FR2524130A1 - Procede pour detecter l'etat de fonctionnement de tambours tournants tels que des fours tubulaires tournants, et appareil pour la mesure sans contact de la temperature superficielle de tels tambours - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE POUR DETECTER L'ETAT DE FONCTIONNEMENT DE TAMBOURS TOURNANTS, TELS QUE DES FOURS TUBULAIRES TOURNANTS, AINSI QU'UN APPAREIL POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE. SELON L'INVENTION, LA DISTRIBUTION DE TEMPERATURE DE LA SURFACE DU FOUR TUBULAIRE TOURNANT EST MESUREE SANS CONTACT A L'AIDE D'UN CAPTEUR A INFRAROUGE 7, ET EST ENSUITE TRAITEE EN CORRELATION AVEC D'AUTRES PARAMETRES CARACTERISTIQUES DU PROCESSUS. LA SURFACE DU FOUR EST TESTEE LONGITUDINALEMENT DE FACON CONTINUE, ET DES TOLES ECRAN 14, 14, DISPOSEES DEVANT DES RADIATEURS DE REFERENCE 13, 13, SERVENT A FORMER DES SIGNAUX DE COMMANDE ET UN AUTO-ETALONNAGE DYNAMIQUE. UN SYSTEME OPTIQUE 7, GRACE A SES PROPRIETES ASTIGMATIQUES DE REPRODUCTION D'IMAGE, SERT A CORRIGER LES ERREURS DE PROJECTION. LE SYSTEME DE MESURE, REPARTI EN UNITES FONCTIONNELLES PHYSIQUEMENT SEPAREES POUR L'ACQUISITION ET LE TRAITEMENT DES MESURES PRESENTE DES INTERFACES FOURNISSANT LES MESURES DE TEMPERATURE SOUS UNE FORME ADAPTEE AU TRAITEMENT DE DONNEES. APPLICATION A LA SURVEILLANCE DES GROSSES UNITES DE FOURS TUBULAIRES, NOTAMMENT POUR LA DETECTION DES DOMMAGES CAUSES AU GARNISSAGE ET DES FORMATIONS D'ANNEAUX.

Description

L'invention concerne un procédé de détection de l'état de fonctionnement

de tambours tournants pour l'exécution de processus thermiques, en particulier de fours tubulaires tournants pour le traitement de matières à grain fin, par exemple d'alumine, de minerai, de farine brute de ciment, de chaux etc L'invention concerne en outre un appareil pour la mesure sans contact de la température superficielle d'objets à surface étendue, en particulier en

mouvement, par exemple de tambours tournants pour le traite-

ment thermique de matières à grain fin, tels que des fours tubulaires tournants, comprenant des éléments fonctionnels pour la préparation de la valeur mesurée qui servent à mettre en corrélation des valeurs mesurées de température

avec des signaux électriques ainsi que des éléments fonc-

tionnels pour l'obtention de la valeur mesurée qui engen-

drent des signaux électriques correspondant à un rayonne-

ment infrarouge incident.

A mesure que l'on augmente la grandeur des unités de four tubulaire tournant utilisées aujourd'hui,

qui ont des productions journalières de 4000 tonnes de clin-

ker et davantage, on a de plus en plus besoin d'une surveil-

lance perfectionnée, en particulier pour diminuer les arrêts du four dus à des dommages au garnissage et les frais qui en résultent Il s'agit spécialement de reconnaître autant que possible dès le stade de l'apparition un dommage

en cours de développement, ce qui comprend aussi des irré-

gularités de la quantité de matière à l'intérieur du four, des formations et ruptures d'anneaux, qui se traduisent entre autres par des variations de température de la surface latérale du four tubulaire tournant En effet, d'après

l'expérience, des contre-mesures amorcées à un moment pré-

coce conduisent à des temps d'arrêt plus courts et donc à

des moindres pertes de production Toutefois, pour l'utili-

sation de sytèmes de mesure complexes, un problème est

posé par l'atmosphère poussiéreuse et corrosive dans l'envi-

ronnement d'installations de four de ce genre qui est en outre caractérisée par de l'humidité et des vibrations et

ne permet pratiquement que l'utilisation d'appareils robus-

tes et de maniement simple.

Pour surveiller la température d'un four tubu-

laire tournant, il est connu de disposer de façon mobile des thermomètres à rayonnement, robustes et réagissant lentement,

à grand angle d'ouverture, sur une glissière disposée paral-

lèlement, avec un petit espacement, à la génératrice du four tubulaire tournant Toutefois, une mesure sur toute la surface du four tubulaire tournant n'est obtenue ainsi qu'au bout de laps de temps relativement longs On n'a pas la possibilité,

importante dans la pratique, de détecter rapidement des dom-

mages au garnissage en cours de développement.

Une autre possibilité connue consiste à dispo-

ser un thermomètre à rayonnement pivotant, à position fixe, à grand angle d'ouverture Toutefois, ici, dans le cas de fours tubulaires tournants longs, il se produit un moins bon pouvoir de résolution dans les régions marginales et on ne peut y remédier qu'en limitant l'angle d'exploration et donc

en utilisant plusieurs appareils de ce genre.

Une détection rapide de la température super-

ficielle des fours tubulaires tournants, déjà perfectionnée,

est décrite dans l'imprimé "AGA Cemscanner, an infrared sys-

tem for realtime monitoring of rotary kilns", publié en 1978.

Il s'agit ici d'appareils de mesure à petit angle d'ouverture

et à optique tournante La mesure est basée sur une explora-

tion de la surface, exécutée suivant une ligne, l'exploration

le long de la ligne s'effectuant à une vitesse telle que re-

lativement à celle-ci, la vitesse de rotation du four n'a pas d'importance Le rayonnement émis atteint, en passant par un prisme monté de manière à pouvoir tourner, un détecteur à

semi-conducteur qui émet un signal électrique correspondant.

L'appareil est équipé d'un radiateur de référence qui est en-

fermé, en même temps que l'optique, dans un boîtier en acier

qui est lui-même logé dans une enveloppe protectrice éventuel-

lement climatisée qui est disposée, relativement au four tu-

bulaire tournant, à une distance déterminée par la longueur du

four et par l'angle d'exploration utilisable horizontalement.

Ainsi, il faut des mesures de sécurité importantes pour proté-

ger un appareil très complexe contre les influences défavo-

rables qui règnent dans l'environnement des installations de four tubulaire tournant Sur les lieux se trouve un appareil de mesure nécessitant un volume d'installations relativement grand et dont l'entretien exige un personnel qualifié, en

particulier à cause de sa structure compliquée ou de son ins-

tallation En outre, le système de mesure décrit dans l'impri-

mé cité est fermé sur lui-même et fournit des valeurs mesurées sous forme analogique qui sont présentées sous forme de

différents graphiques définissant la distribution de tempé-

rature de la surface du four tubulaire tournant Il est vrai que la distribution de température est un paramètre important

du fonctionnement du four tubulaire tournant pour l'obten-

tion d'informations suffisantes cependant, pour l'amorçage en temps voulu de mesures de conduite du processus, il faut que cette distribution de température soit interprétée en

corrélation avec d'autres paramètres définissant le fonction-

nement du four tubulaire tournant comme par exemple l'amenée de matières premières, l'amenée de combustible, la vitesse de rotation et la puissance d'entraînement, par exemple pour pouvoir reconnaître un dosage non équilibré de l'amenée de

matière première et de combustible Il n'est pas prévu d'in-

terprétation plus poussée des valeurs mesurées déterminées, par exemple d'analyses de tendance, dans le système décrit

par l'imprimé cité.

Ainsi, le but de l'invention est de fournir un procédé de détection de l'état de fonctionnement de tambours

tournants pour la conduite de processus thermiques, en par-

ticulier de fours tubulaires tournants, qui fournisse un ta-

bleau aussi complet que possible des paramètres caractéris-

tiques, qui fournisse ceux-ci sous upe forme convenant au traitement informatique en vue d'une interprétation ultérieure et qui, sur cette base, forme des paramètres définissant des états de fonctionnement désavantageux ou des pertubations en cours de développement En outre, le but de l'invention est de mettre au point un appareil pour la mesure sans contact de la température superficielle d'objets de mesure à surface étendue, en particulier en mouvement, tels que des tambours tournants, qui se distingue par la simplicité, la robustesse et la précision et qui fournisse les valeurs mesurées sous une forme préparée et convenant à une interprétation ultérieure par une installation informatique Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que l'on mesure sans contact

la distribution de température de la surface du four tubu-

laire tournant et qu'en partant de la distribution de tempé- rature, en combinaison avec d'autres paramètres définissant

le processus thermique et/ou le fonctionnement du four tubu-

laire tournant, on forme un ou des paramètres caractérisant l'état de fonctionnement momentané du four tubulaire tournant et/ou les variations de cet état Pour décrire le comportement de fonctionnement du tambour tournant ou du four tubulaire

tournant, on inclut ainsi une mesure sans contact de la dis-

tribution de température dans une corrélation plus ample, à

savoir celle qui est donnée par les autres paramètres de fonc-

tionnement De cette manière, on a la possibilité de mieux interpréter les résultats de mesure obtenus, par exemple sur la base de leur corrélation mutuelle, de sorte que ces valeurs

mesurées peuvent être interprétées en corrélation entre elles.

L'inclusion de la mesure de température dans une plus grande corrélation de fonction donne la possibilité d'analyses

raffinées de l'état instantané ou du comportement de fonction-

nement au cours du temps, que l'on peut utiliser pour opti-

miser le processus ou pour améliorer la qualité En outre, on a la possibilité de contrôler de façon sensible et continue le garnissage du four pour détecter les dommages existants ou en cours de développement de sorte que l'on peut aussi

reconnaître le comportement du garnissage au cours du temps.

Outre les irrégularités de la quantité de matière contenue dans le four et les ruptures d'anneaux, on peut aussi calculer

dans chaque cas la consommation spécifique de chaleur du pro-

cessus de cuisson et d'autres paramètres pour lesquels la dis-

tribution de température a une importance.

Dans un mode d'exécution de l'invention, lors de la

mesure de la distribution de température, on explore par li-

gnes depuis un point fixe le rayonnement infrarouge partant du four tubulaire tournant et on corrige les valeurs mesurées déterminées d'après une mesure de la température d'au moins

un radiateur de référence, exposé à des influences pertur-

batrices similaires et ayant une température connue maintenue

constante De préférence, on utilise deux radiateurs de réfé-

rence dont les températures différentes correspondent à des températures caractéristiques du four tubulaire tournant Etant donné que la mesure du radiateur de référence est exposée à des influences perturbatrices semblables, il est tenu compte automatiquement des variations qui se produisent dans l'allure

du trajet des rayons entre objet de mesure et appareil de me-

sure, de sorte que la précision du résultat de mesure n'en est pas affectée Pour couvrir toute l'étendue de mesure, on règle de préférence les différentes températures des radiateurs de référence sur des températures limites supérieure et inférieure de sorte qu'en se basant sur le résultat de cette mesure de température, on peut effectuer une correction par exemple linéaire des valeurs mesurées On est ainsi assuré que même en cas de grands facteurs de correction comme ceux qui sont

à prévoir en cas de forts encrassements, on détecte avec cer-

titude des températures critiques élevées et basses Toutefois, en cas de besoin, on peut aussi utiliser avantageusement plus de deux radiateurs à températures différentes, par exemple pour pouvoir effectuer des corrections d'ordre plus élevé et donc

obtenir un plus haut degré de précision.

Dans un autre mode d'exécution de l'invention, on utilise simultanément les radiateurs de référence comme transmetteurs de signaux L'exploration périodique du four tubulaire tournant, en vertu du processus de mesure, portant aussi sur les radiateurs de référence, donne la possibilité

de donner au signal reçu par les radiateurs une forme détermi-

née qui peut servir à reconnaître le début et la fin d'une ligne du processus de mesure o le sens de l'exploration Les moyens auxiliaires nécessaires à la formation de signaux de ce genre se distinguent par une grande simplicité et peuvent

être par exemple conçus sous forme de plaques munies d'ouver-

tures de grandeur déterminée présentant un ordre de succession ou une disposition déterminées et disposées dans le trajet des

rayons du ou des radiateurs de référence.

Un appareil pour la mesure sans contact de la température superficielle d'objets de mesure à surface étendue, en particulier en mouvement, par exemple de tambours tournants tels que des fours tubulaires tournants, est caractérisé par le fait que les éléments fonctionnels servant à la préparation

de la valeur mesurée sont séparés physiquement de ceux qui ser-

vent à l'obtention de la valeur mesurée Ainsi, des composants

électroniques sensibles sont placés, non plus dans une atmos-

phère caractérisée par une forte pollution mais par exemple dans un poste de commande protégé de sorte que sur les lieux mêmes se trouve seulement une tête de mesure de structure

relativement simple qui ne contient pratiquement que des com-

posants insensibles aux influences extérieures De cette ma-

nière, les mesures de protection dans la région de la tête de mesure peuvent être limitées à un minimum, ce qui a pour effet non seulement de réduire les frais d'installation mais encore d'améliorer la maniabilité, en particuleir en ce qui concerne les travaux de remise en état et de réparation L'encombrement, et donc la dépense totale d'installation, sont notablement

réduits relativement aux appareils ou systèmes connus L'appa-

reil selon l'invention peut s'appliquer non seulement aux fours tubulaires tournants mais encore, avantageusement, à la détection de la température superficielle de n'importe quels autres objets en mouvement comme par exemple des feuilles de tôle, de verre plat, de matière synthétique, des bandes de textile ou de papier etc.

Dans un mode d'exécution, les éléments fonction-

nels servant à la préparation de la valeur mesurée comprennent

au moins un microcalculateur, des unités de surveillance élec-

tronique, d'étalonnage de température, d'alimentation en ten-

sion etc Ces éléments fonctionnels forment, avec ceux qui servent à obtenir la valeur mesurée, un système fermé dont les grandeurs de sortie sont des valeurs mesurées de température

sous forme vérifiée ou étalonnée et convenant pour être ensui-

te traitées par exemple dans un calculateur prioritaire Ainsi, à chaque tête de mesure est adjoint un microcalculateur Dans un calculateur prioritaire, on effectue ensuite de façon très avantageuse, selon l'invention, l'intégration de ces valeurs mesurées de température selon une plus grande corrélation fonctionnelle, déterminée par exemple par les paramètres du four ou du processus thermique exécuté dans celui-ci, afin de déterminer des paramètres donnés, desquels on peut tirer des connaissances sur l'état de fonctionnement momentané du four.

Dans un autre mode d'exécution, les éléments fonction-

nels servant à l'obtention de la valeur mesurée sont disposés

à l'intérieur d'une enveloppe et au moins un radiateur de ré-

férence à température connue est disposé à l'extérieur de

l'enveloppe On est ainsi assuré que le rayonnement infra-

rouge partant du tambour tournant est exposé, par la poussière déposée sur l'enveloppe, à une absorption comparable à celle du radiateur de référence Ainsi, les erreurs de mesure qui se produisent par suite d'un empoussièrement croissant peuvent être corrigées automatiquement En même temps, le signal du

radiateur de référence peut indiquer le degré d'un empous-

sièrement existant momentanément et servir, de cette manière,

à l'auto-surveillance du système.

Dans un mode d'exécution avantageux, les élé-

ments fonctionnels servant à l'obtention de la valeur mesurée comprennent essentiellement un système optique ainsi qu'un

capteur d'infrarouge sur place, c'est-à-dire dans des condi-

tions d'environnement défavorables, se trouvent simplement des composants qui sont absolument nécessaire à la détection de la valeur mesurée Il s'y ajoute simplement un filtre spectral pour le capteur d'infrarouge, un préamplificateur

ainsi que les radiateurs de référence mentionnés Ces compo-

sants peuvent très avantageusement être rassemblés dans une

tête de mesure sous la forme de différents modules inter-

changeables De cette manière, les travaux de remise en état

ou de réparation sont notablement simplifiés.

Dans un autre mode d'exécution, entre le

radiateur de référence et le dispositif de renvoi est dis-

posée une plaque d'écran munie d'ouvertures pour la formation de signaux de commande ou de mesure Les ouvertures présentent une grandeur et un ordre de succession définis au moyen desquels on peut transmettre au dispositif de renvoi une

suite d'impulsion revenant périodiquement La teneur en in-

formation de cette suite d'impulsions comporte, outre le sens d'exploration, l'indication du début et de la fin du processus de mesure d'une ligne Toutefois, on peut aussi très avantageusement tirer parti de ces ouvertures comme

moyen d'autoétalonnage dynamique.

Dans un autre mode d'exécution, le dispositif de renvoi est équipé d'un entraînement sur l'arbre mené

duquel est disposé un codeur Le codeur numérique relié rigi-

dement à l'arbre mené du dispositif de renvoi ne signale pas seulement au microcalculateur la position momentanée de ce dispositif mais joue aussi le rôle d'un rythmeur avec lequel

le microcalculateur met sous forme numérique le signal ana-

logique du dispositif selon l'invention et le prépare davan-

tage Par suite, dans le cas o l'on utilise conjointement plusieurs appareils de ce genre, on élimine les variations de synchronisme et on permet une synchronisation même en cas

de différences de vitesse d'exploration et de marges angu-

laires d'exploration.

Dans un autre mode d'exécution, le dispositif de renvoi est un prisme Un prisme monté de manière à pouvoir tourner autour d'un axe vertical et qui dévie en direction du capteur d'infrarouge un rayonnement infrarouge arrivant pratiquement dans un plan horizontal constitue un mode

d'exécution mécaniquement simple et fiable L'angle d'explo-

ration utilisable dans le plan horizontal est limité par la caractéristique d'émission du four tubulaire tournant

et on peut utiliser un angle allant jusqu'à environ 120 'C.

En principe, une mesure bilatérale est possible, c'est-à-dire qu'un appareil équipé d'un tel prisme peut être installé entre deux fours tubulaires tournants et recevoir des valeurs

mesurées des deux fours.

Selon un autre mode d'exécution, le dispositif de renvoi est une roue à contour polygonal dont les côtés

frontaux sont rendus réfléchissants pour guider le rayonne-

ment Ainsi, avec une vitesse de rotation donnée de l'en-

trainement du dispositif de renvoi, on peut multiplier la vitesse d'exploration conformément au nombre de côtés du

contour polygonal.

D'autres avantages et particularités de l'in-

vention apparaîtront dans les exemples d'exécution ci-après, représentés par les dessins sur lesquels la figure l montre une disposition de l'appareil selon l'invention devant un four tubulaire tournant; la figure 2 une disposition possible d'appareils selon l'invention entre deux fours tubulaires tournants; la figure 3 un appareil selon l'invention en coupe longitudinale; la figure 4 une coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 3; la figure 5 montre en coupe longitudinale un autre mode d'exécution d'un appareil selon l'invention; la figure 6 un autre mode d'exécution du système

optique de l'appareil selon l'invention.

Sur la figure 1, on a désigné par 1 un objet de mesure, ici un four tubulaire tournant devant lequel est installé, à une distance déterminée, un appareil 2 pour la

mesure sans contact de la température superficielle La sur-

face de l'objet de mesure 1, en particulier sa caractéristique

d'émission, est telle que lorsque l'appareil 2 est à une dis-

tance donnée du four, son angle d'exploration est suffisant pour embrasser toute la longueur Toutefois, en cas de besoin,

en particulier dans le cas de fours très longs, on peut dis-

poser côte à côte plusieurs appareils 2 dont les angles hori-

zontaux d'exploration se complètent.

De façon non représentée plus précisément, l'ap-

pareil 2 est par exemple logé dans un-simple pylône en treillis

munis, dans la direction de mesure, d'ouvertures correspondantes.

Il se trouve à une hauteur telle que le rayonnement infrarouge émis par le four 1 puisse atteindre l'appareil 2 autant que

possible sans obstacles et sans ombres La hauteur d'instal-

lation de l'appareil 2 doit de préférence correspondre au moins à peu près à l'axe de rotation du four 1 et on peut tenir compte de points de vue de la technique de mesure, par exemple dans la mesure o ils sont conditionnés par la matière qui traverse le four Les signaux émis sont transmis, en passant par un groupe de lignes 3 ', à une unité de traitement de données 3 qui est physiquement séparée, par exemple logée

dans le poste de commande adjoint au four tubulaire tournant 1.

L'unité de traitement de données 3 est reliée par l'intermé-

diaire d'un autre groupe de lignes 4 à d'autres capteurs de

valeur mesurée au moyen desquels sont transmis d'autres para-

mètres de fonctionnement de l'installation de four, par exemple la puissance d'entraînement du four, l'amenée de combustion etc qui, en même temps que les valeurs mesurées

de température, donnent des indications sur l'état de fonction-

nement momentané du four tubulaire tournant ou sur son comporte-

ment à long terme Ces indications peuvent être affichées par lo exemple sur des dispositifs à écran 5 ou des instruments de

mesure traceurs et/ou enregistreurs 6.

L'unité de traitement de données 3 comporte entre autres un microcalculateur dont les grandeurs de sortie sont des valeurs vérifiées de température, sous une forme convenant au traitement dans une installation de traitement de données, par exemple un calculateur prioritaire Ainsi, ces

valeurs mesurées de température sont disponibles pour une inter-

prétation quelconque,de sorte que l'appareil selon l'invention peut servir aussi pour d'autres objets de mesure en mouvement comme par exemple des feuilles de tôle, de verre plat, de matière synthétique, des bandes de textile, de papier etc. Ainsi, l'unité de traitement 3 comprend plusieurs modules fonctionnels dont les intersections sont disposées de telle sorte que l'appareil selon l'invention, dans la mesure o il -25 s'agit d'interpréter la mesure de température, peut être utilisé dans des corrélations quelconques de sorte que l'on

a un système de mesure très souple.

Un point essentiel à l'invention est la sépa-

ration physique de l'obtention de la valeur mesurée etde son interprétation Ainsi, comme on l'expliquera ci-après, l'appareil 2 comprend seulement des moyens d'obtention de signaux électriques en partant du rayonnement infrarouge mais leur interprétation, en particulier l'obtention de valeurs mesurées de température vérifiées et corrigées, s'effectue à

un autre endroit, protégé contre les influences de l'environ-

nement Ainsi, la structure concrète de l'appareil est notablement simplifiée dans la mesure o on l'utilise dans une atmosphère poussiéreuse, de sorte que sa maniabilité est améliorée. La figure 2 montre une disposition possible de deux -appareils selon l'invention 2 et 2 ' entre deux fours tubulaires tournants 1, 1 ', disposés parallèlement Un avantage particulier de cette disposition est que l'on peut fixer directement les dispositifs aux fours tubulaires tournants placés face à face, par exemple à leurs passerelles, de sorte qu'on n'a pas besoin de dispositifs supplémentaires tels

que des pylônes pour les installer Toutefois, il est en prin-

cipe possible aussi, dans le cas d'une telle disposition de fours tubulaires tournants, d'installer un dispositif 2 entre

ceux-ci, car le processus de mesure peut en principe s'effec-

tuer dans les deux sens.

Enfin, en particulier dans le cas de fours très longs, il est possible de placer plusieurs appareils côte à

côte.

Selon la figure 3, l'appareil 2 selon l'inven-

tion se compose d'un capteur d'infrarouge 7, d'un dispositif de renvoi équipé d'un arbre d'entraînement 8 et qui peut être

sous forme de prisme 9, et d'une enveloppe 10 qui a essen-

tiellement un rôle de protection contre la poussière Le prisme

9 et le capteur d'infrarouge 7 forment, dans ce mode d'exé-

cution, le système optique 7 ' L'enveloppe 10 est fermée vers le haut par une rehausse il indiquée schématiquement et vers le bas par une plaque de fond 11 ' sur laquelle est disposé

un entraînement 12 dont l'arbre mené est l'arbre d'entraîne-

ment 8 L'entraînement peut être par exemple un moteur syn-

chrone quand l'exploration par lignes de la température superficielle s'effectue à fréquence constante Avec une fréquence d'exploration variable, on pourrait envisager aussi un moteur à courant continu ou, dans le cas de formes de mouvement compliquées, par exemple d'un aller et d'un retour à-vitesse différente, un moteur pas à pas L'appareil 2 peut éventuellement être équipé d'un toit pare-soleil 13 On n'a

pas représenté les dispositifs d'alimentation en air de refroi-

dissement qui, au besoin, protègent contre la surcharge ther-

mique l'intérieur de l'enveloppe 10 formée de verre de quartz.

L'enveloppe rigide à la torsion 10 qui sert à la protection contre la poussière peut, par exemple en cas de hautes températures ambiantes, être entourée d'une enveloppe

extérieure à aération forcée.

La plaque de fond il' qui porte l'entraînement porte, à des extrémités extérieures diamétralement opposées entre elles, des radiateurs de référence 13 ', 13 " dont les surfaces sont de préférence faites de la même matière que la paroi latérale du four de sorte que l'influence du pouvoir

émissif est éliminée.

Il est particulièrement avantageux de disposer au voisinage du four tubulaire tournant 1 (figure 1) au moins

un autre radiateur de référence, non représenté, qui est chauf-

fé par le rayonnement thermique du four et peut être par

exemple sous la forme d'une plaque fixe On mesure la tempé-

rature de cette plaque avec un thermocouple de sorte qu'une comparaison est possible entre la température mesurée au moyen du thermocouple et celle qui est mesurée au moyen de l'appareil selon l'invention Par suite, il devient possible de rendre encore plus précises les valeurs mesurées obtenues

car on peut tenir compte quantitativement d'influence per-

turbatrices qui agissent dans la région du parcours de trans-

mission du rayonnement thermique Il est avantageux de dispo-

ser plusieurs de ces radiateurs de référence le long du four tubulaire tournant 1 (figure 1), en particulier dans le cas

de tronçons à température différente.

Le capteur d'infrarouge 7 peut être par exemple un thermomètre commercial à rayonnement, non refroidi, ayant des temps de réponse de l'ordre de la milliseconde ou un détecteur à semiconducteur refroidi thermoélectriquement, par exemple In As ou Hg Cd Te, ayant des temps de réponse de l'ordre de la microseconde Le choix du capteur dépend de l'objet de mesure dont il s'agit et on limite la sensibilité spectrale du capteur à une gamme d'environ 1,5 à 5 m Par suite, il devient possible d'utiliser pour les lentilles et l'enveloppe 10 des matériaux optiques économiques comme par exemple le quartz pour infrarouge, qui ne résistent pas

seulement à la chaleur et à l'usure mais sont aussi trans-

parents dans le domaine visible En même temps, à côté des "fenêtresatmosphériques", on balaie les bandes d'absorption de gaz industriellement importants comme C 02 et H 20 de sorte que par interposition de filtres à bande infrarouge, il est

possible d'adapter de façon souple la caractéristique spec-

trale De cette manière, on élimine l'influence de gaz absor-

b 4 nt les rayons infrarouges comme H 20 et CO 2. Devant le capteur d'infrarouge 7 est interposé un système de lentilles non représenté plus précisément, pour le guidage du trajet des rayons Le système de lentilles peut,

par exemple pour compenser un écart de projection être avan-

tageusement un système de lentilles télécentrique dans lequel sont incluses une ou plusieurs lentilles cylindriques de sorte que la propriété de reproduction de l'ensemble du système est caractérisée par un astigmatisme En modifiant la section

de projection entre les différentes lignes d'image perpen-

diculaires entre elles, on tire parti des différentes dis-

tances focales méridionales et sagittales qui, vues dans la direction des rayons, ont une distance mutuelle égale à la différence astigmatique On règle une ligne d'image sur un point ou élément de surface de distance minimale, l'autre ligne d'image sur un point ou élément de plus grande distance

entre le four et l'appareil 2 Au lieu d'une lentille cylin-

drique, on peut aussi utiliser d'autres éléments quelconques engendrant des distorsions ou des asymétries, par exemple des prismes Toutefois, le système de lentilles peut aussi être constitué simplement par des lentilles sphériques et, par l'intermédiaire du réglage de netteté en ce qui concerne un point ou élément de surface du four 1, qui est situé entre des points limites de distance minimale et maximale, on obtient la compensation de l'erreur de projection Enfin, pour compenser cette erreur de projection, on peut aussi envisager un système de lentilles comportant des lentilles sphériques dont la distance focale est réglable conformément

à la rotation du prisme 9.

Directement entre les radiateurs de référence 13 ', 13 " et le prisme 9 se trouvent des plaques d'écran 14, 14 ' munies d'ouvertures et qui servent, de façon décrite plus

loin, à la formation de signaux de commande.

Les composants 15, 15 ' indiquent des dispositifs de régulation possibles servant à maintenir constante la

* température des radiateurs 13 ', 13 ".

Comme on le voit sur la f igure 4, l'ensemble de l'appareil 2 est accroché à des axe-s de basculement 16, 16 '

de sorte que son ajustement est possible sur une région déter-

minée de la paroi latérale du four tubulaire tournant 1.

Le mode de fonctionnement de l'appareil selon l'invention est le suivant Le prisme 9 subit, au moyen de l'entraînement 12, une rotation calculée compte tenu de la vitesse de rotation du four, de l'angle d'ouverture du système optique 7 ' et des propriétés du capteur d'infrarouge, de telle sorte que la paroi latérale du four peut être explorée par lignes et sur toute sa surface et plus précisément, par éléments de surface, de sorte que la grandeur d'un élément de surface sur la paroi

latérale du four correspond au maximum à peu près à la gran-

deur d'une brique de garnissage Il est ainsi possible de reconnaître des surchauffes locales, dues par exemple à des briques brisées mais aussi à d'autres perturbations comme

par exemple la formation d'anneaux.

Après la fin de chaque processus de mesure concernant une ligne de la paroi latérale du four 1 et plus précisément avant que le résultat de mesure de cette ligne ne soit interprété de façon quelconque, il s'effectue un étalonnage au moyen des radiateurs de référence 13 ', 13 " de

préférence maintenus à des températures différentes La tempé-

rature des radiateurs de référence 13 ', 13 " peut être mesurée par exemple au moyen d'un thermocouple et cette valeur mesurée est transmise au microcalculateur pour l'interprétation, en corrélation avec la valeur mesurée déterminée par le capteur

d'infrarouge 7 En partant de la comparaison de la tempé-

rature vraie et indiquée, éventuellement avec inclusion d'autres facteurs géométriques ou empiriques, on forme un facteur de correction de sorte que l'on peut déterminer une

valeur absolue de température On peut ainsi éliminer l'in-

fluence exercée sur le résultat de la mesure par un encras-

sement croissant, en particulier d'un empoussièrement, car le trajet des rayons du four est pratiquement soumis aux mêmes charges de poussière que les radiateurs de référence

13 ',13 " En outre, lors de la détermination des valeurs abso-

lues de température, on peut utiliser les résultats de mesure de radiateurs de référence qui sont disposés au voisinage du four.

Les plaques d'écran 14, 14 ' sont munies d'ou-

vertures de grandeur déterminée dans un ordre déterminé et servent ainsi de transmetteurs de signal non seulement pour le début et la fin d'un processus de mesure, en particulier d'une ligne de mesure, mais aussi à un auto-étalonnage du

système en fonction de la vitesse.

En même temps, les plaques d'écran empêchent

un chauffage inutile de l'enveloppe 10.

Selon la figure 5, le prisme 9 est équipé d'un élément supplémentaire de miroir 16 " du côté opposé aux rayons à mesurer Cet élément de miroir coopère avec une

source de rayonnement extérieure 17 et un récepteur de rayon-

nement 18, également extérieur Le rayonnement partant de la

source 17 doit donc traverser deux fois la paroi de l'enve-

loppe avant d'être reçu par le récepteur de rayonnement 18 de sorte qu'en partant du rapport entre puissances émise et

reçue, on peut obtenir une indication plus précise sur le de-

gré d'empoussièrement de l'enveloppe 10 La source de rayon-

nement 17 et le récepteur 18 sont disposés à un endroit

quelconque ne gênant pas le processus de mesure, et des va-

leurs mesurées de la puissance chaque fois émise et reçue sont transmises à l'unité de traitement de données par les lignes respectives 19, 20 (figure 1) De cette manière, on

obtient une autre possibilité de déterminer le degré d'em-

poussièrement de l'enveloppe 10, que l'on peut utiliser en remplacement ou en complément de la possibilité déjà indiquée

par les figures 3 et 4 Une telle surveillance de l'empous-

sièrement avec déclenchement automatique du signal d'empous-

sièrement est nécessaire par exemple quand l'enveloppe 10 peut s'encrasser autrement dans la direction de mesure que devant les radiateurs de référence L'élément de miroir 16 " peut être utilisé très avantageusement au lieu d'un codeur pour engendrer des impulsions de déclenchement Enfin, la figure 6 montre un mode d'exécution particulier du système optique ainsi que du dispositif de renvoi de l'appareil selon l'invention, dans lequel le prisme tournant 9 est remplacé par une roue 21 montée de manière à pouvoir tourner et ayant un contour polygonal, dans le cas présent hexagonal, dont les surfaces frontales sont rendues réfléchissantes pour guider le rayonnement Ici, en partant de la roue 21, le trajet des rayons passe par une fenêtre de fermeture 22, en direction d'un élément de miroir parabolique 23, appelé "miroir désaxé", puis arrive, par un miroir plan de renvoi 24 et un diaphragme

, à un détecteur à semiconducteur 26 qui émet un signal élec-

trique correspondant au rayonnement incident.

Le diaphragme 25 sert au filtrage spatial et du côté du détecteur, il est poli et réfléchissant de sorte que l'influence d'un rayonnement de l'enveloppe sur le détecteur à semi-conducteur, refroidi de préférence thermo-électriquement, est minimisée Le détecteur à semi-conducteur se trouve dans une monture à filetage fin qui sert à l'adaptation à l'angle

d'ouverture du trajet des rayons.

L'élément de miroir parabolique 23, le miroir

plan de renvoi 24, le diaphragme 25, le détecteur à semi-

conducteur 26 ainsi que la fenêtre de fermeture 22 se trouvent dans ou sur un bottier de capteur 27 indiqué symboliquement

en trait mixte et qui peut être fabriqué par exemple en par-

tant d'un bloc d'aluminium Derrière la fenêtre de fermeture 22, dans le sens des rayons, se trouvent un filtre 28 ainsi qu'un diaphragme à iris 29 servant à limiter le faisceau entrant L'utilisation d'un élément de miroir parabolique 23 assure, pour des raisons géométriques,un meilleur guidage des rayons que des miroirs ou lentilles à surfaces limites sphériques Ce système hermétiquement fermé par le boîtier

de capteur 27 et dans lequel sont en outre inclus un pré-

amplificateur et des dispositifs de refroidissement thermo-

électrique, se distingue par une structure particulièrement

ramassée et robuste.

Dans ce boîtier de capteur 27 peut aussi être inclusede façon particulièrement avantageuse la roue 21

par exemple.

Le système optique des appareils selon l'in-

vention est de préférence formé de matériaux résistants comme par exemple le quartz, le saphir ou des miroirs à surface métallique sans protection spéciale, ce qui est possible grâce à l'auto-étalonnage mentionné Etant donné que l'ap- pareil selon l'invention se trouve à des endroits facilement accessibles, un nettoyage peut être inclus dans un programme

d'entretien de routine.

Claims (25)

REVENDICATIONS

1. Procédé de détection de l'état de fonction-

nement de tambours tournants pour l'exécution de processus thermiques, en particulier de fours tubulaires tournants pour le traitement de matières à grain fin, par exemple d'alumine, de minerai, de farine brute de ciment, de chaux etc, procédé caractérisé en ce que l'on mesure sans contact la distribution de température de la surface du four tubulaire tournant ( 1)

et qu'en partant de la distribution de température, en combi-

naison avec d'autres paramètres définissant le processus ther-

mique et/ou le fonctionnement du four tubulaire tournant ( 1),

on forme un ou des paramètres caractérisant l'état de fonction-

nement momentané du four tubulaire tournant ( 1) et/ou les

variations de cet état.

2. Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que l'on utilise, comme autres paramètres définissant

le processus thermique ou le fonctionnement du four ( 1), l'ame-

née de combustible, l'amenée de matière première, la vitesse de rotation, la puissance d'entraînement et/ou des paramètres similaires.

3 Procédé selon l'une des revendications 1 et

2, caractérisé en ce que, dans la mesure de la distribution de température, on explore par lignes depuis un point fixe un rayonnement infrarouge partant du four ( 1) et que l'on corrige les valeurs mesurées surla base d'une mesure, soumise à des influences perturbatrices analogues, de la température d'au moins un radiateur de référence ( 13 ', 13 ") à température connue.

4. Procédé selon la revendication 3, carac-

térisé en ce que l'on utilise au moins deux radiateurs de référence ( 13 ', 13 ") dont les températures différentes

correspondent à des températures caractéristiques du four ( 1).

5. Procédé selon la revendication 3, carac-

térisé en ce que l'on utilise au moins un radiateur de

référence disposé au voisinage du four ( 1).

6 Procédé selon la revendication 5, carac-

térisé en ce que le radiateur de référence disposé au voisi-

nage du four ( 1) est chauffé par le rayonnement thermique du four.

7. Procédé selon l'une des revendications

3 et 4, caractérisé en ce que le ou les radiateurs de réfé-

rence ( 13 ', 13 ") sont utilisés en même temps comme trans-

metteurs de signal.

8 Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 7, caractérisé en ce que lors de la détection du rayonnement infrarouge, on corrige une erreur de projection, par exemple en guidant convenablement le trajet des rayons

d'un système optique ( 7 ').

9 Procédé selon la revendication 8, carac-

térisé en ce que lors de la détection du rayonnement infra-

rouge, on utilise pour corriger une erreur de projection un système optique ( 7 ') comportant des lentilles sphériques

et ayant une distance focale convenablement réglable.

10 Procédé selon la revendication 8, carac-

térisé en ce que lors de la détection du rayonnement infra-

rouge, on utilise, pour corriger une erreur de projection,

l'astigmatisme d'un système optique ( 7 ').

11. Appareil pour la mesure sans contact de la

température superficielle d'objets de mesure à surface éten-

due, en particulier en mouvement, par exemple de tambours tournants pour le traitement thermique de matières à grain fin, tels que des fours tubulaires, comprenant des éléments fonctionnels de préparation de la valeur mesurée qui servent à faire correspondre des valeurs mesurées de température à des signaux électriques ainsi que des éléments fonctionnels pour l'obtention de la valeur mesurée, qui engendrent des

signaux électriques correspondant à un rayonnement infra-

rouge incident, appareil caractérisé en ce que les éléments

fonctionnels d'obtention de la valeur mesurée sont physique-

ment séparés des éléments de préparation de la valeur mesurée.

12. Appareil selon la revendication 11, carac-

térisé en ce que les éléments fonctionnels servant à la pré-

paration de la valeur mesurée comprennent au moins un micro-

calculateur, des unités de surveillance électronique, d'étalon-

nage de température, d'alimentation en tension.

13. Appareil selon l'une des revendications

11 et 12, caractérisé en ce que les éléments fonctionnels servant à l'obtention de la valeur mesurée sont disposés de façon fixe en un point disposé par exemple au-dessus de l'axe de rotation d'un four tubulaire tournant ou d'un

tambour tournant ( 1).

14. Appareil selon l'une quelconque des

revendications 11 à 13, caractérisé en ce que les éléments

fonctionnels servant à l'obtention de la valeur mesurée sont disposés à l'intérieur d'une enveloppe ( 10) et qu'au moins un radiateur de référence ( 13 ', 13 "), à température connue et maintenue constante, est disposé à l'extérieur de l'enveloppe

( 10).

15. Appareil selon l'une quelconque des reven-

dications 11 à 14, caractérisé en ce que les éléments fonc-

tionnels servant à l'obtention de la valeur mesurée compren-

nent essentiellement un système optique ( 7 ') ainsi qu'un

capteur d'infrarouge ( 7).

16. Appareil selon la revendication 15, carac-

térisé en ce que le système optique ( 7 ') contient un dispositif de renvoi pour guider un rayonnement infrarouge incident

en direction d'un capteur d'infrarouge ( 7).

17. Appareil selon la revendication 16, carac-

térisé en ce qu'entre le radiateur de référence ( 13 ', 13 ") et le dispositif de renvoi est disposée au moins une plaque d'écran ( 14, 14 ') munie d'ouvertures pour la formation de

signaux de commande ou de mesure.

18. Appareil selon l'une des revendications

16 et 17, caractérisé en ce que le dispositif de renvoi est

un prisme ( 9) monté de manière à pouvoir tourner, en parti-

culier un prisme à 45 -

19. Appareil selon l'une des revendications

16 et 17, caractérisé en ce que le dispositif de renvoi est une roue à contour polygonal ( 21) montée de manière à pouvoir tourner et dont les côtés frontaux sont rendus réfléchissants

pour guider le rayonnement.

20. Appareil selon l'une quelconque des reven-

dications 16 à 19, caractérisé en ce que le dispositif de renvoi est équipé d'un entraînement ( 12) sur l'arbre mené

duquel est disposé un codeur.

21 Appareil selon la revendication 15, carac- térisé en ce que le système optique ( 7 ') est muni de moyens

de compensation d'une erreur de projection.

22. Appareil selon la revendication 21, caractérisé en ce que le moyen de compensation d'une erreur de projection est disposé dans le trajet des rayons entre le dispositif de renvoi et le capteur d'infrarouge ( 7)

23. Appareil selon l'une des revendications

21 et 22, caractérisé en ce que le moyen de compensation d'une erreur de projection est un système de lentilles à

propriétés de reproduction astigmatiques.

24. Appareil selon la revendication 23, carac-

térisé en ce que le système de lentilles astigmatique comporte au moins une lentille cylindrique, un prisme ou un élément

assurant une distorsion optique analogue.

25 Appareil selon l'une quelconque des reven-

dications 11 à 24, caractérisé en ce qu'au moins un élément

de miroir parabolique ( 23) ou un autre élément optique compa-

rable et un capteur d'infrarouge, en particulier un détecteur à semiconducteur ( 26), sont réunis dans un bottier de capteur

( 27).