Brevet FR2368025A1 — publié le 19780512

La présente invention concerne un dispositif pour la mesure de la température utilisé généralement pour la télémesure de la température régnant dans les enroulements des transformateurs à haute tension, dans les électromoteurs de grande puissance ainsi que dans les réacteurs chimiques contenant un milieu corrosif. Pour éviter la surchauffe des transformateurs à haute tension et d'autres appareils électriques on a recours à des dispositifs pour la mesure de la température satisfaisant aux exigences suivantes. Les dimensions de l'élément thermosensible doivent être réduites au minimum pour qu'on puisse le monter directement sur l'enroulement sans perturber la répartition des champs électromagnétiques et thermiques dans l'appareil électrique. La liaison par fil électrique entre l'élément thermosensible monté dans le point etudié et appareil de mesure disposé dans une zone racilement accessible doit être éliminée. En outre, l'élément thermosensible et la voie de transmission doivent être riables et de longue durée de service. On connait un dispositif pour la mesure de la température (voir, par exemple, le brevet de RFA n" 1 151 314) comportant un élément thermosensible dont le rôle est rempli par une thermistance branchée dans le circuit électronique. La résistance de la thermistance varie en fonction de la variation de la température à mesurer. Le circuit électronique transforme le signal provenant de la thermistance qui est ensuite envoyé vers l'appareil de mesure. La liaison par fil électrique entre l'élément thermosensible et l'appareil de mesure limite le domaine d'utilisation du dispositif susmentionné pour la mesure de la température régnant dans les appareils électriques à très haute tension On connait un dispositif servant à mesurer des températures comportant un élément thermosensible constitué par une thermistance branchée dans un circuit oscillant. Ce dispositif comporte aussi une source autonome d'alimentation et un élément de transformation des oscklations électriques qui apparaissent dans le circuit pendant le changement de la température du milieu à mesurer en ondes ultra-sonores. Cet élément peut être réalisé sous forme d'un condensateur piézocéramique. La fréquence des vibrations ultra-sonores enregistrée par un appareil secondaire varie aussi en fonction de la variation de la température.La complexité du circuit et les grandes dimensions de l'élément thermosensible, ainsi que la nécessité d'utiliser une source d'alimentation autonome reduisent la fiabilité du fonctionnement du dispositif pour la mesure de. la température. On connait aussi un dispositif pour la mesure de la températurecomportant un élément thermosensible en forme de prisme plongé dans un liquide dont l'indice de refraction diminue d'une façon monotone (c'est-à-dire dans le même sens) avec l'augmentation de la température et relié par un système optique à une source de lumière et à un photorécepteur de l'appareil de mesure. Ce dispositif est destiné essentiellement à mesurer la température des liquides transparents. - L'image de la source de lumière, constituée dans ledit dispositif par le filament d'une lampe électrique, est projeté sur un photorécepteur à l'aide d'une lentille et de deux plaques en verre montées dans une chambre étanche et inclinées l'une par rapport à l'autre d'un angle de 450 Les plaques sont plongées dans le liquide à étudier de façon à constituer un prisme à liquide. L'une des plaques en verre, inclinée sous un angle de 45 par rapport à l'axe longitudinal de la chambre, est rendue solidaire d'une façon hermétique de celle-ci. L'autre plaque, montée normalement par rapport à l'axe de la chambre, est revêtue d'une couche métallique réfléchissante. Le photorécepteur est constitué par deux photocellules collées l'une contre l'autre par leurs faces latérales et branchées d'après un montage différentiel.La température du liquide à mesurer étant changée, son indice de réfraction varie de telle sorte que l'image du filament subit un écartement dans le plan du photorécepteur. Dans ce cas, l'indication de l'appareil branché à la sortie du montage différentiel varie aussi. D'après les indications de l'appareil on juge de la température du liquide étudié. La source de lumière et le photorécepteur du dispositif susmentionné sont placées dans la même chambre que la lentille, la fixation de tous les éléments du dispositif étant obligatoire, car tout écartement de l'un deux entraîne une erreur de mesure. Il en résulte donc, que l'usinage de ce dispositif pour la mesure de la température sous l'effet des charges mécaniques élevées et des vibrations devient impossible. La complexité du dispositif et, par suite, les grandes dimensions ne permettent pas son montage entre les spires de l'enroulement d'un appareil électrique, par exemple, d'un transformateur. La présence de la liaison par fil électrique entre la source d'alimentation et l'appareil d'enregistrement limite aussi son domaine d'utilisation pour la mesure de la température d'un appareil à haute tension. La présente invention a pour but de créer ùn dispositif- pour la mesure de la température comportant un élément thermosensible réalisé sous forme d'un prismebetraédrique en verre et permettant d'augmenter le degré de précision et la fiabilité de la mesure de la température, de simplifier la construction de l'élément Bthermosensible, d'élever sa résistance mécanique et de réduire ses dimensions pour effectuer la mesure de température directement au point à étudier de l'enroulement de l'appareil électrique. Le problème posé est résolu par le fait que le dispositif pour la mesure de la température comportant un élément thermosensible réalisé sous forme d'un prisme immergé dans un liquide dont l'indice de réfraction diminue d'une façon monotone avec l'augmentation de la température et relié par un système optique à une source de lumière et à un photorécepteur de l'appareil de mesure, selon l'invention ledit dispositif est pourvu d'un élément thermosensible réalisé sous forme d'un prisme tétraédrique en verre dont deux faces latérales opposées sont inclinées par rapport à la base du prisme sous un angle de réflexion interieure complète propre à ce type de liquide et est utilisé en verre à partir duquel ce prisme est fabriqué, le système optique étant réalisé sous forme d'un conduit de lumière fibreux relié rigidement par l'une de ses extrémités à la base du prisme et, d'après le changement du flux lumineux sortant du prisme, on juge de la température du liquide dans lequel on l'a plongé. Pour la mesure de la température des milieux solides et gazeux il est avantageux de disposer ledit prisme tétraédrique dans une capsule auxiliaire remplie dé liquide précité. Selon l'invention le dispositif pour mesurer la température comporte un élément thermosensible aux dimensions réduites monté par exemple dans un appareil électrique et relié à l'appareil de mesure à l'aide d'un conduit de lumière fibreux flexible en n'assurant que la liaison optique de l'élément thermosensible avec l'appareil de mesure. Le dispositif se caractérise par la simplicité et la fiabilité de la construction de l'élément thermosensible. Les dimensions réduites de l'élément thermosensible et l'absence de pièces métalliques dans l'élément susmentionné permettent d'utiliser ce dispositif pour la mesure de la température des enroulements des appareils électriques à très haute tension à écartement petit des spires et dans n'importe quel point de l'appareil. L'élément thermosensible est conçu de façon qu'on peut employer le dispositif selon l'invention pour mesurer la température dans des appareils chimiques contenant un milieu corrosif. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description-d'un mode de sa réalisation avec référence aux dessins an nexés, dans lesquels La figure 1 représente le dispositif pour la mesure de la température selon l'invention la figure 2 est une coupe longitudinale de la capsule abritant le prisme, selon l'invention. Le dispositif pour la mesure de la température proposé comporte un élément thermosensible en forme de prisme 1 (fig. 1) plongé dans un liquide servant d'un milieu à mesurer la température. L'indice de réfraction du liquide 2 diminue d'une façon monotone avec la hausse de la température. L'élément thermosensible est réalisé sous forme d'un prisme tétraédrique en verre dont deux faces latérales opposées 3 et 4 sont disposées parrapport à la base 5 du prisme 1 sous un angle 8 de réflexion in intérieure complète propre à ce type de liquide 2 et de verre à partir duquel ce prisme 1 est fabriqué. La quatrième face 6 du prisme 1 est parallèle à la base 5. Le prisme 1 est relié à une source 7 de lumière et à un photorécepteur 8 de l'appareil de mesure 9 à l'aide d'un conduit de lumière fibreux constitué par deux faisceaux irréguliers 10 et 11.On emploie comme source de lumière 7 un laser à mélange d'arséniure et de gallium et le 8 photorécepteur/est réalisé sous forme d'une photodiode de silicium. Deux faisceaux 10 et Il sont-fixés à la base 5 du prisme 1 à l'aide d'une colle qui est une solution de durcisseur de la fraction de polyamide dans une modification liquide de la resine époxydiane préparée par leur mélange-immédiatement avant le processus de collage, de sorte que l'axe d'un faisceau 10 se croise avec la face latérale 3 du prisme 1 et l'axe de l'autre faisceau 11 se croise avec la deuxième face 4. Les extrémités libres 12 et 13 des faisceaux 10 et Il sont reliées à l'aide de la même colle à la source de lumière 7 et au photorécepteur 8 de l'appareil de mesure 9. Pour mesurer la température des matières solides et gazeuses le dispositif comporte en outre une capsule 14 (fig. 2) dans laquelle est placé le prisme 1 tétraédrique en verre remplie de liquide 2. Le dispositif selon l'invention fonctionne de façon suivante. On plonge complètement le prisme en verre 1 (fig. 1) dans le liquide 2 dont la température doit être mesurée. L'émission provenant de la source 7 de lumière est propagée par le faisceau 10 et en sort sous forme d'un flux lumineux s'élargissant qui varie en fonction de l'ouverture de fibre du conduit de lumière. Une partie de flux lumineux étant reflété de la face latérale 3 du prisme 1 passe vers la face 6 du prisme 1. L'autre partie de flux lumineux en forme de rayon refracté passe dans le liquide 2. L'angle d'incidence des rayons sur la face 6 du prisme 1 dépassant l'angle i de réflexion intérieure complète, le flux de lumière subit la réflexion complète de la face 6 et va vers la deuzième face latérale 4. Cette face 4 comme la face 3 réfléchit une partie de flux de lumière qui arrive dans le conduit de lumière fibreux Il et est-envoyé vers le photorécepteur 8 de l'appareil de mesure 9. L'indice de réfraction du liquide 2 varie avec l'augmentation de la température, tandis que celui du matériel du prisme qui est en verre reste pratiquement invariable. La portion des flux lumineux réfléchis par les faces 3 et 4 latérales pendant la hausse de la température augmente, en entainant par suite l'accroissement du flux de lumière se dirigeant vers le photorécepteur 8 de l'appareil de mesure 9. On atteint la plus grande précision de mesure quand l'angle d'incidence du rayon axial sur la face latérale 3 du prisme 1 est égal à l'angle de réflexion intérieure complète. D'après les indications de l'appareil de mesure 9 gradué en unités de la grandeur à mesurer on détermine la température du liquide 2 entourant le prisme 1. La température du milieu solide ou gazeux peut être mesurée en mettant la capsule 14 (fig. 2) du dispositif dans un endroit déterminé. Avec le temps le liquide 2 se trouvant dans la capsule 14 entourant le prisme aura la température de la matière à étudier grâce à l'échange de chaleur avec le milieu ambiant. D'après la température du liquide mesurée on peut juger donc de la température de la matière solide ou gazeuse, dans laquelle la capsule 14 est disposée. Selon l'invention, le dispositif pour la mesure de la température comporte l'élément thermostable, de dimensions réduites, qui est relié à l'appareil de mesure à l'aide du conduit de lumière fibreux flexible n'assurant que la liaison optique de l'élément thermosensible avec l'appareil de mesure. Le dispositif se caractérise par la simplicité et par la fiabilité de la construction de l'élément thermosensible. Les dimensions reduites de l'élément thermosensible et l'absence des pièces métalliques dans l'élément susmentionné permettent d'utiliser ce dispositif pour la mesure de la température d'enroulements d'appareils électriques à très haute tension à petits écartements des spires et à n'importe quel point de l'appareil électrique, ainsi que dans des appareils chimiques contenant du milieu corrosif. REVENDiCATIONS 1. Dispositif pour la mesure dé la température comportant un élément thermosensible réalisé sous forme d'un prisme disposé dans un liquide dont l'indice de réfraction diminue d'une façon monotone avec l'augmentation-de la température et relié par un système optique à une source de lumière et à un photorécepteur de l'appareil de mesure, caractérise par le fait, que l'élément thermosensible est réalisé sous forme d'un prisme tétraédrique en verre dont les deux faces latérales opposées sont disposées par rapport à la base du prisme sous un angle e de réflexion intérieure complète propre à ce type de liquide et de verre à partir duquel ce prisme est fabriqué, le système optique étant réalisé sous forme d'un conduit de lumière fibreux relié rigidement par l'une de ses extrémités à la base du prisme, de sorte que d'après le changement du flux lumineux sortant du prisme, on juge de la température du liquide dans lequel on l'a disposé. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que pour mesurer la température des milieux solides et gazeux ledit dispositif est pourvu complémentairement d'une capsule dans laquelle est disposé le prisme tétraédrique susmentionné en verre, la capsule en question étant remplie du liquide précité.