable et la réflexion réciproque peut être réputée intervenir entre les disques de rayon R et la distance H les séparant. De ce fait, l'exactitude de
<EMI ID=56.1>
<EMI ID=57.1>
<EMI ID=58.1>
protectrice 8 et elle est réputée avoir une valeur connue,
<EMI ID=59.1>
Les autres paramètres, tels que les dimensions de la plaque protectrice et la distance H séparant cette plaque et la brame, peuvent être considérés comme ayant des va-. leurs connues déterminées par la configuration de l'appareil. De ce fait, Eb(T,), donc la température T. de
la brame, peuvent être déterminés partir de Gl et de
<EMI ID=60.1>
<EMI ID=61.1>
la région entourée par cette plaque 8 et le cylindre de protection 8 est considérée comme étant un four de corps noir. Dans la forme de réalisation de la figure 2, l'énergie radiante est détectée par le thermomètre à rayonnement 14. Dans ce cas, l'équation (12) se transforme en
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<EMI ID=63.1>
<EMI ID=64.1>
invention, afin de réduire davantage l'effet du compo-
<EMI ID=65.1>
la face interne de la paroi du four et constituant la source de rayonnement perturbateur, deux contre-mesures sont proposées :
(1) Le rapport H/R est réduit le plus possible, c'est-à-dire que la plaque protectrice 8 (constituant la source de rayonnement perturbateur de référence,) présente un grand rayon et est disposée le plus près possible de la brame 1. Cette mesure est efficace pour augmenter la surface de la plaque protectrice et diminuer la hauteur de l'orifice par lequel le rayonnement perturbateur pénètre, afin de supprimer ce rayonnement
<EMI ID=66.1>
(10) le plus possible égal à 1. Lorsque tous les coeffi-
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<EMI ID=70.1>
<EMI ID=71.1>
une difficulté de manipulation de la brame, mais cela,.. n'entraîne aucune perturbation de la température de cette brame (telle qu'une perturbation de refroidissement), même lorsque la source de rayonnement de référence est rapprochée de ladite brame, étant donné qu'elle
<EMI ID=72.1>
à celle de la brame 1.
<EMI ID=73.1>
nement de référence est presque égal à 1. Qualitativement, cela se traduit par un accroissement de l'absorption du composant de rayonnement perturbateur par la plaque protectrice 8, donc par un affaiblissement de l'effet exercé par ce composant. Lorsque, dans l'équa-
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augmente et le dénominateur décroît, ce qui entraîne
<EMI ID=75.1> <EMI ID=76.1>
nement 24 et 14 sont converties, en des grandeurs numériques par des convertisseurs analogiques-numériques 30
<EMI ID=77.1>
tion (13) est assuré par une unité arithmétique 32. Etant donné que le thermomètre à rayonnement utilisé pré-
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la longueur d'onde pour l'élément de détection et le
<EMI ID=79.1>
sentation graphique de ce rapport. En variante, les
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terminées sur la base du rapport existant entre Eb(T,)
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me de mémoire intégras dans l'unité arithmétique 32,
<EMI ID=82.1>
dispositif arithmétique.
<EMI ID=83.1>
lisation, dans laquelle les éléments correspondant à ceux de la figure 2 sont affectés des mêmes références numériques. Dans ce type de réalisation, une plaque protectrice 47, percée d'une ouverture 40, est logée
à l'intérieur du cylindre 6, afin de subdiviser l'espace
<EMI ID=84.1>
face interne du cylindre de protection 6 et la surface de la plaque protectrice 47 sont noircies et dégrossies,
<EMI ID=85.1>
<EMI ID=86.1>
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<EMI ID=88.1>
le*,distance H séparant l'extrémité inférieure du
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faible pour éliminer le rayonnement perturbateur prove-
<EMI ID=90.1>
La figure 4 représente un exemple de la manière dont un cylindre de protection 6 est incorporé <EMI ID=91.1>
<EMI ID=92.1>
dans le four 2 au-dehors de ce dernier. Les références numériques 54 et 55 correspondent à des tubes d'alimentation et de vidange de l'eau de refroidissement et
<EMI ID=93.1>
24, et sur lequel sont montés des tubes d'alimentation
<EMI ID=94.1>
en gaz de chasse. La référence 66 désigne un filtre ;
68 désigne un tube d'alimentation en gaz de chasse destiné à maintenir propre la surface dudit filtre 66 ;
<EMI ID=95.1>
ment permettant au cylindre de protection 6 d'effectuer des mouvements ascendants et descendants, afin d'ajuster la distance H en fonction de la dimension de la brame.
<EMI ID=96.1>
<EMI ID=97.1>
du four 2 comprenant les composants décrits ci-dessus, ce cylindre de protection peut être ajusté de manière
<EMI ID=98.1>
la température doit être mesurée, et deux énergies ra-
<EMI ID=99.1>
<EMI ID=100.1>
ne s'échappe au-dehors de ce dernier..
Dans une autre forme de réalisation, représentée sur la figure 5, on utilise un seul et unique radiomètre du type à balayage pour mesurer alternative-
<EMI ID=101.1>
<EMI ID=102.1>
de référence. Le radiomètre 14 du type à balayage peut être monte oscillant entre les positions représentées, par exemple,en trait plein et en pointillé sur la fi-
<EMI ID=103.1>
constante sous l'action d'un dispositif d'entraînement 27.
<EMI ID=104.1>
<EMI ID=105.1>
horizontal sa déplaçant entre des positions correspon--
<EMI ID=106.1>
forme de réalisation de la figure En outre, .comme le montre la figure 6, on peut utiliser un radiomètre
à réflexion spéculaire" Dans ce cas, un miroir réfléchissant 36 est monté pivotant entre les positions illustrées en trait plein et en pointillé que le radiomètre 14 est fixe. Dans sa position en trait plein, le
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direction du radiomètre 14 et, dans sa position figurée
<EMI ID=108.1>
<EMI ID=109.1>
De plus, étant donné que, comme mentionne,
<EMI ID=110.1>
<EMI ID=111.1>
ristiques de deux radiomètres utilisés pour détecter les deux rayonnements.'
<EMI ID=112.1>
peuvent être traitées arithmétiquement par un système arithmétique commun. Le schéma synoptique de la figure 5A illustre un exemple de réalisation de ce système
<EMI ID=113.1>
tre des cas considérés dès figures 5 et 6.
<EMI ID=114.1>
<EMI ID=115.1>
et G2 par des circuits 33 et 34 d'échantillonnage et
de maintien, auxquels des impulsions respectives d'échan-
<EMI ID=116.1>
commande 27,en synchronisme avec le mouvement pendulaire du radiomètre de la figure 5, ou bien avec le balayage alternatif du miroir réfléchissant 36 de la figure 6.
<EMI ID=117.1> signaux numériques par les convertisseurs analogiquesnumériques 28 et 30, respectivement. De plus, le signal
<EMI ID=118.1>
<EMI ID=119.1>
<EMI ID=120.1>
<EMI ID=121.1>
<EMI ID=122.1>
<EMI ID=123.1>
qui peut être converti par inversion pour déterminer la
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<EMI ID=125.1>
Comme mentionné ci-avant, l'appareil selon l'invention peut effectuer une mesure continue de la température sans aucun contact avec une grande précision, et il comporte de nombreux autres avantages.
Le principe de la présente invention est très simple et peut être facilement compris,et l'appareil selon l'invention est d'une application pratique aisée.
En outre', étant donné que les signaux de sor-
<EMI ID=126.1>
peuvent être traités selon une simple équation arithmétique (12), le traitement en temps réel peut être effectué par un seul et unique système.
De plus, la longueur d'onde de détection peut être raccourcie et le détecteur du thermomètre peut consister en un transducteur photo-électrique en silicone
à bon marché.
<EMI ID=127.1>
rayonnement de référence étant atteinte par un échauffement naturel à l'intérieur du four, comme décrit ci-
<EMI ID=128.1>
elle-même efficacement par cet échauffement interne, ou bien sa température peut être contrôlée pour être maintenue à une valeur connue.
Bien que du carbure de silicium soit utilisé en guise de matière constituant la plaque protectrice
(source de rayonnement perturbateur de référence), on peut utiliser de même de l'alumine ou un acier résistant à la chaleur.
Bien entendu, à la place du four d'échauffe.ment de la brame utilisé dans la présente invention et décrit en détail ci-dessus, on peut utiliser d'autres fours à haute température.
D'autre part, la présente invention peut évidemment être appliquée au mesurage de la température relativement basse d'un objet autre qu'une brame, par exemple une plaque laminée à chaud, une tôle d'acier
<EMI ID=129.1>
cas, il est toutefois difficile d'utiliser la cellule,
en Si du point de vue de l'aptitude à la détection et
il est donc nécessaire de prévoir un organe de détection pour une longueur d'onde supérieure, par exemple une cel-
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résistance thermosensible.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention.
REVENDICATIONS
1. Appareil de mesure de la température superficielle d'un objet, caractérisé par le fait qu'il comprend un cylindre de protection (6) disposé en regard d'un objet (1) dont la température doit être mesurée,
à l'intérieur d'un four (2), ledit cylindre (6) présentant, de son côté opposé audit objet (1), une extrémité ouverte permettant le passage d'un premier rayonnement
(26) émis en fonction de la température dudit objet (1) ;
une source (8, 47 12, 48), logée dans ledit cylindre de protection (6) pour masquer l'effet d'un rayonnement perturbateur engendré en fonction de l'atmosphère de haute température régnant à l'intérieur du four (2),
et pour émettre un second rayonnement (16) dont l'intensité peut être sensiblement déterminée ; ainsi qu'un dispositif (14, 24) de détection du rayonnement, qui, monté à l'autre extrémité dudit cylindre de protection
<EMI ID=131.1>
séparément lesdits premier (26) et second (16) rayonnements, la température superficielle dudit objet (1) étant déterminée par les valeurs résultant de la détection desdits premier (26) et second (16) rayonnements.