Brevet FR2566121A1 — publié le 19851220

La présente invention concerne un procédé pour mesurer la température d'un élément filiforme en défilement, sans contact mécanique avec l'élément, et des dispositifs de mise en oeuvre du procédé. Dans ce qui suit, on désignera par élément filiforme tout corps allongé tel que fil métallurgique, tube à section circulaire ou polygonale, feuille ou bande métallique, profilés, etc. en déplacement continu ou discontinu. Le suivi en continu des procédés de fabrication nécessite, fréquemment une bonne connaissance de la température des produits en défilement. La mesure de la température d'un fil en sortie de filière, ou d'une bande en sortie de laminoir peut être effectuée par contact avec un thermocouple ou par des moyens conducteurs de la chaleur destinés à venir en contact avec la surface de l'élément. Cette technique n'est possible que si le défilement du produit est lent, de plus la validité de la mesure est liée à la qualité du contact. On utilise également des thermomètres infrarouges ou radiothermomètres dont l'emploi est imprécis en raison d'une part de la méconnaissance et des variations de l'émissivité du fil et d'autre part des difficultés de visée sur un fil de faible diamètre dans un environnement propre. Dans le domaine des moyennes températures (T sivités, leur utilisation n'est pas fiable. La mesure de température suivant l'invention permet de s'affranchir de l'inconvénient de mettre en contact le moyen de détection avec l'élément. Elle est également insen- sible aux caractéristiques thermo-optiques de l'élément et de son état de surface. La gamme de températures mesurées est étendue de 50 à plus de 500 C avec une précision de l'ordre + 5% et une faible inertie puisque le temps de réponse est court. Le procédé suivant l'invention permet une mesure au défilé sans perturber le fil. Sa réalisation est simple, donc facile à mettre en oeuvre, de faible coût et de grande fiabilité. Selon l'invention, on envoie un fluide dont on a mesuré la température et le débit sur l'élément filiforme en défilement, on recueille une partie du fluide pour en mesurer la température, on analyse les résultats et on déduit la tem- pérature de l'élément par comparaison avec un étalonnage. 2 2566121 De préférence le fluide est amené de façon à ce qu'il heurte par impaction l'élément puis il est conduit le long d'une portion de l'élément. L'invention concerne de façon générale tout dispositif comprenant une enceinte traversée par l'élément, un dispositif d'injection de fluide délivrant le fluide dans l'enceinteautour de l'élémentet des moyens pour mesurer la température et le débit du fluide avant puis après son passage dans l'enceinte afin d'en déduire la température de l'élément après analyse des dites températures et comparaison avec un étalonnage. L'enceinte sera calorifugée et sa masse minimisée afin de diminuer les pertes du fluide et réduire le temps>de réponse de système de mesure. En variante, une partie du fluides'échappant de l'enceinte peut être recyclée avec un dispositif de récupé- ration (aspiration et mise en vitesse par ventilateur ou éjec- teur). Le fluide injecté peut aussi faire l'objet d'une régulation thermique préalable. Ainsi, dans certaines utilisa- tions, il peut être intéressant que le fluide injecté soit sensiblement à la température du fluide à la sortie. La description qui va suivre, donnée à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue schématique illustrant le procédé suivant l'invention. La figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif de mesure de température d'un élément filiforme. La figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une variante de réalisation du dispositif illustré, figure 2. En se reportant à la figure 1, le procédé de mesure d'un élément filiforme, en l'espèce un fil métallique 1, comprend l'injection autour de ce fil d'un fluide (flèche 2) par exemple de l'air à un débit Q déterminé et dont on mesure la température Te, par exemple par un thermocouple. On recueille une partie de ce fluide (flèche 3) après sa mise en contact avec le fil et on mesure sa température Ts par exemple par un deuxième thermocouple. La température Tf du fil étant fonction de la température d'entrée Te, de la température de sortie Ts et du débit Q, il suffit pour un débit donné de rassembler les températures Te et Ts et d'étalonner la relation Tf = f (Te, Ts) pour déterminer la température du fil, ce qui pourra se faire par programmation d'un microprocesseur. Ce procédé sera d'autant plus performant que l'échange thermique entre le fluide et le fil sera meilleur. La figure 2 illustre un mode de réalisation d'un dispositif de mesure de température d'un fil sans contact, performant grâce à la mise en oeuvre d'une échange thermique convectif de haute efficacité. Pour ce faire, on réalise deux zones d'échanges: une première zone localisée d'échange par impaction, c'est à dire une collision de l'air sur le fil, suivie d'une seconde zone d'échange longitudinale le long d'une partie du fil par léchage. La première zone d'échange comprend un conduit 5 d'alimentation en air débouchant dans une chambre annulaire 6 entourant le fil, et communiquant avec l'espace périphérique du fil par des orifices 7 éventuellement équipés d'ajutages non représentés, aménagés dans la paroi annulaire 10 en regard avec le fil 1, et délivrant des jets d'air dirigés perpendicu- lairement au fil. Cette première zone d'échange est prolongée dans le sens du défilement du fil par une deuxième zone comprenant un conduit annulaire 8, entourant à proximité immédiate le fil 1, et qui dirige l'air issu des ajutages le long du fil (ce conduit est calorifugé par un isolant 9). La première zone d'échange peut être également prolongée en amont par un conduit annulaire 11 permettant d'ajuster la surpression dans la zone de jets, mais plus court que le conduit 8. Le débit nominal de l'air est choisi aussi faible que possible en respectant toutefois un débit minimum qui assure à l'air une vitesse supérieure à la vitesse d'entraînement de l'air ambiant par le fil. Le débit d'air ambiant entraîné dans le dispositif est alors négligeable vis à vis du débit de mesure. La mesure de la température de l'air est effec- tuée en deux points: - en amont, dans la chambre annulaire 6 par un thermocouple schématisé en 12, - en aval, dans le conduit annulaire 8 ou dans un conduit de prélèvement 19 à proximité de l'ouverture terminale, 4 2566121 par un thermocouple schématisé en 13. Afin que la mesure de température réalisée en sortie par le thermocouple 13 soit représentative de la tempé- rature de mélange de l'air dans le conduit annulaire, on amé- nagera pour les configurations de mesure les plus délicates (régime laminaire) un des dispositifs suivants: - disposition d'une bague perturbatrice de l'écoulement 14 dans le conduit 8 en amont du point de mesure 13 provoquant un brassage et une homogénéisation de l'écoulement, couplage en opposition de deux enceintes d'échange selon le dispositif schématisé dans la figure 3, avec mise en commun dans la zone de mélange centrale d'un conduit de prélèvement 19 o s'effectue la mesure de température de sortie 13. Une bague 15 sera aménagée dans le conduit 11 afin d'ajuster une surpression suffisante dans le conduit 8 de façon à limiter l'entraînement par le fil d'air ambiant et d'assurer un débit de mesure important dans le conduit 19 De préférence, la première zone d'échange sera dimensionnée de manière à respecter les conditions suivantes: h> 4 et Dc t 2 Dj Nj Dj - h étant la distance entre les orifices 7 et la surface du fil 1, - Dj le diamètre des orifices 7-, - Dc le diamètre de la paroi annulaire 10 comportant les ori- fices 7, - Nj le nombre d'orifices. De même, la seconde zone d'échange sera dimen- sionnée de façon que: - la longueur t du conduit 8 soit maximum, - que le rapport diamètre intérieur du conduit 8 sur diamètre du fil soit minimum, - l'épaisseur du conduit 8 et sa conductivité seront minimales. Suivant une variante de réalisation,on peut accroître l'efficacité apparente de l'échangeur en recirculant une partie du débit, soit à l'aide d'un éjecteur à faible taux de dilution, soit à l'aide d'un ventilateur 16 captant le fluide par des orifices 17 et le conduisant vers le conduit 5 par des moyens appropriés 18, figure 2. On peut limiter l'étalonnage à un bilan sur les pertes en préchauffant l'air injecté de façon que la tempéra- ture de sortie du fluide soit en nominal, égale à la tempéra- ture d'entrée. Ainsi on pourra considérer que la température de sortie du fluide est égale à la température du fil, aux pertes près de l'air dans l'enceinte de mesure. 6 2566121 RE VEND I C A T I 0 N S 1. Procédé pour mesurer la température d'un élément filiforme en défilement, sans contact mécanique avec l'élément, caractérisé en ce que l'on envoie un fluide dont on a mesuré la température et le débit sur l'élément filiforme en défilement et que l'on recueille une partie du fluide pour en mesurer la température, on analyse les résultats et on en déduit la température de l'élément par comparaison avec un étalonnage. 2. Procédé suivant la revendication 1 caracté- risé en ce que l'on envoie le fluide de façon qu'il heurte par impaction l'élément filiforme puis on conduit le fluide le long d'une portion de l'élément, enfin on en mesure la tempé- rature. 3. Dispositif pour mesurer la température d'un élément filiforme en défilement sans contact mécanique avec l'élément, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte 8 traversée par l'élément 1, un dispositif d'injection de fluide 6, 7 délivrant le fluide dans l'enceinte autour de l'élément et des moyens pour mesurer la température et débit du fluide avant (12) puis après (13) son passage dans l'enceinte, afin d'en déduire la température de l'élément après analyse des dites températures et comparaison avec un étalonnage. 4. Dispositif selon la revendication 3 caracté- risé en ce que l'enceinte comprend une première zone d'échange constituée par des jets dirigés vers l'élément agissant par -25 impaction suivie d'une seconde zone d'échange longitudinale le long d'une partie du fil. 5. Dispositif suivant l'une des revendications 3 ou 4 caractérisé en ce que la première zone d'échange comprend une enceinte annulaire 6 entourant l'élément 1 dont la paroi 10 en regard de l'élément comprend des orifices 7, et des moyens 5 d'alimentation en fluide de l'enceinte 6. 6. Dispositif suivant l'une des revendications 3 à 5 caractérisé en ce que la seconde zone d'échange comprend un conduit 8 prolongeant la première zone et entourant l'élément sur une partie de sa longueur. 7. Dispositif suivant l'une des revendications 3 à 6 caractérisé en ce qu'un conduit (11) prolonge vers l'amont la première zone en entourant l'élément sur une partie 7 2 5 6 2566121 de sa longueur et comprend une bague (15) permettant d'ajuster une surpression d'air dans le conduit (8). 8. Dispositif suivant l'une des revendications 3 à 7 caractérisé en ce qu'une partie du fluide est captée (17) à la sortie de l'enceinte (8) et est recirculée par des moyens (16, 18). 9. Dispositif suivant l'une des revendications 3 à 8 caractérisé en ce que le fluide injecté est préchauffé afin de réguler sa température sur la température de sortie du fluide. 10. Dispositif suivant l'une des revendications 3 à 9 caractérisé en ce qu'un obstacle, tel qu'une bague (14) est disposée dans l'enceinte (8) en amont de la mesure de température. 11. Dispositif suivant l'une des revendications 3 à 10 caractérisé en ce que les moyens de mesure de tempéra- ture (12, 13) sont respectivement disposés dans l'enceinte (6) et à la sortie de l'enceinte (8). 12. Couplage en opposition de deux dispositifs d'échange tels que décrits suivant l'une des revendications 3 à 11, avec mise en commun d'un conduit de prélèvement (19) pour effectuer une mesure de la température de sortie (13) dans la zone centrale de mélange.