Brevet FR2312767A1 — publié le 19761224

La présente invention se rapporte à un dispositif de mesures pyrométriques, pour repérer à distance la température en plusieurs points d'un corps immobile ou en déplacement. Pour de telles mesures, il est connu d'utiliser des pyromètres à fibres optiques souples, généralement en fibre de verre, pouvant conduire le rayonnement capté, de la source jusqu'à un détecteur de rayonnement, par exemple une cellule photo-électrique, convertissant la mesure en un signal électrique utilisable. Dans le cas de plusieurs mesures à la surface d'une meme pièce, il est d'usage courant de disposer d'autant d'appareils de mesure, et en particulier de détecteurs de rayonnement dont les signaux de sortie peuvent alimenter des appareils indicateurs, enregistreurs ou régulateurs. Cette multiplication des appareils de mesure augmente considérablement le coût de l'ensemble. Malgré l'étalonnage des différents détecteurs utilisés, leurs caractéristiques peuvent présenter de légères différences, si bien que les comparaisons entre les différentes mesures peuvent être erronees. Enfin, pour des questions d'encombrement, il peut être avan tageux de réduire l'appareillage sans pour cela réduire le nombre de mesures. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvenients et de permettre le repérage des temperatures en plusieurs points de la surface d'une pièce, en utilisant un seul détecteur de rayonnement. Un autre but de l'invention est d'effectuer les differentes mesures de façon séquentielle. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de mesures pyrométriques constitué de conducteurs optiques souples transmettant le rayonnement mesuré à un détecteur de rayonnement, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un conducteur optique et un commutateur mecanique pour amener et retirer séquentiellement chaque conducteur optique en regard du detecteur de rayonnement. Dans une version préferée, un dispositif de mesures pyrométriques suivant l'invention comprend un commutateur mécanique constitué, pour chaque conducteur, d'un levier portant le conducteur optique, actionne par un vérin pneumatique, luimeme commande par un relais électro-pneumatique. Dans une version avantageuse, l'invention comprend un dispositif caractérisé en ce que le levier vient s'appuyer sur une butée, éventuellement réglable, lorsque le conducteur optique se trouve en regard du détecteur de rayonnement. Selon une particularité de l'invention, les deplacements du vérin et du conducteur optique sont dans des directions perpen diculaires et liés à la rotation d'une équerre pivotant autour -de son axe, comportant deux branches ajourées dans lesquelles viennent coulisser l'extrémité du piston du vérin d'une part, et le levier portant l'extrémité du conducteur optique d'autre part. Selon deux autres particularités de l'invention, chaque conducteur optique est logé de façon liche à l'intérieur d'un tuyau en matière souple, l'espace menagé entre ces deux éléments servant pour le passage d'air de refroidissement et se termine, côté pièce à mesurer, par un embout en pyrex entouré par une chambre annulaire et présentant à son extrémité un orifice pour l'échappement de l'air de refroidissement. Comme on le comprend, l'invention permet une simplification de l'appareillage par l'utilisation d'un seul détecteur, dans le cas de plusieurs mesures de température simultanées. Outre l'économie réalisée sur le prix du matériel et sur l'encombrement de l'ensemble, la fidélité des mesures traduites par les caractéristiques d'un seul detecteur s'en trouve accrue. La commutation séquentielle des différents conducteurs optiques devant le détecteur est assurée de façon entierement automatique par un commutateur qui sera décrit plus loin en detail. Ce commutateur est réalisé uniquement à l'aide de pièces mécaniques robustes pouvant facilement résister à des températures élevées, donc de fonctionnement sûr. Grâce à des butées mécaniques, éventuellement réglables, on obtient un positionnement precis des conducteurs optiques devant le détecteur de rayonnement. Afin de réduire encore l'encombrement de l'ensemble des pièces constitutives du commutateur à l'intérieur d'un boîtier cylindrique, des équerres transforment les déplacements longitudinaux des vérins pneumatiques en des déplacements transversaux des conducteurs optiques. Pour assurer un refroidissement efficace, les conducteurs optiques sont introduits avec un jeu suffisant àIlintéri.eur d'un tube souple dans lequel on fait circuler un courant d'air comprimé. A l'extrémité de chaque conducteur optique, extrémité constituée d'un embout en pyrex en contact avec les fibres optiques,l'air s'échappe par un orifice biseaute assurant à la fois le refroidissement et une protection de l'embout contre les salissures et les projections diverses extérieures. Ainsi, la même source en air comprimé permet l'alimentation des vérins pneumatiques, le refroidissement des conducteurs optiques souples et le maintien de la pièce à mesurer et de l'embout en parfait etat de propreté. Ces considérations ont déterminé le choix avantageux de l'air comprimé comme source d'énergie pour le commutateur. L'invention sera bien comprise en se reportant à la description qui suit, donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente une vue en coupe d'un dispositif de mesures pyrométriques selon l'invention ; - la figure 2 représente un mode de réalisation du commutateur mécanique de conducteurs optiques selon l'invention ; - la figure 3 représente une vue en coupe d'un conducteur de transmission optique muni de son système de refroidissement. On a représenté sur la figure 1 le dispositif de mesures complet de la brillance énergétique d'une source immobile ou en déplacement. Ce dispositif comprend essentiellement une pluralité de cannes de mesures 2 munies de leurs embouts 3, placées au voisinage de la surface de la pièce à mesurer 1. Les rayonnements mesurés sont transmis par des conducteurs optiques souples 4 réalisés de façon connue en fibres de verre, jusqu'à un boîtier commun 5 abritant le commutateur mécanique. Ce boîtier est constitué par un fond sur lequel est centré un couvercle 15 protegeant le commutateur, notamment de la chaleur émise à proximité de la source et des projections diverses. Les differents conducteurs optiques pénètrent à l'intérieur du bottier par des raccords tels quef6 assurant-le guidage et l'étanchéité. Selon leur nombre (4 sur la figure), les conducteurs optiques sont répartis régulièrement sur le fond du bottier selon une circonférence dont l'axe est l'axe de symétrie du boftier. Chaque conducteur est tenu a son extrémité par un levier articulé 7 actionné par un organe de commande 8 positionné de façon rigide par rapport a la base du boitier par des entretoises 9. Les leviers articulés peuvent amener chaque conducteur optique, soit en position de retrait ou de repos, soit en position de travail. A leur partie supérieure, les entretoises sont maintenues écartées par un support 10 percé d'un trou en son centre pour permettre le positionnement d'un détecteur de rayonnement 11, de telle sorte que, en position travail, le conducteur optique soit parfaitement centré sur le détecteur. Celui-ci peut être constitué de façon classique par une cellule photo-électrique, par exemple une cellule double au sulfure de cadmium, pour un pyromètre de rapport, dit encore "pyrometre à deux couleurs", travaillant dans la plage 900" - 1400"C. Un objectif 12 focalise le faisceau lumineux sur les deux cellules, suivies chacune d'un amplificateur à faible bruit et à faible dérive dont les sorties convergent vers un diviseur qui effectue le rapport des signaux. Ces derniers circuits, classiques, sont représentes sur la figure 1 de façon globale par l'amplificateur 13 dont la sortie est appliquée sur un enregistreur 14. Ce signal électrique utile pourrait, à d'autres fins, être appliqué sur un indicateur ou un dispositif de régulation. Les organes de commande 8 des leviers articulés sont, de préférence, des vérins pneumatiques actionnes en séquence par des relais électro-pneumatiques 16, par exemple des électrovannes, à partir d'une base de temps électronique 17 de type classique dont le compteur fournit des impulsions de courant de durée réglable successivement sur chaque relais, selon une séquence prédéterminée. Comme on peut le voir sur la figure 2, chaque vérin 8 présente à l'extrémité de son piston un téton s'engageant dans la partie ajourée de la première branche d'une équerre 18 articulée autour de son axe 19. La deuxième branche de l'équerre, identique à la première, mais faisant avec elle un angle proche de la normale, coopère avec le levier articulé 7 portant une extrémité du conducteur optique souple 4. A son extrémité opposee, tournée vers l'extérieur, le levier présente un epaulement 20 venant s'appuyer contre une butee 21 évnetuellement réglable, lorsque le conducteur optique est en position de travail. Ainsi, la position relative de chaque conducteur optique en position de travail et du détecteur est déterminée de façon très précise ; c'est là une condition essentielle du bon fonctionnement du dispositif. Un conducteur optique selon l'invention est representé figure 3, en coupe, et se constitue de deux parties : une partie rigide 22 ou canne métallique, destinee à la mesure, et une partie souple 23 assurant la transmission du rayonnement jusqu'au connecteur 24 à l'entrée du boitier. Ce connecteur est étudié pour que la bague intérieure 25 centre parfaitement les deux fibres en regard, afin d'assurer une bonne transmission de la lumière. Le conducteur optique est constitué par un faisceau 26 de 3 600 fibres de verre sur un diamètre de 4 mm, soit 60 microns pour le diametHE moyen d'une fibre, faisceau maintenu sur sa périphérie par une gaine métallique 27 recouverte d'une épaisseur de matière souple 28, par exemple du caoutchouc. Dans la partie flexible, ce conducteur est placé avec un jeu important 29 à 1 intérieur d'un tube 30 également souple, de façon que l'espace ménagé entre ces deux éléments permette le passage d'air comprimé pour le refroidissement, selon le sens des fleches A. Dans l'extrémité de la canne métallique, un embout protecteur 31 en pyrex assure la continuité optique de la fibre de verre jusqu'à l'orifice de mesure 32.Une chambre annulaire 33 est prévue autour de l'embout pour que l'air arrivant de l'intérieur du tube precédent pénètre par des conduits 34 dans cette chambre annulaire et s'échappe ensuite par l'orifice de mesure, selon la fleche B. Ce jet d'air sous pression a pour rôle de dégager l'orifice de mesure contre tout encrassement éventuel ou obstruction par des poussieres ou autres projections. En fonctionnement, une impulsion de courant de durée réglable de 1 à 100 secondes est appliquee séquentiellement par le compteur de la base de temps 17 à chaque relais électro-pneumatique de commande 16. La pression de commande correspondante à la sortie du relais actionne le vérin pneumatique 8 dont le piston assure la rotation de l'équerre 18 autour de son axe, transformant le déplacement longitudinal du piston en un déplacement longitudinal orthogonal du levier 7. Ce déplacement est transmis au conducteur optique qui se trouvait dans une position de repos et l'amène en position de travail lorsque l'épaulement 20 s'appuie sur la butée 21. La brillance énergétique de la source 1, captée par la canne 22 puis transmise par le conducteur optique souple, est ensuite convertie en un signal électrique par le détecteur de rayonnement 11. Lorsque l'impulsion de commande du relais électro- pneumatique cesse, les éléments reprennent leur position initiale, le conducteur optio e e retire en position de repos, dégageant !'entrée du détecteur. Une nouvelle impulsion de courant est alors envoyée sur le relais correspondant à la séquence suivante et le même mécanise se reproduit de proche en proche. L'alimentation séquentielle des relais entraine une commutation de même séquence des conducteurs optiques devant le détecteur. Le fonctionnement automatique du dispositif peut être débrayé en fonctionnement manuel où l'opérateur peut sélecticner sur la base de temps un point de mesure particulier pendant un temps déterminé. Le dispositif selon l'invention trouve une application Farticulierement avantageuse dans les installations de coulée continue, pour suivre de façon très précise le refroidissement du lingot en cours de solidification. Dans ces installations, on a observé des défauts apparaissant à la surface du métal, dus à un refroidissement non homogène des différentes faces du lingot, dans les premiers instants suivant la sortie de la lingotière. L'apparition de points faibles peut entrainer des percées du lingot et des perturbations graves de fonctionnement de toute l'installation. Pour suivre la température simultanément sur toutes les faces du lingot, on dispose tout autour et sur plusieurs niveaux des cannes pyrométriques telles que décrites précédemment, à quelques millimètres du métal, entre les rouleaux de guidage. Les mesures enregistrées permettront alors de vérifier l'homogénéité du refroidissement et d'agir immédiatement, soit sur la vitesse d'extraction du lingot, soit sur le débit des jets d'eau de refroidissement, afin de corriger les écarts de température. Compte tenu de la chaleur intense qui règne au voisinage de la coulée et de la place très limitée pour disposer des appareils de mesure, il est avantageux de pouvoir transmettre les différentes mesures à un seul détecteur et de les analyser successivement grâce à un commutateur de conducteurs optiques selon l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesures pyrométriques constitué de conducteurs optiques souples transmettant le rayonnement mesuré à un détecteur de rayonnement, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un conducteur optique et un commutateur mécanique pour amener et retirer sequentiellement chaque conducteur optique en regard du détecteur de rayonnement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le commutateur mécanique est constitué, pour chaque conducteur, d'un levier portant le conducteur optique, actionne par un vérin pneumatique, lui-même commandé par un relais électropneumatique. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le levier vient s'appuyer sur une butée, évnetuellement réglable, lorsque le conducteur optique se trouve en regard du détecteur de rayonnement. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les déplacements du vérin et du conducteur optique sont dans des directions perpendiculaires et liés à la rotation d'une équerre pivotant autour de son axe, comportant deux branches ajourées dans lesquelles viennent coulisser l'extrémité du piston du vérin d'une part, et le levier portant l'extrémité du conducteur optique d'autre part. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque conducteur optique est logé de façon lâche à l'inte- rieur d'un tuyau en matière souple, l'espace ménagé entre ces deux éléments servant pour le passage d'air de refroidissement. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque conducteur optique se termine, côté pièce à mesurer, par un embout en pyrex entouré par une chambre annulaire et présentant à son extrémité un orifice pour l'échappement de l'air de refroidissement.