FR2681137A1 - DEVICE FOR MEASURING AND ADJUSTING THE AIR CONCENTRATION OF AN ENCLOSURE. - Google Patents
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Abstract
Le dispositif pour mesurer et régler la concentration en air dans une enceinte (1) comprend une sonde à oxygène (2) constituée par une matière dont la conductibilité électrique varie en fonction de la concentration d'oxygène contenu dans l'enceinte, des moyens pour maintenir l'intérieur de la cavité (4) à une température sensiblement constante égale à la température de sensibilité maximale de la sonde (2). Il comprend en outre des moyens pour mesurer la tension (K1 ) délivrée par la sonde (2), des moyens pour convertir cette tension (K1 ) en concentration d'air (C1 %), des moyens pour comparer cette tension (K1 ) avec une valeur de tension de consigne (W), et des moyens pour commander l'injection d'air, ou le prélèvement d'air dans l'enceinte (1) lorsque la tension mesurée est inférieure ou supérieure à la valeur de tension de consigne (W). Utilisation notamment dans les installations de traitement par thermofixation des fils textiles.The device for measuring and adjusting the air concentration in an enclosure (1) comprises an oxygen probe (2) formed by a material whose electrical conductivity varies as a function of the concentration of oxygen contained in the enclosure, means for maintaining the interior of the cavity (4) at a substantially constant temperature equal to the maximum sensitivity temperature of the probe (2). It further comprises means for measuring the voltage (K1) delivered by the probe (2), means for converting this voltage (K1) into an air concentration (C1%), means for comparing this voltage (K1) with a setpoint voltage value (W), and means for controlling the injection of air, or the removal of air from the enclosure (1) when the measured voltage is lower or greater than the setpoint voltage value (W). Use in particular in installations for the heat-setting treatment of textile threads.
Description
La présente invention concerne un dispositif pour mesurer et régler laThe present invention relates to a device for measuring and adjusting the
concentration en air dans une enceinte. L'invention vise notamment l'application de ce dispositif au réglage de la concentration en air d'une enceinte renfermant un mélange d'air et de vapeur, telle qu'une enceinte de traitement en continu par air concentration in an enclosure. The invention aims in particular at applying this device to adjusting the air concentration of an enclosure containing a mixture of air and steam, such as a continuous treatment chamber by
thermofixation de fils textiles.thermofixing of textile threads.
Dans les enceintes ou lignes de traitement en continu par thermofixation de fils textiles, ces fils sont traités par un mélange d'air et de vapeur à une In enclosures or lines of continuous treatment by heat-fixing of textile threads, these threads are treated with a mixture of air and steam at a temperature of
température et une pression déterminées. determined temperature and pressure.
Dans ces enceintes, on règle en général la température et la pression que l'on peut parfaitement In these speakers, we usually adjust the temperature and the pressure that we can perfectly
maîtriser.control.
La demanderesse a toutefois constaté que la qualité du fil obtenu dépendait non seulement de la constante de la température et de la pression du traitement, mais également de celle du rapport entre les However, the Applicant has found that the quality of the wire obtained depends not only on the constant temperature and the pressure of the treatment, but also on the ratio between the
concentrations d'air et de vapeur.air and vapor concentrations.
Le but de la présente invention est ainsi de proposer un dispositif permettant de mesurer et de régler en continu la concentration en air dans une enceinte, en particulier dans une enceinte renfermant de l'air et de The object of the present invention is therefore to provide a device for measuring and continuously adjusting the air concentration in an enclosure, in particular in a chamber containing air and air.
la vapeur, telle que celle mentionnée ci-dessus. steam, such as the one mentioned above.
Suivant l'invention, ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend: une sonde à oxygène constituée par une matière dont la conductibilité électrique varie en fonction de la concentration d'oxygène contenu dans l'enceinte. cette sonde étant placée dans une cavité communiquant avec l'enceinte, des moyens pour maintenir l'intérieur de la cavité à une température sensiblement constante égale à la température de sensibilité maximale de la sonde, des moyens pour mesurer la tension délivrée par la sonde, des moyens pour convertir cette tension en concentration d'air, des moyens pour comparer cette tension avec une valeur de tension de consigne, et des moyens pour commander l'injection d'air, ou le prélèvement d'air dans l'enceinte lorsque la tension mesurée est inférieure ou supérieure à la valeur According to the invention, this device is characterized in that it comprises: an oxygen probe constituted by a material whose electrical conductivity varies as a function of the oxygen concentration contained in the enclosure. this probe being placed in a cavity communicating with the enclosure, means for maintaining the interior of the cavity at a substantially constant temperature equal to the maximum sensitivity temperature of the probe, means for measuring the voltage delivered by the probe, means for converting this voltage into air concentration, means for comparing this voltage with a target voltage value, and means for controlling the injection of air, or the withdrawal of air in the enclosure when the measured voltage is less than or greater than the value
de tension de consigne.setpoint voltage.
La matière de la sonde à oxygène a la propriété d'absorber un pourcentage d'oxygène qui est fonction de la concentration d'oxygène de l'enceinte, ce qui a pour effet de modifier sa conductibilité Cette modification de conductibilité peut être mesurée par la variation de The material of the oxygen sensor has the property of absorbing a percentage of oxygen which is a function of the oxygen concentration of the chamber, which has the effect of modifying its conductivity. This change in conductivity can be measured by the variation of
la tension mesurée à la sortie de la sonde. the voltage measured at the output of the probe.
Cette tension peut être convertie directement en concentration d'oxygène et d'air (sachant que l'air This voltage can be converted directly to oxygen and air concentration (knowing that the air
contient une proportion constante d'oxygène). contains a constant proportion of oxygen).
Il est ainsi possible d'afficher et d'enregistrer cette concentration d'air et d'injecter dans l'enceinte de l'air, si cette concentration est insuffisante ou d'en prélever si cette concentration est It is thus possible to display and record this concentration of air and to inject into the chamber of the air, if this concentration is insufficient or to take it if this concentration is
trop importante.too important.
Le dispositif selon l'invention permet ainsi de maintenir dans l'enceinte une proportion d'air The device according to the invention thus makes it possible to maintain a proportion of air in the enclosure
sensiblement constante.substantially constant.
Selon une version avantageuse de l'invention, le dispositif comprend en outre un capteur de pression mesurant la pression du mélange gazeux contenu dans l'enceinte et délivrant une tension variant en fonction de cette pression, des moyens étant prévus pour corriger la valeur de la tension mesurée par la sonde à oxygène, servant à déterminer la concentration d'air, en fonction de la pression mesurée, pour rapporter cette concentration d'air à une pression de consigne prédéterminée. Le dispositif est ainsi capable de maintenir constante la proportion d'oxygène, même en cas de variation de la pression totale du mélange gazeux contenu According to an advantageous version of the invention, the device further comprises a pressure sensor measuring the pressure of the gaseous mixture contained in the chamber and delivering a voltage varying according to this pressure, means being provided to correct the value of the voltage measured by the oxygen sensor, for determining the air concentration, as a function of the measured pressure, to report this concentration of air at a predetermined set pressure. The device is thus able to keep the proportion of oxygen constant, even if the total pressure of the gaseous mixture
dans l'enceinte.inside the enclosure.
Selon une version préférée de l'invention, la matière constituant la sonde à oxygène est de l'oxyde de zirconium. Cette matière a la propriété de présenter une conductibilité électrique qui varie très nettement en fonction de la concentration en oxygène à condition qu'elle soit portée à une température d'environ 7500 C. D'autres particularités et avantages de According to a preferred version of the invention, the material constituting the oxygen probe is zirconium oxide. This material has the property of having an electrical conductivity which varies very markedly depending on the oxygen concentration provided that it is brought to a temperature of about 7500 C. Other features and advantages of
l'invention apparaîtront encore dans la description ci- the invention will become apparent in the description below.
après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs: la figure 1 est une vue schématique d'ensemble du dispositif conforme à l'invention, la figure 2 est une vue en coupe longitudinale à plus grande échelle du dispositif renfermant la sonde à oxygène placée dans une cavité communiquant avec une enceinte, la figure 3 est une vue montrant les différentes fonctions du régulateur faisant partie du after. In the accompanying drawings, given by way of non-limiting example: FIG. 1 is a diagrammatic overall view of the device according to the invention; FIG. 2 is a longitudinal sectional view on a larger scale of the device containing the probe; oxygen placed in a cavity communicating with an enclosure, FIG. 3 is a view showing the various functions of the regulator forming part of the
dispositif selon l'invention.device according to the invention.
En référence aux figures annexées, le dispositif pour mesurer et régler la concentration en air dans une enceinte 1 comprend essentiellement: une sonde à oxygène 2 constituée par une matière 3 dont la conductibilité électrique varie en fonction de la concentration d'oxygène contenu dans l'enceinte 1, cette sonde 2 étant placée dans une cavité tubulaire 4 communiquant par une ouverture 5 avec l'enceinte 1, des moyens de chauffage 6 pour maintenir l'intérieur de la cavité 4 à une température sensiblement constante égale à la température de sensibilité maximale de la sonde 2, des moyens pour mesurer la tension Ki délivrée par la sonde 2, des moyens pour convertir cette tension Ki en concentration d'air, des moyens pour comparer cette tension Ki avec une valeur de tension de consigne W. Les trois moyens ci- dessus sont contenus dans With reference to the appended figures, the device for measuring and regulating the concentration of air in an enclosure 1 essentially comprises: an oxygen sensor 2 constituted by a material 3 whose electrical conductivity varies as a function of the oxygen concentration contained in the enclosure 1, this probe 2 being placed in a tubular cavity 4 communicating through an opening 5 with the enclosure 1, heating means 6 for maintaining the interior of the cavity 4 at a substantially constant temperature equal to the maximum sensitivity temperature of the probe 2, means for measuring the voltage Ki delivered by the probe 2, means for converting this voltage Ki into air concentration, means for comparing this voltage Ki with a set voltage value W. The three means above are contained in
un boîtier de régulation 7.a regulation box 7.
Le dispositif comprend également des moyens pour commander l'injection d'air, ou le prélèvement d'air dans l'enceinte lorsque la tension mesurée est inférieure ou supérieure à la valeur de tension de consigne W. Ces moyens sont contenus dans un boîtier The device also comprises means for controlling the injection of air, or the withdrawal of air into the chamber when the measured voltage is lower or higher than the nominal voltage value W. These means are contained in a housing
d'asservissement 8.servo 8.
Le dispositif comprend en outre un capteur de pression 9 mesurant la pression du mélange gazeux contenu dans l'enceinte 1 et délivrant une tension K 2 variant en fonction de cette pression Des moyens contenus dans le boîtier de régulation 7 sont prévus pour corriger la valeur de la tension Ki mesurée par la sonde à oxygène, servant à déterminer la concentration d'air, en fonction de la pression mesurée par le capteur 9 pour rapporter cette concentration d'air à une pression de consigne prédéterminée. De préférence, la matière constituant la sonde The device further comprises a pressure sensor 9 measuring the pressure of the gaseous mixture contained in the chamber 1 and delivering a voltage K 2 varying according to this pressure. Means contained in the regulation box 7 are provided to correct the value of the voltage Ki measured by the oxygen sensor, used to determine the air concentration, as a function of the pressure measured by the sensor 9 to bring this concentration of air to a predetermined setpoint pressure. Preferably, the material constituting the probe
à oxygène 2 est de l'oxyde de zirconium. Oxygen 2 is zirconium oxide.
Dans l'exemple représenté sur la figure 2, la cavité 4 renfermant la sonde 2 comporte à sa périphérie des résistances de chauffage 6 reliées à des moyens permettant de maintenir l'intérieur de la cavité 4 à une température de l'ordre de 750 WC En effet, c'est à cette température que l'oxyde de zirconium présente la plus In the example shown in FIG. 2, the cavity 4 enclosing the probe 2 has, at its periphery, heating resistors 6 connected to means making it possible to maintain the interior of the cavity 4 at a temperature of the order of 750 WC. Indeed, it is at this temperature that zirconium oxide has the highest
grande sensibilité vis-à-vis de l'oxygène. high sensitivity to oxygen.
Par ailleurs, la cavité 4 et la plus grande partie de la sonde 2 sont entourées par un revêtement 4 a Moreover, the cavity 4 and most of the probe 2 are surrounded by a coating 4a.
en matière réfractaire.in refractory material.
La mesure et l'affichage de la température sont The measurement and display of the temperature are
réalisées dans le boîtier 9 (voir figure 2). made in the housing 9 (see Figure 2).
Ce boîtier 9 est relié à une sonde de température 10 s'étendant à proximité de l'élément 3 en This housing 9 is connected to a temperature probe 10 extending near the element 3 in
oxyde de zirconium.zirconium oxide.
Ce boîtier 9 renferme un organe tel qu'un thermostat qui coupe l'alimentation électrique des résistances 6 lorsque la température de consigne (légèrement supérieure à 7500 C) est atteinte De même, le thermostat remet en route l'alimentation des résistances 6 lorsque la température chute en dessous de 7500 C. On va maintenant détailler en référence à la figure 3, les différentes fonctions réalisées par le: This housing 9 contains a member such as a thermostat which cuts the power supply of the resistors 6 when the set temperature (slightly above 7500 C) is reached Similarly, the thermostat resumes power supply of the resistors 6 when the temperature drops below 7500 C. We will now detail with reference to Figure 3, the various functions performed by the:
boîtier de régulation 7.control box 7.
Ce boîtier est muni de deux entrées analogiques Ei et E 2 L'entrée E, reçoit la tension Ki (en m V) This box is provided with two analog inputs Ei and E 2 The input E receives the voltage Ki (in m V)
délivrée par la sonde à oxygène 2. delivered by the oxygen sensor 2.
Cette tension est ensuite convertie en concentration d'air (Ci (%) selon la formule: Ci M%) = ( 100/20,93) expl( 67-03-K,)/22,o 41 Cette formule a été déterminée à partir de la loi de-"Nernst" et des caractéristiques de la sonde à This voltage is then converted to air concentration (Ci (%) according to the formula: Ci M%) = (100 / 20.93) expl (67-03-K,) / 22, o 41 This formula has been determined from the law of "Nernst" and the characteristics of the probe to
oxygène en Zr O 2 utilisée.oxygen in Zr O 2 used.
L'entrée E 2 reçoit la tension K 2 (en m V) The input E 2 receives the voltage K 2 (in m V)
délivrée par le capteur de pression 9. delivered by the pressure sensor 9.
Cette tension K 2 permet de corriger la concentration d'air Ci(% selon la relation suivante This voltage K 2 makes it possible to correct the air concentration Ci (% according to the following relationship
C(%) = C 1 (%)/K 2C (%) = C 1 (%) / K 2
Cette concentration d'air est affichée sur un écran 11 et est enregistrée sur une imprimante reliée à This air concentration is displayed on a screen 11 and is recorded on a printer connected to
la sortie Si du boîtier 7.the Si output of the housing 7.
La tension correspondant à la concentration d'air C(%) est ensuite comparée, au moyen d'un comparateur 12, à une tension de consigne W correspondant à la concentration d'air que l'on désire maintenir à The voltage corresponding to the air concentration C (%) is then compared, by means of a comparator 12, to a setpoint voltage W corresponding to the concentration of air which it is desired to maintain at
l'intérieur de l'enceinte 1.inside the enclosure 1.
Si la tension relevée est inférieure à la valeur de la consigne W, la sortie Sz du boîtier 7 envoie vers le boîtier d'asservissement 8 un signal qui commande l'ouverture d'une électro-vanne 8 a qui elle- même commande l'injection d'air à l'intérieur de l'enceinte 1 jusqu'à ce que la tension correspondant à la concentration désirée d'air soit égale à la tension de consigne W. De même, si la tension relevée est supérieure à W, la sortie 52 envoie un signal qui commande une évacuation partielle du gaz contenu dans l'enceinte et If the detected voltage is lower than the value of the setpoint W, the output Sz of the housing 7 sends to the control unit 8 a signal which controls the opening of a solenoid valve 8a which itself controls the injection of air inside the chamber 1 until the voltage corresponding to the desired concentration of air is equal to the nominal voltage W. Similarly, if the detected voltage is greater than W, the output 52 sends a signal that controls a partial evacuation of the gas contained in the enclosure and
une injection d'un mélange gazeux appauvri en air. an injection of a gas mixture depleted of air.
Bien entendu, la connaissance de la concentration en air de l'enceinte 1 permet de déterminer sa concentration en vapeur d'eau, sachant que la pression Of course, knowing the air concentration of the chamber 1 makes it possible to determine its concentration of water vapor, knowing that the pressure
totale du mélange est mesurée par le capteur 9. total of the mixture is measured by the sensor 9.
L'invention que l'on vient de décrire s'applique de préférence au maintien de concentrations d'air et de vapeur d'eau constantes à l'intérieur d'une The invention which has just been described preferably applies to the maintenance of constant concentrations of air and water vapor inside a
installation de thermofixation de fils textiles. installation of thermofixation of textile threads.
L'expérience a en effet montré que l'utilisation d'un tel dispositif en combinaison avec une installation du type ci-dessus permettait d'améliorer Experience has indeed shown that the use of such a device in combination with an installation of the above type made it possible to improve
l'uniformité et la qualité des fils traités. the uniformity and quality of the treated yarns.
Bien entendu, l'invention peut également s'appliquer dans toute autre installation textile ou non, dans laquelle on veut régler la teneur en oxygène, en air Of course, the invention can also be applied in any other textile installation or not, in which one wants to adjust the oxygen content, in air
et/ou en vapeur d'eau.and / or water vapor.
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Legal Events
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Effective date: 20060531 |