Brevet FR2214122A1 — publié le 19740809

La présente invention, due àAlexandr Petravich NAZAREKKO et Rudoie Vladimirovich GVQZDEV, concerne la technique des mesures et, plus précisément, les dispositifs pour mesurer la température des corps ferromagnétiques. Le dispositif proposé peut être utilisé d'une façon particulièrement efficace pour le contre et la régulation des systèmes de traitement thermique des profilés sur les lignes de trains de laminage. On connatt des dispositifs pour mesurer la température des corps ferromagnétiques, comportant deux bobines d'inductance raccordées à une source de tension alternative, deux redresseurs et un instrument de mesure. On place alors dans le champ magnétique de l'une des bobines le corps ferromagnétique, dont on veut mesurer la température. On relève la valeur de la température d'après l'intensité du courant passant par l'instrument demesure, -qui dépend de la valeur de la résistance totale équivalente du corps ferromagnétique sur le secteur de mesure, la résistance totale équivalente du corps magnétique dépendant à son tour de la température de ce dernier. L'inconvénient d'un tel dispositif pour la mesure de la température des -corps-ferromagnétiques réside dans la nécessité de maintenir rigoureusement la distance entre le corps dont on veut mesurer la température et la bobine. - Un autre inconvénient réside dans le fait, que le dispositif mesure la température locale superficielle du corps. La présente invention a pour but l'élimination des inconvénients indiqués. L'invention est basée sur le problème de la- mise au point, d'un tel dispositif pour mesurer la température des corps ferromagnétiques, qui permettrait d'effectuer le contrôle et la régulation du traitement thermique des corps ferromagnétiques en maintenant leur température à une valeur prédéterminée moyenne suivait leur section. Le problème posé est résolu par le fait que le dispositif pour mesurer la température des corps ferromagnétiques - comportant deux bobines d'inductance, raccordées à une source de tension alternative, dans le champ magnétique de l'ure desquelles est placé le corps ferromagnétique, dont on veut~mesurer la tem pérature, deux redresseurs et un instrument de mesure - selon l'invention, ledit dispositif a ses bobines d'inductance réalisées de telle façon que ses dimensions et le-aombre de spires permet tent de créer un champ magnétique suffisant pour la saturation du corps ferromagnétique, placé à l'intérieur de l'une des bobines, les bobines d'inductance étant raccordées entre elles en série et dotées d'enroulements de mesure qui sont raccordés a' l'entrée des redresseurs, tandis qu'à la sortie des redresseurs une paire de bornes de la même polarité est court-circuitée, et qu(à ltautre pa-ire de'bornes est connecté un potentiomètre auquel est raccordé, à travers l'instrument de mesure, une source étalon de tension continue.Les caractéristiques de l'invention ressortiront-plus particulièrement de la description suivante donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, qui représentent: La fig.1, le schéma de principe du dispositif pour mesu- rer la température des corps ferromagnétiques,selon l'invention; la fig.2, la courbe du quotient de l'aimantation de saturation d'un corps ferromagnétique une température quelconque par l'aimantation de saturation du corps ferromagnétique au zéro absolu, en fonction du quotient de la température absolue du corps par la température du point de Curie, selon l'invention; a fig. 3, les lectures de l'appareil de mesure en fonc tion de la température moyenne suivant la section du corps ferromagnétique, selon l'invention;; la fig.4, la répartition de la température du corps ferromagnétique suivant sa section, selon l'invention. Le'schéma de principe du dispositif pour la mesure de la température des corps ferromagnétiques comporté des bobines d'inductance 1 et 2 (fig.l)réalisées à-des dimensions identiques et à un nombre de spires égal, qui sont couplées en série et sont raccordées a une source de tension alternatisve U1,laquelle peut être le secteur d'alimentation. Les bobines d'inductance 1,2 sont réalisées en fil à isolement résistant à la chaleur. Des enroulements de mesure 3 et 4 sont enroulés res.pecti-vement par dessus les bobines 1 et 2 d'inductance. L'enroulement de mesure 3 est raccordé à un redresseur 5 et l'enroulemént de mesure 4 est raccordé à un redresseur 6. Lé redresseur 5 est réalisé selon un montage en pont avec des diodes 7,8,9,10; le redresseur 6 est également réalisé selon ar montage en pont atec des diodes 11, 12, 13, 14. Entre les bornes de différente polarité des redresseurs 5 et 6 sont branchées des résistances de charge de grandeur égale, respectivement, 15 et 16. Les bornes négatives du courant redressé des redresseurs 5 et 6 sont court-circuitées. Un potentiomètre 17 est branché entre les bornes positives du courant redressé des redresseurs 5 et 6.La borne positive du courant redressé du redresseur 5 est raccordée au pôle négatif d'une source étalon 12 de la tension continue U2,dont le p8le positif est raccordé à travers un instrument de mesure 19 au curseur du potentiomètre 17. L'instrument de mesure 19 est un voltmètre à système électromagnétique à haute résistance, gradué- en -degrés Celsius. Le corps ferromagnétique 20, dont on mesure la température, est placé à l'intérieur de la bobine d'inductance 2. Le champ magnétique alternatif créé par les bobines 1 et 2 d'inductance est suffisant pour la saturation d'un corps ferromagnétique 20 dont on mesure la température. En se basant sur les données de la pratique, pour atteindre la saturation des corps ferromagnétiques cylindriques à diamètre de 10 min, il faut avoir des bobines d'inductance à force magnétisante égale à 10 000-12 000 A,et-pour-les corps à diamètre de 20 min des bobines, à force magnétisante égale à 18 000-24 QOO A. Le dispositif pour mesurer la température des corps ferromagnétiques fonctionne de la manière suivante. En absence du corps ferromagnétique 20 à l'intérieur de la bobine d'inductance 2, à cause de l'identité des bobines d'inductance 1 et 2, les champs magnétiques alternatifs des bobines d'inductance 1 et 2 sont égaux-entre eux. Les forces électromotrices, induites par les flux magnétiques alternatifs des bobines d'inductance 1 et 2 dans les spires -de mesure 3 et 4 sont aussi égales. Alors la différence de potentiel aux bornes du potentiometre 17 est égale à zéro. L'indication de l'instrument de mesure 19 correspond à la tension U2 de la source étalon 18. Lors de l'introduction à l'intérieur de la-bobine d'inductance 2 du corps ferromagnétique froid 20, dont on veut mesurer la température à l'état chaud, la force électromotrice aux bornes des spires de mesure 4 auqmente d'une certaine valeur, proportionnelle au produit de l'aimantation du corps ferromagnétique 20 par sa section. L'indication de l'instrument 19 est alors égale à la différence entre la tension de la source étalon U2 et la chute de tension sur le potentiomètre 17. En déplaçant le curseur du potentiomètre 17 on fait arriver l'aiguille de l'instrument de mesure 19 au trait zéro. On obtient ainsi que, pour une section donnée du corps ferromagnétique 20, les indications de l'instrument de mesure 19 ne dépendent que de l'aimantation de saturation 'du corps ferromagnétique 20, qui est liée d'une manière univoque à la température, et de l'accroissement des indications de l'instrument de mesure 19. Lorsque le corps 2Q, qui se trouve à l'intérieur de la bobine d'inductance 2, est réchauffé, la force électromotrice aux bornes des spires de mesure 4 possède une valeur inférieure à celle que l'on obtient, quand le corps 20 se trouvait à l'état froid, ce qui est dû au fait que l'aimantation de saturation dépend de la température. D'autrepart, la différence de potentiel aux bornes du potentiomètre 17 est inférieure dans le cas où le corps 20 se trouve à ltétat froid, et aux bornes de l'instrument de mesure 19 apparat une tension qui diffère du zéro et qui est en rapport univoque avec la température du corps magnétique 20. L'exposé ci-dessus est expliqué par les calculs qui suivent. L'aimantation de saturation des corps ferromagnétiques est liée d'une façon univoque à leur température et cette relation est: J1 étant l'aimantation de saturation du corps ferromagné- tique à la température i Jo, l'aimantation de saturation du corps ferromagnétique au zéro absolu; la température du corps ferromagnétique en degrés absolus , le point de Curie du corps ferromagnétique en degrés absolus. La courbe de la fonction (1) est donnée sur la fig.1, où sur l'axe des abscisses est porté le quotient de la température du corps ferromagnétique par la température du point de Curie en degrés absolus, et sur l'axe des ordonnées, le quotient de l'aimantation de saturation à la température donnée par l'aimantation de saturation au zéro absolu. L'aimantation J1 dans la plage de température allant de -273 à 1000C ne dépasse pas 1%, ce qui permet de considérer Jo = 2, J2 étant l'aimantation de saturation d'un corps ferromagnétique dans la gamme allant de -2730C à 1000C. L'induction à l'intérieur d'une bobine en l'absence du corps ferromagnétique est :B1 = 0H ; B1 étant l'induction à l'intérieur de la bobine d'inductance; H, l'intensité du champ magnétique à l'intérieur de la bobine d' inductance; la la perméabilité magnétique de l'air; respectivement, le flux magnétique de la bobine dtinductan- ce sans le corps ferromagnétique est : #1 = 0#s1 Hds où est le flux total magnétique de la bobine d'inductance ; S1, la surface de la section transversale de la bobine d'inductance. L'induction à l'intérieur de la bobine d'inductance dans laquelle est placé un corps ferromagnétique lorsque l'intensité du champ magnétique assure la saturation du corps ferromagnétique: B2 = 0 (H + J1) où B2 est l'induction à l'intérieur de la bobine dtinductance dans laquelle est placé le corps magnétique. Le flux magnétique, créé-par la bobine d'inductance dans laquelle est placé le corps ferromagnétique, est égal à 2 ç 2 représente le flux magnétique de la bobine avec le corps magnétique; S2, la section du corps ferromagnétique. La valeur moyenne de la force électromotrice induite dans les spires de mesure, enroulées par dessus la bobine d'inductan- ce est: où e1 représente la force électromotrice induite dans les spires de mesure, enroulées sur la bobine d'inductance; W, le nombre de spires de mesure; T et f, respectivement, la période et la fréquence de la source de tension alternative; t, le temps. La valeur moyenne de la force électromotrice induite dans les spires de mesure, enroulées sur la bobine d'inductance à l'intérieur de laquelle se trouve le corpsferromagnétique, est égale à e2 étant la valeur moyenne de la force électromotrice induite dans les spires de mesure, enroulées sur la bobine dinduc- tance à l'intérieur de laquelle se trouve le corps ferromagnétique. La différence des valeurs moyennes des forces électromo- trices est égale à Alors entre la borne du potentiomètre, raccordée au redresseur relié aux spires de mesure de la bobine d'inductance sans corps ferromagnétique et le curseur du potentiomètre est appliquée une tension égale à où K est un coefficient, qui dépend de la position du curseur du potentiomètre. Lorsque le corps ferromagnétique est réchauffé d'une façon régulière, l'aimantation de saturation J1 dans n'importe quel point de sa section transversale est constante alors Ce rapport est en relation univoque avec la température. Si pour n'importe quelle valeur de la section S2 du corps ferromagnétique froid aimanté jusqu' à saturation on établit une valeur constante U = U2 Cons t, ce qui est obtenu en amenant l'aiguille de l'instrument de mesure à zéro lorsqu'on place lté- chantillon froid d'une section donnée dans l'une des bobines d'inductance, on aura pour n'importe quelle section du corps ferromagnétique J1/J2 U = U2 th (2) #1/# Lors de l'accroissement de la température du corps ferromagnétique, U décrott selon la relation (2) et la tension mesure rée par l'instrument de mesure varie de O à U2 selon le graphique représenté sur la fig.3, où sur l'axe des abscisses on porte la température du corps ferromagnétique en C, et, sur l'axe des ordonnées, le quotient de la tension aux bornes de l'instrument de mesure par la tension de la source de tension étalon. La fig.4 représente la répartition de la température sur la section transversale d'un corps ferromagnétique cylindrique où sur l'axe des abscisses est porté le rayon de la section du corps ferromagnétique, et sur l'axe des ordonnées, sa température. La quantité élémentaire de chaleur dQ dans un volume annulaire dV d'épaisseur dr d'une longueur unitaire du corps ferromagnétique est égale à dQ = c ##2dV = c##22# rdr où Q - est la quantité de chaleur dans le corps; c - la capacité thermique du corps.; # - la densité du corps #2 - la température locale en différents points de la section en C. r - la valeur variable du rayon de la section. La quantité totale de chaleur dans un volume unitaire du corps ferromagnétique est égale à R étant le rayon d'un corps ferromagnétique cylindrique. Cette même quantité de chaleur, lorsque le corps ferromagnétique est chauffé de façon uniforme, est égale à Q = c T t3 étant la valeur de la température du corps ferromagnétique, identique dans tous les points de la section du corps ferromagnétique. En linéarisant la fonction (1) sur le secteur de mesure nous pouvons écrire U = U2 ( 1 a étant le coefficient angulaire de la fonction linéaire. Alors La tension U3 relevée par l'instrument de mesure est égale à Us = U2 - U = U2 &alpha; #2 L'exposé qui précède démontre qu'en cas dtéchauffement irrégulier de la section du corps ferromagnétique, le dispositif relève la valeur moyenne de la température sur la section du corps ferromagnétique. En principe les bobines d'aimantation peuvent ne pas être identiques, mais ars on doit respecter le rapport W3 W2 G2 = = W4 W1 G1 où W1 est le nombre de spires de la premiére bobine d'inductance; W2, le nombre de spires de la seconde bobine d'inductance; W3, le nombre de spires de mesure enroulées Sur la première bobine d'inductance; W4, le nombre de spires de mesure enroulées sur la seconde bobine d'inductance; G1, la perméance de la-première bobine d'inductance; G2, la perméance de la seconde bobine d'inductance. Le dispositif proposé peut être utilisé d'une manière particulièrement efficace pour le contre de la température moyenne des profilés, ainsi que comme capteur de la température moyenne dans les systèmes de contrôle et de régulation du processus de traitement thermique des profilés, ce qui permet de conférer aux profilés des propriétés mécaniques assignées stables. -REVENDICATION Dispositif pour mesurer la température des corps ferromagnétiques comportant deux bobines dtinductance raccordées à une source de tension alternative-, dans le champ magnétique de l'une desquelles est placé le corps ferromagnétique dont on veut mesurer la température, deux redresseurs et un instrument de mesure, caractérisé en ce que les bobines d'inductance sont réalisées avec des dimensions et un nombre de spires tels, que le champ magnétique qu'elles créent est suffisant pour' la saturation du: corps ferromagnétique placé-dans l'une des bobines, les bobines d'inductance étant reliées entre elles en série et dotées d'en- roulements de mesure, qui sont raccordés aux entrées des redresseurs, tandis qu'à la sortie des redresseurs une paire de bornes de la meme polarité est raccordée directement, et qutà l'autre paire de bornes est raccordé un potentiomètre, auquel, à travers l'instrument de mesure, est raccordée une source-étalon de tension continue.