Brevet FR2110238A1 — publié le 19720602

La présente invention se rapporte à la mesure de la chaleur, et en particulier à la détection de régions localisées relativement chaudes de surfaces chauffées. Un exemple du problème général auquel la présente invention se rapporte concerne le pré-chauffage de pneumatiques avant de les soumettre à la vulcanisation. On peut utililiser 1 1énergie haute fréquence pour pré -chauffer des pneumatiques non vulcanisés, et un four destiné à cette application est décrit dans la demande de brevet français N0 6929636 du 29 août 1969. En théorie, il est possible d'estimer la quantité d'énergie haute fréquence qui est requise pour chauffer le pneumatique non vulcanisé de la quantité désirée pour permettre de régler le four haute fréquence de manière que l'énergie de sortie et la durée du pré-chauffage puissent être établis. En pratique, il se présente des difficultés car, invariablement, le pneumatique n1 est pas chauffé uniformément. Une raison de la non-uniformité est que la forme et les dimensions extérieures du pneumatique affectent la quantité d'énergie haute fréquence absorbée d'une région à une autre ; une autre raison réside dans le fait que les variations locales du facteur de perte diélectrique a pour conséquence que de petites zones du caoutchouc, en particulier celui de la bande Zde roulement, stéchauffent plus rapidement que le caoutchouc qui les entoure. Ces variations peuvent être provoquées, par exemple, par variation de la solidification des joints entre composants du caoutchouc ou par de l'air emprisonné à l'intérieur du corps du pneumatique. Le phénomène a une signification très grande du fait que le facteur de perte diélectrique d'un caoutchouc mélangé à du noir de carbone augmente avec 11 élévation de température de sorte que des quantités croissants d'énergie haute fréquence sont absorbées rapidement, le résultat en étant des régions surchauffées localisées de caoutchouc qui durcissent au lieu d'être pré-chauffées,ou qui même se carbonisent avant qu'une température désirable de pré-chauffage ne soit atteinte autre part dans le caoutchouc du pneumatique. Ce problème rend désirable la surveillance de l'échauffement du pneumatique pendant le processus de préchauffage, plutôt que de fournir de 11 énergie haute fréquence au niveau et pour le temps estimés et risquer ainsi le danger de surchauffe localisée. Puisque lton peut rencontrer des difficultés en utilisant des thermo-couples pour mesurer la température d'un pneumatique dans un champ haute fréquence, une solution plus évidente consiste à utiliser un pyromètre, dirigé vers le pneumatique, pour évaluer sa température à partir du rayonnement thermique de l'article chauffé. Un inconvénient de cette application particu hère-de nombreux pyromètres à rayonnement connus est le temps de réponse lent de la détection de température. Un second inconvénient est que la zone visée instantanément est généralement grande et que l'instrument enregistre une température moyenne sur cette zone. Une zone sensiblement plus petite à température plus haute que les environs n'augmenterai t la température moyenne détectée que d'une petite quantité et, donc, l'instrument serait insensible à ces variations localisées plus élevées de la température. Par conséquent, l'objet de l'invention consiste en un procédé et un appareil pour détecter des régions localisées relativement chaudes de la surface chauffée d'un article. Selon la présente invention, un procédé pour détecter des régions localisées relativement chaudes d'une surface chauffée d'un article consiste à diriger un dispositif détecteur de la chaleur vers la surface chauffée, à déplacer relativement le dispositif et la surface à une vitesse d'exploration prédéterminée, et à utiliser la sortie dudit dispositif pour détecter la vitesse de changement de la température superficielle d'une région de l'article à une autre alors que la surface est explorée pour indiquer les régions localisées relativement chaudes. Le procédé peut comprendre l'utilisation de l'indication d'une(ou de plusieurs)régions localisées relativement chaudes soit pour réduire, soit pour couper l1alimenta- tion de chaleur audit article, de manière permanente ou temporaire alors que la ou les régions relativement chaudes se refroidissent au-dessous d'une température désirée, ou jusqu'8 cette température, puis à rétablir l'alimentation de chaleur, l'opération étant cyclique s'il le faut. Le dispositif détecteur de la chaleur peut être stationnaire alors que l'on déplace relativement l'article pour établir l'opération d'exploration, ou l'on peut utiliser l'opération inverse. L'invention concerne aussi un appareil pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, qui comprend une cellule détectrice de la chaleur capable de fournir un signal électrique de sortie qui indique la vitesse de changement de la température superficielle d'un article, des moyens de montage pour diriger la cellule vers une surface chauffée de l'article, et des moyens pour déplacer relativement la surface et la cellule. L'appareil peut comprendre une cellule détectrice de la chaleur, par exemple en antimoniure d'indium, qui est capable de réponse rapide aux changements de température pour fournir un signal électrique de sortie pouvant être amplifié.On peut prévoir un tube effilé, ou un système optique alternatif, qui converge depuis une ouverture dirigée vers une surface chauffée à explorer jusqu a la cellule de manière à régler et restreindre le champ de détection que la cellule est capable de voir à tout instant donné. L'appareil peut comprendre des moyens pour faire tourner l'objet à explorer, par exemple lorsque l'objet est un pneumatique et, en particulier, lorsque le pneumatique a été ou est soumis à pré-chauffage avant vulcanisation dans un appareil chauffant à haute fréquence tel que décrit dans la demande de brevet français sus-mentionnée. De plus, l'appareil peut comprendre un circuit électrique amplificateur servant à amplifier le signal provenant du dispositif détecteur de la chaleur et pour faire la distinction dans le signal de sortie entre les vitesses relativement hautes et relativement basses de changement de chaleur détecté sur une surface chauffée explorée. On décrira maintenant l'invention, à titre d'exemple spécifique se rapportant au pré-chauffage des pneumatiques dans un four du type décrit dans la demande de brevet français précitée. On se référera au dessin annexé dont la figure unique est une vue en coupe transversale d'un pneumatique dans un four haute fréquence avec l'appareil de détection associé. Dans l'appareil représenté, un pneumatique galbé non vulcanisé T à nappes radiales qu'il s'agit de préchauffer est monté rotatif dans une chambre 1 qui l'enferme entièrement, un guide d'ondes 2 étant installé en communication avec le volume inclus dans la chambre de manière à fournir de l'énergie haute fréquence uniformément pour pré-chauffer le pneumatique T. Un moteur M fait tourner le pneumatique T en cours d'exploration. Selon la présente invention, deux tubes effilés 3 et 4, de section rectangulaire et comportant deux côtés parallèles qui se font face, sont montés à raison d'un dans chacune de deux enveloppes cylindriques 5 et 6, l'enveloppe étant montée sur le couvercle 7 de la chambre 1, l'autre enveloppe 6 étant montée sur la base 8 de la chambre 1. Les tubes effilés convergent en partant de fentes d'ouverture 9 et 10 mesurant environ 90 mm x 6 mm chacune dirigée vers un épaulement du pneumatique T monté dans la chambre, en direction de cellules détectrices de la chaleur 11 et 12 présentant des zones sensibles de 6 mm x 0,5 mm de construction connue. Ces cellules comprennent de l'antimoniure d'indium qui a une vitesse de réponse rapide aux changements de chaleur, et chacune fournit un signal électrique de sortie.Les tubes effilés servent à restreindre les régions du pneumatique dont la chaleur peut etre détectée par les cellules à tout instant donné. Les fentes étroites fournissent aussi un grand degré d'atténuation au rayonnement hautefréquence arrivant sur le tube et ainsi protègent les cellules à l'antimoniure d'indium du rayonnement haute fréquence direct. Eventuellement, une protection supplémentaire contre le rayonnement direct peut être placée à chaque extrémité du tube, au moyen d'écrans tissés 13 de fil d'acier inoxydable de petit diamètre. Si le pneumatique à chauffer comporte une carcasse à nappes croisées, on n'utilise qu'un tube et une cellule détectrice, une fente étant dirigée vers la bande de roulement du pneumatique, car on a trouvé qu'il était plus probable que des régions chaudes non désirées apparaissent sur la bande de roulement d'un pneumatique à nappes croisées que sur les épaulements d'un pneumatique à nappes radiales. Des amplificateurs électriques 14 sont connectés à raison d'un à chaque cellule pour amplifier chaque signal de sortie. L'appareil fonctionne de la manière suivante. Des signaux sont reçus de chaque cellule alors que le pneumatique T tourne à une vitesse réglée prédéterminée devant les fentes dans les tubes effilés, et alors que l'énergie haute fréquence échauffe le pneumatique, de sorte que le pneumatique est continuellement exploré pendant son mouvement devant les fentes. Toute région localisée relativement chaude de la surface chauffée du pneumatique provoque une variations des signaux de sortie de l'une ou des deux cellules et les amplificateurs sont étudiés , pour que, alors qu'ils ne répondent pas aux basses vitesses de changement des signaux de sortie des cellules, par choix approprié des constantes de temps des circuits, ils répondent aux vitesses de changement relativement élevées des signaux de sortie des cellules, ceux-ci étant provoqués par les régions chaudes localisées des pneumatiques. Les régions chaudes localisées qui ont été détectées peuvent être indiquées par appareil de mesure approprié 15 pour permettre à l'opérateur d'agir en conséquence, ou bien on peut utiliser un dispositif limiteur de manière que, lorsque l'un ou les deux amplificateurs détectent une région chaude relativement localisée, la sortie de l'amplificateur actionne un interrupteur-limite pour couper ou réduire l'alimentation en énergie haute fréquence au four. Si nécessaire, après une période prédéterminée de refroidissement, on peut rétablir l'alimentation en énergie haute fréquence, manuellement ou automatiquement, pour recommencer àpré-chauffer le pneumatique afin d'obtenir ou d'approcher de plus près la température prédéterminée de pneumatique préchauffé. On peut en mme temps recommencer l'exploration des régions chaudes localisées. Dans une variante d'agencement, on remplace chaque tube effilé par une lentille qui convient pour transmettre le rayonnement infra-rouge, par exemple une lentille au trisulfure d'arsenic qui sert à concentrer l'énergie calorifique qui rayonne de la surface du pneumatique et à la diriger sur la cellule à l'antimoniure d'indium dont la région sensible est de 6 mm x 0,5 mm, comme décrit plus haut. Par suite de la concentration par la lentille de l'énergie calorifique, on peut obtenir un signal plus fort à partir de l'amplificateur, de sorte que l'on peut obtenir un rapport signal/bruit amélioré. Il est à remarquer que la forme et l'aire de la cellule photo-électrique doivent être telles que l'on obtienne la sensibilité nécessaire pour la détection du point chaud, Il va de soi que la présente invention évite la nécessité de mesurer les températures superficielles vraies en mesurant la vitesse de changement des températures superficielles pour fournir une indication des régions localisées relativement chaudes sur la surface d'un article chauffé, ce qui permet de prendre des précautions pour empêcher une surchauffe locale ultérieure. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour détecter les régions localisées relativement chaudes d'une surface chauffée d'un article, caractérisé en ce qu'il consiste à diriger un dispositif détecteur de la chaleur vers la surface chauffée, à déplacer relativement le dispositif et la surface à une vitesse d'exploration prédéterminée, et à utiliser la sortie dudit dispositif pour détecter la vitesse de changement de la température superficielle d'une région de l'article à ure autre alors que la surface est explorée pour indiquer les régions localisées relativement chaudes. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'indication d'une région localisée relativement chaude est utilisée pour réduire ou couper l'alimentation d'énergie calorifique audit article. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on déplace l'article devant un dispositif stationnaire de détection de la chaleur. 4.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on déplace un dispositif de détection de la chaleur devant un article stationnaire. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'article est un pneumatique, et en ce que le procédé consiste à diriger les moyens de détection seulement vers les régions de la bande de roulement ou des épaulements du pneumatique. 6.- Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une cellule détectrice de la chaleur capable de fournir un signal électrique de sortie qui indique la vitesse de changement de la température superficielle d'un article, des moyens de montage pour diriger la cellule vers une surface chauffée de l'article, et des moyens pour déplacer relativement la surface et la cellule. 7.- Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que la cellule de détection de la chaleur comprend de l'antimoni ~ d'indium. 8.- Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour faire con##r B r énergie émise par une région de la surface de l'article sur la cellule de détection de la chaleur. 9.- Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens pour faire converger l'énergie calorifique consistent en un tube effilé. 10.- Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens pour faire converger l'énergie calorifique provenant de la surface de l'article consistent en une lentille. 11.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour faire tourner l'article que la cellule doit explorer. 12.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit électrique amplificateur pour amplifier le signal provenant de la cellule et pour faire la distinction dans le signal d'entrée entre les vitesses de changements calorifiques relativement basses et relativement hautes détectées sur une surface chauffée explorée. 13.- Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce que la sortie du circuit électrique ampliiicateur est connectée à des moyens pour réduire ou couper l'alimentation en énergie calorifique de l'article. 14.- Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens par lesquels, après une période prédéterminée de refroidissement, on peut appliquer à nouveau l'énergie haute fréquence à l'article. 15.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour protéger la cellule de détection de chaleur contre le rayonnement direct appliqué à l'article.