Brevet FR2304908A1 — publié le 19761015

La présente invention concerne les pyromètres du type qui comprend un capteur de rayonnement. On utilise des pyromètres de ce type pour la mesure de la températurne-pax exemple dans les moteurs à turbine à gaz. Le fonctionnement efficace d'un tel moteur dépend d'une température optimale des ailettes de la turbine, et on doit donc contrtler cette température et réaliser automatiquement ou manuellement les réglages- convenables afin que cette température optimale soit maintenue. On a utilisé des pyromètres à radiation pour la détection directe de la température des ailettes de turbine, mais ils présentent l'inconvénient que les capteurs de rayonnement disponibles ont des caractéristiques qui dépendent de la température ambiante ainsi que du niveau d'énergie du rayonnement reçu. Bien qu'on puisse habituellement placer le capteur de rayonnement loin d'une région présentant des variations très importantes de température, il est-encore en général nécessaire de prendre des précautions lorsqu'on doit éviter des erreurs importantes dépendant de la variation de la température ambiante, sur la mesure finale de la température des ailettes. A cet égard, on a habituellement mesuré la température ambiante du capteur et réalisé une correction de lterreur par réglage du gain d'amplification du signal de sortie du capteur.Cependant, ce procédé pose des problèmes lorsqu'unie correction satisfaisante doit être réalisée dans toute la plage de fonctionnement du pyromètre ; en particulier, ce problème est délicat lorsque le prix-et la complica tison ne doivent pas wetre importants. L'invention concerne un pyromètre à radiation ne présentant pas ces problèmes. Plus précisément, l'invention concerne un pyromètre à radia-tion tel qu'un dispositif de chauffage est associé au capteur de rayonnement afin qu'il règle la température ambiante de ce dernier. Dans le cas du pyromètre à radiation selon l'invention, le dispositif de chauffage peut assurer l'établis- sement d'une température ambiante prédéterminée du capteur dans toute sa plage de fonctionnement ou dans une partie quelconque de celle-ci afin que l'erreur due aux variations normales de cette température puisse être éliminée ou au moins réduite de façon importante, d'une-manière simple. Le dispositif de chauffage fonctionne avantageusement afin que le capteur soit maintenu à une température ambiante légèrement supérieure à la température maximale qu'on peut normalement prévoir pour l'ensemble du capteur, dans les conditions d'utilisation. D'autres caractéristiques et avantages d'un pyromètre à radiation selon l'invention, destiné à la mesure de la température des ailettes de la turbine d'un moteur à gaz, ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est un schéma d'un pyromètre à radiation et de son installation dans un moteur à turbine à gaz - la figure 2 est une coupe d'un dispositif qui fait partie du pyromètre de la figure I et qui contient le capteur de rayonnement du pyromètre ; et - les figures 3 à 5 représentent un dispositif qui peut remplacer celui de la figure 2 dans le pyromètre de la figure 1. La figure 1 représente un pyromètre à radiation selon l'invention qui comporte une tette 1 montée afin qu'elle dépasse à travers le carter 2 de la turbine, depuis l'intérieur du conduit 3 de dérivation du moteur. La twete 1 est dirigée vers les ailettes 4 de la turbine et, à son extrémité 5 placée dans le carter 2, elle porte une lentille 6 en saphir synthétique destinée à rassembler les radiations provenant des ailettes 4 à un foyer. Le nez 5 de la tette 1 placée dans le carter 2 est entouré par un tube 7 de visée qui canalise les radiations des ailettes 4 vers la lentille 6.Le tube 7 a aussi pour r81e particulier de rendre minimale la réception des radiations directes ou réfléchies de la chambre de combustion du moteur.De l'air pénètre dans la paroi creuse du tube de visée 7 par un orifice 8 afin qu'il forme un courant à la face externe de la lentille 6 et réduise ainsi les possibilités d'encrassement de cette surface par des dépits de carbone. La lentille 6 focalise les radiations reçues à l'extrémité 9 d'une liaison 10 à optique de fibres placée dans la toute 1. La liaison 10 qui comprend un faisceau Il de fils de fibres de verre placé dans une gaine 12 de matière plastique et protégé extérieurement par une tresse 13 d'acier inoxydable, est disposée entre la toute 1 et l'extérieur jusqu'à un ensemble détecteur 15, à travers la paroi du carter 14. L'ensemble 15 est monté à un emplacement relativement froid sur le moteur et il transforme le signal optique transmis par la liaison 10 en un signal électrique. Ce dernier parvient à un amplificateur 16 puis ensuite à un indicateur 17 et à un ensemble 18 de commande de moteur à la fois. La transformation du signal optique en signal électrique est réalisée par un capteur 19 de rayonnement qui est placé en butée contre l'extrémité 20 de la liaison 10 à l'intérieur de l'ensemble 15. Le dispositif 19 représen- té sur la figure 2, comprend une cellule phctoélectrique 21 logée dans un bloc métallique 22. La cellule 2. est en butée contre ltextrémité 20 de la liaison 10 dans le bloc 22 si bien qu'elle est sensible aux radiations transmises de la tête 1 par le faisceau 11. La réponse de la cellule 21 au rayonnement reçu et en conséquence l'amplitude du signal transmis à l'amplificateur 16 dépend de la température ambiante en particulier de celle du bloc 22. Bien que l'ensemble détecteur 15 soit disposé sur le moteur à une certaine distance des régions présentant des variations très importantes de température, la variation de température à cet emplacement (par exemple entre -60 et +2000C) suffit en général lorsqu'elle est appliquée à la cellule 21, à produire. une variation importante de la réponse en fonction du rayonnement reçu. Cette variation qui est due aux variations de la température ambiante de la cellule 21, introduit une erreur importante dans l'indication de la température des ailettes de la turbine en fonction de l'amplitude du signal transmis à l'amplificateur 16.Cette erreur est éliminée selon l'invention ou au moins très réduite, par maintien de la cellule 21 à une température ambiante sensiblement constante. A cet ef fet, le bloc 22 est entouré d'un élément bobiné 23 de chauffage électrique et cet élément est excité par une alimentation 24 afin qu'il maintienne le bloc 22 à une température légèrement supérieure à la température maximale normalement prévue à l'emplacement de l'ensemble détecteur 15. La température du bloc 22 est détectée par une thermistance 26 (une diode à semi-conducteur ou un enroulement résistant peuvent aussi étre utilisés). Le signal tiré de la thermistance 26 parvient à un ensemble 27 de réglage de la température qui compare lamplitude de ce signal à une valeur de consigne. Cette dernière, fixée dans l'ensemble 27, établit la température voulue pour le bloc 22 et l'ensemble 27 regle l'alimentation du dispositif 23 de chauffage, par l'intermédiaire de ensemble 24, en fonction du résultat de la comparaison afin que le bloc 22 soit maintenu à la température de consigne. Comme la température du bloc 22 (et en conséquence la température ambiante de la cellule 21) est maintenue à une valeur sensíblement constante, l'amplitude du signal de sortie de la cellule 21, transmis à l'amplificateur 16, forme une mesure précise (et normalement non linéaire) du rayonnement reçu à partir des ailettes 4 donc aussi de la température des ailettes. L'indicateur 17 donne une indication convenable de ette température alors que ensemble 18 assure la commande nécessaire du moteur en fonction du signal transmis par l'amplificateur 16, de manière que le moteur ait un fonctionnement efficace. Les figures 3 à 5 représentent une variante du capteur 19 de rayonnement. Dans le mode de réalisation des figures 3 à 5, la cellule photoélectrique est remplacée par une jonction P-N d'un semi-conducteur, placée dans une plaquette 30 de silicium portee par la face avant 31 (figure 4) d'un substrat 32 d'alumine. Un dépit 33 d'or formé sur la face 31 est disposé sous la plaquette 30 sur le substrat 32 et permet la connexion électrique avec une face de la jonction P-N La connexion électrique de l'autre face de la jonction est réalisée par un fil d'or 34. Celui-ci dépasse d'une bande 35 d'or qui est déposée sur la face supérieure de'la plaquette 30, et rejoint un patin 36 de connexion qui forme un ilzot détaché du dépit 33 par attaque chimique. La face avant 31 du substrat 32 portant la plaquette 30, est enrobée dans un élément de résine vitreuse qui est en butée contre l'extrémité 20 de la liaison 10 à optique de fibres. Un élément sinueux 38 de chauffage est attaqué dans un dépit d'or ou d'un autre métal sur l'autre face 39 du substrat 32 (figure 5). Une diode 40 à semi-conducteur est enrobée derrière le substrat 32 dans une masse 41 d'une mousse collante, afin quelle se trouve en dehors des radiations reçues. La diode 40 transmet dans ce cas le signal correspondant à la température ambiante du capteur de rayonnement. L'utilisation d'un composant séparé, c'est-à-dire de la diode 40, pour la détection de la température ambiante de la jonction P-N, peut étre évitée par utilisation à cet effet d'une petite partie marginale de la plaquette 30, en dehors de la région qui reçoit les radiations provenant de la liaison 10. La figure 4 représente cette caractéristique en trait interrompu, un coin 42 de la plaquette 30 étant représenté isolé du reste, par attaque chimique ; une connexion spéciale 43 à fil d'or est alors formée dans le coin 42 et le dépit 33 constitue une connexion commune à la diode et au capteur. REVENDICATIONS 1. Pyromètre du type qui comprend un capteur de rayonnement, caractérisé en ce qu'un dispositif de chauffage est associé au capteur de rayonnement afin qu'il règle la température ambiante du capteur. 2. Pyromètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de rayonnement est logé dans un bloc métallique, et le dispositif de chauffage est en contact thermique avec le bloc. 3. Pyromètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de rayonnement est un dispositif à semiconducteur porté par une face avant d'un substrat, et le dispositif de chauffage estporté par la face arrière du substrat. 4. Pyromètre selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de chauffage est formé par un élément métallique sinueux réalisé sur la face arrière du substrat. 5. Pyromètre selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif sensible à la température, destiné à détecter la température ambiante du capteur de rayonnement. 6. Pyromètre selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'alimentation électrique du dispositif de chauffage est régulée en fonction du résultat de la comparaison entre la valeur de la température détectée par le dispositif de détection de température et une valeur de consigne. 7. Pyromètre selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le capteur de rayonnement et le dispositif de détection de la température sont tous deux des éléments à semi-conducteur formés sur la meme face d'un substrat. 8. Pyromètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le rayonnement parvient au capteur par une liaison à optique de fibres. 9. Pyromètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est monté dans un moteur à turbine à gaz et il est destiné à mesurer la température du moteur.