Brevet FR2494844A1 — publié le 19820528

CAPTEUR DE RAYONNEMENT POUR MESURER LES TEMPERATURES DE MATERIAUX EN VRAC CHAUDS, NOTAMMENT D'ENROBES BITUMINEUX. L'invention a pour objet un capteur de rayonnement ou pyromètre pour mesurer les températures de matériaux en vrac fortement chauffés, notamment de masses de matériaux générateurs de poussières et/ou de vapeurs, plus particuliè- rement d'enrobés bitumineux tels que l'asphalte roulé ou coulé, ledit capteur étant placé, avec son optique, dans un dispositif de support o est intercalé un tube de protec- tion. La mise en oeuvre de capteurs ou de sondes du Commer- ce, pour saisir la température de matériaux en vrac fortement chauffés et générateurs de poussières et de vapeurs, présen- te de notables difficultés. Pour pouvoir procéder à des mesu- res de température correctes dans le domaine allant de O0C à + 500C, on doit pouvoir garantir que l'optique de l'ins- trument, qu'il soit en fonctionnement intermittent ou perma- nent, ne soit pas soumise à une température maximale dépas- sant 40C et qu'elle reste libre de poussières fines comme de gouttelettes de condensation. A titre d'exemple, dans les installations produisant des enrobés bitumineux, la connais- sance de la température précise de ceux-ci est une condition inéluctable pour la poursuite des opérations. Les valeurs obtenues servent, par exemple, au réglage de brûleurs ou à la conservation précise des valeurs prescrites. Or, le déga- gement de poussières provoque des erreurs de mesure non né- gligeables. De même, les phénomènes d'usure du capteur de rayonnement modifient l'exactitude des résultats fournis. Dans un capteur de rayonnement connu à tube protec- teur, l'extrémité libre de ce dernier porte un "brise-escar- billes". De l'air comprimé est dirigé vers des orifices ou des buses situés à l'extrémité libre du tube afin de libérer la surface à mesurer de particules charbonneuses, le tube protecteur, télescopique, étant ensuite rentré. Ceci n'exclut pas le risque d'arrivée de poussières ou de particules char- bonneuses à l'intérieur du tube de protection, voire jusqu'au pyromètre lui-même. En outre, ledit tube de protection ne peut être maintenu libre de poussières ni de vapeurs. On con- nait par ailleurs un procédé consistant à disposer, dans la tête active d'un appareillage de mesure comportant une cellule de saisie, une optique et un tube de protection, un sas à air précédant l'optique, avec un ajutage d'arrivée d'air et un ajutage de départ, ces derniers étant dans une position oblique par rapport à l'axe du tube. Cet agencement ne donne pas davantage l'assurance de protéger l'optique du pyromètre contre l'arrivée de poussières, de vapeurs etc. Le passage d'un écoulement d'air perpendiculairement à l'axe du tube provoque un effet Venturi pouvant entraîner l'aspira- tion d'impuretés, de poussières et de vapeurs etc. jusqu'à l'appareillage de mesure proprement dit, compromettant d'une manière importante la commande des opérations en aval, dédui- te de la température mesurée. L'invention vise donc à créer un dispositif capteur de rayonnement du type précité, destiné à mesurer les tempé- ratures de matériaux en vrac etc., dans lequel le capteur et son optique soient totalement protégés contre les effets perturbateurs tels que le dégagement de poussières, l'en- crassement, la condensation etc., de manière à permettre la saisie correcte de températures. L'invention est carac- térisée par le fait que l'orifice d'admission d'air communi- que avec une chambre intérieure close disposée à la suite de l'optique et située dans le tube de protection ou dans le support de ce dernier. Gr4ce à une telle disposition de l'amenée d'air vers le capteur de rayonnement, qui est l'instrument de mesure proprement dit, on obtient, d'une façon simple et sûre, l'assurance de protéger parfaitement et fiablement l'optique de l'instrument contre les phénomènes nocifs qui accompagnent les matériaux échauffés, tels que le dégagement de poussiè- res, de vapeurs etc., ce qui permet de saisir et de mesurer, sans distorsions, le rayonnement partant desdits matériaux etc. Une chambre de refoulement est créée au voisinage direct de l'optique, à la naissance du tube de protection et un cou- rant de convection d'air, dirigé vers l'extrémité ouverte dudit tube, y est entretenu en permanence, de manière à exclure toute pénétration d'impuretés, de poussières, de 249484' vapeurs etc. Le rayonnement incident, qui pénètre dans le tube, n'est pas influencé par la colonne d'air qui se dépla- ce en sens opposé et parvient intact sur la cellule détec- trice. Ainsi, la trajectoire de mesure reste toujours propre et constante et n'est plus influencée par les perturbations engendrées par les enrobés. Ce fait contribue à éviter d'éven tuelles surchauffes des enrobés sous l'action de la commande pilotée par la mesure indiquée par le pyromètre et à sup- primer ainsi des pertes notables d'énergie. De plus, la co- lonne d'air contenue dans le tube de refoulement, maintenue sous une pression d'écoulement constante vers l'extérieur, sert de colonne compensatrice pour les cas de retours de déflagration pouvant prendre naissance dans la zone de la chambre de combustion ou de séchage. Ainsi, l'optique est maintenue propre et exempte de phénomène d'usure. On peut prélever et exploiter la température précise des enrobés. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'orifice d'admission d'air débouche dans une chambre annu- laire ouverte vers l'intérieur, laquelle égalise la pression de l'air incident. Cette chambre peut être reliée par un in- terstice annulaire avec l'intérieur du tube de protection. L'invention concerne en outre une réalisation parti- culière et avantageuse --- du support du capteur de rayonne- ment. Ce support se compose avantageusement d'un bloc-carter en deux parties, à savoir un bloc support et un bloc avant. Entre ces deux blocs se trouve l'orifice d'admission d'air vers l'intérieur du tube de protection en passant par la chambre d'expansion. Ainsi, l'écoulement d'air entrant dans le tube de protection à partir de la chambre du bloc avant peut être dévié et stabilisé. La chambre d'expansion assure une égalisation de la distribution en volume et en pression. L'air-incident est dosé avant de pénétrer dans la chambre du bloc avant en passant par la fente annulaire et s'écoule de façon régulière vers l'extrémité extérieure du tube de pro- tection. Les sources de perturbation sont détruites en temps utile, avant de parvenir à l'optique. Au surplus, une chambre de refroidissement peut être prévue entre l'optique du capteur de rayonnement et la fente annulaire.Elle contribue au blocage des phénomènes perturba- teurs dans le tube de refoulement situé en avant de l'optique. Le bloc avant et le bloc-support peuvent être assem- blés au moyen de brides et de vis.Le capteur de rayonnement proprement dit est avantageusement entouré d'une gaine protectrice fermée, laquelle peut être fliée sur le bloc-suxprtpar exemple à l'aide d'une bague de serage ou d'un organe analogue. Le dispositif de mesure selon l'invention peut être conçu comme un système fermé, Dans ce derier, l'extrémité libre du tube de refoulement peut comporter une bague d'assemblage servant à la fixation par vis à la partie fixe du bâti ou autre. Dès lors, l'air atmosphérique ne peut pénétrer par l'extrémité libre du tube de refoulement, car sa surface frontale communique di- rectement avec une ouverture pratiquée dans la paroi de l'ins- tallation. Un tel système fermé se prête plus particulière- ment au montage sur la goulotte de déversement d'un tambour de séchage ou d'un four tubulaire rotatif. Dans le système fermé, la température pilote est saisie sur la trajectoire de transport, entièrement close, du fluide à mesurer. Le dispositif de mesure selon l'invention peut être appliqué aussi à un système ouvert. A cet effet, le bloc sup- port peut être muni d'une bride de suspension. Le pyromètre selon l'invention sera alors utilement disposé, librement sus- pendu, en des points de transfert ou de chargement des maté- riaux. La température pilote sera saisie avec précision dans le matériau en chute libre, par exemple dans le cas d'enrobés bitumineux allant d'un silo à un véhicule de transport etc. On a ainsi l'assurance que les minéraux enrobés soient déli- vrés ou parviennent au chantier à la température prescrite. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et se référant au dessin annexe dans lequel: - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un dispositif capteur de rayonnement pour un système fermé; - la figure 2 représente schématiquement en coupe axiale, le capteur de rayonnement de la figure 1 utilisable dans un système ouvert. Le dispositif capteur de rayonnement 1 de la figure 1 présente un capteur de rayonnement ou pyromètre 2 avec son optique 3, maintenu par un support de fixation 4. Ce support 4 se compose d'un carter formé d'un blocsupport 5 et d'un bloc avant 6. A ce dernier se raccorde un tube de refoulement 8. Le bloc avant 6 est traversé de bout en bout par une cham- bre axiale 9 par laquelle le rayonnement 10 du matériau à ex- plorer peut parvenir jusqu'à l'optique 3, Le bloc-support 5 et le bloc avant 6 sont rigidement assemblés, par exemple à l'aide des brides 11 et 12 réunies par des vis d'assem- blage. A l'extrémité du bloc avant 5 située en regard du bloc-support 6 se trouve un orifice d'admission d'air 15, par exemple sous la forme d'un trou de passage, tandis qu'en- tre les faces frontales, en regard l'une de l'autre du bloc support 5 et du bloc avant 6, se trouve un interstice annu- laire 16 communiquant avec ledit orifice d'admission 15. Entre ce dernier et l'interstice 16 est prévue en outre une chambre annulaire 17 qui sert de chambre d'expansion et assure une répartition de l'air en volume et en pression. De plus, une chambre 18, séparant l'optique 3 du capteur de rayonnement et l'interstice 16, sert de chambre de re- froidissement et abaisse encore la température de l'air avant que celui-ci n'arrive au contact de l'optique. Le tube de refoulement 8 absorbe les retours de déflagration qui se produisent au voisinage d'une chambre de combustion ou de séchage lorsque le matériau est très chaud. La colonne d'airéventuellement comprimée dans le tube de refoulement équilibre de tellescontre-pressions. En outre, l'entrée de l'air par l'orifice 15 produit un courant antagoniste protégeant l'optique du capteur de rayonnement contre les agents nocifs. De cette manière, on peut saisir avec précision la température des matières à contrôler. La longueur du tube de refoulement dépend des con- ditions particulières. Elle est un multiple de son diamètre. Les longueurs habituellement utilisées sont égales au pro- duit du diamètre par environ 11 dans le cas d'un système fermé et par environ 5 dans celui du système ouvert. Le capteur de rayonnement 2 est logé dans la cavité avec interposition d'une bague d'amortissement 21 et peut être fixé à l'aide d'une vis à tête moletée 22. Le capteur de rayonnement 2 est entouré d'une gaine de protection 23 fermée par un couvercle 23a. Cette gaine 23 peut être emboîtée sur le bloc support 5 et y être bloquée à l'aide d'une bague de serrage 24, afin de protéger le capteur de rayonnement des variations de température et des agents cli- matiques. La paroi 8a du tube de refoulement 8 sert non seu- lement d'espaceur calorique, mais encore, essentiellement, de surface d'échange thermique. Pour l'utilisation du dispositif de mesure 1 en tant que système fermé, le tube de refoulement 8 peut être pourvu d'une bague de fixation ou d'un collier 26. A ce col- lier 26 correspond une bague antagoniste 27 vissée à la paroi 28, par exemple par soudage, ladite paroi 28 présentant une ouverture 29 qui peut correspondre au diamètre du tube 8, de façon que le rayonnement 10, partant de la surface irradian- te de la matière chaude contenue à l'intérieur de la paroi, puisse parvenir à l'optique 3. Les vis de fixation 30 servant à à fixer le dispositif de mesure sur la bague antagoniste 27, avec interposition d'un joint 31, par exemple en amiante etc. Il en résulte un système entièrement clos entre le dispositif de mesure et les matières à contrôler qui y passent. Le mode de réalisation 33 de la figure 2 correspond sensiblement à celui de la figure 1. Le bloc support 5 est pourvu d'une bride de suspension 34, par laquelle le dispo- sitif de mesure 33 peut être suspendu librement face à la surface irradiante de la matière à mesurer. Le tube de re- foulement est emboîté, par sa gaine 8a, sur le bloc avant 6 o il peut être bloqué par une bague de serrage 35. Le tube 8 est ouvert à son extrémité antérieure pour communiquer avec le milieu ambiant. Le capteur de rayonnement librement suspendu, est orienté à une certaine distance de la matière à contrôler, par exemple des enrobés bitumineux, de telle manière que la radiation émise par ladite matière soit sai- sie avec précision. Même dans un tel agencement, l'optique 7. du capteur de rayonnement est efficacement protégée contre les nuisances perturbatrices provenant de la matière à me- surer. REVENDICATIONS - Capteur de rayonnement pour la mesure de tempé- ratures de matières en vrac fortement chauffées, notamment de masses de matériaux générateurs de poussières et/ou de vapeurs ou autres par exemple de matériaux bitumineux enro- bés tels que l'asphalte roulé ou coulé ou autres, ledit cap- teur de rayonnement étant placé, avec son optique, dans un dispositif de support o est intercalé un tube de protection, une admission d'air ou tube de protection étant prévue, ca- ractérisé par le fait que l'orifice d'admission d'air (15) communique avec une chambre intérieure fermée (9) du tube de protection (8) ou du dispositif de support (4), qui est disposé à la suite de l'optique. 2 - Capteur de rayonnement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'orifice d'admission d'air (15) débouche dans une chambre annulaire (17) ouverte vers l'in- térieur. 3 - Capteur de rayonnement selon l'une des revendi- cations 1 ou 2, caractérisé par le fait que le dispositif de support (4) du capteur de rayonnement (2) est constitué par un bloc-carter composé de deux éléments assemblés, un bloc-support (5) et un bloc avant (6). 4 - Capteur de rayonnement selon l'une des revendica- tions 1 ou 2, caractérisé par le fait que le dispositif de support (4) du capteur de rayonnement (2) est constitué par un bloc-carter en deux parties, un bloc-support (5) et un bloc avant (6), la chambre annulaire étant formée par un interstice annulaire (16) ménagé entre lesdits blocs support (5) et avant (6). 5 - Capteur de rayonnement selon les revendications 1 ou 2 à 4, caractérisé par le fait qu'il est prévu une chambre de refroidissement (18) entre l'optique (3) du cap- teur de rayonnement (2) et l'orifice d'admission d'air (15>. 6 - Capteur de rayonnement selon l'une des revendi- cations 1 à 5, caractérisé par le fait que le bloc-support (5) et le bloc avant (6) sont assemblés à l'aide de brides (11, 12) et de vis (13). 7 - Capteur de rayonnement selon l'une des revendi- cations 1 à 6, caractérisé par le fait que le capteur de rayonnement (2) est entouré d'une gaine de protection (23, 23a) fermée et que ladite gaine de protection est fixée sur le bloc-support (5) par l'intermédiaire d'une bague de serrage (24). 8 - Capteur de rayonnement selon l'une des revendica- tions 1 à 7, caractérisé par le fait que le bloc-support (5) est pourvu d'une bride de suspension (34).