Brevet FR2605733A1 — publié le 19880429

Procédé et dispositif de mesure par voie optique de la température d'un gaz L'invention concerne la mesure directe de température d'un gaz au moyen d'un pyromètre optique. I1 peut s'agir notamment de la mesure de la température des gaz de cokerie, ou dans les tuyères de haut fourneau. Pour cela on peut utiliser des pyromètres statiques implantés dans la paroi de l'enceinte de confinement du gaz (dans la paroi de four, par exemple) ou descendre dans l'enceinte, le temps de la mesure, une sonde suspendue contenant le pyromètre. Dans tous les cas, un pyromètre qui vise un milieu gazeux porté à haute température reçoit l'énergie émise par le gaz (si celui-ci est émissif), par les poussières et les suies (si le gaz-en est chargé) et enfin par les parois de l'enceinte contenant le gaz. Le pyromètre mesure donc une température d'équilibre qui n'est pas uniquement celle du gaz. Le but de l'invention est de proposer un procédé et un dispositif de mesure permettant de s'affranchir des perturbations dues notamment au rayonnement des parois de l'enceinte. L'invention atteint son but du fait qu' on ensemence partiellement le gaz au nez du pyromètre de particules absorbantes de quelques micromètres de diamètre, non dégradables à chaud et se comportant sensiblement comme un corps noir. Ces particules forment au nez du pyromètre (i.e. dans l'axe de visée) un nuage qui prend rapidement la température du gaz, se comporte comme un corps noir, et masque le rayonnement des parois de l'enceinte. Les moyens permettant cet ensemencement comprennent un tube d'injection 'débouchant au nez du pyromètre et relié en amont à une alimentation en particules véhiculées par un gaz porteur, azote ou gaz carbonique par exemple. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante d'un mode préféré de réalisation. Il sera fait référence à la figure unique qui représente en coupe une sonde pyrométrique conforme à l'invention. Cette sonde 1 suspendue par un raccord souple 2 peut être du type décrit dans le document FR-A-2 574 543. Elle comprend un manchon isolant fait par exemple d'un tube d'acier 3 recouvert d'un tube en carton 15 et d'un matériau fibreux réfractaire 4. Une pièce 5 de fermeture et de protection ferme le bas du manchon, tandis qu'une pièce d'arrimage 6 le ferme en haut et permet la liaison du manchon avec la gaine 7 du raccord souple 2 au moyen de ligatures convenables 8. La gaine 7, par exemple en tressage d'un matériau fibreux armé, abrite d'une part le filin d'acier 9 qui supporte le tube 3 grâce à une goupille transversale 10, et d'autre part les connexions électriques 11 du pyromètre "crayon" 12. Ce dernier reçoit le rayonnement infrarouge grâce à une ouverture 13 prévue dans le manchon 3,4, pourvue d'un hublot 14, et un miroir de renvoi 15. Le pyromètre 12 est calé dans le tube d'acier 3 par des moyens de centrage 16, qui définissent avec un bouchon supérieur 17 une chambre 18 dont l'étanchéité est assurée par des garnitures de silicone 19. La gaine 7 du raccord souple 2 abrite également un tuyau souple 20 d'alimentation en gaz, qui traverse le bouchon 17 et l'étanchéité 19 pour déboucher dans la chambre étanche 18. De là une conduite 21 amène le gaz (N2 ou C02 par exemple) vers des moyens non représentés de balayage du hublot 14, et éventuellement du miroir 15 pour lutter contre la condensation. Selon l'invention, la sonde 1 comporte également un réservoir 22 de poudre, constituée de particules absorbantes d'oxydes métalliques (oxyde de tantale par exemple) de quelques micromètres qui ne brûlent ni ne s'oxydent à haute température. Les particules de "Pyrox" commercialisées par la Société "Pyrox" conviennent notamment à cet usage. Le réservoir 22 débouche sur une conduite 23 qui elle-même débouche en 24 à l'extérieur de la sonde 1, en dessous de l'orifice 13. L'amont de la conduite 23 est relié par une conduite 25 à la chambre étanche 18.Par ailleurs, un piquage 26 sur la conduite 25 met en pression le réservoir 22, de sorte que la poudre s'échappe du réservoir 22 dans la conduite 23 et est véhiculée par le gaz porteur jusqu'à l'extérieur de la sonde I ou elle forme un nuage 27 qui vient s'interposer entre l'orifice 13 et la paroi 28 de l'enceinte où se fait la mesure (ici une paroi de carneau). Les dimensions, notamment le diamètre, des conduites 23,25,26 sont choisies pour obtenir le débit voulu de poudre. Dans le mode de réalisation représenté, on utilise comme gaz porteur le gaz déjà utilisé pour le balayage du hublot et du miroir. Il va de soi qu'on peut prévoir une alimentation en gaz indépendante. On peut aussi ne pas utiliser la chambre 18 comme chambre de pression, et relier directement la conduite 25 à un tuyau souple d'alimentation au gaz prévu dans le raccord 2. La quantité et le débit de poudre à injecter peuvent être prévus de la manière suivante. Le coefficient d'absorption d'un milieu contenant des particules dont les dimensions sont grandes à l'échelle moléculaire (la diffusion est négligeable) est R = ns où n est le nombre de particules par unité de volume. Chaque particule est un écran au rayonnement dont la surface est égale à sa section droite s. Si M est la masse des particules par unité de volume, et en supposant qu'elles aient toutes le même diamètre d, on obtient R = 3M / 2dl avec 1 = masse volumique des particules Si on veut que l'énergie rayonnée par les parois ne soit pas vue par le pyromètre, il faut que le coefficient d'absorption soit égal à l'unité. La quantité de particules à injecter sera M = 2 dl /3 Si on veut créer au nez du pyromètre un nuage de particules de section S, et soit v la vitesse de descente ou de montée du pyromètre dans le carneau, le débit de poudre à injecter devient q = M x S x v. La quantité de particules nécessaires à l'essai sera alors Q = q x t = M S v t où t représente le temps de descente et de montée du pyromètre dans le carneau. Dans un exemple d'application où Durée (t) de l'essai = 60 secondes Vitesse (v) de descente ou de montée du pyromètre = 0,4 m/s Section (S) du nuage de particules = 0,20x0,20 = 0,04m2 Diamètre (d) des particules de "Pyrox" = 5 um. Masse volumique (1) du "Pyrox" = 8 kg/dm3 On obtient q = 2 d.e . S.v/3 = 0,42 g/seconde soit Q = q x t = 26 g de "Pyrox" et Concentration (c) de poudre = 27 g/m3. Il est à noter que pour cette concentration de suie, le facteur d'émission est égal à 1 quelle que soit la température. Enfin, il convient de noter qu'il suffit de quelques centimètres de parcours dans le carneau pour que les particules de "Pyrox" prennent la température du gaz. REVENDICATIONS 1. Procédé pour mesurer la température d'un gaz au moyen d'un pyromètre optique (12), caractérisé en ce qu'on ensemence partiellement le gaz au nez du pyromètre (12) de particules (27) absorbantes de quelques micromètres de diamètre, non dégradables à chaud et se comportant sensiblement comme un corps noir. 2. Dispositif de mesure de la température d'un gaz contenu dans une enceinte au moyen d'un pyromètre optique (12), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (22,23) pour ensemencer partiellement le gaz au nez du pyromètre (12) de particules (27) absorbantes de quelques micromètres de diamètre non dégradables à chaud et se comportant sensiblement comme un corps noir. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens (22,23) comportent un tube d'injection (23) débouchant au nez du pyromètre et relié en amont à une alimentation (22,25) en particules véhiculées par un gaz porteur. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite alimentation (22,25) comporte un réservoir (22) de particules dans une conduite de gaz porteur (23). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le pyromètre (12) est placé dans une sonde mobile suspendue (1).