Brevet FR2569005A1 — publié le 19860214

I 2569005 Unité enfichable d'un thermocouple plongeur La présente invention concerne une unité enfichable consommable d'un thermocouple plongeur, en particulier pour aciers fondus, du type comprenant une pièce façon- née cylindrique en céramique, qui peut être enfichée coaxialement à l'étui d'une lance de mesure, un tube isolant en quartz courbé en forme de U, protégé par un capuchon et pouvant être fixé par ses branches à la tête, du côté de fusion, de la pièce façonnée, le tube isolant recevant la jonction, formant la sonde de température, des fils du thermocouple, lesquels sont reliés à des fils de compensation en sortant des bran- ches du tube isolant, et un support de contact prévu à la base de la pièce façonnée, qui reçoit les fils de compensation et est enfichable, pour transmettre les signaux électriques, dans un bottier de contact. Les unités enfichables consommables pour des thermocou- ples se sont imposées universellement dans le domaine de la mesure de température de bains de fusion, en particu- lier pour les aciers fondus. Du fait de l'utilisation unique des thermocouples plongeurs, la consommation de métaux nobles, et, en vérité de platine et de platine- rhodium, est élevée. Pour que les fils en métaux nobles restent courts, on utilise des sondes thermiques plon- geuses qui présentent, dans l'unité enfichable entre le tube isolant et la pièce de contact, un fil de compensa- tion, de préférence en cuivre. Dans le brevet allemand n 1-573-233, il est révélé une unité enfichable pour un thermocouple plongeur, dans lequel sont prévus des fils de compensation qui sont soudés ou brasés aux fils du thermocouple faisant saillie des branches du tube isolant. Dans cette tête de mesure connue la partie inférieure de la branche du tube isolant, la partie du fil du thermocouple faisant 2 2569005 saillie du tube isolant, le fil de compensation, les jonctions desdits fils et une partie de la pièce de contact sont noyés dans du ciment. Entre les fils et le ciment est prévue une masse qui doit isoler électrique- ment les fils, par quoi le ciment n'entre en contact avec les fils en aucun point. Cette structure d'une unité enfichable pour un thermo- couple plongeur présente l'inconvénient que lors de la liaison des fils du thermocouple avec le fil de compen- sation, des défauts de soudage ou de brasage peuvent se produire, lesquels faussent la mesure. Il est technique- ment difficile de lier intimement des métaux ayant des propriétés physiques et chimiques tellement différentes, comme par exemple ici du platine ou du platine-rhodium avec du cuivre. Les difficultés de liaison des fils sont encore augmentées du fait de la faible épaisseur des fils, de manière usuelle jusqu'à présent, pour les fils de compensation, environ 0,6 millimètres et pour les fils du thermocouple, environ 0,2 millimètres. Lors des procédés de liaison par fusion des fils cités ci-dessus, la modification de la structure du matériau influe également de manière défavorable sur la transmis- sion des signaux. Un autre inconvénient de la tête de mesure connue réside dans l'isolation coûteuse, lors du montage, des fils à partir de la sortie du fil de la branche du tube isolant jusqu'à l'entrée dans la pièce de contact. En outre, il n'est pas assuré que des défauts d'étanchéité ne se produisent pas à la surface de contact entre le front du tube isolant et le côté, tourné vers le tube isolant, de la pièce de contact, défauts qui permettent la pénétra- tion d'humidité à partir du ciment dans la gaine isolan- te. La conséquence en serait une erreur de mesure provoquée par la formation d'éléments galvaniques. 3 2569005 Il est également révélé dans le brevet allemand n 1.539.299 une unité enfichable pour thermocouple plon- geur, qui est constitué d'une pièce façonnée cylindrique en céramique, qui est enfichable coaxialement à l'étui d'une lance de mesure, et présentant un tube isolant qui reçoit la sonde de température, et comportant également un support de contact qui est enfichable dans un boitier de contact. Mais, dans cette unité enfichable connue, les fils du thermocouple sont guidés à travers un support de contact en forme de douille et sont repliés pour l'un des fils du thermocouple à peu près au milieu, et pour l'autre à la tête du support de contact en forme de douille, et sont ramenés à une pièce qui est suffisante pour le transfert de contact. Le support de contact en forme de douille est enfichable dans un bottier de contact. Ce bottier de contact possède des anneaux de contact qui reposent sur chaque fil du thermocouple. Un inconvénient de cette unité enfichable réside dans la consommation élevée de fils en métaux nobles du fait de la longueur nécessaire des fils du thermocouple depuis le joint du thermocouple jusqu'au support de contact. Lors de l'insertion du support de contact dans le bottier de contact, il se produit des frottements importants entre les anneaux de contact du boîtier de contact et les fils du thermocouple. De façon désavanta- geuse on doit utiliser des fils de thermocouple relati- vement épais ayant une résistance à la traction suffi- sante. De plus, dans cette unité enfichable connue, la cons- truction coûteuse du bottier de contact est désavanta- geuse, bottier qui comprend, pour le transfert de contact, des anneaux ayant la longueur de l'extrémité recourbée du fil de thermocouple. 4 2569005 La présente invention a pour but de minimiser la consom- mation de métaux nobles dans une unité enfichable consommable d'un thermocouple, en procurant une liaison facilement réalisable, ne modifiant pas le matériau de base, tout en assurant le contact des fils du thermo- couple formant le thermoélément avec les fils de compen- sation, liaison qui permet l'utilisation, en temps que fil de thermocouple, d'un fil en métal noble extrêmement mince et le plus court possible. Ce but est atteint en ce que l'unité enfichable consom- mable d'un thermocouple du type indiqué ci-dessus, est notamment remarquable en ce qu'à proximité de chaque base des branches du tube isolant est prévue une douille tubulaire qui est réalisée en un matériau élastique, en ce que dans l'alésage interne de la douille chaque fil du thermocouple et le fil de compensation sont disposés parallèlement à l'axe, et en ce que les diamètres de l'alésage interne de la douille et du fil de compensa- tion sont tels que le fil du thermocouple est pressé au contact du fil de compensation par les forces de rappel de la douille élastique. Selon une autre caractéristique de l'invention, le fil du thermocouple présente un diamètre égal ou inférieur à 0,06 mm, le diamètre du fil de compensation pouvant être égal ou inférieur à 0,3 mm. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le fil de compensation présente un bord chanfreiné sur son côté enfichable dans la douille. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'alésa- ge interne de la douille possède un élargissement en gradin dont le diamètre est égal ou inférieur au diamè- tre externe du tube isolant. 2569005 Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la douille est disposée sur chaque base des branches du tube isolant enfoncée jusqu'au fond de l'élargissement. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les diamètres internes aux ouvertures de la douille présentent un chanfrein. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, chaque douille est disposée, de façon enfichable, dans un évidement sur le côté tourné vers la masse fondue du support de contact. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la partie, tournée vers la masse fondue, du support de contact est disposée, de façon enfichable, dans la pièce façonnée. Dans l'unité enfichable d'un thermocouple plongeur selon la présente invention, les fils du thermocouple présen- tent un diamètre d'environ 0,05 mm et ne font que faiblement saillie des branches du tube isolant. Chaque extrémité d'un fil du thermocouple est guidée à travers l'alésage interne dans une douille et est repliée sur le côté de la douille éloigné du tube isolant. De cette façon, les fils en métaux nobles sont maintenus courts. Dans la liaison selon l'invention, on peut utiliser des fils en métaux nobles jusqu'à un diamètre de 0,03 mm. Ainsi, de manière avantageuse, la consommation de platine et de rhodium est diminuée. La récupération du métal noble est, à présent, trop coûteuse. Du fait du faible diamètre du fil du thermocouple, de manière avantageuse, un temps de mesure court peut être encore atteint pour détecter la température. Les temps de mesure sont réduits autour de une à deux secondes. 6 2569005 Cela représente à peu près un tiers du temps de mesure actuel. Ainsi l'usure des différentes parties de la lance de mesure, par exemple l'étui, est diminuée, comme le temps de submersion desdites parties dans la masse fondue est plus court. Et celles-ci peuvent aussi être plus minces et sont dimensionnées, de façon correspon- dante, en économisant de la matière. L'utilisation de l'unité. enfichable selon l'invention avec la douille comme jonction entre le fil du thermo- couple et le fil de compensation, permet une large mécanisation du montage. En outre, il est très avanta- geux qu'une jonction sûre se forme pour transférer les signaux de mesure, du fait que celle-ci est de montage facile et est facile à contrôler. Dans un mode de réalisation préféré de l'unité enficha- ble, la douille est reçue par la pièce de contact, qui, à son tour, est reliée, de façon amovible, à la lance. La douille et la pièce de contact sont préparées à partir du même matériau, par exemple du PVC résistant à la température. Le façonnage et la liaison de la douille et de la pièce de contact sont étudiés de sorte que les fils ne présentent aucun contact avec la masse amenée dans la pièce façonnée. Cela a l'avantage qu'aucune humidité ne peut atteindre les fils, ce qui influe négativement sur les mesures du fait de la formation d'éléments galvaniques. La douille est en matériau élastique, son diamètre interne étant, par rapport au diamètre externe du fil de compensation, de même taille ou quelque peu plus petit. Lors du montage, le fil de compensation, dont le bout ne présente aucun bord endommageant le matériau élastique, est introduit dans l'alésage interne de la douille établi pour la liaison du fil du thermocouple et du fil 7 2569005 de compensation, sur toute la longueur de l'alésage. En outre, le fil en métal noble se trouvant de même dans l'alésage interne est pressé, d'une part, sur la surface interne de la douille et, d'autre part, dans une propor- tion suffisante, sur la surface externe du fil de compensation. Les forces de rappel du matériau élasti- que de la douille sont choisies de sorte que le fil de compensation peut être introduit aisément dans l'alésage interne. Les forces de pression sont, en outre, suffi- samment fortes pour qu'il existe un contact physique suffisant entre le fil du thermocouple et le fil de compensation. Du fait de la faible longueur de la douille, pendant l'introduction du fil de compensation, il ne se produit que de faibles forces de frottement de courte durée entre le fil de compensation et le fil du thermocouple. Ainsi, une rupture du fil du thermocouple ne peut pas se produire. La construction de la jonction reste très simple et est constituée exclusivement de la douille réalisable, de façon avantageuse au niveau du coût, à partir de la forme primitive, du fil de compensation, qui est non travaillé jusqu'à la taille des bords, et du fil du thermocouple, qui, après introduction dans la douille, n'a plus qu'à être coupé. Consécutivement au montage, il peut être nécessaire de connecter l'extrémité du fil de compensation tournée vers la masse fondue par une pince. Dans ce cas, une partie courte du fil de compensation est, comme décrit ci-dessus, reliée au fil du thermocouple. L'extrémité de celle-ci sortant de la douille est conformée en forme de "carquois". La partie restante du fil de compensa- tion est enfichée dans le carquois pendant le montage final de la sonde et est reliée, en assurant le contact, 8 2569005 par pinçage du carquois. Un mode de réalisation de l'invention est représenté dans les dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une coupe de l'unité enfichable d'un thermocouple plongeur; - la figure 2 est une coupe de la douille. La description de l'unité enfichable se déroule suivant la chronologie du montage. Dans le tube isolant 21 réalisé en forme de U, se trouve la jonction 11 formant le thermo-élément. Les fils du thermocouple faisant saillie à la base 22 des branches hors du tube isolant 21, le fil de platine 12 et le fil de platine-rhodium 13, sont mis en place dans l'alésage interne 32 de la douille 31 et repliés contre la surface frontale 36. La douille 31 est placée sur chaque base 22 des branches jusqu'au fond 33 de l'élargissement 34, ce dernier entourant le tube isolant 21. Dans la direction opposée au fil 12, 13 du thermocouple, le fil de compensation 14 est introduit dans l'alésage interne 32 de la douille, fil 14 qui est réalisé en un matériau possédant les mêmes propriétés thermo-électri- ques que le fil 12, 13 du thermocouple. Pour faciliter l'introduction du fil et éviter l'endommagement des fils 12, 13 du thermocouple, le fil de compensation 14 possède sur son côté frontal un bord chanfreiné, de préférence sous forme d'un tronc de cône. La douille 31 est munie d'un chanfrein 35 aux ouvertures de ses alésages, chanfrein qui, de même, facilite l'introduction des éléments dans les alésages. 9 2569005 Le fil de compensation 14 est introduit dans des canaux de la pièce de contact 41 et les douilles 31 montées sur le tube isolant 21 sont fixées dans les évidements 42 de la pièce de contact 41. La pièce de contact 41 est alors introduite coaxialement avec le tube isolant 21 dans la pièce façonnée 24. L'espace interne 25 de la pièce façonnée 24 restant libre, qui n'est pas non plus rempli par la pièce de contact 41, la douille 31 et le tube isolant 21, est rempli d'une masse réfractaire. Dans un évidement 26 disposé sur le c6té de la pièce façonnée 24 tourné vers la masse fondue, est fixée l'extrémité ouverte du capuchon 23, qui protège le tube isolant 21 en l'entourant. L'unité enfichable 20 est maintenant prête à être montée et peut être introduite dans l'étui 51 de la lance de mesure 50, le support de contact 41 pouvant être ver- rouillé dans un bottier 52. 2569005 REVENDICATIONS 1. Unité enfichable consommable d'un thermocouple plongeur, en particulier pour aciers fondus, du type comportant une pièce façonnée cylindrique en cérami- que, qui peut être enfichée coaxialement à l'étui d'une lance de mesure, un tube isolant en quartz courbé en forme de U, protégé par un capuchon et pouvant être fixé par ses branches à la tête du côté de fusion de la pièce façonnée, le tube isolant recevant la jonction, formant la sonde de températu- re, des fils du thermocouple, lesquels sont reliés à des fils de compensation sortant des branches du tube isolant, et un support de contact prévu à la base de la pièce façonnée, qui reçoit les fils de compensation et est enfichable, pour transmettre les signaux électriques, dans un bottier de contact, caractérisée en ce qu'à proximité de chaque base (22) des branches du tube isolant (21), est prévue une douille tubulaire (31) qui est réalisée en un matériau élastique, en ce que, dans l'alésage interne (32) de la douille, sont disposés chaque fil (12, 13) du thermocouple et le fil de compensation (14) parallèlement à l'axe, et en ce que les diamè- tres de l'alésage interne (32) de la douille et du fil de compensation (14) sont tels que le fil (12, 13) du thermocouple est pressé au contact du fil de compensation (14) par les forces de rappel de la douille élastique (31). 2. Unité selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fil (12, 13) du thermocouple présente un diamètre égal ou inférieur à 0,06 mm. 3. Unité selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fil de compensation (14) présente un diamètre inférieur ou égal à 0,3 mm. il 2569005 4. Unité selon la revendication 3, caractérisée en ce que le fil de compensation (14) présente, sur son côté enfichable dans la douille (31), un bord chanfreiné. 5. Unité selon la revendication 1, caractérisée 'en ce que l'alésage interne (32) de la douille possède un élargissement en gradin (34) et en ce que le diamè- tre de l'élargissement (.34) est égal ou inférieur au diamètre externe du tube isolant (21). 6. Unité selon la revendication 5, caractérisée en ce que la douille (31) est disposée sur chaque base (22) des branches du tube isolant (21) enfoncée jusqu'au fond (33) de l'élargissement (34). 7. Unité selon la revendication 6, caractérisée en ce que les diamètres internes (32, 34) présentent un chanfrein. (35) aux ouvertures de la douille (31). 8.' Unité selon l'une des revendications 1 à 7, caracté- risée en ce que chaque douille (31), est disposée de façon enfichable dans un évidement (42) sur le côté tourné vers la masse fondue du support de contact (40).- 9. Unité selon la.revendication 8, caractérisée en ce que la partie tournée vers la masse fondue du. support de contact (40) est disposée de façon enfi- chable dans la pièce façonnée (24).