FR2563937A1 - Cables stables a haute temperature et dispositifs comportant de tels cables - Google Patents
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Abstract
CABLE A GAINAGE INTEGRAL ET A ISOLATION MINERALE COMPACTEE. CE CABLE COMPREND AU MOINS UN THERMOELEMENT3 COMPOSE D'UN ALLIAGE DE TYPE N ET LA GAINE1 EST COMPOSEE D'UN ALLIAGE AYANT DES CARACTERISTIQUES SANITAIRES A CELLES DE L'ALLIAGE DONT EST COMPOSE LE OU AU MOINS UN THERMOELEMENT. LA GAINE EST DE PREFERENCE COMPOSEE D'UN ALLIAGE DE TYPE N DE SIGNE CONTRAIRE A CELUI DONT EST COMPOSE LE THERMOELEMENT LE PLUS VOISIN DE LA GAINE. ELEMENTS CHAUFFANTS RESISTIFS CONVENANT A L'UTILISATION AUX HAUTES TEMPERATURES; THERMOCOUPLES; DETECTEURS DE CHALEUR UTILISABLES A DES TEMPERATURES SUPERIEURES A 1100C ENVIRON; SONDES DE TEMPERATURE A STAGNATION, LESQUELS DISPOSITIFS COMPRENNENT AU MOINS UN CABLE TEL QUE DEFINI CI-DESSUS.
Description
La présente invention se rapporte à des câbles
électriquement conducteurs, y compris des câbles de thermo-
couple, et elle vise également des capteurs à thermocouple
comportant les dits câbles de thermocouple. Les câbles élec-
triquement conducteurs suivant l'invention comprennent éga- lement des détecteurs de chaleur et des éléments chauffants
qui sont particulièrement utiles aux hautes températures.
L'invention utilise des alliages à base de nickel, notamment les alliages qui sont utilisés dans le système de
thermocouple appelé "type N" par des offices de normalisa-
tion tels que Instrument Society of America, American
Society for Testing and Materials, CommissionElectrotechni-
que Internationale et British Standards Institution.
Dans un premier aspect, l'invention procure des câbles de thermocouple à base de nickel, et des capteurs à thermocouple à base de nickel fabriqués au moyen de ces câbles, qui ont une meilleure résistance à l'oxydation, une
plus grande longévité et une plus grande stabilité thermo-
électrique pendant de plus longues durées et dans une plage
de températures plus élevées atteignant 1300 C, comparative-
ment aux câbles existants à base de métal et aux capteurs
du même type général.
L'invention procure également des câbles électri-
quement conducteurs qui sont appropriés à l'utilisation com-
me détecteurs de chaleur et éléments chauffants.
On utilise les alliages à base de nickel comme
thermocouples depuis le début de ce siècle. L'un des thermo-
couples couramment utilisés est le thermocouple de type K,
ainsi désigné par l'Instrument Society of America. Le ther-
mo-élément positif de type K est un alliage à base de nickel
contenant 9,25% en poids de chrome et 0,4% en poids de sili-
cium, le complément étant essentiellement du nickel. Le
thermoélément négatif de type K est un alliage à base de ni-
ckel contenant 3% en poids de manganèse,2% en poids d'alumi-
nium, 1% en poids de silicium, avec de petites quantités de fer et de cobalt, le complément étant essentiellement du nickel. Le thermocouple de type K est recommandé pour être
utilisé dans une atmosphère d'air. Aux températures plus éle-
vées, le thermocouple de type K ne convient pas, à cause de
sa résistance relativement mauvaise à l'oxydation. Une fa-
çon par laquelle on essaie de vaincre cette difficulté con-
siste à incorporer le thermocouple de type K dans un en-
semble de capteur à thermocouple à isolement céramique com-
pacté.
De façon connue, une première phase de la fabri-
cation de tels capteurs à thermocouple consiste à préparer le câble appelé "MI", à isolation minérale, qui comprend une gaine contenant un ou plusieurs fils conducteurs ou thermoéléments isolés de la gaine (et les uns des autres lorsqu'on utilise deux fils conducteurs ou davantage) par
une matière minérale isolante compactée.
Le câble de type MI, représenté sur la figure 1 des dessins annexés, est de type usuel comprenant une gaine
1, un isolant compacté 2 et des fils conducteurs (thermo-
éléments) 3. D'autres détails de la fabrication de ce câ-
ble sont indiqués dans l'exemple 1 décrit plus loin.
Pour fabriquer un capteur effectif au moyen de ce cable, on coupe le cable et on dénude les extrémités
des conducteurs par enlèvement d'une partie de leur isola-
tion. On relie ensuite les extrémités dénudées des conduc-
teurs, pour former une thermojonction, ce qui peut être ef-
fectué par exemple par sertissage et/ou soudage.
On peut laisser la thermojonction simplement dé-
nudée, pour l'utilisation dans des ambiances appropriées,
ou bien on peut la protéger en fermant la gaine sur la ther-
mojonction, avec ou sans isolant.
Ce dernier type de capteur à thermocouple est de-
venu d'emploi courant car il isole les fils de thermocouple des ambiances qui pourraient provoquer une détérioration
rapide et il procure une excellente isolation à haute tempé-
rature pour les fils conducteurs du thermocouple. La gaine
peut être réalisée en une matière qui est en principe com-
patible avec les environnements et les processus dans les-
quels on doit l'utiliser et qui assure une protection méca- nique. Il existe de nombreux fournisseurs de thermocouples de type K, à gaine intégrale et à isolation par céramique compactée. Aux températures supérieures à 1050 C, les types
connus de cables à gainage intégral et à isolation en cé-
ramique compactée, ainsi que les thermocouples comportant ces cables, sont mis prématurément hors d'usage à cause de facteurs indiqués ci- après: (i) les matières dans lesquelles leurs gaines sont réalisées, par exemple inconel et acier inoxydable, sont
détériorées du fait de l'oxydation ou d'une autre interac-
tion accélérée avec leur environnement gazeux; (ii) les alliages individuels du thermocouple de type K sont détériorés du fait de l'oxydation accélérée par l'air résiduel à basse pression contenu dans l'isolation céramique compactée;
(iii) les fils conducteurs ou thermoéléments sont dété-
riorés mécaniquement du fait des efforts alternés substan-
tiels imposés pendant les cycles thermiques. Ces efforts
sont engendrés principalement par des contraintes longitu-
dinales dues aux coefficients de température sensiblement différents de dilatation linéaire des matières de la gaine et des thermoéléments. Des valeurs moyennes courantes de ces coefficients de dilatation sont: Composant Matière x10 6. C-1 {1100 C) gaine acier inoxydable 20 thermoalliages type K 17 (iv) les alliages du thermoélément sont contaminés par la dissolution d'éléments étrangers provenant d'un alliage de gaine différent, par diffusion thermique à travers la matière isolante compactée. Ces éléments, par exemple Mn,
Fe, Mo, Cu, provoquent des changements sensibles de la for-
ce thermoélectromotrice du thermocouple;
(v) la composition des fils conducteurs des thermo-
éléments est altérée par exposition du thermocouple à une
irradiation nucléaire prolongée, qui entraîne une transmu-
tation d'un ou plusieurs éléments dans l'alliage.
En conséquence, il existe un besoin pour un nou-
veau câble intégral à isolation en céramique compactée, convenant comme élément chauffant ou pour la production de capteurs à thermocouple, qui est sensiblement exempt des effets de dégradation décrits ci-dessus et qui possède
une stabilité thermoélectrique et à l'environnement amélio-
rée, à des températures dépassant sensiblement 1050 C.
On considère donc qu'un nouveau câble à gainage intégral et à isolation en céramique compactée, sensiblement
exempt d'influences entraînant sa dégradation telles qu'o-
xydation accélérée, contraintes thermiques différentielles, contamination croisée par diffusion, et transmutations, et qui possède une résistance améliorée aux interactions de l'environnement et aux dérives de la force électromotrice thermique et de la résistivité,à des températures atteignant
1300 C dans de nombreuses atmosphères différentes, consti-
tue un progrès dans ce domaine.
C'est également un progrès que certaines causes
d'instabilité thermoélectrique dont souffrent les transduc-
teurs à thermocouple usuel à base de métal, c'est-à-dire oxydation accélérée, disposition structurelle proche non
homogène, transmutations nucléaires et transformations ma-
gnétiques, sont pratiquement éliminées dans le nouveau capteur à thermocouple suivant la présente invention. Cela est dû à ce que les compositions des fils conducteurs de
thermoéléments de type N, incorporés dans le nouveau cap-
teur à thermocouple intégral à isolation en céramique com-
pactée, permettent de supprimer pratiquement les dérives de
la force thermoélectromotrice dues à l'oxydation, en par-
ticulier l'oxydation interne, et aux effets de proximité, ne contiennent pas de composants à forte transmutation et
ont des transformations magnétiques au-dessous des tempé-
ratures ambiantes. La présente invention a pour objet un câble de thermocouple intégral métallique à-isolation compactée,
et un capteur à thermocouple, qui sont thermoélectrique-
ment stables jusqu'à 1300 C. L'invention vise également un câble de thermocouple intégral métallique à isolation
compactée, et un capteur à thermocouple, qui sont très ré-
sistants à l'oxydation jusqu'à 1300 C.
L'invention a également pour objet des câbles électriquement conducteurs et des éléments chauffants qui
présentent des avantages semblables, aux hautes températu-
res.
L'invention a encore pour objet des c&bles élec-
triquement conducteurs et des détecteurs de chaleur qui
présentent des avantages semblables, aux hautes températu-
res.
Ces divers buts de la présente invention sont at-
teints, dans un premier aspect de l'invention, par utilisa-
tion de deux alliages spécifiques, et de certaines varian-
tes de composition de ces alliages, comme matières de gaine.
Les dits alliages sont similaires à ceux qui conviennent pour l'utilisation comme thermoéléments positif et négatif du thermocouple. Les tolérances de composition chimique (pourcentages en poids) pour les constituants d'addition des alliages pour les thermoéléments positifs et négatifs des conducteurs de thermocouple sont Alliage positif Elément Alliage négatif
14,2 + 0,15 Cr 0,02 max.
1,4 + 0,05 Si 4,4 + 0,2 0,1 + 0,03 Fe 0,1 + 0,03
0,03 max. C 0,03 max.
Mg 0,1 + 0,05 Complément Ni complément Les thermocouples de ces alliages sont appelés "type N" par l'Instrument Society of America et les autres
organismes semblables.
Le premier alliage de gaine conforme à l'inven-
tion est essentiellement constitué de: (a) de 13,0% environ en poids à 15, 0% environ en poids de chrome, de 1,0% environ en poids à 2,0% environ
en poids de silicium, de 0,03% environ en poids à 0,25% en-
viron en poids de magnésium, le complément étant du nickel.
Le deuxième alliage de gaine conforme à l'inven-
tion est essentiellement constitué de: (b) de 3,0% environ en poids à 5, 0% environ en poids de silicium, de 0,03% environ en poids à 0,25% environ en
poids de magnésium, le complément étant du nickel.
Les matières isolantes réfractaires pour le cap-
teur à thermocouple intégral métallique à isolant compacté
comprennent l'oxyde de magnésium, l'oxyde de bérylium, l'o-
xyde d'aluminium, l'oxyde de zirconium et d'autres oxydes
réfractaires appropriés.
La présente invention a également pour objet plu-
sieurs applications du nouveau dispositif. L'une de ces ap-
plications se rapporte à la mesure de la température de gaz en mouvement, comme on en rencontre dans les turbines à gaz, les conduits, tuyaux, cheminées et autres espaces confinés
destinés à véhiculer des gaz.
Si on essaie d'utiliser un élément de capteur so-
lide ou une sonde pour mesurer des températures dans une masse de gaz en mouvement par rapport à l'élément ou à la
sonde, il se produit un effet d'échauffement dû à la com-
pression adiabatique de la couche gazeuse contiguë à la surface de la sonde sensible, ce qui provoque une erreur
de mesure de température élevée. Cette difficulté est ha-
bituellement combattue par l'emploi d'une "sonde de tempé-
rature à stagnation". Des constructions de base d'une telle sonde sont illustrées à titre d'exemple par la figure 2 annexée, sur laquelle les composants sont: a, h fils conducteurs de thermoéléments b,i,n composants du tube de stagnation c matière plastique d vis de blocage e,m thermojonction de mesure f,l trous d'évent g ajustement serré j tube de silice
k ciment.
Le dispositif comprend habituellement une tige
qui fait saillie dans le flux de gaz et comporte à son ex-
trémité une jonction thermoélectrique placée dans une sorte de capuchon ou de coupelle. La jonction thermoélectrique
se trouve dans la "zone de stagnation" de l'écoulement tur-
bulent de gaz créé par ce capuchon et ses orifices associés.
En général, ces dispositifs sont caractérisés par des étran-
glements de l'écoulement, appropriés à interrompre presque
l'écoulement du gaz à l'endroit de la jonction thermoélec-
trique de mesure. L'idée est d'obtenir la lecture de tempé-
rature qui se produirait s'il n'y avait pas de vitesse rela-
tive entre le gaz et la sonde de détection, c'est-à-dire la
température qui régnerait en l'absence de la sonde thermo-
électrique à stagnation.
Les thermocouples à sonde de stagnation, en parti-
culier ceux qui sont utilisés pour mesurer les températures de gaz dans des moteurs à turbine à gaz de caractéristiques
poussées, souffrent de plusieurs sources d'erreur inhéren-
tes, en plus de celle attribuée plus haut à la compression
adiabatique. Comme exemples de ces sources d'erreur supplé-
mentaires, on peut citer la dérive de la force électromotri-
ce thermique dans les alliages de thermocouple à base de mé-
tal, du fait de la corrosion à haute température, la cata-
lyse de mélanges air/combustible incomplètement brûlés par les thermocouples usuels à métal rare, et le rayonnement thermique vers et venant des thermojonctions de mesure du thermocouple, en provenance et vers les surfaces internes
de la capacité contenant le gaz.
Ces erreurs de la mesure de température, qui s'ajoutent à l'erreur de compression adiabatique, sont sen- siblement éliminées par utilisation de thermocouples de type N comme capteur de température incorporé dans la sonde à stagnation, et plus particulièrement de thermocouples de type N sous la forme du capteur à thermocouple intégral
compacté suivant la présente invention.
Une telle sonde de température à stagnation, com-
portant un thermocouple de type N, sous la forme d'un ther-
mocouple à fil nu ou d'un capteur à thermocouple intégral compacté suivant l'invention, constitue un progrès sensible de la technique. Un autre progrès consiste à utiliser un des alliages spécifiés (a), (al), (a2), (a3), (b), (bl), (b2), (b3) ci-après, comme tube de stagnation de la sonde à stagnation, à la place de l'un des aciers inoxydables ou
de l'un des autres alliages habituellement utilisés.
Une autre application du nouveau dispositif se rapporte à la détection, à la détermination de la position et à la surveillance de sources prévues ou imprévues de chaleur, comme on peut en rencontrer dans des machines, des espaces de stockage tels que réservoirs, fours, silos, etc., des canalisations, des bâtiments, des instruments, des
navires, des aéronefs, des réacteurs nucléaires et en beau-
coup d'autres endroits. De tels dispositifs, qui sont sem-
blables sous de nombreux aspects à la construction du câble MI
à isolation minérale usuel décrit plus haut, sont bien con-
nus. Une différence essentielle est que l'isolation compac-
tée de façon dense possède des propriétés isolantes compor-
tant un coefficient de température négatif élevé pour la
résistance, comme illustré dans son principe par la figure 3.
Les sources locales naissantes de chaleur sont
détectées par ce dispositif, car la conductivité de l'isola-
tion compactée au voisinage de telles sources augmente dans la plage de température atteignant 900 C environ, ce qui
provoque un court-circuit local des conducteurs thermoélec-
triques de manière à constituer une thermojonction de me-
sure locale. Cet effet réversible permet de déterminer et de surveiller la position, l'intensité et la durée d'une
source de chaleur temporaire.
Malheureusement, les détecteurs de chaleur usuels de ce type présentent la même tendance à une défaillance
prématurée, pour les mêmes causes qui agissent sur les câ-
bles à isolation minérale du type usuel lorsqu'ils sont
exposés à des températures élevées pendant une longue durée.
Les nouveaux capteurs de chaleur fabriqués à partir d'allia-
ges de type N, conformément à la présente invention, cons-
tituent un progrès sensible dans la technique, en ce qu'ils sont pratiquement exempts des effets de dégradation décrits plus haut pour le câble à isolation minérale usuel. Le fait que les nouveaux détecteurs de chaleur soient pratiquement exempts de transmutations nucléaires est particulièrement intéressant, car ils conviennent donc à l'utilisation dans
des réacteurs nucléaires pendant des durées importantes.
Les détecteurs de chaleur usuels du type à câble à isola-
tion minérale ne sont pas exempts d'effets de transmuta-
tion. Les détecteurs de chaleur usuels présentent des défaillances électriques lorsqu'ils sont chauffés un certain temps à des températures supérieures à 1100aC environ. Le
nouveau détecteur de chaleur supporte des températures attei-
gnant 1300 C, telles que celles qui peuvent résulter du con-
tact direct de la flamme, pendant de longues durées.
Une autre application du nouveau dispositif se rapporte à des éléments de chauffage par résistance tels
que ceux qui sont utilisés pour élever la température d'en-
ceintes chauffées, par exemple foyers, fours, bains, etc. et autres espaces. De tels dispositifs de chauffage, qui sont de construction semblable sous de nombreux aspects à celle du cable usuel à isolation minérale décrit plus haut, sont bien connus. Une différence essentielle est que les éléments conducteurs sont fabriqués en alliage usuel pour résistance, tel que le "nichrome" (nichrome est un nom commercial de Driver-Harris Company de Grande-Bretagne, Italie, France, Australie et Etats-Unis) qui fournit un
chauffage par résistance lors du passage d'un courant élec-
trique. Malheureusement, les éléments chauffants usuels de ce type présentent la même tendance à une défaillance prématurée, pour les mêmes causes qui agissent sur les câbles à isolation minérale du type usuel. Les nouveaux
éléments chauffants fabriqués en alliages de type N, con-
formément à la présente invention, constituent un progrès sensible dans la technique, en ce qu'ils sont pratiquement exempts des effets de dégradation décrits'plus haut pour le câble usuel à isolation minérale. Il est fortuit que la
résistivité et le coefficient de température pour la résis-
tance des alliages positifs de type N soient comparables à ceux du nichrome. Ces alliages de type N peuvent donc être utilisés très efficacement comme élément de chauffage par
résistance à des températures élevées, dans la nouvelle in-
vention. Alliage Résistivité Coefficient de température à 20 C de la résistance (ga.cm) (_.fa-l1. c-) nichrome 110 - 0,00004 >
+ 0,00007)*
N positif 95 + 0,00011
*Publications différentes.
Ces caractéristiques ont pour effet net de rendre la résistivité d'un alliage N positif comparable à celle du
nichrome aux températures élevées.
Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions qui ressortiront de la 1 1
description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise
à l'aide du complément de description ci-après, avec réfé-
rence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 illustre un câble usuel à isolation minérale contenant deux fils conducteurs ou thermoéléments; la figure 2 illustre deux constructions de base pour des sondes de température à stagnation; et la figure 3 illustre le coefficient de température négatif élevé de la résistance de l'isolation compactée de façon dense, dans des détecteurs de chaleur conformes à
1 'invention.
Il doit être bien entendu toutefois que ces des-
sins et les parties descriptives sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention dont ils ne
constituent en aucune manière une limitation.
Le capteur à thermocouple intégral suivant la pré-
sente invention possède une excellente résistance à l'oxyda-
tion et une excellente stabilité thermoélectrique à des tem-
pératures atteignant 1300 C. On a constaté que les alliages suivant l'invention varient très peu à la fois en production de force électromotrice thermique et en degré d'oxydation,
même après 1000 heures environ d'exposition à 1250 C. Compa-
rativement aux thermoalliages usuels de type K et aux allia-
ges de gaine en inconel et en acier inoxydable, matières qui sont habituellement utilisées dans les capteurs existants à thermocouple intégral compacté, le capteur à thermocouple
intégral compacté conforme à la présente invention, compor-
tant les thermoéléments spécifiés de type N et les gaines
d'alliages (a) et (b) décrits plus haut, possède une stabi-
lité thermoélectrique et à l'environnement nettement amélio-
rée,à un degré qui n'a pas pu être atteint jusqu'à présent
avec les alliages de métal de base utilisés dans l'art an-
térieur. Les alliages conducteurs thermoélectriques
s e 1 o n la présente invention comprennent essentielle-
ment les alliages de type N spécifiés plus haut.-Les allia-
ges de gaine selon la présente invention, coinm-
prennent essentiellement les compositions d'éléments (a) et (b) décrites plus haut. Les compositions préférées du type (a) sont constituées essentiellement de: (al) de 13,9% environ en poids à 14,5% environ en poids de chrome, de 1,3% environ en poids à 1,5% environ en poids de silicium, de 0,05% environ en poids à 0,20% environ en poids de magnésium, le complément étant du nickel, ou de préférence (a2) de 14,05% environ en poids à 14,35% environ en poids de chrome, de 1,35% environ en poids à 1,45% environ
en poids de silicium, de 0,10% environ en poids à 0,20% en-
viron en poids de magnésium, environ 0,15% en poids de fer au maximum, environ 0,05% en poids de carbone au maximum,
le complément étant du nickel.
Une composition préférée spécifique de type (a) est constituée essentiellement, dans les limites usuelles de tolérance de fabrication, de: (a3) 14,2% en poids de chrome, 1,4% en poids de silicium, 0,1% en poids de fer, 0,03% en poids de magnésium,
*le complément étant du nickel.
Les compositions préférées de type (b) compren-
nent essentiellement: (bl) de 4,0% environ en poids à 4,8% environ en poids de silicium, de 0,05% environ en poids à 0,20% environ en poids de magnésium, le complément étant du nickel, ou de préférence (b2) de 4,2% environ en poids à 4,6% environ en poids de silicium, de 0,10% environ en poids à 0,20% environ en poids de magnésium, 0,05% environ en poids de chrome au maximum, 0,15% environ en poids de fer au maximum, 0,05% environ en poids de carbone au maximum, le complément étant
du nickel.
Une composition préférée spécifique de type
(b) est constituée essentiellement, dans les limites u-
suelles de tolérance de fabrication, de: (b3) 4,4% en poids de silicium, 0,1% en poids de fer, 0,1% en poids de magnésium,
le complément étant du nickel.
Il est clairement entendu que, lorsque le câble contient un seul thermoélément, la matière de gaine la plus préférable est l'alliage thermoélectriquement opposé audit seul thermoélément. Dans ce cas, on constitue un capteur par jonction du thermoélément à la gaine. Lorsqu'on utilise plus d'un thermoélément et que les thermoéléments sont en
alliages dissemblables, la matière de gaine est de préféren-
ce dans le même alliage que l'un quelconque des thermoélé-
ments.
Dans une autre variante de l'invention, par-
ticulièrement applicable dans les environnements hostiles tels que ceux qu'on rencontre dans les industries chimiques
et pétrolières, la gaine peut être fabriquée en matière ap-
propriée résistant à la corrosion.
L'invention est illustrée ci-après de façon plus
détaillée, par des exemples non limitatifs.
EXEMPLE 1
On fabrique le câble de thermocouple intégral com-
pacté de cet exemple, par des procédés de fabrication con-
nus. Au départ, on entoure des fils de thermoéléments,ther-
moélectriquement accordés, par une matière céramique isolan-
te non compactée contenue dans un tube métallique. Par la-
minage, étirage, estampage ou autre procédé de réduction mécanique, on réduit le diamètre du tube et l'isolation est compactée autour des fils. On règle les paramètres des
procédés de fabrication de sorte que les rapports du diamè-
tre de gaine au calibre du fil et à l'épaisseur de paroi de
gaine assurent un équilibre entre une épaisseur de paroi ma-
ximale et une distance d'isolation appropriée, afin d'obte-
nir une résistance d'isolement efficace aux températures élevées. Une caractéristique importante du procédé de fa- brication est qu'il faut apporter beaucoup d'attention à la propreté initiale et à la pureté chimique des composants,
ainsi qu'au maintien d'un haut degré de propreté et de sic-
cité pendant toute la fabrication. Comme déjà indiqué, pour
fabriquer un capteur effectif à partir de ce cable, on cou-
pe celui-ci et on dénude les extrémités des conducteurs par
enlèvement d'une partie de l'isolation. Les extrémités dénu-
dées des conducteurs sont ensuite reliées pour constituer une thermojonction, ce qui peut être effectué par exemple
par sertissage et/ou soudage.
La thermojonction peut simplement être laissée nue, pour l'utilisation dans des ambiances appropriées, ou bien elle peut être protégée par rabattement de la gaine
sur la thermojonction, avec ou sans isolant. La thermojonc-
tion de mesure du thermocouple est en général, mais pas
toujours, isolée électriquement de l'extrémité de la gaine.
Dans cet exemple, les alliages pour les fils con-
ducteurs du thermocouple sont ceux qui sont spécifiés plus haut comme type N et l'alliage pour la gaine est celui qui
est spécifié en (a) ci-dessus.
Un caractère important du produit fini de cet
exemple est que la similarité essentielle entre les pro-
priétés de l'alliage de gaine et les alliages des conduc-
teurs du thermocouple supprime pratiquement les influences
destructrices de contamination du thermocouple par diffu-
sion croisée, défaillance mécanique due à des contraintes
thermiques différentielles, et oxydation accélérée au-
dessus de 1050 C environ. Les contraintes provoquées par
des efforts longitudinaux engendrés pendant les cycles ther-
miques sont faibles, à cause des très petites différences
dans les coefficients de température de dilatation linéai-
re entre les matières de la gaine et des conducteurs de
thermoéléments. Des valeurs moyennes courantes de ces coef- ficients de dilatation sont: Composant Matière x10- 6C-1 (1200 C) gaine
alliage (a) 17,5 ci-dessus thermoalliage type N 17,0 (moyenne des éléments positif
et négatif).
EXEMPLE 2
Le câble de thermocouple intégral compacté et le capteur de cet exemple sont les mêmes que ceux de l'exemple 1, sauf en ce que l'alliage pour la gaine est celui qui est spécifié en (al) ci-dessus, au lieu de l'alliage spécifié
en (a) ci-dessus.
EXEMPLE 3
Le câble de thermocouple intégral compacté et le capteur de cet exemple sont les mêmes que dans l'exemple 1, sauf en ce que l'alliage pour la gaine est celui qui est spécifié en (a2) ci-dessus, au lieu de l'alliage spécifié
en (a) ci-dessus.
EXEMPLE 4
On fabrique un câble de thermocouple intégral
compacté, comme dans l'exemple 1, la composition des com-
posants étant: thermoélément positif - alliage (a3) thermoélément négatif - alliage (b3)
gaine - alliage (a3).
EXEMPLES 5 à 8
Les cables de thermocouple de ces exemples sont les mêmes, respectivement, que ceux qui sont décrits dans les exemples 1 à 4, sauf en ce que les alliages de gaine sont renforcés par addition d'un ou plusieurs composants connus en vue d'augmenter la résistance mécanique de ces alliages à haute temperature, par exemple ou plusieurs des éléments comprenant le manganèse, le fer, le molybdène, le cdDalt,
le tunastène et des dispersions de particules d'oxde.
EXEMPLES 9 à 16
Les câbles de thermocouple intégral compacté et les capteurs de ces exemples sont les mêmes, respective- ment, que ceux qui sont décrits dans les exemples 1 à 8,
sauf en ce que les alliages de gaine sont revêtus pour em-
pêcher encore davantage la dégradation par corrosion chi-
mique à haute température. Ces revêtements comprennent des
dépôts par une grande variété de procédés usuels de revête-
ment de protection, par exemple dépôt électrolytique à par-
tir d'une solution aqueuse ou de sels fondus ou d'autres
liquides électrolytiques, ou des procédés de diffusion mé-
tallique notamment d'aluminium, de chrome, ou des procédés
similaires tels que des revêtements de finition ou autres.
EXEMPLE 17
Le câble de thermocouple intégral compacté et le
capteur de cet exemple sont les mêmes que ceux qui sont dé-
crits dans l'exemple 1, sauf en ce que l'alliage de gaine est celui qui est spécifié ci-dessus en (b), au lieu de
l'alliage spécifié ci-dessus en (a).
EXEMPLE 18
Le câble de thermocouple intégral compacté et le capteur de cet exemple sont les mêmes que dans l'exemple 1,
sauf en ce que l'alliage de gaine est celui qui est spéci-
fié en (bl) ci-dessus, au lieu de l'alliage spécifié en
(a) ci-dessus.
EXEMPLE 19
Le câble de thermocouple intégral compacté et le capteur de cet exemple sont les mêmes que dans l'exemple 1, sauf en ce que l'alliage pour la gaine est celui qui est spécifié en (b2) ci-dessus, au lieu de l'alliage spécifié
en (a) ci-dessus.
EXEMPLE 20
Le câble de thermocouple intégral compacté de cet exemple est le même que dans l'exemple 4, sauf en ce que la
gaine est en alliage (b3) au lieu d'alliage (a3).
EXEMPLES 21 à 24
Les câbles de thermocouple intégral compacté et les capteurs de ces exemples sont les mêmes, respectivement, que ceux qui sont décrits dans les exemples 17 à 20, sauf en ce que les alliages de gaine contiennent en addition jusqu'à 1,0% en poids d'un ou plusieurs éléments connus pour l'inhibition du grossissement de grain métallurgique, se produisant à haute température, par exemple le niobium
ou le titane.
EXEMPLES 25 à 28
Les câbles de thermocouple intégral compacté et les capteurs de ces exemples sont les mêmes, respectivement, que ceux qui sont décrits dans les exemples 17 à 20, sauf en ce que les alliages de gaine contiennent en addition une quantité appropriée d'un ou plusieurs composants connus pour accroître la résistance mécanique de ces alliages à haute température, par exemple manganèse, fer, molybdène,
cobalt, tungstène et dispersions de particules d'oxyde.
EXEMPLES 29 à 32
Les câbles de thermocouple intégral compacté et les capteurs de ces exemples sont les mêmes que ceux qui sont décrits, respectivement, dans les exemples 17 à 20,
sauf en ce que les alliages de gaine contiennent en addi-
tion jusqu'à 1,0% en poids d'un ou plusieurs éléments con-
nus pour inhiber le grossissement de grain métallurgique se produisant à haute température, par exemple niobium ou
titane, et également une quantité appropriée d'un ou plu-
sieurs composants connus pour accroître la résistance mé-
canique de ces alliages à haute température, par exemple manganèse, fer, molybdène, cobalt, tungstène et dispersions
de particules d'oxyde.
EXEMPLES 33 à 48
Les câbles de thermocouple intégral compacté et
les capteurs de ces exemples sont les mêmes, respective-
ment que ceux qui sont décrits dans les exemples 17 à 32, sauf en ce que les alliages de gaine sont revêtus par l'un quelconque des procédés et pour les buts décrits dans les exemples 9 à 16.
EXEMPLES 49 à 96
On fabrique des détecteurs de chaleur conformes à l'invention, de la même manière que les câbles intégraux compactés des exemples 1 à 48, sauf en ce que l'isolant réfractaire compacté possède des propriétés isolantes
avec un coefficient de température négatif élevé de ré-
sistance.
EXEMPLES 97 à 576
On fabrique des éléments chauffants conformes à l'invention, de la même manière que les câbles intégraux compactés des exemples 1 à 96, sauf en ce qu'on utilise dans chaque cas un conducteur chauffant résistif unique,
ce conducteur étant composé d'un alliage qui est respecti-
vement: de type N positif, (a), (al), (a2) ou (a3).
Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'in-
vention ne se limite nullement à ceux de ses modes de mise en oeuvre qui viennent d'être décrits de façon explicite;
elle en embrasse au contraire toutes les variantes qui peu-
vent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans
s'écarter du cadre ni de la portée de la présente invention.
Claims (24)
1. Câble à gainage intégral et à isolation minérale compactée, caractérisé en ce que le câble comprend au moins un thermoélément (3) composé d'un alliage de type N et en ce que la gaine (1) est composée d'un alliage ayant des caractéristiques similaires à celles de l'alliage
dont est composé le ou au moins un thermoélément.
2. Câble suivant la revendication 1, caractérisé en
ce que le câble comprend un thermoélément composé d'un al-
liage de type N positif et un thermoélément composé d'un
alliage de type N négatif, et la gaine est composée d'un al-
liage de type N positif.
3. Câble suivant la revendication 1, caractérisé en
ce que le câble comprend un thermoélément composé d'un al-
liage de type N positif et un thermoélément composé d'un alliage de type N négatif, et la gaine est composée d'un
alliage de type N négatif.
4. Câble suivant la revendication 1, caractérisé en
ce que le câble comprend un seul thermoélément, ce thermo-
élément est composé d'un alliage de type N positif et la
gaine est composée d'un alliage de type N négatif.
5. Câble suivant la revendication 1, caractérisé en
ce que le câble contient un seul thermoélément, ce thermo-
élément est composé d'un alliage de type N négatif et la
gaine est composée d'un alliage de type N positif.
6. Câble suivant la revendication 1, caractérisé en
ce que le câble comprend un thermoélément composé d'un al-
liage de type N positif et un thermoélément composé d'un alliage de type N négatif et la gaine est composée d'un alliage choisi dans le groupe comprenant des compositions (a) et (b) dans lesquelles: (a) est constituée essentiellement de 13,0% environ
en poids à 15,0% environ en poids de chrome, de 1,0% envi-
ron en poids à 2,0% environ en poids de silicium, de 0,03% environ en poids à 0,25% environ en poids de magnésium, le complément étant du nickel; et (b) est constituée essentiellement de 3,0% environ en
poids à 5,0% environ en poids de silicium, de 0,03% envi-
ron en poids à 0,25% environ en poids de magnésium, le complément étant du nickel.
7. Câble suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le câble comprend un thermoélément composé d'un alliage de type N positif et un thermoélément composé d'un alliage de type N négatif et la gaine est composée d'un alliage (al) constitué essentiellement de 13,9% environ en poids à-14,5% environ en poids de chrome, de 1,3% environ en poids à 1,5% environ en poids de silicium, de 0,05% environ en poids à 0,20% environ en poids de magnésium, le complément
étant du nickel.
8. Câble suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le câble comprend un thermoélément composé d'un alliage de type N positif et un thermoélément composé d'un alliage de type N négatif et la gaine est composée d'un alliage (a2) constitué essentiellement de 14,05% environ en poids à 14,35% environ en poids de chrome, de 1,35% environ en poids à 1, 45% environ en poids de silicium, de 0,10% environ en poids à 0,20% environ en poids de magnésium, environ 0,15% en poids de fer au maximum, environ 0,05% environ en poids
de carbone au maximum, le complément étant du nickel.
9. Câble suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le câble comprend un thermoélément composé d'un alliage de type N positif et un thermoélément composé d'un alliage de type N négatif et la gaine est composée d'un alliage (a3) constitué essentiellement de 14,2% en poids de chrome, 1,4% en poids de silicium, 0,03% en poids de magnésium,
le complément étant du nickel.
10.Câble suivant la revendication 1, caractérisé en
ce que le câble comprend un thermoélément composé d'un al-
liage de type N positif et un thermoélément composé cd'un
alliage de type N négatif et la gaine est composée d'un al-
liage (bl) constitué essentiellement de 4,0% environ en poids à 4,8% environ en poids de silicium, de 0,05% environ
en poids à 0,20% environ en poids de magnésium, le complé-
ment étant du nickel.
11. Câble suivant la revendication 1, caractérisé en
ce que le câble comprend un thermoélément composé d'un al-
liage de type N positif et un thermoélément composé d'un alliage de type N négatif et la gaine est composée d'un alliage (b2) constitué essentiellement de 4,2% environ en poids à 4,6% environ en poids de silicium, de 0,10% environ
en poids à 0,20% environ en poids de magnésium, 0,05% envi-
ron en poids de chrome au maximum, 0,15% environ en poids
de fer au maximum, 0,05% environ en poids de carbone au ma-
ximum, le complément étant du nickel.
12. Câble suivant la revendication 1, caractérisé en
ce que le câble comprend un thermoélément composé d'un al-
liage de type N positif et un thermoélément composé d'un
alliage de type N négatif et la gaine est composée d'un al-
liage (b3) constitué essentiellement de 4,4% en poids de silicium, 0,1% en poids de fer, 0,1% en poids de magnésium,
le complément étant du nickel.
13. Câble suivant la revendication 1, caractérisé en ce
que le câble comprend un seul thermoélément, ce thermoélé-
ment est composé d'un alliage de type N positif et la gaine est composée d'un alliage choisi dans le groupe comprenant
des compositions (b), (bl), (b2) et (b3) respectivement cons-
tituées essentiellement de (b) de 3,0% environ en poids à 5,0% environ en poids de silicium, de 0,03% environ en poids à 0,25% environ en poids de magnésium, le complément étant du nickel; (bl) de 4,0% environ en poids à 4,8% environ en poids de silicium, de 0,05% environ en poids à 0,20% environ en poids de magnésium, le complément étant du nickel; (b2) de 4, 2% environ en poids à 4,6% environ en poids de silicium, de 0,10% environ en poids à 0,20% environ en
poids de magnésium, 0,05% environ en poids de chrome au ma-
ximum, 0,15% environ en poids de fer au maximum, 0,05% en-
viron en poids de carbone au maximum, le complément étant du nickel; (b3) 4,4% en poids de silicium, 0,1% en poids de fer,
0,1% en poids de magnésium, le complément étant du nickel.
14. Câble suivant la revendication 1, caractérisé en
ce que le câble contient un seul thermoélément, ce thermo-
élément est composé d'un alliage de type N négatif et la
gaine est composée d'un alliage choisi dans le groupe com-
prenant les compositions (a), (al), (a2) et (a3) respecti-
vement constituées essentiellement de: (a) de 13,0% environ en poids à 15, 0% environ en poids de chrome, de 1,0% environ en poids à 2,0% environ en poids de silicium, de 0,03% environ en poids à 0,25% environ en poids de magnésium, le complément étant du nickel; (al) de 13,9% environ en poids à 14,5% environ en poids de chrome, de 1,3% environ en poids à 1,5% environ en poids de silicium, de 0,05% environ en poids à 0,20% environ en poids de magnésium, le complément étant du nickel; (a2) de 14,05% environ en poids à 14,35% environ en poids de chrome de 1,35% environ en poids à 1,45% environ en poids de silicium, de 0,10% environ en poids à 0, 20% environ en poids de magnésium, 0,15% environ en poids de
fer au maximum, 0,05% environ en poids de carbone au maxi-
mum, le complément étant du nickel;
(a3) 14,2% en poids de chrome, 1,4% en poids de sili-
cium, 0,03% en poids de magnésium, le complément étant du nickel.
15. Elément chauffant résistif convenant particulière-
ment à l'utilisation aux hautes températures, comprenant un câble suivant la revendication 1, qui contient un ou plusieurs thermoéléments et une gaine, caractérisé en ce que les thermoéléments et la gaine sont composés d'alliages qui peuvent être les mêmes ou différents, et ces alliages sont choisis dans le groupe comprenant les alliages de type N positif, les alliages de type N négatif et les alliages (a), (al), (a2), (a3), (b), (bl), (b2) et (b3) définis dans
les revendications 13 et 14.
16. Câble de thermocouple à gainage intégral et à iso- lation minérale compactée, caractérisé en ce que le câble comprend au moins un thermoélément composé d'un alliage de
type N et la gaine est composée d'un alliage de type N, carac-
térisé en outre en ce que l'alliage dont est composée la gaine est thermoélectriquement opposé à l'alliage dont est
composé le ou au moins un thermoélément.
17. Détecteur de chaleur utilisable à des températu-
res supérieures à 1100 C environ, caractérisé en ce qu'il comprend un câble allongé à gainage intégral et à isolation minérale compactée comme défini dans la revendication 16, disposé dans un environnement o des élévations locales de
température peuvent se produire, provoquant une augmenta-
tion locale de la conductivité de la matière isolante, ce détecteur comportant des moyens pour déterminer la position de ladite augmentation locale de conductivité et, par suite,
la position de ladite élévation de température.
18. Sonde de température à stagnation, comportant un
thermocouple de type N comme capteur de température caracté-
risé en ce que ce thermocouple est fabriqué à partir d'un
câble tel que défini dans la revendication 1.
19. Câble détecteur de chaleur ou sonde suivant l'une
quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que
l'alliage de gaine est renforcé par addition d'un ou plusieurs composants connus pour augmenter la résistance mécanique de
ces alliages à haute température.
20. Câble suivant la revendication 19, caractérisé en
ce que lesdits composants sont choisis dans le groupe compre-
nant le manganèse, le fer, le molybdène, le cobalts le
tungstène et des dispersions de particules d'oxyde.
21. Câble détecteur de chaleur, ou sonde suivant l'une
quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que
l'alliage de gaine contient en addition un ou plusieurs élé-
ments connus pour inhiber le grossissement de grain métallur-
gique se produisant à haute température.
22. Câble suivant la revendication 21, caractérisé en ce que lesdits éléments sont choisis dans le groupe comprenant
le niobium et le titane.
23. Câble détecteur de chaleur ou sonde suivant l'une
quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que
l'alliage de gaine contient en addition un ou plusieurs compo-
sants connus pour augmenter la résistance mécanique de ces alliages à haute température, et un ou plusieurs éléments connus pour inhiber le grossissement de grain métallurgique
se produisant à haute température.
24. Câble suivant la revendication 23, caractérisé en
ce que lesdits composants sont choisis dans le groupe compre-
nant le manganèse, le fer, le molybdène, le cobalt, le tungs-
tène et des dispersions de particules d'oxyde, et lesdits éléments sont choisis dans le groupe comprenant le niobium et
le titane.
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