Brevet FR2689631A1 — publié le 19931008

i "Thermomètre électrique ayant une pièce de passage d'instrumentation résistante à la pression et à la corrosion. L'invention concerne un thermomètre électri- que pour la technique de procédé chimique avec un cap- teur de température électrique inséré dans un tube de protection fermé, à paroi épaisse, à l'extrémité de mesure antérieure, réalisé en verre et dans un boîtier de branchement électrique destiné aux fils de liaison10 du capteur de température. Les prescriptions pour des outillages utili- sables en milieu explosif, comme en particulier des thermomètres électriques, demandent une séparation sûre entre le circuit de mesure électrique et le mi-15 lieu explosif On obtient cela pour des thermomètres avec des tubes de protection fiables, qui sont réali- sés avec des épaisseurs de paroi minimales détermi- nées, en matériaux suffisamment non corrosifs, sous une forme résistant à la pression, à la température et aux vibrations. Dans la technique de procédé chimique des thermomètres dits en verre sont réalisés pour des mo- tifs de résistance à la corrosion en un verre borosi- licaté à haute résistance chimique Ils se composent25 d'un tube de verre à paroi épaisse, effilé à l'extré- mité antérieure en une pointe de mesure et fermé A l'intérieur de la pointe de mesure est disposé le cap- teur de température. Le capteur de température peut être réalisé comme thermomètre à résistance en platine ou comme thermocouple Ses fils de raccordement électriques sont guidés à travers le tube en verre vers l'extrémi- té arrière ouverte du tube et sont fixés aux bornes d'un boîtier de raccordement électrique Ce boîtier est habituellement cimenté à l'extrémité arrière du tube de protection avec une colle de résine synthéti- que Pour fixer ce thermomètre sur les ajutages des récipients chimiques, on fait glisser sur la tige du thermomètre un manchon en verre dont le diamètre inté- rieur est nettement plus grand que le diamètre exté- rieur du tube de protection L'extrémité arrière, tournée vers le boîtier de raccordement, du manchon en verre, est fusionnée rigidement avec le tube de pro- tection, tandis que l'extrémité antérieure est munie d'un raccord en verre du type collerette selon la nor- me DIN I 50 3587 destiné à la fixation sur l'ajutage correspondant des récipients de réaction Les faces étanches de la liaison en collerette peuvent être sphériques ou bien planes Pour assurer l'étanchéité des milieux agressifs dans les récipients de réaction vis-à-vis de l'environnement extérieur, on place entre les faces d'étanchéité une bague d'étanchéité en maté- riau approprié. A l'état monté, la pointe de mesure du ther- momètre pénètre dans le milieu réactionnel Pour amé- liorer le transfert de chaleur du milieu réactionnel sur le capteur de température se trouvant dans la pointe de mesure, on met en oeuvre des pâtes thermo- conductrices Habituellement, on rencontre dans les récipients réactionnels des températures allant jusqu'à 2000 C et des surpressions allant jusqu'à 4 bars Les milieux réactionnels sont habituellement soumis à des pompages à travers les récipients de ré- action Par suite, on rencontre dans le cas de milieux liquides des vitesses de flux allant jusqu'à 3 m/sec. et dans le cas de milieux gazeux allant jusqu'à 20 m/sec. Les thermomètres décrits précédemment dans l'état de la technique ont malgré l'utilisation de verre borosilicaté à forte résistance chimique, avec des épaisseurs de parois importantes un défaut impor- tant en technique de sécurité L'intérieur du tube de -protection est en effet en communication directe _avec l'environnement par l'extrémité ouverte et par le bol- tier de raccordement rendu étanche seulement en fonc- tion des exigences de l'environnement Dans le cas d'une rupture de la pointe de mesure ou du tube de protection, le milieu de réaction généralement très agressif et/ou explosif peut donc parvenir directement dans l'environnement Une rupture du tube en verre peut par exemple se produire par mise du tube en vi- brations du fait des milieux s'écoulant devant lui De telles ruptures sont certes rares, elles représentent toutefois un risque subsistant à éviter dans la mesure du possible. C'est donc un objet de l'invention, de four- nir un thermomètre, qui dans les conditions de fonc- tionnement mentionnées, même lors de la rupture du tube de protection, empêche le passage des milieux ré- actionnels de façon certaine dans l'environnement. Ce problème est résolu selon l'invention par un thermomètre en verre électrique qui est caractérisé en ce que la partie arrière du tube de protection et le boîtier de raccordement sont reliés ensemble par un joint à brides et le tube de verre est rendu étanche à l'épreuve de la pression et de la corrosion par une pièce de passage d'instrumentation électrique interpo- sée entre les deux brides. Il existe un avantage très important, à mu- nir la pièce de passage d'instrumentation d'un collet intégré, qui peut être serré entre les brides Norma- lement, on appuie la pièce de passage d'instrumenta- tion, pour améliorer la résistance à la pression sur le côté tourné à l'opposé du capteur de mesure, contre la bride arrière Ceci peut être réalisé grâce au fait que le diamètre intérieur de la bride arrière est plus petit que le diamètre extérieur du corps de la pièce de passage, ou que la bride arrière est munie d'une nervure diamétrale pour appuyer la pièce de passage d'instrumentation. Pour le centrage du passage d'instrumenta- tion dans les deux brides, on peut mettre en oeuvre un dispositif de centrage venant en contact avec la face extérieure de la bride et qui, de façon simple, peut se composer d'une bague en matière synthétique ou mé- tallique, enfilée extérieurement sur la pièce de pas- sage d'instrumentation. La pièce de passage d'instrumentation est à l'épreuve de la corrosion, lorsqu'elle est constituée de résine fluorocarbonée et que la liaison électrique est réalisée par au moins une tige de passage conduc- trice électriquement dirigée axialement, et constituée d'un métal anti-corrosion, de préférence le tantale. Selon le domaine d'utilisation, on peut mettre en oeu- vre pour la pièce de passage d'instrumentation d'au- tres matériaux, comme du polyéthylène ou des matières synthétiques équivalentes, du verre ou de la céramique pour la traversée même et du tungstène, de l'acier austénitique, des métaux précieux ou des alliages ap- propriés pour les tiges électriques de passage On doit choisir des matériaux, qui sont stables vis à vis des milieux réactionnels en jeu. Il s'est avéré particulièrement indiqué que la bride arrière soit constituée d'un matériau non conducteur électriquement. Grâce au thermomètre selon l'invention équi- pé d'une pièce de passage d'instrumentation à l'épreu- ve de la pression et de la corrosion, on réalise un progrès essentiel en ce qui concerne la sécurité de fonctionnement vis à vis des thermomètres en verre mo- nopièces provenant de l'état de la technique. L'invention va être expliquée en détail à partir d'un exemple concret de réalisation. Ainsi la figure 1 montre une vue d'ensemble du thermomètre en verre selon l'invention, la figure 2 montre un dessin de détail de la pièce de passage d'instrumentation électrique, la figure 3 montre l'appui de la pièce de passage d'instrumentation contre la bride arrière de petit diamètre intérieur, la figure 4 montre l'appui de la pièce de passage d'instrumentation contre la bride arrière par une nervure, la figure 4 a montre une vue selon la ligne I Va- I Va de la figure 4, la figure 5 montre une pièce de passage d'instrumentation avec dispositif de centrage. Exemple: La figure 1 montre la vue d'ensemble d'un thermomètre en verre selon l'invention Il se compose d'un tube de protection 1 en verre ayant une pointe de mesure effilée 2 à son extrémité avant et fermée par fusion Dans la pointe de mesure se trouve un thermo- mètre à résistance électrique en platine 3, qui est enrobé dans une pâte conductrice de la chaleur pour créer un meilleur contact thermique sur la paroi de verre. L'extrémité arrière du tube protecteur est insérée dans un manchon en verre 4 à paroi épaisse, et réuni par fusion à l'intérieur avec le manchon en ver- re Le manchon en verre a un diamètre intérieur nette- ment plus grand que le diamètre extérieur du tube pro- tecteur Les deux extrémités du manchon de verre sont réalisées en raccords à brides selon la norme DIN ISO 3587 En outre, le raccord à bride 5 dirigé vers la pointe de mesure est utilisé avec sa surface d'étan- chéité de forme sphérique (en variante également en forme de cuvette ou plane), pour fixer le thermomètre sur les ajutages correspondants des récipients de ré- action, tandis que le deuxième raccord à bride 6 sert à la liaison du thermomètre sur la bride 7 correspon- dante du boîtier de raccordement 8 Le joint à bride 7 est dans l'exemple considéré en métal Les deux brides 6 et 7 ont des surfaces d'étanchéité planes Des sur- faces d'étanchéité sphériques ou en forme de cuvette sont également possibles. Pour rendre l'intérieur du thermomètre étan- che à l'environnement extérieur, on utilise la pièce de passage électrique d'instrumentation composée du corps de passage 9 avec le collet intégré 10 et un couple de tiges de passage il métalliques dirigées axialement Pour des raisons de résistance à la corro- sion et à la température, le corps de passage avec la collerette est réalisé en une résine de fluorocarbone et les tiges de passage en tantale. Les deux raccords à bride 6 et 7 avec le collet de la pièce de passage d'instrumentation situé entre elles sont maintenues ensemble par une bride d'assemblage 12 normalisée Dans le cas envisagé, le collet constitue aussi un joint d'étanchéité. Les fils de connexion 13 du thermomètre à résistance traversent le tube protecteur à partir de la pointe de mesure vers l'arrière et sont reliés électriquement à la pièce de passage d'instrumenta- tion De l'autre côté de la pièce de passage des con- duites électriques de jonction correspondantes vont depuis les tiges de passage jusqu'aux bornes de bran- chement 14 dans le boîtier de raccordement. La figure 2 montre un dessin de détail de la pièce de passage d'instrumentation Elle se compose d'un corps de passage 9 avec un collet 10 façonné et deux tiges de passage 11 conductrices électriquement. Le collet 10 remplit la fonction de bague d'étanchéité de toute façon nécessaire pour les joints à bride 6 et 7 Pour optimiser ses propriétés d'étanchéité, le col- let est muni d'un bourrelet 15 torique. Dans l'exemple de réalisation concret de la figure 2, le collet est réalisé en bout Sans préjudi- ce du fonctionnement, le collet peut naturellement être placé dans un endroit quelconque le long du corps de passage 9 De même, il n'est pas nécessaire de ré- aliser les surfaces d'étanchéité 6 et 7 planes Des surfaces d'étanchéité de forme sphérique sont aussi possibles. La figure 3 montre une forme de réalisation de la pièce de passage d'instrumentation avec un appui particulièrement résistant à la pression de la pièce de passage dans le cas d'une rupture du tube de verre. L'appui est obtenu par un diamètre intérieur de la bride arrière 7, plus petit que le diamètre extérieur du corps de la pièce de passage d'instrumentation. Dans la forme de réalisation de la pièce de passage d'instrumentation à la figure 4, l'appui de sécurité contre la pression est provoqué par une nervure 16 disposée diamétralement. Dans une autre forme de réalisation de l'in- vention selon la figure 5, la pièce de passage d'ins- trumentation serrée entre les brides 6 et 7, est cen- trée par rapport aux brides par une bague de centrage 17 enfilée à l'extérieur sur la pièce de passage En outre, l'enveloppe de la bague de centrage s'adapte à la forme de la face extérieure de la bride avant 6 et crée par suite, l'alignement co-axial exact de la piè- ce de passage d'instrumentation et de la bride. REVENDICATIONS 1. Thermomètre électrique pour la technique de procédé chimique avec un capteur de température électrique ( 3) dans un tube de protection en verre ( 1) à paroi épaisse, à l'épreuve de la pression, fermé à l'extrémité avant et un boîtier de raccordement élec- trique ( 8) pour les fils de branchement ( 13) du cap- teur de température, thermomètre électrique caractéri- sé en ce que l'extrémité arrière du tube de protection ( 1) et le boîtier de raccordement ( 8) sont reliés en- semble par un joint à brides ( 6, 7) et le tube de pro- tection est rendu étanche à l'épreuve de la pression et de la corrosion par une pièce de passage d'instru- mentation électrique ( 9) interposée entre les deux brides. 2. Thermomètre électrique selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que la pièce de passage d'instrumentation ( 9) est munie d'un collet ( 10) inté- gré, qui peut être serré entre les brides ( 6, 7). 3 Thermomètre électrique selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce que la pièce de passage d'instrumentation ( 9) est appuyée par sa face tournée à l'opposé du capteur, sur la bride arrière ( 7). 4. Thermomètre électrique selon la revendi- cation 3, caractérisé en ce que le diamètre intérieur de la bride arrière ( 7) est plus petit que le diamètre extérieur du corps même ( 9) de la pièce de passage d'instrumentation. 5. Thermomètre électrique selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que la pièce de passage d'instrumentation ( 9) est serrée entre les deux brides ( 6, 7) et possède un dispositif de centrage ( 17) ve- nant en contact avec la face extérieure de la bride. 6. Thermomètre électrique selon la revendi- cation 5, caractérisé en ce que le dispositif de cen- trage est composé d'une bague en matière synthétique ou en métal enfilée extérieurement sur la pièce de passage d'instrumentation. 7. Thermomètre électrique selon l'une quel- conque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la pièce de passage d'instrumentation est composée d'une résine fluorocarbonée et possède au moins une tige de passage ( 11) conductrice électriquement, cons- tituée d'un métal anti-corrosion. 8 Thermomètre électrique selon la revendi- cation 7, caractérisé en ce que la tige de passage électrique ( 11) est en tantale. 9. Thermomètre électrique selon l'une quel conque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la bride arrière ( 7) est constituée d'un matériau non conducteur électriquement.