FR2733828A1 - Procede de mesure de la sensibilite d'un fluxmetre radiatif, le fluxmetre radiatif correspondant, et l'utilisation de ce dernier - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de mesure de la sensibilité d'un fluxmètre radiatif vis-à-vis d'au moins une surface cible Sc . Il consiste à provoquer (1001) un échange d'énergie calorifique entre fluxmètre radiatif et milieu ambiant, à mesurer suite à cet échange (1002) la variation de température DELTATm de la surface de mesure du fluxmètre radiatif et la variation de tension DELTAVm délivrée par ce dernier. La sensibilité Smc du fluxmètre radiatif est établie (1003) comme le rapport de la variation de tension délivrée par le fluxmètre radiatif à la variation DELTATm de température de la surface de mesure. Application à la réalisation de capteurs thermiques et détecteurs de phénomènes physiques engendrant une modification de sensibilité de ces capteurs.

Description

Procédé de mesure de la sensibilité d'un
fluxmètre radiatif, le fluxmètre radiatif correspondant
et l'utilisation de ce dernier.

L'invention concerne un procédé de mesure de la sensibilité d'un fluxmètre radiatif, le fluxmètre radiatif correspondant et l'utilisation d'un tel fluxmètre.

La mesure du rayonnement thermique émis par une surface, plus spécialement désignée par surface cible, est importante en pratique, une telle opération permettant notamment la mesure à distance de la température de la surface cible.

De nombreux capteurs de rayonnement thermique sont actuel le ment disponibles sur le marché. Ils permettent, en général, d'engendrer un thermosignal proportionnel à l'énergie du rayonnement thermique d'une surface émissive à partir duquel la luminance et la température de la surface émissive peuvent être déterminees.

Parmi ceux-ci, les détecteurs à thermopiles sont des détecteurs thermiques particuliers, lesquels convertissent le rayonnement à mesurer en élévation de température d'un élément de surface thermiquement isolé. La température d'équilibre, mesurée par les jonctions chaudes de la thermopile, est influencée par les echanges par convection et il est, de ce fait, indispensable d'encapsuler ces détecteurs dans un boîtier étanche, du type T05 par exemple, afin d'éliminer toutes les perturbations dues à des mouvements d'air.

Outre les détecteurs à thermopiles précités, les fluxmètres radiatifs sont des capteurs thermiques capables de permettre la mesure d'une densité de flux de rayonnement, indépendamment des échanges convectifs avec le milieu ambiant. Ces appareils ont pour avantage, par rapport aux autres capteurs thermiques, de pouvoir être utilisés en l'absence d'encapsulation. L'élément sensible est une thermopile planaire montée sur un support isolant d'épaisseur très faible en contact avec une feuille métallique de grande conductivité thermique. Compte tenu de la faible épaisseur de la feuille isolante, toutes les variations de température sont répercutées par l'intermédiaire du support, sur les jonctions thermoélectriques.Ces variations ne sont pas détectées car la structure différentielle du detecteur à thermopile permet d'éliminer l'effet de dérive en température de l'ensemble des jonctions thermoélectriques.

Pour obtenir une sensibilité au seul rayonnement thermique incident, les jonctions chaudes sont recouvertes d'une couche absorbant le rayonnement thermique incident tandis que les jonctions froides sont recouvertes d'une couche réfléchissante de ce rayonnement. La densité des thermoéléments étant uniforme sur la surface du fluxmètre radiatif, la tension électrique engendrée par celui-ci est directement proportionnelle à la densité de flux de rayonnement. Cette densité est positive lorsque le rayonnement est absorbé, et négative dans le cas contraire. La conduction thermique entre jonctions thermoélectriques est augmentée au maximum de façon que la tension de sortie ne soit pas influencée par les mouvements d'air, ce qui peut être assimilé à une augmentation de conductivité apparente du fluide environnant le fluxmètre radiatif.Un fluxmètre radiatif de ce type a été décrit par la demande de brevet français n" 86 07072 au nom de la demanderesse. L'élément sensible ne devant plus être isolé thermiquement, il n'est plus nécessaire de realiser des capteurs de faible dimension, en vue de leur encapsulement. Ainsi, les fluxmètres radiatifs actuels présentent une surface active, surface de mesure, pouvant atteindre plusieurs décimètres carrés. Leur sensibilité, exprimée en ,uV/W/m2, est très importante puisqu'elle est proportionnelle au nombre de thermo-éléments distribués sur la surface active du fluxmètre radiatif.

En outre, l'utilisation d'une structure symétrique pour mesurer le rayonnement thermique est importante vis-àvis des processus de mesure des grandeurs se ramenant directement ou non à la mesure du rayonnement thermique ou du coefficient de sensibilité au rayonnement thermique.

Cette même structure symétrique des fluxmètres radiatifs implique, conformément aux études et observations menées par les inventeurs, un fonctionnement symétrique de ces fluxmètres radiatifs, la tension de sortie étant positive lorsque la surface de mesure absorbe du rayonnement, et négative dans le cas inverse, car les surfaces absorbantes de la surface de mesure sont portées à une température plus élevée lors de l'absorption d'un rayonnement et à une température plus faible lors de l'émission d'un rayonnement par la surface de mesure. La mesure du rayonnement est ramenée à une mesure de différence de température, le coefficient de sensibilité du fluxmètre radiatif étant indépendant de la température de celui-ci.

Compte tenu de l'observation précédente, la présente invention a pour objet la mise en oeuvre d'un procédé de mesure de la sensibilité d'un fluxmètre radiatif, afin de réaliser un auto-étalonnage en température de ce type d'appareil.

Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un fluxmètre radiatif spécifique, permettant une mesure de sensibilité et un auto-étalonnage automatique quelle que soit la température de celui-ci.

Un autre objet de la présente invention est en outre, à partir du fluxmètre radiatif spécifique précité, et compte tenu du fait de l'indépendance de la sensibilité de ce dernier à la température, la réalisation de détecteurs de phénomènes physiques dont les paramètres intrinsèques influencent directement le fonctionnement du fluxmètre radiatif précité, en particulier du coefficient de sensibilité, à température donnée de celui-ci.

Le procédé de mesure de la sensibilité d'un fluxmètre radiatif, objet de la présente invention, ce fluxmètre radiatif étant muni d'une surface de mesure à une température Trn vis-à-vis d'au moins une surface cible à une température Tc places dans un milieu ambiant, le flux radiatif ou densité de puissance échangé entre la surface de mesure et la surface cible vérifiant la relation
Fa =
l/eC+l/m~l dans laquelle a représente la constante de Boltzmann Ec et Em le coefficient d'émissivité des surfaces cible et
de mesure respectivement
Tc et Tm la température absolue des surfaces cible et de
mesure respectivement, ledit fluxmètre radiatif délivrant une tension électrique de thermocouple Vm, est remarquable en ce qu'il consiste à provoquer un échange d'énergie calorifique entre le fluxmètre radiatif et le milieu ambiant et à mesurer, suite à cet échange, la variation de température ATm de la surface de mesure et la variation de tension AVm délivrée par le fluxmètre radiatif. La sensibilité du fluxmètre radiatif vis-à-vis de la surface cible est établlie comme le rapport de la variation de tension délivrée par le fluxmètre radiatif à la variation de température de la surface de mesure.

Le fluxmètre radiatif à étalonnage de sensibilité automatique, objet de l'invention, ce fluxmètre radiatif comprenant une surface sensible formée par un support en matériau diélectrique muni d'une bande continue à méandres en un premier matériau conducteur et de zones discontinues en un second matériau conducteur, présentant un pouvoir thermoélectrique different de celui du premier matériau conducteur et une plus grande conductivité électrique, pour former une chaîne de thermocouples élémentaires permettant de délivrer, pour une température Tm de cette chaîne, une tension électrique de thermocouple Vm correspondante, en présence d'au moins une surface cible à une température Tc, lorsque le fluxmètre radiatif, la surface sensible et la surface cible sont dans un même milieu ambiant, est remar quable en ce qu'il comporte en outre un circuit de commande d'échange d'énergie calorifique entre le fluxmètre radiatif et le milieu ambiant, permettant d'engendrer un échange d'énergie calorifique entre le fluxmètre radiatif et le milieu ambiant et un circuit de mesure, suite à cet échange, de la variation de température ATm de la surface de mesure et de la variation de tension AVm délivrée par la chaîne de thermocouples. Un module de calcul et de contrôle de la sensibilité Smc du fluxmètre radiatif vis-à-vis de la surface cible est prévu, la sensibilité étant définie comme le rapport de la variation de la tension AVm délivrée par le fluxmètre radiatif à la variation de température ATm de la surface de mesure.

Le procédé et le fluxmètre radiatif, objets de la présente invention, trouvent application dans l'industrie de l'instrumentation et du contrôle de rayonnement thermique, du contrôle de température, et des processus de régulation correspondants.

Ils seront mieux compris à la lecture de la description et à l'observation des dessins ci-après dans lesquels
- la figure la représente un schéma synoptique illustratif de la mise en oeuvre du procédé objet de la présente invention
- les figures lb, lc et ld représentent un détail de mise en oeuvre du procédé objet de la présente invention lorsque, de manière non limitative, celui-ci est appliqué à un fluxmètre radiatif de l'art antérieur
- la figure 2a représente une vue éclatée d'un fluxmètre radiatif spécialement adapté pour la mise en oeuvre du procédé objet de l'invention, dans une première variante simplifiée ;;
- les figures 2bl, 2b2 et 2b3 représentent une vue éclatée d'un fluxmètre radiatif spécialement adapté pour la mise en oeuvre du procédé objet de l'invention, dans une deuxième variante simplifiée
- la figure 2cl représente une vue de dessus d'une troisième variante de réalisation d'un fluxmètre radiatif plus spécialement adapté à une application de détecteur d'incendie
- la figure 2c2 représente une vue en coupe longitudinale selon un plan de coupe Q de la figure 2cl
- la figure 3 représente un diagramme de sensibilité d'un fluxmètre radiatif selon l'invention, dans une application à un détecteur de point de rosée de la phase liquide d'un milieu ambiant à une température déterminée.

Une description plus détaillée du procédé de mesure de la sensibilité d'un fluxmètre radiatif conforme à l'objet de la présente invention sera maintenant donnée en liaison avec la figure la et les figures suivantes.

D'une manière générale, on indique que le fluxmètre radiatif pour lequel le procédé de mesure de la sensibilité peut être mis en oeuvre, conformément à l'objet de la présente invention, est, soit un fluxmètre radiatif tel que décrit dans l'art antérieur par la demande de brevet français n" 86 07072 au nom de la demanderesse, soit, au contraire, un fluxmètre radiatif spécialement adapté pour la mise en oeuvre du procédé ainsi qu'il sera décrit ultérieurement dans la description.

D'une manière générale, et en référence avec l'architecture classique des fluxmètres radiatifs, on indique que ces derniers comportent une surface de mesure à une température Tm vis-à-vis d'une surface cible à une température Tc Le fluxmètre radiatif pour lequel on met en oeuvre le procédé de mesure de sensibilité conforme à l'objet de la présente invention est placé dans un milieu ambiant et la densité de puissance, exprimée en W/m2, ou flux radiatif échangé entre la surface de mesure et la surface cible vérifie alors la relation
Fa = l/ec+l/em-l
Dans cette relation, on rappelle que a désigne la constante de Boltzmann ec et em désignent le coefficient d'émissivité des surfaces
cible et de mesure respectivement
Tc et Tm désignent la température absolue des surfaces
cible et de mesure considérées.

D'une manière plus générale, on indique que, bien que la surface cible puisse être constituée par une surface cible discrète à une température Tc, on rappelle que celleci peut au contraire être constituée par une pluralité de surfaces cibles élémentaires délocalisées et jouant le rôle d'une surface cible équivalente à une température correspondante Tc
On comprend en outre que le procédé, objet de la présente invention de mesure de sensibilité d'un fluxmètre radiatif tel que précédemment décrit, et en raison notamment du fonctionnement symétrique de ce dernier, ainsi que mentionné précédemment dans la description, peut être mis en oeuvre pour une multiplicité de surfaces cibles considérées et, à la limite, en l'absence de surface cible, lorsque le fluxmètre radiatif précité se trouve dans une atmosphère ambiante en équilibre thermique vis-à-vis de cette atmosphère ambiante. Dans ces conditions, on rappelle que, à la température Tc de la surface cible pourra alors être substituée une température dite température ambiante, notée
Ta, avec laquelle le fluxmètre radiatif est en équilibre thermique.

Dans tous les cas, le fluxmètre radiatif soumis au procédé de mesure de sensibilité délivre une tension électrique de thermocouple Vm correspondante. Les conditions initiales précitées étant précisées et représentées à l'étape 1000 de la figure la, on indique que le procédé de mesure de sensibilité du fluxmètre radiatif considéré consiste alors, ainsi que représenté à l'étape 1001 de la figure la précitée, à provoquer un échange d'énergie calorifique entre le fluxmètre radiatif et le milieu ambiant.

L'étape 1001 précitée est suivie d'une étape 1002 consistant à mesurer, suite à cet échange, la variation de température ATm de la surface de mesure du fluxmètre radiatif ainsi que bien entendu la variation de tension AVm délivrée par le fluxmètre radiatif. Cette variation de tension n'est autre que la variation de tension de thermocouples délivrée par le fluxmètre radiatif considéré suite à l'échange d'énergie calorifique précédemment mentionné.

L'étape 1002 est alors suivie d'une étape 1003 consistant à établir la sensibilité, notée 5mc, du fluxmètre radiatif vis-à-vis de la surface cible où, le cas échéant, vis-à-vis du milieu ambiant comme le rapport de la variation de tension délivrée par le fluxmètre radiatif à la variation de température ATm de la surface de mesure.

D'une manière générale, on indique que la loi de variation de la tension Vm de thermocouple délivrée par le fluxmètre radiatif est dans une plage de température comprise entre -15" et 250 à 350"C, sensiblement linéaire.

Ainsi qu'on l'a représenté en figure lb, laquelle représente une vue en coupe d'un fluxmètre radiatif de l'art antérieur tel que décrit dans la demande de brevet n" 86 07072 précédemment mentionnée dans la description et dans laquelle, on le rappelle pour mémoire, A désigne un support isolant sensiblement rectangulaire, B une bande conductrice méandriforme en alliage appelé constantan, C désigne des plaques rectangulaires conductrices électriquement, en cuivre par exemple, et D désigne une résine isolante à fort pouvoir emissif remplissant les espaces correspondants entre les plaquettes C au-dessus des zones de la bande méandriforme B non recouverte de plaquettes C et recouvrant également les plaquettes C sous la forme d'une mince pellicule Da. E et F désignent une alternance de zones réfléchissantes E à faible pouvoir émissif et de zones F à fort pouvoir émissif sur la première extrémité Ca et la seconde extrémité Cb de chaque plaquette C.

Sur la figure lc, on a représenté une vue de dessus de la figure lb et en particulier la ligne méandriforme B ainsi constituée.

Conformément à un aspect particulièrement avantageux du procédé objet de la présente invention, ainsi que représenté en figure lb notamment, on indique que l'échange d'énergie calorifique entre le fluxmètre radiatif et le milieu ambiant peut consister à effectuer un apport calorifique, noté +Q, au fluxmètre radiatif, la variation de température hT, étant alors positive et consistant en une augmentation de température par rapport à la température initiale de la surface de mesure Sm. On comprend bien entendu que la surface de mesure Sm est alors formée par l'espace formé par la ligne méandriforme B telle que représentée en figure lc.

En raison du fonctionnement symétrique du fluxmètre radiatif considéré, soumis au procédé de mesure de sensibilité conforme à l'objet de la présente invention, on indique que, de manière symétrique et pour la plage de température précédemment mentionnée, la tension de thermocouple Vm étant sensiblement linéaire dans cette plage de température, l'échange d'énergie calorifique entre le fluxmètre radiatif et le milieu ambiant peut également consister à effectuer un retrait calorifique, noté -Q, au fluxmètre radiatif considéré. Dans un tel cas, la variation de température ATm consiste alors en une diminution, notée -bT,, de la température de la surface de mesure Sm par rapport à la température initiale.

On comprend bien entendu que dans ces conditions, en raison du fonctionnement symétrique de la ligne méandriforme formée par les thermocouples en cascade, la variation de tension délivrée, variation de tension de thermocouple Voue, est positive +Avm lors d'un apport calorifique +Q, et négative et égale à ~Vm lorsque l'échange calorifique consiste en un retrait calorifique -Q.

Sur la figure ldl, on a représenté un montage permettant la conduite d'une mesure de sensibilité de fluxmètre radiatif de manière sensiblement automatique. Le fluxmètre radiatif, ainsi que représenté sur la figure ldl précitée, est interconnecté par l'intermédiaire de deux circuits d'interfaçage tels que des circuits d'échantillonnage par exemple, notés ECH1, ECH2, à un circuit microcontrôleur par exemple, le circuit d'échantillonnage ECH1 pouvant être connecté en sortie de la tension de thermocouple VX délivrée par le fluxmètre radiatif pour mesurer une valeur de flux ou de densité d'énergie, notée , laquelle est convertie en valeur d'une tension Vm de mesure correspondant à une mesure de la tension de thermocouple.En outre, le fluxmètre radiatif peut être muni d'un capteur de température noté CT, lequel est relie à l'entrée de l'échantillon- neur ECH2 pour délivrer une tension VT représentative de la température de la surface de mesure Sm. Les circuits échantillonneurs tels que ECH1 et ECH2 sont reliés au microcontrôleur, lequel permet alors de délivrer une valeur de la température cible Tc dans les conditions précédemment mentionnées dans la description. Le microcontrôleur est également relaye à un circuit de puissance, lequel permet d'effectuer l'échange calorifique commandé par l'intermédiaire d'un échangeur calorifique commandé placé au voisinage du fluxmètre radiatif correspondant.

Dans un mode de réalisation préférentiel car simplifié, on indique que le circuit de puissance est un circuit générateur d'énergie calorifique par effet Joule par exemple alors que l'échangeur calorifique commandé est un circuit résistif, lequel reçoit de l'énergie electrique engendrée par le circuit de puissance pour transformer celle-ci en énergie calorifique apportant l'échange calorifique correspondant Q au fluxmètre radiatif considéré.

Compte tenu de l'installation représentée en figure ldl, on indique que, ainsi que représenté en figure ld2, le processus de mesure peut consister à effectuer une série d'échanges calorifiques successifs selon des cycles ou phases spécifiques représentes par phasel, phase2 sur la figure ld2. Le flux radiatif, c'est-à-dire l'échange calorifique, étant initié pendant une phase 1 par exemple de durée déterminée, on indique que cet échange provoque l'élévation de température d'une valeur T1 initiale à une valeur finale T2, laquelle est sensiblement constante pendant la phase 2, ces étapes successives pouvant être répétées pour déterminer une succession de valeurs de flux 1 et 2 radiatifs pendant la phase 1 respectivement la phase 2 et de températures correspondantes T1 et T2 de la surface de mesure Sm, ce qui permet de déterminer ensuite pour un nombre de valeurs determinées échantillonnées de températures respectivement de flux, c'est-à-dire à partir des valeurs de tension Vm et VT, le paramètre de sensibilité correspondant. Compte tenu de ces élements, il est alors possible au moyen de programmes de calcul, de déterminer à partir de la constante de Boltzmann par exemple les valeurs de paramètres Em, coefficient d'émissivité de la surface de mesure et de la cible par exemple.

Bien entendu, l'adjonction d'un capteur de température CT ainsi que d'un échangeur calorifique commandé peut être réalisée sans precaution particulière. Toutefois, et selon un aspect particulièrement avantageux du procédé objet de la présente invention, il est préférable de mettre en oeuvre un fluxmètre radiatif spécialement adapté pour la mise en oeuvre du procédé, ce type de fluxmètre radiatif permettant alors des applications spécifiques, ainsi qu'il sera décrit ultérieurement dans la description.

Un tel type de fluxmètre radiatif spécialement adapté pour la mise en oeuvre du procédé de mesure de sensibilité sera maintenant décrit en liaison avec la figure 2a.

Bien entendu, de maniere semblable aux fluxmètres radiatifs de l'art antérieur, on comprend que le fluxmètre radiatif à étalonnage de sensibilité automatique selon l'invention comprend une surface sensible formée par un support en matériau isolant diélectrique, portant la référence A comme dans le cas des fluxmètres radiatifs de l'art antérieur, et muni d'une bande continue à méandres B en un premier matériau conducteur et de zones discontinues en un second matériau conducteur présentant un pouvoir thermoélectrique différent de celui du premier matériau conducteur et une plus grande conductivité électrique.Cette ligne à méandres B permet de former une chaîne de thermocouples élémentaires pour délivrer, pour une température T, de cette chaîne, une tension électrique de thermocouples V, correspondants en présence d'une surface cible à une température Tc, ou, à tout le moins, d'une pluralité de surfaces cibles ainsi que décrit précédemment dans la description, lorsque le fluxmètre radiatif, la surface sensible et la surface cible sont dans un même milieu ambiant en situation d'équilibre thermique donné.

Le fluxmètre radiatif à étalonnage de sensibilité automatique selon l'invention, tel que représenté en figure 2a, comporte en outre un dispositif commandé d'échange d'énergie calorifique entre le fluxmètre radiatif et le milieu ambiant permettant d'engendrer un échange d'énergie calorifique entre ce fluxmètre radiatif et le milieu ambiant précité. Sur la figure 2a, le dispositif commandé d'échange d'énergie calorifique porte la référence 1.

En outre, un dispositif 2 de mesure suite à cet échange de la variation de température AT. de la surface de mesure et de la variation de tension AV. délivrée par la chaîne de thermocouples est prévu, ce dispositif de mesure portant la référence 2 sur la figure 2a.

A titre d'exemple non limitatif, on indique que le fluxmètre radiatif ainsi constitué est un fluxmètre radiatif de la famille précédemment mentionnée dans la description, lequel permet de mesurer la seule composante radiative du flux thermique indépendamment des échanges convectifs avec l'air environnant. La thermopile est ainsi constituée par la ligne méandriforme B en CHROMEL ou CONSTANTAN de faible épaisseur, de 5 à 25 pm, gravée en forme de lignes méandriformes sur le support isolant A, lequel peut être un isolant souple, KAPTON ou NYLON par exemple, et recouvert par un grand nombre de dépôts électrolytiques, cuivre ou or par exemple, régulièrement répartis suivant la longueur du ruban méandriforme précité.Dans les régions plaquées, le dépôt électrolytique impose ses propriétés thermiques et électriques de sorte que le circuit se comporte comme un grand nombre de thermocouples planaires électriquement connectés en cascade, les jonctions thermoélectriques étant localisées sur les lignes frontières des dépôts électrolytiques. La mise en oeuvre des techniques de photolithographie et de gravure chimique permet de réaliser des thermopiles planaires comportant une densité de thermocouples de l'ordre de 1500/cm2. Le revêtement supérieur représenté en éclaté sur la figure 2a vient en fait directement sur la ligne méandriforme B, ce revêtement pouvant être constitué en un matériau absorbant le rayonnement infrarouge.Sur le revêtement supérieur précité, est prévu le dispositif 2 de mesure de la variation de température ATX, lequel est alors formé par exemple par une ligne résistive 2 formée par un film d'or en forme de grecque d'une épaisseur très faible de quelques um par exemple.

On comprend ainsi que la partie supérieure du capteur formée par le revêtement supérieur a pour fonction d'engendrer des gradients thermiques tangentiels entre les jonctions de la thermopile, de façon à engendrer la tension de sortie V., cette tension étant positive lorsque la face avant du capteur, c'est-à-dire le revêtement supérieur, absorbe le rayonnement lors de l'échange thermique positif +9 par exemple, et au contraire négative dans le cas inverse, lorsque l'échange thermique consiste en un retrait calorifique -Q par exemple.

L'élévation de température AT.de la surface sensible S. est alors transmise intégralement par le revêtement supérieur au dispositif 2 formé par la ligne résistive, laquelle voit sa résistance modifiée du fait de cette variation de température.

De manière générale et afin de simplifier la représentation du dessin sur la figure 2a, on indique que la commande d'échange d'énergie calorifique peut être réalisée par un interrupteur connecté en série avec l'élément résistif 1, cet interrupteur étant noté I et représenté schématiquement sur la figure 2a. L'interrupteur commandé permet ainsi de délivrer une tension d'alimentation à la ligne résistive 1, laquelle par effet Joule permet d'apporter l'énergie calorifique correspondante.

Bien entendu, le fluxmètre radiatif à étalonnage de sensibilité automatique tel que représenté en figure 2a peut également comporter des circuits d'interfaçage d'échantillonnage tels que représentés en figure ldl par exemple, le circuit ECH1 étant relié en sortie de la ligne méandriforme
B et le circuit d'échantillonnage ECH2 étant au contraire relié à la ligne résistive 2 permettant la mesure d'élévation de température. Le circuit de puissance peut alors être relié directement à l'interrupteur I, lequel est commandé par le microcontrôleur pour réaliser les phases 1 et 2 précédemment décrites en liaison avec la figure ld2.

On comprend ainsi que le dispositif commandé d'échange calorifique 1 formé par la ligne résistive 1 et l'interrupteur I est placé au voisinage de la bande continue à méandres B formant la chaîne de thermocouples élémentaires, l'interrupteur I étant relié en fonctionnement à la source de puissance, c'est-à-dire la source d'alimentation électrique précédemment mentionnée.

De même, la ligne résistive 2, en forme de grecque, constituant le dispositif de mesure de la variation de température ATm de la surface de mesure Sm, forme ainsi un film résistif placé au voisinage de la bande continue à méandres B formant la chaîne de thermocouples élémentaires et est thermiquement couplée à celle-ci.

Enfin, on indique que dans un mode de réalisation non limitatif, au support isolant A peut être associée une plaque métallique 3, cette plaque métallique 3 étant placée sur la face arrière du support de la thermopile, laquelle peut ainsi être rendue isotherme par la feuille métallique 3 précitée. On pourra par exemple constituer la feuille métallique 3 au moyen d'une métallisation de cuivre de 35ym d'épaisseur par exemple.

Par convention, on indique que la température de la feuille métallique 3 est la température initiale du fluxmètre radiatif objet de la présente invention et que, bien entendu, cette température initiale peut être, soit commandée, soit régulée, pour obtenir des effets spécifiques dans des applications particulières ainsi qu'il sera décrit ultérieurement dans la description.

Une autre variante de réalisation du fluxmètre radiatif spécialement adapté à la mise en oeuvre du procédé objet de la présente invention sera maintenant décrite en liaison avec la figure 2bl et les figures 2b2, 2b3.

Sur la figure 2bl précitée, on indique que la ligne résistive 1 est supprimée.

En outre, le socle support formé par la feuille métallique 3 constitue un échangeur de chaleur avec la surface sensible Sm. L'échangeur de chaleur est muni d'un dispositif d'alimentation de ce dernier avec un fluide caloporteur représenté par la référence 30 sur la figure 2bl précitée, le fluide caloporteur étant noté fc. Cette disposition permet de commander et de réguler l'échange thermique entre le socle support et la surface sensible Sm précités. Dans le mode de réalisation représenté en figure 2bl, on indique que le revêtement supérieur peut être choisi de façon à assurer le contraste d'émissivité pour engendrer les gradients thermiques tangentiels ou pour permettre la mesure de la température moyenne du fluxmètre radiatif par variation de la résistance électrique de ce revêtement.

A titre d'exemple non limitatif, on indique différentes formes de la ligne résistive 2 telles que représentées en figure 2b2 ou 2b3. Dans tous les cas, et de manière préférentielle, on indique que, en liaison avec la figure 2b2, la ligne résistive 2 peut avantageusement être reliée en fonctionnement à un circuit de mesure à déplacement d'équilibre de la variation de résistance due à la variation de température DATM du film résistif, consécutivement à l'échange d'énergie calorifique.De manière classique, ce circuit à déplacement d'équilibre peut comporter, ainsi que représenté en figure 2b2, un circuit du type pont de
Wheatstone dans lequel le circuit résistif 2 constitue l'un des éléments d'une branche, la variation d'équilibre dans la diagonale, bien que représentée symboliquement par un ampèremètre pouvant etre relié à un échantillonneur noté Ech et correspondant à l'échantillonneur ECH2 de la figure îdl par exemple, pour mesurer directement, à partir d'une table de consultation, la variation de résistance et donc la variation de température correspondante.

Une description plus détaillée d'un fluxmètre radiatif conforme à l'objet de la présente invention, plus particulièrement destiné à une utilisation comme détecteur d'incendies, sera maintenant donnée en liaison avec les figures 2cl et 2c2, la figure 2c2 étant une vue en coupe selon le plan de coupe Q de la figure 2cl.

Dans le mode de réalisation précité, on indique que le socle support 3 de la surface sensible comporte en outre un ajutage d'admission d'un gaz sous pression, de l'air ou un gaz inerte par exemple, et un logement L destiné à recevoir la surface sensible c'est-à-dire le fluxmètre radiatif correspondant sur lequel la couche métallique 3 a cependant été supprimée ou réduite. Ainsi, le socle support 3 peut être constitué par un bloc de cuivre, l'ajutage d'admission du gaz, ainsi que représenté en figure 2c2, étant en communication avec une chambre Ch permettant de mettre le gaz sous pression et d'un orifice de sortie, noté
S, en communication avec le logement L. Le logement L présente une fenêtre Fe ouverte vers le milieu ambiant, en vis-à-vis de la surface sensible SX constituée par le fluxmètre radiatif.La chambre sous pression Ch et l'orifice
S permettent alors d'engendrer, au voisinage de la surface sensible Sm, une lame de gaz LA permettant d'assurer la protection de la surface sensible aux hautes températures.

D'autre part, on constate, au vu de la figure 2cl, qu'un couvercle, noté Co, est prévu de façon à, grâce à l'xis- tence d'une ouverture en vis-à-vis de la fenêtre Fe, engendrer la lame d'air ou de gaz précédemment mentionnée.

En outre, le socle 3 comporte également un système d'admission de fluide caloporteur fc, le socle 3 pouvant être muni de conduites 30 constituant un échangeur thermique, ce qui permet de stabiliser la température du socle 3 et de fixer ainsi la température initiale du fluxmètre radiatif ainsi constitue.

D'une manière générale, on indique que le fluxmètre radiatif précédemment décrit peut être mis en oeuvre grâce à la technologie microélectronique en couches minces. Enfin, il peut comporter en outre un filtre de rayonnement sélectif d'une plage déterminée de longueurs d'ondes du flux radiatif échangé.

Dans ce but, l'absorptivité spectrale du dépôt recouvrant les jonctions chaudes ainsi que la réflectivité spectrale des réflecteurs recouvrant les jonctions froides peuvent présenter des caractéristiques spécifiques de transmission/réflexion dans un domaine particulier de longueurs d'ondes du flux radiatif échangé. Un choix judicieux des matériaux utilisés permet par exemple de réaliser un fluxmètre radiatif sensible dans une plage déterminée de longueurs d'ondes, dans le domaine ultraviolet ou infrarouge lointain (à grandes longueurs d'ondes). Ces types de filtres pourront par exemple être mis en oeuvre grâce aux propriétés spectrales spécifiques des dépôts en couches minces, de matériaux spécifiques, tels que le nitrure de silicium par exemple.

Le fluxmètre radiatif tel que représenté en figures 2cl et 2c2 est particulièrement avantageux pour réaliser un détecteur de rayonnement infrarouge en vision directe, le gaz utilisé pour constituer la lame de gaz pouvant être l'air ou un gaz inerte.

Enfin, une application particulièrement avantageuse du fluxmètre radiatif objet de la présente invention, comme détecteur de point de rosée, sera décrite en liaison avec la figure 3.

Dans cette application et à partir de l'installation telle que représentée en figure ldl par exemple, le fluxmètre radiatif peut être muni à partir d'un microcontrôleur, d'un système de commande de mesure périodique de la sensibilité Smc du fluxmètre radiatif dans des conditions comparables à celles décrites en liaison avec la figure ldl. En outre, le microcontrôleur peut être muni d'un module de comparaison de la valeur de sensibilité mesurée à une valeur de seuil déterminée. Cette valeur de seuil est représentative de la perte de sensibilité égale à la sensibilité autocalibrée du fluxmètre radiatif en phase vapeur du milieu ambiant lors de l'apparition et du dépôt de la phase liquide sur la surface sensible du fluxmètre radiatif, ce qui permet d'engendrer un signal d'apparition de la phase liquide du milieu ambiant précité.

Sur la figure 3, on a ainsi représenté le diagramme de sensibilité en fonction du pourcentage dit d'humidité, la notion d'humidité étant celle de pourcentage de phase liquide par rapport à la phase vapeur pour un milieu donné.

La notion d'humidité n'est naturellement pas limitée à la condensation de la vapeur d'eau mais peut être étendue à tout milieu ambiant dans lequel une phase vapeur est susceptible de se condenser en phase liquide, quelle que soit la nature du liquide considéré.

Bien entendu, le pourcentage d'humidité correspondant est celui dit du point de rosée, lequel varie avec la température notée To pour laquelle se produit la transition de la phase vapeur à la phase liquide.

On a ainsi décrit un procédé de mesure de sensibilité d'un fluxmètre radiatif et un fluxmètre radiatif spécialement adapté pour la mise en oeuvre de ce procédé de mesure de sensibilité particulièrement performant dans la mesure où, en raison du fonctionnement symétrique de ce type de fluxmètre radiatif; un auto-étalonnage de ce dernier est possible pour établir le coefficient de sensibilité de ce dernier, coefficient qui est normalement indépendant de la température.

Compte tenu des possibilités d'auto-étalonnage de ce type d'appareillage, des applications très diverses de ces derniers sont envisageables telles que, notamment, utilisation comme détecteurs d'incendies dans lesquels, en raison de la régulation de la température initiale du fluxmètre radiatif, une mesure de la température cible très fiable peut être obtenue et en conséquence une détection de points chauds avec une grande précision peut être effectuée ou, au contraire, détecteurs de point de rosée en raison de la discrimination très sensible de la perte de sensibilité par rapport à la sensibilité en phase vapeur d'un milieu ambiant lors du passage en phase liquide de ce même milieu.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Procédé de mesure de la sensibilité d'un fluxmètre radiatif muni d'une surface de mesure à une température

T, vis-à-vis d'au moins une surface cible à une température

Tc, le fluxmètre radiatif et la surface cible étant placés (1000) dans un milieu ambiant, la densité de puissance ou flux radiatif échangé entre la surface de mesure et la surface cible vérifiant la relation

Fa = a(T4 5;;4)

I/ec dans laquelle a représente la constante de Boltzmann et et e. le coefficient d'émissivité des surfaces cible et

de mesure respectivement

Tc et T, la température absolue des surfaces cible et de

mesure respectivement ledit fluxmètre radiatif délivrant une tension électrique de thermocouple Va, caractérisé en ce que ledit procédé consiste

- à provoquer (1001) un échange d'énergie calorifique entre ledit fluxmètre radiatif et le milieu ambiant ;;

- à mesurer (1002), suite à cet échange, la variation de température AT. de la surface de mesure et la variation de tension AV. délivrée par le fluxmètre radiatif

- à établir (1003) la sensibilité S.c du fluxmètre radiatif vis-à-vis de la surface cible comme le rapport de la variation de tension délivrée par le fluxmètre radiatif à la variation de température AT. de la surface de mesure.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la loi de variation de la tension V, délivrée par le fluxmètre radiatif étant, dans une plage de température comprise entre -15 C et 350"C, sensiblement linéaire, ledit échange d'énergie calorifique entre ledit fluxmètre radiatif et le milieu ambiant consiste à effectuer un apport calorifique audit fluxmètre radiatif, la variation de température AT. consistant en une augmentation de température par rapport à la température initiale.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la loi de variation de la tension V, délivrée par le fluxmètre radiatif étant, dans une plage de température comprise entre -15 C et 250 C, sensiblement linéaire, ledit échange d'énergie calorifique entre ledit fluxmètre radiatif et le milieu ambiant consiste à effectuer un retrait calorifique audit fluxmètre radiatif, la variation de température AT. consistant en une diminution de température par rapport à la température initiale.

4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de mesure de la variation de température AT, de la surface de mesure et de la variation AV. délivrée par le fluxmètre radiatif est effectuée par mesure de la variation de caractéristiques électriques dudit fluxmètre radiatif.

5. Fluxmètre radiatif à étalonnage de sensibilité automatique, comprenant une surface sensible formée par un support en matériau diélectrique (A) muni d'une bande continue à méandres (B) en un premier matériau conducteur et de zones discontinues en un second matériau conducteur présentant un pouvoir thermoélectrique différent de celui du premier matériau conducteur et une plus grande conductivité électrique, pour former une chaîne de thermocouples élémentaires, permettant de délivrer, pour une température T. de cette chaîne, une tension électrique de thermocouples V.

- des moyens de calcul et de contrôle de la sensibilité Sac du fluxmètre radiatif vis-à-vis de la surface cible.

- des moyens (2) de mesure, suite à cet échange, de la variation de température AT. de ladite surface de mesure et de la variation de tension AV. délivrée par la chaîne de thermocouples

- des moyens commandés (I,1) d'échange d'énergie calorifique entre ledit fluxmètre radiatif et le milieu ambiant, permettant d'engendrer un échange d'énergie calorifique entre ledit fluxmètre radiatif et le milieu ambiant

correspondante, en présence d'au moins une surface cible à une température Tc, lorsque le fluxmètre radiatif, la surface sensible et la surface cible sont dans un même milieu ambiant, caractérisé en ce que ledit fluxmètre radiatif comporte en outre

6. Fluxmètre radiatif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens commandés d'échange calorifique comportent au moins un élément résistif (1) du type continu à méandres, placé au voisinage de ladite bande continue à méandres (B) formant la chaîne de thermocouples élémentaires, ledit élément résistif pouvant etre relié en fonctionnement à une source d'alimentation électrique pour assurer ledit échange d'énergie calorifique entre ledit fluxmètre radiatif et le milieu ambiant.

7. Fluxmètre radiatif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure (2), suite à l'échange calorifique, de la variation de température AT. de la surface de mesure, comportent au moins un film résistif, du type continu à méandres, placé au voisinage de ladite bande continue à méandres (B) formant la chaÎne de thermocouples élémentaires, thermiquement couplé à celle-ci, ledit film résistif pouvant être relié en fonctionnement à un circuit de mesure à déplacement d'équilibre de la variation de résistance due à la variation de température AT. du film résistif consécutivement à l'échange d'énergie calorifique.

8. Fluxmètre radiatif selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure de la variation de température AT. et de la variation de tension AV. délivrée par la chaîne de thermocouples comprennent en outre

- des moyens d'échantillonnage (ECH1, ECH2), à des instants successifs, de la valeur du déplacement d'équilibre de la valeur de résistance du film résistif et de la valeur de la tension V. délivrée par ladite chaîne de thermocou ples ;

- des moyens (MICRO CONTROLEUR) de traitement des valeurs précitées.

9. Fluxmètre radiatif selon l'une des revendications 5 à 8 précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens commandés d'échange d'énergie calorifique comportent

- un socle support (3) de ladite surface sensible, ledit socle support (3) étant constitué en un matériau thermiquement conducteur, ladite surface sensible étant en contact thermique avec le socle support constituant un échangeur de chaleur avec ladite surface sensible

- des moyens (30) d'alimentation de cet échangeur de chaleur avec un fluide caloporteur, ce qui permet de commander et de réguler l'échange thermique entre le socle support et ladite surface sensible.

10. Fluxmètre radiatif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit socle support (3) de la surface sensible comporte en outre un ajutage (Ch,S) d'admission d'un gaz sous pression, et un logement (L) destiné à recevoir ladite surface sensible, ce logement (L) étant en communication avec l'ajutage d'admission et présentant une fenêtre ouverte vers le milieu ambiant en vis-à-vis de ladite surface sensible, ce qui permet d'engendrer au voisinage de ladite surface sensible une lame de gaz (LA) permettant d'assurer la protection de ladite surface sensible aux hautes températures.

11. Fluxmètre radiatif selon l'une des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que celui-ci comporte en outre un filtre de rayonnement sélectif d'une plage déterminée de longueurs d'ondes du flux radiatif échangé.

12. Utilisation d'un fluxmètre radiatif selon l'une des revendications 5 à 11, comme détecteur de point de rosée entre phase liquide et phase vapeur d'un milieu ambiant, caractérisé en ce que ledit fluxmètre radiatif étant placé dans ledit milieu ambiant, celui-ci comprend en outre

- des moyens (MICRO CONTROLEUR) de commande de mesure périodique de la sensibilité Sac de ce fluxmètre radiatif, et

- des moyens (MICRO CONTROLEUR) de comparaison de la valeur de sensibilité mesurée à une valeur de seuil déterminée, ladite valeur de seuil étant représentative de la perte de sensibilité, égale à la sensibilité auto-calibrée dudit fluxmètre radiatif en phase vapeur dudit milieu, lors de l'apparition et du dépôt de la phase liquide sur la surface sensible dudit fluxmètre radiatif, ce qui permet d'engendrer un signal d'apparition de la phase liquide du milieu ambiant.

13. Utilisation d'un fluxmètre radiatif selon l'une des revendications 9 à 11, comme détecteur de rayonnement notamment infrarouge en vision directe, caractérisé en ce que le gaz utilisé est de l'air ou un gaz inerte.