Brevet FR2771505A1 — publié le 19990528

La présente invention concerne une sonde thermique pour mesurer la température d'un écoulement de fluide. Plus précisément, la présente invention concerne une sonde thermique du type comportant un corps creux, dans lequel une partie de l'écoulement de fluide est amenée à circuler, et un thermocouple au moins partiellement agencé dans ledit corps creux, pour mesurer la température de ladite partie de l'écoulement de fluide. Bien que non exclusivement, une telle sonde thermique est plus particulièrement appropriée à mesurer la température des fluides à la sortie d'un système de propulsion d'un engin volant, en particulier à la sortie d'un statoréacteur. Le système peut également être utilisé, par exemple pour une chambre de combustion installée au sol (essais au banc, turbine à gaz, ...). On sait que l'un des avantages premiers d'une telle sonde est sa grande précision de mesure. Bien entendu, les écoulements de fluides mesurés dans ce cas présentent généralement des températures très élevées susceptibles d'entraîner de nombreux problèmes techniques, et notamment de perturber le fonctionnement ou même de détruire la ou les sondes thermiques utilisées pour les mesures. En effet, des températures très élevées influencent négativement la stabilité de la sonde et en particulier la stabilité du thermocouple directement au contact des gaz chauds. De plus, une telle sonde thermique présente une température limite de mesure, par exemple de 18000C, audelà de laquelle le thermocouple n'est plus susceptible de réaliser des mesures et/ou est détruit. Ainsi, une telle sonde usuelle ne permet pas généralement de mesurer toutes les températures (élevées) apparaissant lors d'une série de mesures, effectuée lors d'essais, par exemple lors de la mise au point de systèmes de propulsion, ce qui limite bien entendu fortement son utilisation. Les inconvénients précités, notamment en ce qui concerne la stabilité, sont amplifiés lorsque la sonde thermique est utilisée pour réaliser des mesures pendant des durées importantes, par exemple lors de la mise au point de chambres de combustion de réacteurs où la durée de mesure peut atteindre plusieurs heures. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients. Elle concerne une sonde thermique présentant une grande résistance aux températures élevées et susceptible notamment de mesurer avec une grande précision des températures au-delà de la température limite de mesure du thermocouple. A cet effet, selon l'invention, la sonde thermique pour mesurer la température d'un écoulement de fluide, du type comportant un corps creux, dans lequel au moins une partie de l'écoulement de fluide est amenée à circuler, et au moins un thermocouple au moins partiellement agencé dans ledit corps creux, pour mesurer la température de ladite partie de l'écoulement de fluide, est remarquable en ce qu'elle comporte un système de refroidissement, dont les conditions de fonctionnement sont prédéfinies, susceptible de refroidir ladite sonde thermique et l'écoulement de fluide qui circule dans ledit corps creux et qui est destiné à être mesuré, et en ce que ladite sonde thermique est calibrée, en fonction desdites conditions de fonctionnement prédéfinies, de manière à fournir, lors de la mesure de la température de tout écoulement de fluide ainsi refroidi, la température effective dudit écoulement de fluide avant le refroidissement. Ainsi, grâce à l'invention, on est susceptible d'augmenter sensiblement la température limite de mesure de la sonde thermique, sans pour autant perturber la stabilité ou le fonctionnement de ladite sonde. De plus, grâce audit calibrage, la précision des mesures est conservée. En outre, avantageusement, les conditions de fonctionnement du système de refroidissement comprenant un fluide de refroidissement en circulation sont définies par la nature dudit fluide de refroidissement et ses caractéristiques de circulation, notamment la pression, le débit et la surface de la section transversale de son écoulement. Par ailleurs, de façon avantageuse ledit thermocouple est à base de platine, de rhodium ou de rhénium ; et/ou ladite sonde thermique est réalisée en un métal résis tant aux hautes températures, de préférence en un al liage de nickel et d'aluminium. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 illustre schématiquement une sonde thermique conforme à l'invention. La figure 2 est un diagramme qui illustre la relation entre la température effective et la température mesurée, avec et sans refroidissement. La sonde thermique 1 conforme à l'invention et représentée schématiquement sur la figure 1 est destinée à mesurer la température d'un écoulement de fluide illustré par des flèches E à la sortie d'un moyen 2 de génération de fluide, par exemple à la sortie d'une chambre de combustion d'un statoréacteur. De telles mesures peuvent notamment être réalisées lors de la conception de la chambre de combustion. Ladite sonde thermique 1 comporte de façon connue - un corps de base 3, par exemple cylindrique creux - un thermocouple 4, par exemple à base de platine, logé dans ledit corps de base 3 et comprenant deux fils 5 et 6 qui sont soudés ensemble en un point 7 et une gaine de protection 8 entourant lesdits fils 5 et 6 ; et - un tube 9, par exemple cylindrique, d'axe X-X, creux, et fixé audit corps de base 3 de façon sensiblement or thogonale de sorte que les espaces internes dudit tube 9 et du corps de base 3 communiquent ensemble. Dans l'exemple représenté, le corps de base 3 et le tube cy lindrique 9 sont réalisés en une seule pièce, en un mé tal résistant aux températures élevées, par exemple en un alliage de nickel et d'aluminium. Le point de sou dure 7 du thermocouple 4 est agencé dans la partie in terne du tube cylindrique creux 9. Pour mesurer la température de l'écoulement de fluide E, la sonde 1 est disposée de sorte que l'axe X-X du tube 9 est sensiblement parallèle audit écoulement E et est centré par rapport à ce dernier. Ainsi, une partie dudit écoulement de fluide E entre à une extrémité 10 du tube 9, agit sur le point de soudure 7 du thermocouple 4 et sort à l'extrémité opposée 11 dudit tube 9. Afin de pouvoir mesurer des températures très élevées, ladite sonde 1 comporte, de plus, selon l'invention, un système de refroidissement 12 comprenant - un fluide de refroidissement, par exemple de l'eau, qui circule dans la paroi dudit corps de base 3 et dudit tube 9, comme illustré par des flèches F ; et - un moyen 13, de type usuel, de régulation de l'écoule ment de fluide dans ledit système de refroidissement 12. Ainsi, grâce à l'invention, ledit système de refroidissement 12 refroidit - d'une part, la structure de la sonde 1, ce qui permet notamment de préserver la stabilité de cette dernière et - d'autre part, la partie de l'écoulement E qui pénètre dans le tube 9 et qui est mesurée par le thermocouple 4. Bien entendu, la sonde 1 est calibrée en correspondance, comme explicité ci-dessous, pour pallier directement la différence de températures entre celle Tme du fluide refroidi et mesuré à l'intérieur du tube 9 et la température effective Teff recherchée de l'écoulement de fluide E à la sortie du moyen 2, de manière à fournir directement ladite température effective Teff. Sur la figure 2, on a représenté l'effet du refroidissement conforme à l'invention sur les mesures. Cet effet est illustré par une partie hachurée 14 existant entre - une droite 15 qui est la bissectrice entre l'axe des températures mesurées Tme et l'axe des températures ef fectives Teff et qui illustre la relation entre ces températures dans le cas où la sonde 1 n'est pas re froidie ; et - une courbe 16, par exemple une droite, qui est la courbe de correspondance entre les deux axes pour la sonde 1 refroidie conformément à l'invention. Ainsi, selon l'invention, lorsque l'écoulement E présente une température T2, le thermocouple 4 est soumis à un fluide refroidi de température T1. Mais, il fournit bien la valeur T2 en raison de son calibrage approprié. Ainsi, si T1 est la température maximale susceptible d'être mesurée par le thermocouple 4, comme illustré par des hachures, la sonde 1 conforme à l'invention peut mesurer un écoulement de fluide E de température T2 (supérieure à T1), ce qui permet d'augmenter la température de mesure limite de la sonde 1. On notera que, selon l'invention, le calibrage de la sonde 1 est réalisée pour des conditions de fonctionnement définies du système de refroidissement 12. Par conditions de fonctionnement, on entend la nature du fluide de refroidissement et ses caractéristiques d'écoulement (débit, pression, surface de la section transversale de l'écoulement, ...). Bien entendu, pour calibrer la sonde 1 ou construire la droite 16 précitée, il est nécessaire de connaître une multitude de couples de températures Tme/Teff correspondantes. Selon l'invention, pour déterminer les valeurs Teff de tels couples, les valeurs Tme étant obtenues par des mesures au moyen de la sonde 1 refroidie conformément à l'invention - on mesure le même écoulement au moyen de la sonde 1 sans faire fonctionner le système de refroidissement 12 ; et/ou - on mesure cet écoulement au moyen d'autres dispositifs de mesure, par exemple du type optique, notamment lors que les températures sont très élevées et que l'utili sation de la sonde 1 non refroidie n'est plus possi ble ; et/ou - on utilise des écoulements de gaz à température prédé finie. REVENDICATIONS 1. Sonde thermique pour mesurer la température d'un écoulement de fluide (E), du type comportant un corps creux (9), dans lequel au moins une partie de l'écoulement de fluide (E) est amenée à circuler, et au moins un thermocouple (4) au moins partiellement agencé dans ledit corps creux (9), pour mesurer la température de ladite partie de l'écoulement de fluide (E), caractérisée en ce qu'elle comporte un système de refroidissement (12), dont les conditions de fonctionnement sont predéfinies, susceptible de refroidir ladite sonde thermique (1) et l'écoulement de fluide qui circule dans ledit corps creux (9) et qui est destiné à être mesuré, et en ce que ladite sonde thermique (1) est calibrée, en fonction desdites conditions de fonctionnement prédéf i- nies, de manière à fournir, lors de la mesure de la température (Tme) de tout écoulement de fluide (E) ainsi refroidi, la température effective (Teff) dudit écoulement de fluide (E) avant le refroidissement. 2. Sonde thermique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les conditions de fonctionnement du système de refroidissement (12) comprenant un fluide de refroidissement en circulation sont définies par la nature dudit fluide de refroidissement et ses caractéristiques de circulation. 3. Sonde thermique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit système de refroidissement (12) comprend de l'eau comme fluide de refroidissement. 4. Sonde thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit thermocouple (4) est à base de platine. 5. Sonde thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle est réalisée en un metal resistant aux hautes températures. 6. Sonde thermique selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle est réalisée en un alliage de nickel et d'aluminium.