Brevet FR2566904A1 — publié le 19860103

Manchon protecteur pour capteur de température. Cette invention concerne des tubes de protection pour hautes températures, et plus particulièrement des man- chons réfractaires pour des capteurs de température à immer- ger répétitivement dans un métal en fusion. Par le brevet U.S. N 3 816 183, on sait que l'on doit entourer le tube support et le thermocouple d'un cap- teur de température, pour des immersions répétées dans un métal en fusion, d'un manchon cylindrique fabriqué en ma- tière réfractaire. Cependant, à cause de la forme cylin- drique du manchon, on ne peut contrôler avec certitude la position relative du tube support et donc du thermocouple dans le manchon. Pour cette raison, il faut une mesure sup- plémentaire afin de savoir à quel point la soudure chaude du thermocouple dépasse le ciment réfractaire appliqué au bout du corps du thermocouple. Un but de la présente invention est de prévoir un manchon préformé pour un capteur de température à immer- ger dans un métal en fusion, qui fournit un arrêt et une étanchéité efficace entre le tube support et le manchon préformé, afin d'éliminer la mesure préalable et d'obtenir une uniformité. Un autre but est de prévoir un manchon avec une meilleure isolation du thermocouple, permettant d'employer moins de ciment réfractaire. Etant donné que le manchon ré- fractaire est meilleur isolant que le ciment réfractaire, le thermocouple peut être noyé dans le manchon sous moins d'épaisseur. Encore un autre but est de prévoir un manchon équipé d'un moyen de centrer le tube support et de créer un vide entre le manchon et le tube support. Un but supplémentaire est de prévoir un manchon auquel le ciment réfractaire-se fixe aisément. Un dernier but est de prévoir un manchon permet- tant l'emploi d'un capuchon métallique de plus petite di- mension. Suivant l'invention, une extrémité du manchon réfractaire préformé comprend un bout avec un alésage géné- ralement cylindrique se terminant par un épaulement dirigé vers l'intérieur et suivi d'un alésage ayant habituellement la forme d'un cône tronqué. Le tube support entourant le thermocouple est introduit dans l'alésage cylindrique, jus- qu'à ce que le bout bute contre l'épaulement, tandis que la soudure chaude du thermocouple dépasse d'une distance prédéterminée l'extrémité opposée du manchon. Le manchon réfractaire est attaché au tube support et la cavité en forme de cône tronqué au bout du manchon est remplie de ciment réfractaire. L'extrémité du manchon du côté de la soudure chaude a un alésage généralement cylindrique d'un diamètre plus grand que le diamètre minimal de l'alésage en forme de cône tronqué, de telle façon qu'un second épaulement est formé là o alésage cylindrique et alésage en forme de cône tronqué se rejoignent. Un capuchon métallique, à bout fermé, peut coiffer la soudure chaude avec le côté ouvert s'appuyant sur le second épaulement, afin de protéger la jonction chaude. Des ailettes ou arêtes longitudinales, générale- ment parallèles à l'axe du premier alésage cylindrique, peuvent être formées sur la surface de ce premier alésage cylindrique. Lorsque le tube support est introduit dans le manchon, les arêtes centreront le tube dans le manchon et formeront ainsi des vides qui amélioreront l'isolation thermique du manchon. D'autres buts et avantages apparaîtront ci-des- -sous. Afin d'illustrer l'invention, les dessins repré- sentent la forme présentement préférable; mais il faut admettre que l'invention ne se limite pas aux arrangements et moyens présentés. La figure 1 montre une vue en perspective du bout immergé d'un capteur de température tel que décrit par cet- te invention. La figure 2 est une vue en coupe prise le long de la ligne 2-2 de la figure 1. La figure 3 est une vue de dessous du capteur de température de la figure 1. Sur les dessins, les numéros identiques se réfè- rent à des pièces identiques. La figure 1 montre un-capteur de température 10 adapté au montage sur le bout à immerger d'une lance. La pièce 10 est prévue pour des immersions répétées dans du métal en fusion, tel que l'acier ou le fer. La pièce 10 comprend un tube support 12 en car- ton ou matériau similaire. Le corps 14 du détecteur de tem- pérature est collé à l'intérieur du tube 12, de préférence avec un adhésif, tel que l'alcool polyvinylique, près du bout à immerger 16 du tube 12. Le corps 14, à l'intérieur du tube 12, a des contacts adaptés aux contacts sur la lance. Le tube 12 est entouré par et fixé à un manchon de protection 18. La fixation du manchon 18 au tube 12 sera de préférence exécutée à l'aide de petits crampons 17. Le manchon 18 sera de préférence coulé sous vide à partir de fines fibres réfractaires, telles que les fi- bres de céramique décrites dans le brevet U.S. 3 816 183. La densité du manchon sera de préférence de 0,3 à 0,7 kg/dm3 et l'épaisseur de la partie cylindrique 34 de préférence de 7,6 mm. Le coefficient de conductibilité thermique du manchon 18 est de l'ordre de 0, 3 à 1 cal.cm/ C h cm2 (0,5 à 1,6 BTU pouces/ F h pied carré). Le manchon 18 sera de préférence équipé de nom- breuses ailettes ou arêtes axiales 20 sur sa surface inté- rieure. La figure 3 montre trois arêtes formant des angles de 120 sur la surface intérieure du manchon 18. La surface extérieure du manchon 18 est lisse. Près de l'extrémité immergée 22 du manchon 18 est prévu, sur la surface intérieure, un épaulement 24 dirigé vers l'intérieur. L'épaulement 24 est espacé du bout 22 d'une distance prédéterminée de 22 mm. La surface intérieure du manchon 18 a, entre l'épaulement 24 et l'extrémité 22, une surface 26 qui s'amincit vers l'intérieur jusqu'à une sur- face axiale 28. Un épaulement 30 à surface radiale croise la surface 28. L'épaulement 30 est la surface inférieure d'une échancrure cylindrique 32 d'un diamètre plus petit que le diamètre intérieur de la partie cylindrique 34 du manchon 18. Le corps 14 porte un détecteur de température, tel qu'un thermocouple dont la soudure chaude se trouve dans l'anse d'une gaine de protection 36 en forme d'U. L'anse de la gaine 36 dépasse l'extrémité 22, tandis que les côtés droits passent à travers l'alésage défini par la surface 26 définissant le cône tronqué. Le cône tronqué et l'échancrure forment un seul espace et sont remplis de ci- ment réfractaire 38. Un capuchon protecteur 40 en forme de gobelet a son côté ouvert noyé dans le ciment 38 et s'ap- puie sur l'épaulement 30. Le montage du capteur 10 ne demande que peu de notions et de mesures. Le corps 14 est collé à la surface intérieure du tube 12 au ras de son extrémité 16. Le man- chon 18 est glissé au-dessus du tube 12 jusqu'à ce que le bout 16 bute contre l'épaulement 24. Ensuite, on place les crampons 17. La soudure chaude dans l'anse de la gaine 36 est ainsi automatiquement espacée du bout 22 d'une distance prédéterminée, par exemple 17,5 mm. Le ciment 38 est placé et peut durcir. Avant que le ciment 38 ne durcisse, on noie le capuchon 40 dans le ciment, jusqu'à ce que son côté-ou- vert bute contre l'épaulement 30. La forme de l'espace contenant le ciment 38 donne lieu à une meilleure adhérence du ciment au manchon 18 tout en employant moins de ciment. Les arêtes 20 touchent la surface extérieure du tube 12 et forment ainsi des vides 42. Les vides 42 contribuent à l'isolation du manchon 18. Le manchon 18 étant inerte, la pièce 10 résiste aux pro- jections. Il faut attribuer à cette construction particu- lière le fait que la durée de vie, constatée durant les premiers essais, est de 50 % supérieure à celle mesurée pour des capteurs construits suivant les anciennes méthodes. Cette invention peut être appliquée sous d'autres formes tout en respectant son esprit et ses détails essen- tiels. Il conviendra de se référer aux revendications anne- xées, pour définir la portée de l'invention, plutôt qu'à la description ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Manchon anti-projections pour un capteur de température immergeable dans un métal en fusion, caracté- risé en ce qu'il est constitué par un manchon inerte et réfractaire généralement cylindrique (10), une extrémité de la paroi dudit manchon formant un alésage généralement cylindrique (42) se terminant par un rétrécissement formé dans cette paroi, la partie du manchon adjacente à la sus- dite extrémité ayant un alésage (26) qui a la forme géné- rale d'un cône tronqué, l'alésage en forme de cône tronqué étant coaxial à l'alésage cylindrique, la grande base du cône tronqué avoisinant et communiquant avec l'alésage généralement cylindrique et le sommet du cône tronqué se trouvant du côté de l'extrémité du manchon (22) opposée à la susdite extrémité. 2. Manchon selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alésage tronqué (26) a un diamètre maximal in- férieur à l'alésage généralement cylindrique, un épaulement (24) étant formé par la jonction du cône tronqué et de l'alésage cylindrique. 3. Manchon selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité opposée à la susdite extrémité pré- sente généralement un alésage cylindrique (32) coaxial à l'alésage de la susdite extrémité et a un diamètre plus grand que le diamètre minimal de l'alésage (26) générale- ment en forme de cône tronqué, la jonction de l'alésage de l'extrémité opposée en question et de l'alésage généra- lement en forme de cône tronqué formant un épaulement (30). 4. Manchon selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi de l'extrémité en question forme l'alé- sage généralement cylindrique et comprend des arêtes (20) dirigées vers l'intérieur. 5. Manchon selon la revendication 4, caractérisé en ce que les arêtes (20) sont généralement parallèles à l'axe de l'alésage cylindrique. 6. Capteur de température immergeable dans un métal en fusion, caractérisé en ce qu'il comprend un man- chon selon l'une quelconque des précédentes revendications, un tube support cylindrique (12) à l'intérieur de l'alésage généralement cylindrique (42) de la susdite extrémité du manchon, un bout (16) de ce support butant contre l'épau- lement (24), un thermocouple ayant une grande partie fixée dans le tube à un bout de celui-ci, le manchon entourant le tube support audit bout de ce tube support et entourant la majeure partie du thermocouple, le thermocouple ayant une soudure chaude protégée au-delà du bout du tube support et au-delà de l'extrémité du manchon opposée à la susdite extrémité, et un ciment réfractaire (38) entourant la par- tie du thermocouple dans l'alésage en forme de c6ne tronqué et remplissant cet alésage en forme de c6ne tronqué. 7. Dispositif selon la revendication 6, caracté- risé en ce qu'il comprend des arêtes (20) sur la surface intérieure du manchon touchant le tube support. 8. Dispositif selon la revendication 6, caracté- risé en ce qu'il comprend un accessoire (17) pour fixer le manchon au tube et un capuchon (40) en forme de gobelet avec sa partie ouverte dans le ciment et en contact avec la surface radiale (30) du manchon.