Brevet FR2153265A1 — publié le 19730504

La présente invention concerne une sonde pyrométrique et notamment une sonde destinée à des réfrigérateurs à lait, comportant un élément de détection, électrique, termosensible, logé de façon isolée dans une enveloppe protectrice. Pour mesurer des températures, il est connu d'utiliser des thermomètres à résistances électriques et des thermocouples, dans lesquels on mesure une intensité fournie par une tension auxiliaire, et traversant un fil ou un semiconducteur, dont la résistance dépend de la température. Dans le cas des thermocouples, on mesure la tension thermo-électrique fournie par la soudure et qui dépend de la température. Comme les éléments de détection, électriques, utilisés à cet effet, sont des organes généralement très minces et très sensibles, il est nessaire en pratique de les protéger contre les accidents mécaniques. Comme on veut mesurer des grandeurs électriques, il est de plus nécessaire d'isoler ces éléments de détection électrique, afin que les résultats de la mesure ne soient pas faussés par le contact avec des milieux conducteurs.Il faut en outre veiller à ce que les éléments de détection électrique n'arrivent pas en contact avec des ;impuretés ou des milieux agressifs qui les endommageraient. Pour cette raison, en pratique, on loge en général les éléments de détection électrique dans un tube de protection, qui supprime tous risques d'accidents mécaniques et évite un contact direct avec le milieu à mesurer. De tels tubes de protection sont en général constitués par un tube métallique, suffisamment solide. Ce tube est en général fermé à l'extrémité que l'on plonge dans le milieu à mesurer. C0mme la mesure de la température est très souvent utilisée pour commander un processus, il est particulièrement important d'avoir une résistance thermique aussi faible que possible entre le milieu à mesurer et l'élément de détection électrique. Dans le cas des sondes pyrométrique classiques, pour les dispositifs de réglage de température, l'élément de détection, électrique, est noyé dans la douille métallique avec de la résine coulée. Cette douille métallique est à son tour glissée dans le tube de protection métallique. l'intervalle entre la douille du détecteur et le tube métallique est rempli par une pite de contact. Ce montage présente toutefois des inconvénients du point de vue du transfert calorifique, car la påte de contact est un mauvais conducteur de chaleur et le passage de la chaleur ne peut se faire, entre-le tube de protection métallique extérieur et la pate de contact et entre celle-ci et la douille du détecteur, que par des surfaces de contact essentiellement ponctuelles. la résine est également un mauvais conducteur thermique. De cette façon, la température mesurée par l'élément de détection, diminue considérablement en fonction du temps, par rapport à la température réelle du milieu, de sorte que malgré la grande précision de mesure de 11 élément de détection, l'inertie thermique entraRnée 1)ar le mauvais transfert calorifique, ne permet pas un réglage très précis du processus à surveiller. Pour réduire ces inconv'nients, on a déjà essayé d'introduire l'élément de détection aprts l'avoir isolé par une couche mince de matière coulée, directement dans le tube de protection, métallique, extérieur, et de remplir ensuite l'intervalle avec une grenaille d'aluminium. De cette façon, on a déjà abouti à une certaine amélioration. Toutefois, la grenaille d'aluminium ne donne que des surfaces de contact ponctuelles avec le revêtement isolant et le tube de protection métallique, extérieur. A cela s'ajoute que, très rayidement, la grenaille d'aluminium est oxydée par l'humidité, si bien que l'élément de détection ne peut plus être retiré que très difficilement. La présente invention a pour but de créer une sonde pyrométrique remédiant aux inconvénients des dispositifs connus et présentant un transfert calorifique aussi bon que possible entre le milieu à mesurer et l'élément de détection. A cet effet, l'invention concerne une sonde pyrométrique du type indiqué ci-dessus, caractérisée en ce que l'élément de détection muni d'un revêtement isolant , est noyé dans une couche-enveloppe en un métal en fusion ou ramoli à une température inférieure à la température de déformation du revêtement isolant. Suivant un mode de réalisation, le revêtement isolant est une résine époxy de/ou polyester ayant un point de ramollissement supérieur à 1200C. La couche-enveloppe est un métal à point de fusion inférieur à 1000C, notamment un alliage de bismuth contenant du plomb, du zinc et/ou du cadmium, ou encore un amalgame solide à la température ambiante, mais en fusion ou ramolli à une température inférieure à 1000C. La couche-enveloppe peut avantageusement remplir l'intervalle entre le revêtement isolant et le tube de protection métallique extérieur. Suivant les cas et l'épaisseur de la couche-enveloppe, on peut également renoncer complètement au tube de protection métallique, en rapportant, le cas échéant, un revêtement par dépôt galvanique sur la couche-enveloppe.Ce revêtement est, de préférence, en un métal inerte par rapport au milieu à mesurer et/ou acceptable du point de l'hygiène en ayant une bonne conductibilité thermique. Dans la mesure où cela est nécessaire, on peut sceller la couche-enveloppe contenue dans le tube de protection, par une couche de recouvrement en résine synthétique. Pour avoir un transfert calorifique aussi bon que possible, il faut que le revêtement isolant et la couche-enveloppe soient aussi minces que possible. Dans la mesure où l'on utilise un tube de protection métallique extérieur, il faut que ce tube présente une résistance mécanique suffisante et soit en un métal inerte par rapport au milieu à mesurer et/ou acceptable du point de vue de lthygiène, en ayant une conductibilité thermique aussi bonne que possible. Dans ce cas, il peut être avantageux d'avoir un tube de protection ouvert des deux côtés, et de remplir l'extrémité du tube contenant l'élément de détection avec une couche-enveloppe, de telle sorte que celle-ci ne soit en contact avec le milieu à mesurer,qu'au niveau de sa surface d'extrémité. Comme le revêtement isolant a seulement pour but d'assurer une isolation électrique, il suffit d'avoir un revêtement extrêmement mince en une résine synthétique, isolante électriquement. Lorsqu'on utilise une couche-enveloppe constituée par un métal à point de fusion à un point de ramollissement inférieur à 100au, il est facile, par un simple échauffement de la sonde pyrométrique dans de l'eau bouillante ou à l'air chaud, d'introduire ou d'extraire l'élément de détection, rapidement et sans endommagement du revêtement isolant, en le séparant de la couche-enveloppe. Le métal utilisé pour la coucheenveloppe ne doit présenter, de façon avantageuse, qu'un très faible rétrécissement ou une très faible dilatation à la solidification, de façon à conserver une liaison continue entre le revêtement isolant et le tube de protection métallique extérieur. la présente invention est décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une coupe longitudinale schématique d'une sonde pyrométrique munie d'un semiconducteur thermosensible; - la figure 2 est une coupe longitudinale schématique d'une sonde pyrométrique munie d'un thermo-élément; - la figure 3 est une coupe longitudinale schématique d'une sonde pyrométrique équipée d'une thermistance - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale schématique d'une variante de réalisation d'une sonde pyrométrique, sans tube de protection, équipée d'un semiconducteur thermosensible. La sonde pyrométrique représentée à la figure 1, comporte un élément de détection 1 constitué par un semi-conducteur thermosensible. Cet élément 1 est relié par des conducteurs de liaison 7 à un dispositif de mesure, classique, non représenté. l'élément de détection 1 est noyé dans un revêtement isolant 2. Ce revêtement 2 est une résine époxy ou polyester, qui ne se ramollit qu'à des températures supérieures à 1200C. Les conducteurs de liaison 7 pénètrent dans un tube de protection en aLuminium, fermé à une extrémité.L'espace intermédiaire compris entre, d'une part le tube de protection 4 et, d'autre part, le revêtement isolant 2 et la partie adJacente des conducteurs de liaison 7, est rempli-avec une couche-enveloppe 3 formée par un alliage de bismuth-plomb-zinc-cadmium, à point de fusion inférieur à 1000C, de sorte que l'on a une liaison métallique continue entre le tube de protection 4 et le revte- ment isolant 2. Après fixation du métal liquide formant la couche-enveloppe 3, on scelle la-surface supérieure par une couche de recouvrement 5 en une résine synthétique. Dans le mode de réalisation de la figure 2, on a représenté un élément de détection 1 constitué par la soudure d'un thermocouple. Cet élément 1 qui est réalisé à partir d'un cordon formant les conducteurs 7, est introduit dans un tube de protection 4, ouvert aux deux extrémités. Le tube 4 est en acier inoxydable. L'élément est introduit dans le use 4 de façon à se trouver sensiblement au niveau de l'arête inférieure du tube de protection. L'élément 1 est noyé dans un revêtement isolant 2, de dimensions réduites, en forme de goutte. L'intervalle entre le revêtement isolant 2, l'extrémité inférieure du cordon d'alimentation 7 et l'extrémité inférieure du tube de protection 4 est rempli avec une couche-enveloppe formée par un alliage de bismuth-plomb-cadmium, à point de fusion inférieur à 1000C. Cette couche-limite forme une coupelle bombée, entourant le revêtement isolant 2, de façon que le transfert calorifique se fasse directement à partir du fluide que l'on mesure vers la couche-limite et de celle-ci vers le revêtement isolant. Le mode de réalisation représenté à la figure 3 comprend un élément de détection 1 formé par un fil de thermistance. Cet élément 1 est muni d'un revêtement isolant mince 2 et est introduit dans un tube de protection 4 ouvert aux deux extrémités. Ce tube est en un alliage de cuivre. l'intervalle entre le tube de protection 4 et le revêtement isolant 2 est rempli par une couche-enveloppe 3 formée par un alliage de bismuth-plomb-zinc, à point de fusion inférieur à 1000C. L'extrémité supérieure du tube de protection 4 comporte une couche de revêtement 5, scellant la couche-enveloppe 3. La couche 5 est une résine synthétique. Le mode de réalisation représenté à la figure 4 comprend un élément de détection 1, constitué par un semi-conducteur thermosensible, relié aux conducteurs de liaison 7 en forme de cordon. Les parties dénudées, non recouvertes par le cordon, sont munies d'un revêtement isolant 2, mince en forme de tube. Ce revêtement isolant 2 est une résine époxy. Cet élément de détection est noyé dans une couche-enveloppe 3 en un amalgame ramolli à des températures inférieures à 100CC, cet amalgame étant recouvert extérieurement par une couche 6 déposée galvaniquement. les divers modes de réalisation décrits ci-dessus des sondes pyrométriques selon l'invention peuvent être adaptés par l'homme de l'art aux conditions particulières dans chaque cas, en conservant la couche limite constituée par une matière à point de fusion inférieur à 1CROC ou qui se ramollit à une température inférieure à 100cl. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela-sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10/ Sonde pyrométrique notamment sonde pour le lait, du type comportant un élément de détection élec tunique, thermosensible, logé de façon isolée dans une enveloppe de protection, et muni de conducteurs d'entrée et de sortie, sonde caractérisée en ce que l'élément de détection (1) muni d'un revêtement isolant (2),est noyé dans une couche-enveloppe (3) en un métal en fusion ou ramolli à une température inférieure à la température de déformation du revêtement isolant (2). 20/ Sonde pyrométrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le revêtement isolant (2) est une résine époxy et/ou polyester, dont le point de ramollissement est supérieur à 1200C. 30/ Sonde pyrométrique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la couche-enveloppe (3) est un métal à point de fusion inférieur à 100oC, tel qu'un alliage de bismuth contenant du plomb, du zinc et/ou cadmium. 40/ Sonde pyrométrique selon l'une quelconque des reverdications 1 et 2, caractérisée en ce que la couche-enveloppe est un amalgame solide à la température ambiante, mais en fusion ou à l'état ramolli à une température inférieure à 1000C. 50/ Sonde pyrométrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, logée dans un tube de protection le cas échéant fermé à une extrémité, sonde caractérisée en ce que la couche-enveloppe (3) remplit l'espace compris entre le revêtement isolant (2) et le tube de protection (4). 60/ Sonde pyrométrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la couche-enveloppe (3) logée dans le tube de protection (4) est scellée par une couche de recouvrement (5) en une résine synthétique duroplastique. 70/ Sonde pyrométrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le revêtement isolant (2) et la couche-enveloppe (3) sont aussi minces que possible et le tube de protection (4) est en un métal acceptable du point de vue de l'hygiène, et présentant une conductibilité thermique élevée. 80/ Sonde pyrométrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la couche-enveloppe (3) comporte une couche (6) déposée galvaniquement, en un métal acceptable du point de vue de l'hygiène, ayant une bonne conductibilité thermique. 90/ Sonde pyrométrique selon l'une quelconque des revendications i à 8, caractérisée en ce que l'élément de détection (1) est un élément semi-conducteur thermosensible. 100/ Sonde pyrométrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l'élément de détection (1) est la soudure d'un thermocouple. 110/ Sonde pyrométrique selon l'une quelconque des revendications i à 8, caractérisée en ce que l'élément de détection (i) est une résistance thermosensible (therrnstance). 120/ Sonde pyrométrique selon l'une quelconque des revendications 1 à il, caractérisée en ce que le revêtement solant (2) est une couche de matière synthétique, emmanchée avec rétreint