Brevet FR2011888A1 — publié le 19700313

La présente invention concerne un dispositif de mesure de la température dans des fluides ayant de préférence ane viscosité élevée, par exemple des masses thermoplastiques fondues, le dispositif se composant essentiellement d'un boî-^ tier cylindrique dont une extrémité est pourvue d'un moyen de fixation et qui contient un tube plongeur déplaçable axialement, faisant saillie à l'extrémité portant le moyen de fixation pré-eité et muni à son extrémité libre d'une sonde de température se présentant, par exemple, sous la forme d'un thermoaouple ou 10 d'une tberaistance. Se tels dispositifs sont utilisés pour déterminer radialement la courbe de répartition de la température dans ui section donnée d'un fluide en mouvement» afin de pouvoir a-dapter les températures réelles mesurées dans la matière fluide 15 en mouvement, à la température optimale qui détermine la rentabilité du procédé ou la qualité du produit manufacturé* Sans l'industrie des matières plastiques, on ooanaît déjà des dispositifs qui utilisent une pièee intermédiaire annulaire, dispesée par exemple entre la vis de la boudineuse et 20 tlte d'extrusien qui fait suite, cette pièce intermédiaire eMQiertant, sur ue nervnre qui enjambe tonte la section intérieure, plusieurs peints de mesure de la température eu enoere plusieurs tubes plongeurs orientés radialement, reotilignes ou xeeeurbés en équerre, et portant à leur extrémité une sonde de 25 température. Or, de tels dispositifs nécessitent, d'une part, des éléments intermédiaires différents en raison des cotes de raccordement différentes des divers types de machines, et, d'autre part, un grand nombre de points de mesure, afin de pouvoir établir aveo une précision suffisante le profil de la température 30 ?Bi> dans le cas d'une boudineuse, peut présenter des différences de 30*C et plus. In outre, on connaît déjà pour mesurer la température dans les canaux de sortie d'air des dispositifs dans lesquels un tube plongeur muni à l'une de ses extrémités d'une 35 sonde de température est déplaçable à l'intérieur d'une tubulure dans laquelle il peut ôtre immobilisé au moyen d'une vis de serrage, la tubulure étant fixée à demeure sur la paroi du canal» par exemple au moyen d'une bride. L'utilisation de ce dispositif se limite tfatalois à des mesures effectuées sur des fluides dont 40 la pression est relativement faible, étant donné qu'il faut des- $AD ORIGINAL^ 17855 2 2011888 serrer la vis de serrage pour déplacer le tube plongeur à l'intérieur de la tubulure, ce qui lait que la totalité de la pression agissant sur le tube plongeur doit Ôtre supportée uniquement par la personne chargée de l'utilisation du dispositif et 5 qu'un déplacement impeccable ne peut plus être garanti pour des pressions élevées# Il appartient à la présente invention de créer un dispositif de mesure de la température dans des fluides présentant de préférence une viscosité élevée, ce dispositif por-10 mettant de déterminer le profil radial de la température à l'aide d'un élément de mesure unique même si les pressions et les températures sont élevéeso Le résultat recherché par l'invention est obtenu par le fait que le tube plongeur no peut pas tonrnor pax 15 rapport au boîtier et qu'il est relié, par exemple jék nn filetage ou un moyen analogue, à as moyen de réglage qni m trenvo à l'autre extrémité du boîtier oà ce mofcon est disposé do lafon tournante mais sans pouvoir se déplacer aucialottont* Le dispositif suivant l'Invention qnl est fixé 20 sur la paroi du canal dans lequel se déplace le fluido on (ioi-tien au moyen d'un filetage prévu sur lo boîtier on par an verrouillage à baïonnette, garantit que le tnbo plongeur pont Itre déplacé facilement et avec une très grande sensibilité on tournant simplement le moyen de réglage, et cela môme dans le cas 25 d'une pression élevée qui, dans le cas du traitement do matières plastiques dans des boudineuses, peut s'élever à 400 atmosphères et plus. Le moyen de réglage qui accuse, par exemple, la forme d'un volant, est monté de telle façon - par conjugaison do fermes-qu'un déplacement axial par rapport au boîtier est impossible* 30 Ceci est obtenu, par exemple, en prévoyant l'introduction tangen-tielle de tiges cylindriques, perpendiculaires à l'axe longitudinal du boîtier, dans une gorge annulaire à section semi-circulaire du boîtier ou encore l'introduction de billes, par exemple grâce à un passage radial percé dans le boîtier et obturé par une 35 vis , dans une gorge annulaire à section circulaire qui est commune au moyen de réglage et au boîtier. Il est néanmoins avantageux de réaliser l'assemblage du tube plongeur et du moyen de réglage, au moyen d'un filetage ou d'une saillie de came pénétrant dans un chemin de guidage, de façon que l'élément d'assem-40 blage est du type autobloquant afin de pouvoir supprimer un frein BAD ORIGINAL 69 17855 3 2011888 supplémentaire empêchant une rotation involontaire du moyen de réglage sous l'effet des forces de pression agissant sur le tube plongeur» Pour obtenir un fonctionnement impeccable du 5 dispositif de mesure de température, il est d'une importance capitale que le tube plongeur soit guidé avec un minimum de jeu dans son boîtier pour obtenir, d'une part, un déplacement précis et sans effort notable du tube plongeur et, d'autre part, une étanchéité sôre par rapport au fluide dont on veut mesurer la 10 température et qui sera qualifié par la suite de "fluide de travail", cette dernière condition pouvant être satisfaite d'autant plus facilement que la viscosité du fluide de travail est élevée. Au cas oîi le dispositif suivant l'invention devrait être u-tilisable également pour des températures plus élevées, il fau-15 dra tenir compte au moment oîi l'on choisit les matériaux des pièces glissant l'une dans l'autre de ce que les coefficients de dilatation soient sensiblement les mêmes, afin d'éviter un grippage ou blooage du tube plongeur par suite d'une variation trop importante du jeu. Par ailleurs, il faudra veiller à ce que les 20 matériaux à partir desquels sont réalisées ces pièces, et éventuellement même d'autres pièces, présentent une résistance mécanique suffisante pour les pressions et les températures de ser-riee et qu'ils restent parfaitement neutres par rapport au fluide d« travail avec lequel ils seront ou pourraient être en contact. 25 la sonde de température qui se présente sous la forme d'un thermocouple ou d'une thermistance, est rapportée au moyen d'une colle neutre, d'un mastic, d'une soudure, etc.. à l'extrémité pénétrant dans le fluide de travail du tube plongeur, et cela d'une façon étanojbe, avec une isolation électrique et é-30 ventuellement thermique, l'assemblage devant même résister aux sollicitations mécaniques à des températures élevées. Des canalisations électriques isolées l'une de l'autre passent à l'intérieur du tube plongeur pour arriver à un appareil indicateur approprié en passant par une ouverture ménagée dans un bouchon ou couvercle 35 obturant l'autre extrémité du tube plongeur» Une caractéristique essentielle pour obtenir un déplacement axial du tube plongeur au moyen d'un moyen de réglage exige que le tube plongeur soit immobilisé en rotation à l'intérieur du boîtier, ce qui peut être obtenu en guidant le tube plon-40 geur sur une partie de sa longueur, dont la section au*lieu d'être 69 17855 4- 2011889 circulaire est par exemple carrée, dans un endroit du boîtier dont le passage intérieur présente une section correspondante» En vue d'une fabrication plus rationnelle, il est cependant avantageux si l'on procède d'une façon différente, en prévoyant, 5 par exemple, conformément à une caractéristique de l'invention, qus le tube plongeur de section largement cylindrique présente sur son pourtour extérieur une et éventuellement plusieurs rainures longitudinales réparties uniformément sur son pourtour, dans lesquelles s'engage une saillie prévue sur la paroi interne 10 du boîtier, éventuellement de façon démontable, et consistant par exemple en une tige filetée. Un tel mode de réalisation permet, par ailleurs, après avoir dévissé la tige filetée, de faire tourner par rapport au boîtier le tube plongeur d'un angle déterminé par l'écartement des rainures, ce qui présente un inté-15 rêt certain, lorsque la sonde de température n'est pas disposée dans l'axe du tube plongeur» On sera souvent amené , pour des raisons de résistance mécanique ou encore de neutralité chimique, de réaliser le tube plongeur à partir d'un métal, par exemple de l'aoier» 20 Afin de maintenir môme dans un tel eas l'erreur de mesure à une valeur aussi faible que possible - cette erreur de mesure résultant d'un échange thermique avec le milieu ambiant - il est a-vantageux de faire en sorte que le tube plongeur se compose,suivant une autre caractéristique de l'invention, de deux parties 25 qui sont assemblées par collage, vissage, etc.., en interposant un élément intermédiaire dont la conductibilité thermique est peu élevée. Pour accroître encore la précision de la mesure, il est possible de procéder eomme il est décrit pour un autre 30 mode de réalisation de l'invention, dans lequel le tube plongeur présente un diamètre plus petit à l'endroit de l'extrémité du boîtier muni du moyen de fixation une bague assurant à cet endroit son guidage avec un jeu très faible. Indépendamment du fait que la quantité de chaleur évacuée est plus faible, en raison de 35 la réduction de la section thermoconductrice, cette mesure présente encore comme avantage de réduire, d'une part, les efforts de flexion et de compression sollicitant le tube plongeur et, d'autre part, la fente annulaire nécessaire pour le déplacement du tube plongeur, ce qui assure déjà une meilleure étanchéité 40 on soi et donne la possibilité de réduire encore davantage la 69 17855 2011888 largeur des lentes de passage pour un même effort de déplacement. Afin d'éviter dans ce dernier cas, c'est-à-dire dans le cas d'un très faible jeu entre le tube et la bague, des "points thermiques" indésirables, on peut fabriquer la bague en une matière 5 conduisant mal la chaleur. Pour augmenter encore davantage la précision de mesure, on peut recourber l'extrémité libre du tube plongeur en forme d'équerre, la disposition des pièces les unes par rapport aux autres étant choisie de façon que le bec recourbé du 10 tube plongeur soit sensiblement parallèle aux lignes d'écoulement et que la sonde de température placée à l'extrémité la plus avancée du bec recourbé assure le premier contaet avec le fluide de travail, de sorte que même dans le cas d'un profil de température très accusé, au moins la sonde de température et une zone 15 plus ou moins longue du bec recourbé soit exactement ou sensiblement à la même température afin d'éviter ainsi que les résultats de mesure ne soient faussés par thermoconduction parce que la chute de température est pratiquement nulle. Il faudrait pour cela que la zone du bec recourbée en équerre, qui est coaxiale 20 aux lignes d'écoulement, soit d'autant plus longue que les variations de température dans le fluide de travail sont grandes, la limite supérieure de la longueur recourbée du beo étant donnée par le fait que le tube plongeur doit pouvoir traverser l'ouverture de passage pratiquée dans la paroi du canal» 25 Comme l'étanchéité entre le boîtier du dispo sitif de mesure de la température et la paroi du canal est assurée par des joints d'étanchéité plus ou moins fortement comprimés et réalisés dans un matériau approprié, il est recommandé de prévoir sur le tube plongeur, dans la zone du moyen de régla-30 S®» repère indiquant l'orientation du bec recourbé, afin de pouvoir, lorsque le dispositif est fixé sur la paroi du canal, modifier la position réelle du bec à l'intérieur du canal d'écoulement après avoir, comme il est décrit ci-dessus, dévissé la tige filetée traversant le.boîtier et immobilisant le tube 35 plongeur» Afin d'obtenir des mesures reproductibles, il est indispensable d'établir une relation parfaitement déterminée entre le point de mesure et la valeur relevée, ce qui est d'une grande facilité j sans manquer pour autant de précision, 40 lorsque le tube plongeur et le moyen de réglage comportent,par 69 17855 2011883 exemple, une graduation à la manière d'une vis micrométrique qui indique la profondeur de plongée de la sonde de température» Il va de soi que le déplacement du tube plongeur dans le canal doit être effectué avec beaucoup d'attention 5 lorsque la sonde de température se trouve à proximité de la paroi du canal, et cela afin d'éviter une déformation ou un en-dommagement de la sonde pressée de force contre la paroi» Pour cela, il est judicieux de marquer très lisiblement les repères qui représentent les positions limites du tube plongeur, ces 10 positions limites pouvant être déterminées facilement une fois pour toutes, après le montage du dispositif de mesure, en déplaçant avec précaution le tube plongeur sur toute l'étendue de la section du canal dans lequel coule le fluide dont31 s'agit de déterminer le profil de température» 15 Pour mieux comprendre l'objet de l'invention, on va en déerire à titre indicatif et non limitatif un mode de réalisation représenté sur le dessin annexé sur lequel : la figure 1 est une coupe axiale d'un dispositif de mesure de la température comportant un tube plongeur 20 dont l'extrémité est recourbée en forme d'équerre ; la figure 2 est une vue partielle d'un eanal dans lequel se déplace le fluide dont on veut déterminer la température au moyen du dispositif de mesure vissé dans la paroi du canal» 25 Gomme il est représenté sur la figure 1, un boîtier 1 essentiellement cylindrique et présentant à une extrémité un filetage 2 et à l'autre extrémité un six pans 3 pour la mise en place d'un outil, contient un tube plongeur de section cylindrique comprenant deux éléments 4 et 5, l'élément ar-30 rière 4 étant réalisé de manière à pouvoir être guidé dans le boîtier 1 avec un faible jeu. Grâce à un filetage 6, l'élément 4 est déplaçable axialement dans le boîtier 1 grâce à un moyen de réglage 7 en forme de volant, qui est assemblé avec le boîtier de manière à pouvoir tourner, sans pouvoir pour autant se dé-35 placer axialement en raison des tiges cylindriques 8 montées tangentiellement» l'élément 5 dont le diamètre est inférieur à celui de l'élément 4» est assemblé avec ce dernier élément au moyen d'une pièce intermédiaire 9 réalisée à partir d'un mélange d'amiante et de matière thermodurcissable, l'assemblage étant 40 effectué au moyen d'une colle à deux composantes à base de résine 69 17855 7 2011880 époxi, plus connue dans le commerce soas la désignation "Aral-dite" , et guidé à l'extrémité portant le filetage de fixation 2 du "boîtier 1 dans une "bague 10 qui est réalisée dans le même matériau, se trouve dans une pièce en forme de pot 11, dans la-5 quelle elle est éventuellement fixée par collage et qui est également assemblée avec le "boîtier par collage,, Le bec de l'é-lémént 5 du tube plongeur qui dépasse hors du boîtier 1, est recourbé en équerre et muni à sa partie la plus avancée d'un thermocoupiie 12 fixé avec de la colle "Araldite", les cana-10 lisations électriques isolées passant à l'intérieur du tube plongeur .et traversant par des passages non représentés sur le dessin le bouchon d'obturation 13 disposé à l'autre extrémité du tube avant d'êtrè reliées à un appareil indicateur non représenté sur le dessin. On a également omis de représenter sur 15 le dessin les repères pratiqués sur l'élément 4 pour déterminer la profondeur de plongée du tube plongeur ainsi que le repère indiquant la direction du bec recourbé du tube plongeur, celui-ci peut être prévu soit sur l'élément 4» soit sur le bouchon 13 qui, dans ce cas, doit être introduit dans l'élément 4 d'une ma-20 nière déterminée, afin d'avoir la possibilité d'orienter plus ou moins exactement le bec recourbé conformément au sens d'écoulement du fluide de travail, l'orientation du tube plongeur se faisant par le desserrage d'une tige filetée 15 disposée radialement sur la boîtier 1 et pénétrant dans les rainures lon-25 gitudinales 14 pratiquées dans l'élément 4 et par la rotation du tube plongeur d'un angle déterminé par l'écartement des différentes rainures 14 prévues® Sur la figure 2, on voit que le boîtier 1 du dispositif de mesure de la température est fixé grâce à son fi-30 letage 2 par vissage dans l'ouverture prévu-® dans la paroi 17 du canal, en prévoyant un joint d'étanchéité 16, et le tube plongeur est orienté de telle façon que le bec recourbé se terminant par le thermocouple 12 est dirigé vers l'amont du fluide en mouvement» 69 17855 8 2011880 RETElfDIC AIIOIS lo Dispositif de mesure de la température dans des fluides ayant de préférence une viscosité élevée, par exemple des matières thermoplastiques fondues, qui comprend un boîtier 5 essentiellement cylindrique présentant à une extrémité un moyen de fixation et un tube plongeur qui est déplaçable axialement dans le boîtier et dépasse hors de celui-ci du côté où. se trouve le moyen de fixation précité et qui comporte à son extrémité libre une sonde de température se présentant, par exemple, sous la 10 forme d'un thermocouple ou d'une thermistance, ce dispositif étant caractérisé par le fait que le tube plongeur est immobilisé en rotation par rapport au boîtier et relié, par exemple au moyen d'un filetage ou un moyen analogue, à un moyen de réglage monté à l'autre extrémité du boîtier de façon tournante mais 15 sans qu'un déplacement axial soit possible. 2. Dispositif suivant la revendication lf caractérisé par le fait que le tube plongeur de forme essentielle-" ment cylindrique présente sur son pourtour une et éventuellement plusieurs rainures longitudinales .réparties unif©raément dans 20 lesquelles s'engage une saillie prévue sur la paroi interne da boîtier, éventuellement démontable et constituée, par exemple, par une tige filetée® 3. Dispositif suivant la revendication 1 eu 2, caractérisé par le fait que le tube, plongeur se compose de deux 25 éléments assemblés par collage, vissage, etc.. au moyen d'une pièce intermédiaire conduisant mal la chaleur. 4. Dispositif suivant, l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le tube plongeur présente un diamètre plus faible en regard de l'extrémité servant à la fixa- 30 tion du boîtier et qu'il est guidé à cet endroit avec un faible jeu dans une bague réalisée éventuellement dans une matière présentant une mauvaise conductibilité thermique. . 5« Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 4, Caractérisé par le fait que l'extrémité libre du tube 35 plongeur est recourbée en forme de bec. 60 Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que le tube plongeur est muni dans la zone du moyenjle réglage, d'un repère indiquant l'orientation du bec recourbé. COPY 17855 9 2011889 7« Dispositif suivant l'une des revendica.. tions 1 à 6, caractérisé par le fait que le tube plongeur et le moyen de réglage comportent une échelle, par exemple à la manière des vis micrométriques, pour indiquer la profondeur de plongée de la sonde de température» COPY