Brevet FR2681137A1 — publié le 19930312

La présente invention concerne un dispositif pour mesurer et régler la concentration en air dans une enceinte. L'invention vise notamment l'application de ce dispositif au réglage de la concentration en air d'une enceinte renfermant un mélange d'air et de vapeur, telle qu'une enceinte de traitement en continu par thermofixation de fils textiles. Dans les enceintes ou lignes de traitement en continu par thermofixation de fils textiles, ces fils sont traités par un mélange d'air et de vapeur à une température et une pression déterminées. Dans ces enceintes, on règle en général la température et la pression que l'on peut parfaitement maîtriser. La demanderesse a toutefois constaté que la qualité du fil obtenu dépendait non seulement de la constante de la température et de la pression du traitement, mais également de celle du rapport entre les concentrations d'air et de vapeur. Le but de la présente invention est ainsi de proposer un dispositif permettant de mesurer et de régler en continu la concentration en air dans une enceinte, en particulier dans une enceinte renfermant de l'air et de la vapeur, telle que celle mentionnée ci-dessus. Suivant l'invention, ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend: une sonde à oxygène constituée par une matière dont la conductibilité électrique varie en fonction de la concentration d'oxygène contenu dans l'enceinte. cette sonde étant placée dans une cavité communiquant avec l'enceinte, des moyens pour maintenir l'intérieur de la cavité à une température sensiblement constante égale à la température de sensibilité maximale de la sonde, des moyens pour mesurer la tension délivrée par la sonde, des moyens pour convertir cette tension en concentration d'air, des moyens pour comparer cette tension avec une valeur de tension de consigne, et des moyens pour commander l'injection d'air, ou le prélèvement d'air dans l'enceinte lorsque la tension mesurée est inférieure ou supérieure à la valeur de tension de consigne. La matière de la sonde à oxygène a la propriété d'absorber un pourcentage d'oxygène qui est fonction de la concentration d'oxygène de l'enceinte, ce qui a pour effet de modifier sa conductibilité Cette modification de conductibilité peut être mesurée par la variation de la tension mesurée à la sortie de la sonde. Cette tension peut être convertie directement en concentration d'oxygène et d'air (sachant que l'air contient une proportion constante d'oxygène). Il est ainsi possible d'afficher et d'enregistrer cette concentration d'air et d'injecter dans l'enceinte de l'air, si cette concentration est insuffisante ou d'en prélever si cette concentration est trop importante. Le dispositif selon l'invention permet ainsi de maintenir dans l'enceinte une proportion d'air sensiblement constante. Selon une version avantageuse de l'invention, le dispositif comprend en outre un capteur de pression mesurant la pression du mélange gazeux contenu dans l'enceinte et délivrant une tension variant en fonction de cette pression, des moyens étant prévus pour corriger la valeur de la tension mesurée par la sonde à oxygène, servant à déterminer la concentration d'air, en fonction de la pression mesurée, pour rapporter cette concentration d'air à une pression de consigne prédéterminée. Le dispositif est ainsi capable de maintenir constante la proportion d'oxygène, même en cas de variation de la pression totale du mélange gazeux contenu dans l'enceinte. Selon une version préférée de l'invention, la matière constituant la sonde à oxygène est de l'oxyde de zirconium. Cette matière a la propriété de présenter une conductibilité électrique qui varie très nettement en fonction de la concentration en oxygène à condition qu'elle soit portée à une température d'environ 7500 C. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci- après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs: la figure 1 est une vue schématique d'ensemble du dispositif conforme à l'invention, la figure 2 est une vue en coupe longitudinale à plus grande échelle du dispositif renfermant la sonde à oxygène placée dans une cavité communiquant avec une enceinte, la figure 3 est une vue montrant les différentes fonctions du régulateur faisant partie du dispositif selon l'invention. En référence aux figures annexées, le dispositif pour mesurer et régler la concentration en air dans une enceinte 1 comprend essentiellement: une sonde à oxygène 2 constituée par une matière 3 dont la conductibilité électrique varie en fonction de la concentration d'oxygène contenu dans l'enceinte 1, cette sonde 2 étant placée dans une cavité tubulaire 4 communiquant par une ouverture 5 avec l'enceinte 1, des moyens de chauffage 6 pour maintenir l'intérieur de la cavité 4 à une température sensiblement constante égale à la température de sensibilité maximale de la sonde 2, des moyens pour mesurer la tension Ki délivrée par la sonde 2, des moyens pour convertir cette tension Ki en concentration d'air, des moyens pour comparer cette tension Ki avec une valeur de tension de consigne W. Les trois moyens ci- dessus sont contenus dans un boîtier de régulation 7. Le dispositif comprend également des moyens pour commander l'injection d'air, ou le prélèvement d'air dans l'enceinte lorsque la tension mesurée est inférieure ou supérieure à la valeur de tension de consigne W. Ces moyens sont contenus dans un boîtier d'asservissement 8. Le dispositif comprend en outre un capteur de pression 9 mesurant la pression du mélange gazeux contenu dans l'enceinte 1 et délivrant une tension K 2 variant en fonction de cette pression Des moyens contenus dans le boîtier de régulation 7 sont prévus pour corriger la valeur de la tension Ki mesurée par la sonde à oxygène, servant à déterminer la concentration d'air, en fonction de la pression mesurée par le capteur 9 pour rapporter cette concentration d'air à une pression de consigne prédéterminée. De préférence, la matière constituant la sonde à oxygène 2 est de l'oxyde de zirconium. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, la cavité 4 renfermant la sonde 2 comporte à sa périphérie des résistances de chauffage 6 reliées à des moyens permettant de maintenir l'intérieur de la cavité 4 à une température de l'ordre de 750 WC En effet, c'est à cette température que l'oxyde de zirconium présente la plus grande sensibilité vis-à-vis de l'oxygène. Par ailleurs, la cavité 4 et la plus grande partie de la sonde 2 sont entourées par un revêtement 4 a en matière réfractaire. La mesure et l'affichage de la température sont réalisées dans le boîtier 9 (voir figure 2). Ce boîtier 9 est relié à une sonde de température 10 s'étendant à proximité de l'élément 3 en oxyde de zirconium. Ce boîtier 9 renferme un organe tel qu'un thermostat qui coupe l'alimentation électrique des résistances 6 lorsque la température de consigne (légèrement supérieure à 7500 C) est atteinte De même, le thermostat remet en route l'alimentation des résistances 6 lorsque la température chute en dessous de 7500 C. On va maintenant détailler en référence à la figure 3, les différentes fonctions réalisées par le: boîtier de régulation 7. Ce boîtier est muni de deux entrées analogiques Ei et E 2 L'entrée E, reçoit la tension Ki (en m V) délivrée par la sonde à oxygène 2. Cette tension est ensuite convertie en concentration d'air (Ci (%) selon la formule: Ci M%) = ( 100/20,93) expl( 67-03-K,)/22,o 41 Cette formule a été déterminée à partir de la loi de-"Nernst" et des caractéristiques de la sonde à oxygène en Zr O 2 utilisée. L'entrée E 2 reçoit la tension K 2 (en m V) délivrée par le capteur de pression 9. Cette tension K 2 permet de corriger la concentration d'air Ci(% selon la relation suivante C(%) = C 1 (%)/K 2 Cette concentration d'air est affichée sur un écran 11 et est enregistrée sur une imprimante reliée à la sortie Si du boîtier 7. La tension correspondant à la concentration d'air C(%) est ensuite comparée, au moyen d'un comparateur 12, à une tension de consigne W correspondant à la concentration d'air que l'on désire maintenir à l'intérieur de l'enceinte 1. Si la tension relevée est inférieure à la valeur de la consigne W, la sortie Sz du boîtier 7 envoie vers le boîtier d'asservissement 8 un signal qui commande l'ouverture d'une électro-vanne 8 a qui elle- même commande l'injection d'air à l'intérieur de l'enceinte 1 jusqu'à ce que la tension correspondant à la concentration désirée d'air soit égale à la tension de consigne W. De même, si la tension relevée est supérieure à W, la sortie 52 envoie un signal qui commande une évacuation partielle du gaz contenu dans l'enceinte et une injection d'un mélange gazeux appauvri en air. Bien entendu, la connaissance de la concentration en air de l'enceinte 1 permet de déterminer sa concentration en vapeur d'eau, sachant que la pression totale du mélange est mesurée par le capteur 9. L'invention que l'on vient de décrire s'applique de préférence au maintien de concentrations d'air et de vapeur d'eau constantes à l'intérieur d'une installation de thermofixation de fils textiles. L'expérience a en effet montré que l'utilisation d'un tel dispositif en combinaison avec une installation du type ci-dessus permettait d'améliorer l'uniformité et la qualité des fils traités. Bien entendu, l'invention peut également s'appliquer dans toute autre installation textile ou non, dans laquelle on veut régler la teneur en oxygène, en air et/ou en vapeur d'eau. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour mesurer et régler la concentration en air dans une enceinte ( 1), caractérisé en ce qu'il comprend: une sonde à oxygène ( 2) constituée par une matière dont la conductibilité électrique varie en fonction de la concentration d'oxygène contenu dans l'enceinte, cette sonde étant placée dans une cavité ( 4) communiquant avec l'enceinte ( 1), des moyens pour maintenir l'intérieur de la cavité ( 4) à une température sensiblement constante égale à la température de sensibilité maximale de la sonde ( 2), des moyens pour mesurer la tension (Ki) délivrée par la sonde ( 2), des moyens pour convertir cette tension (K 1) en concentration d'air (Cx%), des moyens pour comparer cette tension (Ki) avec une valeur de tension de consigne (W), et des moyens pour commander l'injection d'air, ou le prélèvement d'air dans l'enceinte ( 1) lorsque la tension mesurée est inférieure ou supérieure à la valeur de tension de consigne (W). 2 Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un capteur de pression ( 9) mesurant la pression du mélange gazeux contenu dans l'enceinte ( 1) et délivrant une tension (K 2) variant en fonction de cette pression, des moyens étant prévus pour corriger la valeur de la tension (Ki) mesurée par la sonde à oxygène ( 2), servant à déterminer la concentration d'air, en fonction de la pression mesurée, pour rapporter cette concentration d'air à une pression de consigne prédéterminée. 3 Dispositif conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la matière constituant la sonde à oxygène ( 2) est de l'oxyde de zirconium. 4 Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que la cavité ( 4) renfermant la sonde ( 3) comporte des résistances de chauffage ( 6) reliées à des moyens ( 9) permettant de maintenir l'intérieur de la cavité ( 1) à une température de l'ordre de 7500 C. Application du dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 4, à la mesure et au réglage de la concentration en air d'une enceinte ( 1) renfermant un mélange d'air et de vapeur. 6 Application conforme à la revendication 5, caractérisée en ce que ladite enceinte est une enceinte de traitement par thermofixation de fils textiles.