Brevet FR2339861A1 — publié le 19770826

La présente invention se rapporte aux dispositifs de mesure des paramètres physiques des matériaux magnétiques et en particulier à un capteur pour déterminer les variations de perméabilité magnétique des produits métalliques portés à haute température. La technique utilisée pour ces mesures repose surale principe connu d'induire dans la pièce à contrôler des courants Foucault au moyen d'une bobine inductrice placée à proximité de la surface. La réaction des courants induits avec ceux qui leur ont donné naissance entraine, par couplage avec le produit, une modification de l'impédance résultante mesurée aux bornes de la bobine, par suite d'une modification de la perméabilité magnétique du matériau consécutive à une variation de son état physicochimique. Cette variation de composition structurale peut être par exemple le fait d'une transformation allotropique y + a au cours du refroidissement du matériau qu'il s'agit de contrôler. Cette technique a déjà fait l'objet de réalisations technologiques de la part du demandeur dontia dernier en date consiste à soustraire la bobine de détection de l'action de la chaleur dégagée par le produit, en le plaçant dans une enceinte en graphite refroidie intérieurement par une circulation de fluide arrivant par le centre de la bobine. Mais dans cette réalisation l'existence de rétrécissements et de décrochements du circuit de refroidissement risque de donner lieu à des obstructions, par dépôt des saletés et poussières du fluide de refroidissement, dont le résultat est une élévation de température de la bobine et donc une modification de son impédance. Le but de la présente invention est donc de réaliser un capteur électromagnétique de fonctionnement plus fiable, qui garantisse un refroidisement plus efficace du détecteur tout en évitant l'encrassement par le fluide de refroidissement. A cet effet, l'invention a pour objet un capteur pour la détection des variations des paramètres physiques de métaux portés à température élevée, ledit capteur comportant une bobine placée sur- un support, caractérisé en ce que la bobine et son support sont disposés-dans une enveloppe étanche concentrique intérieurement à une chemise de refroidissement à double parois, munie d'une entrée pour le fluide de refroidissement, dont la paroi intérieure est percée d'orifices de sortie du fluide au niveau de la bobine. Selon une réalisation préférée de l'invention, paroi intérieure rejoint la paroi exterieure à'l'extrémité de la chemise en formant un cône divergent dans lequel sont percés les orifices de sortie de façon que les jets de fluide de refroidissement soient dirigés en un point de l'axe du capteur extérieur à ce dernier pour former entre l'extrémité de l'enveloppe et la piece a contrôler un dôme fluide de protection de la bobine contre la chaleur. Comme on le comprend, le refroidissement du capteur est plus efficace, car contrairement au capteur connu, le détecteur est refroidi extérieurement par une série de jets convergeant vers l'extrémité de l'enveloppe contenant la bobine. Etant donne l'orientation de ces jets, il se forme entre l'extrémité de l'enveloppe et le produit a contrôler un véritable matelas de protection fluide qui retombe en remplissant l'espace compris entre l'enveloppe et la chemise de refroidissement. Pour cette raison, llenveloppe doit être parfaitement étanche, et son contenu est noye dans une résine thermo-durcissable. Le trajet du fluide est simplifié au maximum puisqu'il remplit l'espace annulaire de la chemise pour ressortir sous pression par des orifices largement dimensionnés au niveau de la bobine.Ainsi, tout risque d'obturation du circuit, par des corps étrangers en suspension, est écarté. L'invention sera bien comprise en se reportant à la description qui suit, donnée a titre d'exemple en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 repésente en coupe le capteur selon l'invention, suivant la ligne AA de la figure 2. - La figure 2 représente une vue de dessous du capteur montrant la fixation de l'enveloppe par des segments élastiques. - La figure 3 est une coupe partielle selon la ligne BB de la figure 2, montrant des détails technologiques. Le capteur représente sur la figure 1 se compose essentiellement, de l'axe principal vers la périphérie, d'une bobine de détection 1 placée autour de son support 2 tubulaire, l'ensemble étant contenu a l'intérieur d'une enveloppe 3 en matériau refractaire traversant le fond 4 soudé d'une chemise cylindrique à doubles parois 5, 6 concentriques à l'enveloppe. La chemise étant destinée a constituer un circuit de refroidissement, le fond et les parois cylindriques sont de préférence en acier inoxydable. La chemise est munie d'une entrée de fluide sous la forme d'une conduite 7 soudée au fond et à la paroi extérieure de la chemise et orientée parallèlement à l'axe principal 8 du capteur.De cette façon, le trajet du fluide introduit avec un débit de quelques m3/heure, accuse seulement une légère déviation avant de remplir une première chambre à eau 9 annulaire ménagée entre les deux parois 5,6 de la chemise. Le fluide ressort à l'autre extrémité de cette chambre dans le prolongement de l'entrée par l'intermédiaire d'une pluralité d'orifices 10 pratiqués dans la paroi intérieure 5 de la chemise au niveau de l'extrémité de l'enveloppe 3 contenant la bobine.Selon l'invention, pour améliorer la qualité de la protection de l'élément détecteur 1, la portion de la paroi intérieure dans laquelle sont pratiqués les orifices 10 rejoint la paroi extérieure 6 de la chemise en formant un cône 11 divergeant de telle façon que les axes des orifices convergent tous vers un point 8a de l'axe 8 du capteur, extérieur à ce dern-ier, situé légèrement au dessus de l'enveloppe 3.L'enveloppe faisant saillie au centre de la chemise sur une longueur sensiblement inférieure à celle de ladite chemise, et la surface de la piece à contrôler (non représentée) étant située seulement à quelques centimètres au-dessus du capteur, les jets de fluide sortant sous pression par les orifices 10 forment un dome de protection efficace contre la chaleur, dans l'espace situé entre 1 'extrémité de l'enveloppe 3 et la surface du produit à contrôler. De ce fait, le produit en défilement continu porté à une température de l'ordre de 1000"C se refroidit localement et temporairement, mais d'une quantité si faible que cette baisse de température ne modifie-pas sensiblement les pro priétés physico-chimiques du produit et n'est pas préjudiciable à la signification des mesures.Le fluide retombe ensuite de part et d'autre de l'enveloppe 3 et remplit une deuxième chambre 12 annulaire=situee entre la paroi intérieure 5 de la chemise et l'enveloppe, avant d'être évacué par débordement au dessus de la chemise Les diamètres relatifs de l'enveloppe et des parois de la chemis e sont étudiés pour que cette deuxième chambre soit de volume supérieur à la premiere afin de compenser le fait que la circulation du fluide y est moins intense et constitue seulement un bain pour l'enveloppe Néanmoins, les echanges thermiques sont très favorables par les actions conjuguées du dôme protecteur et du bain. L'enveloppe est constituée de deux parties cylindriques respectivement supérieure 3 et inférieure 13, séparées par un noyau 14 en materiau isolant, par exemple en plexiglass qui traverse le fond 4 de la chemise par un alésage 15 pratiqué à cet effet et qui prend appui sur ce dernier par un epaulement 16 supérieur. Le noyau est pressé contre le fond de la chemise et bloqué en rotation au moyen de deux segments élastiques 17 ayant subi un traitement anodique pour éviter l'oxydation. La figure 2 montre clairement la disposition parallèle de ces deux segments prenant appui sur les pans coupés de l'usinage orthogonal pratique sur la périphérie inférieure du noyau jusqu'à la ligne de séparation avec le fond de la chemise. Le détail de la figure 3 illustre la fixation de l'extrémité d'un segment 17 enroulé autour d'un goujon en acier inoxydable soudé sur 1 'épaisseur de la paroi intérieure 5 de la chemise, segment logé dans la cornière d'une patte 19 serre contre le fond 4 de la chemise par un écrou 20. Avec ce dispositif de fixation et de centrage de l'enveloppe, une simple rotation d'un huitième de tour dans un sens quelconque amène les segments élastiques en contact avec deux arêtes opposées entre les pans coupés du noyau 14, ce qui permet de dégager rapidement l'enveloppe et la tète de détection par l'extrémité ouverte de la chemise. Des brides 21 de fixation en acier inoxydable visibles sur les figures 2 et 3, sont soudées sur la paroi extérieure 6 de la chemise afin de fixer le capteur sur un dispositif de sustentation classique non représenté. La tête de bobine 1 logeant les enroulements et le support 2 tubulaire de la bobine sont fabriqués en un matériau isolant électrique et thermique, et peuvent être également en plexiglass. Le support de bobine vient se loger dans un alésage 22 correspondant du noyau, qui se prolonge a travers celui-ci par un autre alésage 23 de diamètre plus petit pour permettre le passage d'un cable 24 blindé quatre fils destiné.àl'alimentation de la bobine, par un courant d'une dizaine de milliampères, et a la transmission a distance des signaux détectés. Un système classique d'arrêt constitué d'une entretoise 25 et d'un plateau 26 en laiton percé d'un orifice 27 retient la boucle 28 formée avec le cable entre le noyau 14 et le plateau 26.Un goujon 29 traversant le noyau serre d'une part l'entretoise 25 et d'autre part le couvercle inférieur 30 de l'enveloppe contre le noyau au moyen de deux écrous de blocage 31, 32 respectivement. Tous les éléments précités intérieurs aux deux parties de l'enveloppe sont noyés dans une résine thermo-durcissable injectée par les conduits 33.de communication pratiqués dans le noyau entre les deux parties de l'enveloppe. Dans cette réalisation, la bobine de détection est plus précisément un transformateur d'impédance à couplage serré dont le rapport de transformation est de l'ordre de 1/5 entre le secondaire et le primaire respectivement. Les enroulements plats sont disposés autour du support dans deux encoches annulaires superposëes de la tête de bobine 1, de façon a constituer successivement vers l'extérieur du capteur suivant l'axe principal le primaire 34 et le secondaire 35 couplés magnétiquement. La transmission des signaux détectés est ainsi réalisée à basse impédance, ce qui autorise une longueur de cable d'une centaine de mètres sans altération des signaux utiles.La tension mesurée au secondaire traduit les variations du paramètre physique à contrôler par couplage inductif du matériau avec les enroulements du détecteur. Les essais réalisés avec ce type de capteur ont montré que l'élément détecteur ne subit aucune élévation de température et que le circuit de refroidissement reste absolument propre. Le capteur selon l'invention est applicable notamment pour mesurer les variations de perméabilité magnétique d'un produit magnétique en défilement continu et en cours de refroidissement, afin de détecter la zone de la transformation y + a du matériau lorsque sa température devient i-nférieure à son point de Curie et que le ferromagnétisme apparait. La détermination de cette zone de transformation peut, en particulier, être utilisée pour régler la conduite d'un train a tôles. REVENDICATIONS 1 - Capteur pour 'a détection des variations des paramètres physiques de métaux portés à température élevée, ledit capteur comportant une bobine placée sur un support, caractérisé en ce que la bobine et son support sont disposés dans une enveloppe étanche concentrique intérieurement à une chemise de refroidissement à double parois munie d'une entrée pour le fluide de refoidissement, dont la paroi interieure est percée d'orifices de sortie du fluide au niveau de-la bobine 2 - Capteur selon la revendication 1 caracérisé en ce que la paroi intérieure rejoint la paroi extérieure à l'extrémité de la chemise en formant un cône divergent dans lequel sont perces les orifices de sortie de façon que les jets de fluide de refroidissement soient dirigés en un point de 7'axe du capteur extérieur à ce dernier pour former entre ltextremite de l'enveloppe et la pièce à contrôler un dôme fluide de protection de la bobine contre la chialeur. 3 - Capteur selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la bobine est constituee de deux enroulements superposés autour du support formant successivement vers l'extérieur du capteur suivant l'axe principal un primaire et un secondaire couples magnétiquement. 4 - Capteur selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la bobine et son support sont noyés à l'intérieur de l'enveloppe dans une résine thermo-durci ssable. 5 - Capteur selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'enve- loppe, centrée par un alésage pratiqué dans le fond de la chemise et pressée contre ce dernier par des segments élastiques est démontable.