Brevet FR2007074A1 — publié le 19700102

Depuis un certain nombre d'années, il est offert sur le marché divers types de sondes pyrométriques manoeuvrables à la main et permettant de mesurer la température d'une matière en fusion contenue dans une poche de coulée ou dans un récipient 5 analogue. Dans certaines de ces sondes pyrométriques, le thermo-couple est constitué par des fils métalliques, dans d'autres, ce thermocouple est logé dans une gaine métallique, et dans d'autres encore, la partie immergée du thermocouple est protégée par un tube en quartz fermé sur l'une de ses extrémités et pouvant être 10 remplacé à peu de fraiso Tout récemment, des sondes pyrométriques à immersion utilisables en fonderie ont été construites suivant les brevets américains U° 2 999 121, 3 024 295, 3 048 642 et 3 055 961, entre autres. I/évolution des sondes pyrométriques s'effectue dans le sens tendant simultanément à augmenter la 15 précision des mesures et à réduire le coût de chacune de ces mesureso La présente invention a pour objet une sonde pyrométrique à immersion, du type à brancher sur un connecteur électrique, pouvant être remplacée à peu de frais et de construction 20 plus simple et moins coûteuse que les sondes pyrométriques à immersion et g*ine protectrice en quartz utilisées ultérieurement. Le thermocouple de la sonde de l'invention présente tous les avantages de ceux utilisés antérieurement et qui comportent une isolation électrique entre la jonction active du thermocouple 25 et la matière en fusion dans laquelle elle est immergée. La Demanderesse a observé que les câbles pour thermocouples à deux conducteurs isolés à l'amiante et que les fabricants recommandent d'utiliser pour la mesure de températures inférieures à 750-600°C environ peuvent résister à plusieurs immersions dont la 30 durée peut atteindre 30 secondes dans des bains de matières en fusion dont la température peut atteindre 1.350-1.450°C environ sans provoguer des crachements ou une agitation inacceptables de ces bains® Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, 35 une longueur de 300 à 350 mm de câble à deux conducteurs pleins, de 1,3 mm de diamètre et constitués respectivement par un fil de chromel et un fil d'alumel isolés à l'amiante imprégné de silico- et d'un type offert couramment sur le marché, pouvait être ai:--^-nt mise sous la forme d'une sonde pyrométrique à immersion, 40 trè,:: _ isfaisante à tous points de vue, d'un remplacement peu 69 13474 2 2007074 coûteux et d'une rigidité suffisante, en dénudant les conducteurs sur chacune des extrémités de cette longueur de câble, en tordant en hélice l'un sur l'autre'les conducteurs sur l'une de ces extrémités de façon à former un couple thermo-électrique, 5 et en coupant sur l'autre extrémité de la longueur de câble chacun des conducteurs de façon que leurs parties dénudées aient des longueurs, différentes et/ou en coudant ces parties dénudées, de préférence latéralement et dans le même sens par rapport à l'axe longitudinal du câble et sur un angle de 90° environ, de 10 façon à former les deux fiches d'un connecteur électrique d'une polarité prédéterminée lorsque lesdites extrémités des conducteurs ainsi préparées sont introduites dans les réceptacles dudit connecteur portés par une boîte de jonction munie d'un dispositif d'attache maintenant et orientant convenablement 15 ladite longueur de câbleo la description qui va suivre, et les dessins annexés donnés surtout à titre d'exemples non limitatifs, feront mieux comprendre comment la présente invention peut être réalisée. Sur les dessins annexés : 20 - la figure 1 est une vue en perspective d'une sonde pyrométrique conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective d'une boîte . de jonction utilisable en conjonction avec la sonde pyrométrique de 11 invention j 25 - la figure 3 est -une vue en élévation latérale mon trant la sonde pyrométrique de,1'invention entièrement montée et prête à être utilisée ; - la figure 4 représente un couplé thermo-électrique logé dans une gaine protectrice ; 30 - la figure 5 est une vue partielle et en perspective représentant un deuxième mode de réalisation de l'invention ; -la figure 6 est une vue partielle et en perspective représentant un troisième mode de réalisation de l'invention j - la figure 7 est une vue en coupe axiale d'un autre 35 mode de réalisation d'un connecteur utilisable dans.un ensemble similaire à celui de la figure 3 ; - la figure 8 est une vue en bout du connecteur de la figure 7 î et ' - la figure 9 est-une vue en plan d'une sonde pyromé.tri-40 que utilisable avec le contacteur des figures 7 et 8„ 69 13474 3 2007074 La figure 1 des dessins annexés représente une sonde pyrométrique 10 constituée par une longueur 11 d'un câble de thermocouple comportant un conducteur en chromel et un conducteur en alumel de 1,3 mm de diamètre. Cette longueur de câble 5 11, de 300 à 350 mm environ, est coupée sur le câble fourni, les câbles isolés de ce type étant en général livrés par les fabricants en bobines de, par exemple, 150 m« Ces câbles sont fournis suivant spécification et l'expérience a montré que les câbles de ce type livrés par la Société dite Leeds & Horthrup Company 10 sous le F° 16-58-2 convient parfaitement pour la construction de la sonde de l'invention. Ce câble comporte un conducteur chromel plein 12 et un conducteur alumel plein 13, tous deux de 1,3 mm de diamètre. Le conducteur chromel est d'abord enrobé uniformément d'une couche d'un isolant électrique, d'un émail par exem-15 pie» puis les deux conducteurs sont ensuite recouverts chacun d'une couche d'un feutre d'amiante de 0,5 mm environ d'épaisseur nominale et imprégnée d'une résine au silicone. Le conducteur chromel est coloré en jaune et le conducteur alumel en rougé à la manière habituelle dans la profession. Les deux conducteurs ainsi 20 isolés sont placés côte-à-côte et finalement recouverts ensemble d'une tresse d'amiante imprégnée d'une résine de silicone. La gaine extérieure d'amiante imprégnée de silicone est enlevée sur 30 mm environ sur l'une des extrémités et sur 45 mm environ sur l'autre extrémité du câble. Sur l'extrémité sur la-25 quelle la gaine extérieure a été enlevée sur 30 mm, les deux conducteurs 12 et 13 sont ensuite dénudés et réunis de façon à former une jonction thermo-électrique 14» Cette opération s'effectue en général en maintenant les extrémités dénudées des deux conducteurs fermement appliquées l'une contre l'autre et en les 30 tordant conjointement sous forme d'une hélice à trois ou quatre spires» Après que la jonction thermo-électrique a été ainsi formée, elle est plongée dans un ciment réfractaire fluide et séchant à l'air sur une profondeur suffisante pour que la jonction 14 et les parties adjacentes demeurées isolées des conducteurs soient 35 recouvertes. Les ciments convenant pour cette opération sont bien connus de^spécialistes de la fabrication des thermocouples peu coûteux à jeter après usage. Sur l'autre extrémité du câble, les deux conducteurs, ainsi qu'il a été indiqué plus haut, sont dénudés sur 40 mm en prenant bien soin de détaaasser le conducteur 40 chromel 12 de son revêtement d'émail. Après cette opération, le 69 13474 2007074 conducteur chromel 12 est dt'vié vers lu droite et le conducteur alumel 13 est dévié vers la gauche (le cfible 11 étant supposé vu comme sur la figure 1) de façon que leurs extrémités soient distantes l'une de l'autre de 12 mm environ, puis, ainsi qu'on 5 le voit en 12a et 13a, ces extrémités sont coudées vers le bas, c'est-à-dire latéralement, et dans le même sens par rapport à l'axe longitudinal du câble 11 de façon à former les contacts mâles d'un connecteur électrique h deux fiches. L'extrémité de chacun des conducteurs peut ensuite être rabattue à 180° et 10 uur une longueur de 2 mm environ ainsi qu'on le voit en 12b et 13b en vue d'augmenter la section droite desdits contacts. Le premier coude à (J0° et dans le même sens des deux conducteurB permet, ainsi qu'il sera expliqué plus loin, d'éviter toute erreur sur la piarité à l'utilisation de la sonde. La sonde 1_0 15 ainsi constituée est suffisamment rigide pour être plongée dans un bain d'une matière en fusion 69 13474 5 2007074 La figure 2 représente une partie d'une structure 20 la sonde et permettant de la manipuler, et constituée par un tube 21 muni sur l'une de ses extrémités d'une poignée appropriée 22 (représentée seulement sur la figure 3) et rattaché sur son 5 autre extrémité à une boite de jonction 23 sur laquelle la sonde peut être fixée. Les brevets précités décrivent des poignées -convenant pour la conslznction de la sonde de l'invention. La structure 23 formant support et boite de jonction pour le thermocouple se construit facilement à l'aide d'une boîte de dériva-10 tion électrique 24 de type courant. Un connecteur de thermocouple, 25» à deux réceptacles et de type courant est monté dans - cette boîte de jonction de façon à en affleurer la face supérieure du couvercle 24a. De plus, une agrafe 26 ayant la forme d'un collier de serrage ouvert est fixée sur ce couvercle 24a à proxi-15 mité de l'extrémité de la boîte de jonction 24 sur laquelle sera fixée la sonde pyrométrique _10. La position relative des deux réceptacles élastiques et à collet 27 et 28, respectivement en chromel et en alumel, du connecteur 25 dans lesquels viennent se brancher les conducteurs du câble 11 et de l'agrafe 26 qui main-20 tient et oriente ce câble, et la direction des coudes formant les extrémités 12a et 13a des conducteurs 12 et 13 dudit câble, évitent toute erreur sur la polarisation de la connexion effectuée. En d'autres termes, la sonde pyrométrique ne peut être montée que de la façon pour laquelle ses connexions ont la pola-25 rité correcte. Ainsi qu'on le voit sur la figure 3> l'utilisation de l'appareil s'effectue en branchant la sonde pyrométrique tO, qui est suffisamment rigide en raison de la faible longueur du câble 11 et de la rigidité propre de ses deux conducteurs, dans le 30 connecteur électrique de la boîte de jonction 23» le câble 11 qui forme le corps dô la sonde _K) étant engagé dans l'agrafe 26. Les deux conducteurs d'un cordon électrique 2g sont respectivement connectés sur les réceptacles 27 et 28 du connecteur 25» ce câble passant dans le tube 21 et sortant de celui-ci et dépassant 35 au-delà de la poignée 22 de façon que la sonde _1_0 puisse être branchée sur un instrument de mesures (non représenté). L'équipement ainsi constitué est prêt à être utilisé. La figure 4 représente une sonde pyrométrique 30 comportant iin thermocoupife 31 de tout type quelconque connu logé dans 40 un?, g ine 32 faite en une matière appropriée et qui est maintenu 69 13474 6 2007074 dans cette gaine par un "bouchon 32 en matière à joints. les conducteurs 33 et 34 sortant de cette sonde sont suffisamment rigides pour former chacun sur son extrémité une f±he de contacteur. Ces extrémités des conducteurs sont coudées comme décrit plus 5 haut de façon à former les deux fiches de contact 33a et 34a pouvant être introduites sans erreur possible sur la polarité dans les réceptacles d'un connecteur électrique porté par une boîte de jonction du type de celle des figures 2 et 3. D'après la description donnée ci-dessus, on voit que 10 les réceptacles 27 et 28 du connecteur 25 qui sont respectivement en chromel et en.alumel reçoivent respectivement les fiches 13a et 13b (figure 1) de. la sonde îjrométrique _10, lesquels sont aussi respectivement en chromel et en alumel. La figure 5 représente un deuxième mode de réalisation de l'invention dans lequel 15 le connecteur 25 est orienté obliquement, à 45° par exemple, par rapport à sa position de la figure 2. Dans ce mode de réalisation de l'invention, le réceptacle 27 se trouve au-dessous du réceptacle 28. Les extrémités dénudées des conducteurs 12 et 13 du thermocouple sont coupées à des longueurs différentes de façon à 20 pouvoir venir se loger respectivement dans les réceptacles 27 et 28 comme on le voit sur la figure 5« La correction de la polarité du branchement de la sonde _1_01 est assurée du fait que les conducteurs 12 et 13 sont coupés à des longueurs différentes, et qu'il n'est pas possible de brancher la sonde sur le connecteur 25 25 d*une façon autre que celle représentée sur la figure 5» même si les extrémités de ces conducteurs n'ont pas été préalablement coudées. Pour utiliser cette sonde _1Ç)', il suffit dans ce cas d'introduire les extrémités de ses conducteurs dans les réceptacles du connecteur 25 puis de la rabattre vers le bas pour venir 30 la fixer dans l'agrafe 26. Du fait que dans le mode de réalisation de la figure 5 11 écartement des réceptacles 27 et 28 de part et d'autre- de l'axe longitudinal du câble 11 est réduit, il n'estpas nécessaire d'écarter préalablement l'un de l'autre les conducteurs 12 et 13 contrairement à ce qui a été indiqué plus 35 haut avec référence à la figure 1. D'autre part, il est sous-entendu que le rabattement à 180° des extrémités 12b et 13b des conducteurs représentés sur la figure 1 peut être supprimé à condition que les réceptacles 27 et 28 du c.ontacteur aient un diamètre intérieur appropoé. La sonde 10' est par ailleurs iden-40 tique à la sonde J_0 de la figure 1. . - . - 69 13474 i 2007074 La figure 6 représente un troisième mode de réalisation de l'invention dans lequel le connecteur 25 est orienté dans la boîte de jonction 24- à 90° par rapport à sa position de la figure 2. Dans ce mode de réalisation, les conducteurs 12 5 et 13 du thermocouple de la sonde _1_0" sont coupés à des longueurs différentes comme ceux de la sonde J_0' de la figure 5. Mais, dans ce cas, il est préférable que ces extrémités des conducteurs soient préalablement coudées à 90°. La sonde 10" est par ailleurs identique aux sondes _10. et 10'. 10 Les figures 7, 8 et 9 représentent un autre mode de réalisation du connecteur de la sonde de l'invention dans lequel les références des diverses pièces sont lës mêmes que celles des pièces correspondantes des figures 1, 2 et 3 augmentées de 100. Le connecteur de thermocouple 125 de ce mode de réalisa-15 tion est du même type que celui de la figure 2 et comporte deux réceptacles 127 et 128, élastiques et à collet et respectivement en chromel et en alumel. Le diamètre intérieur du collet du réceptacle en chromel 127 est plus grand que celui du collet du réceptacle en alumel 128. Ces deux réceptacles sont 20 logés dans un corps cylindrique en matière moulée maintenu en position dans une enveloppe cylindrique 124 par une vis d'arrêt 124a. L'enveloppe cylindrique 124 se visse dans l'extrémité taraudée d'un tube (non représenlé) similaire au tube 21 des figures 2 et 3. 2 5 La figure 9 représente une sonde conforme à l'inven tion et dont l'extrémité 112b de l'un des conducteurs est coudée en forme d'ïï, les deux branches de cet U étant plus écartées l'une de l'autre que celles de l'U formé par le rabattement de l'extrémité 113b de l'autre conducteur de la sonde. 3 0 Les deux fiches de contact ainsi formées sur la sonde 110 ne peuvent par suite être introduits dans les réceptacles du connecteur 125 que d'une seule façon, ce qui évite toute erreur sur la polarité de la connexion effectuée. Les réceptacles 127 et 128, au lieu d'être placés au 35 mês-e niveau, peuvent être décalés en direction longitudinale l'un par rapport à l'autre les extrémités des conducteurs 112 et 113 étant dans ce cas coupées à des longueurs différentes de façon à pouvoir venir se loger dans ces réceptacles décalés sans possibilité d'erreur sur la polarité de la connexion 40 réalisée. 69 13474 8 2007074 Il ressort clairement des descriptions qui précèdent que les sondes pyrométriques de l'invention sont des appareils ne pouvant donner lieu à aucune fausse manœuvre, de construction simple et d'une fabrication peu coûteuse. Bien que l'expérience ait montré que des conducteurs respectivement en chromel et en alumel isolés par un feutre d'amiante imprégné d'une résine de silicone donnent toute satisfaction pourla mesure des températures inférieures à la température de fusion de l'alumel, la présente invention s'étend aussi au cas où d'autres 0 matières et d'autres formes de thermocouples seraient mieux approprié® pour l'utilisation envisagée. 69 13474 9 2007074 EEVENDICATIONS 1 „ ïhermocouple du type constitué .par une longueur d'un câble comportant deux conducteurs électriques en matières différentes, susceptibles de former un couple thermo-électrique recouverts chacun d'une matière électriquement isolante et 5 recouverts ensemble d'une autre enveloppe de matière électriquement isolante de façon à former un câble, ces conducteurs étant, sur l'une des extrémités du câble, dénudés sur une faible longueur et réunis l'un à l'autre de façon à former une ponction thermo-électrique, et, sur l'autre extrémité du câble, i - 10 ces conducteurs étant dénudés sur une faible longueur de façon à former deux contacts permettant de brancher électriquement le thermocouple sur un circuit de mesures ; ce thermocouple étant caractérisé en oe que lesdites parties dénudées des conducteurs destinées au branchement électrique du thermocouple 15 sur ledit circuit de mesures sont coudées latéralement et dans le môme sens par rapport à l'axe longitudinal du câble pour former des contacts mâfc de polarité définie lorsque les extrémités des conducteurs du câble coudées comme indiqué sont introduites dans les réceptacles d'une structure femelle for-20 mant support et connecteur, et comportant un dispositif maintenant et orientant ledit câble en position correcte. 2. Thermooouple suivant la revendication 1 dans lequel les extrémités des conducteurs coudées et permettant de brancher le thermocouple sur un circuit de mesures sont coudées 25 latéralement et dans le même sens sur un angle de 90° environ par rapport à l'axe longitudinal du câble. 3. Shermocouple suivant la revendication 1 dans lequel ladite matière électriquement isolante est une matière réfrac-taire isolante. 30 4. ïhermocouple suivanttla revendication 3 dans lequel ladite matière réfractaire/est un feutre d'amiante imprégné d'un liant. 5. Sonde pyrométrique à immersion, remplaçable à peu de frais et comprenant une longueur de câble pour thermocouple 35 suffisamment rigide, ce câble comportant deux conducteurs pleins faits en des matières différentes et susceptibles de former une •onction thermo-électrique lorsqu'ils son^en contact, l'un de onducteurs portant un revêtement électriquement isolant 69 13474 10 2007074 et résistant à la chaleur, chacun de ces conducteurs, étant individuellement recouvert d'une couche d'un feutre en fibres réfractaires et ces deux conducteurs étant ensuite enclos ensemble dans une gaine constituée par une tresse en fibres ré-5 fractaires, ces deux conducteurs étant dénudés sur l'une des extrémités du câble et réunis de façon à former une jonction thermo-électrique, une couche d'un ciment réfractaire enveloppant la jonction thermo-électrique ainsi formée et les parties adjacentes non dénudées des conducteurs, et ces conducteurs 10 étant dénudés sur l'autre extrémité du câble de façon à former des contacts électriques permettant de brancher la sonde sur un circuit de mesures, ces parties des conducteurs dénudées sur ladite autre extrémité du câble étant mises sous une forme telle qu'ils forment des contacts maies de polarité définie pour 15 leur introduction dans les réceptacles d'un connecteur électrique. 6. Sonde pyrométrique selon la revendication 5 dans laquelle lesdites parties des conducteurs dénudées sur ladite autre extrémité du câble sont coudées latéralement et dans le 20 même sens sur un angle de 90° environ. 7. Sonde pyrométrique selon la revendication 5 dans laquelle les extrémités des conducteurs destinées à former des eontacts électriques sont coudées à 180° en forme d'U, les branches des deux U ainsi formés étant plus écartées l'une de 25 l'autre sur l'un des conducteurs que sur l'autre. 8« Sonda- pyrométrique selon la revendication 5 dans laquelle lesdites extrémités des conducteurs destinées à former des contacts électriques sont recourbées en forme d'U, les U ainsi formés étant coudés latéralement et dans le même sens 30 par rapport à l'axe longitudinal de la sonde,, 9o Sonde pyrométrique selon la revendication 5 dans laquelle les extrémités des conducteurs destinées à former lesdits contacts électriques sont recourbées en forme d'U., 10. Ihermocouple du type comportant deux conducteurs 35 électriques relativement rigides faits en des matières thermo-élactriques différentes, isolés l'un de., l'autre- et réunis sur l'une de leurs extrémités de façon à former une sonde, pyrométrique d'une rigidité appropriée et munie.de dispositifs permettant de la brancher sur un circuit de mesures ; et .caractérisé 69 13474 n 2007074 en ce que les extrémités de ses conducteurs opposées à celles par lesquelles ils sont réunis sont écartées l'une de l'autre et coudées latéralement dans le même sens par rapport à l'axe longitudinal de la sonde de façon à former les contacts mâles 5 d'un connecteur électrique dont les contacts femellessont portés par tine structure de support munie d'un dispositif d'attache maintenant et orientant en position correcte ladite sonde, le connecteur électrique ainsi constitué ne pouvant donner lieu à aucune erreur de polarité dans les connexions réalisées3 10 11• Shermocouple selon la revendication 10 dans lequel lesdits conducteurs sont isolés électriquement l'un de l'auire par une matière isolante sans solution de continuité. 12o Thermocouple selon la revendication 11 dans lequel la couche isolante et sans solution de continuité revêtant les 15 conducteurs est recouverte d'une enveloppe appliquée fermement autour des deux conducteurs isolés. 13. ïhermocouple selon la revendication 10 dans lequel la majeure partie de la longueur des conducteurs est logée dans une gaine protectrice, ces conducteurs étant maintenus par un 20 dispositif approprié en position dans eette gaine de façon que la jonction thermo-électrique qu'ils forment soit placée dans le fond de ladite gaine, les extrémités dénudées et écartées l'une de l'autre de ces conducteurs étant situées à l'extérieur de cette gaine. 25 14® Ensemble formant sonde pyrométrique à immersion du type comportant une structure de support permettant de manipuler la sonde9 munie d'une poignée sur l'une de ses extrémités et portant sur son autre extrémité les contacts femelles d'un connecteur à fiches sur lequel une sonde pyrométrique peut 30 être "branchée, et un thermocouple portant des fiches pouvant s'introduire dans lesdits contacts femelles, et caractérisé en ce que ledit connecteur électrique comporte deux réceptacles recevant respectivement les fiches du thermocouple et est muni d'un dispositif d'attache maintenant et orientant en position 35 ladite sonde, lesdites fiches étant constituées par les extrémités dénudées des conducteurs du thermocouple, ces extrémités dénudées étant, sur l'une de leurs parties, coudées latéralement et dans le même sens par rapport à l'axe longitudinal de la sende0 69 13474 12 2007074 15» Partie femelle d'un connecteur électrique à fiches destiné au branchement d'une sonde pyrométrique, cette sonde comportant un corps et sur l'une de ses extrémités des fiches de contact coudées latéralement et dans le même sens 5 par rapport à l'axe longitudinal de ce corps, ladite partie femelle du connecteur comportant deux collets recevant intérieurement lesdites fiches de contact et un dispositif d'attache orientant et maintenant le corps de la sonde dans une position évitant toute erreur de polarité dans les connexions 10 réalisées.