Brevet FR3059419A1 — publié le 20180601

La présente invention concerne le domaine de mesure de température d'air par thermocouple dans un environnement fortement radiatif et plus particulièrement un système de protection du thermocouple dans de tels environnements pour en optimiser les performances. DOMAINE TECHNIQUE Le thermocouple est un montage de deux fils de métaux différents couplés à leurs extrémités de manière à utiliser l'effet Seebeck pour mesurer une température dans un milieu donné. L'effet Seebeck est un effet thermoélectrique provoqué par une différence de potentiel à la jonction de deux métaux soumis à une différence de température. Comme le montre la figure 1, le thermocouple 1 comprend deux fils 2, 4 de métaux différents, soudés à l'une de leurs extrémités 6. Cette jonction est appelée « soudure chaude » ; c'est cette jonction qui est placée dans le milieu dont on souhaite mesurer la température T1. Les deux autres extrémités 8a, 8b sont reliées aux bornes d'un voltmètre 10 ; chacune de ces deux jonctions est appelée « soudure froide » et se trouve à une température T2. La différence de potentiel AV mesurée aux bornes du voltmètre V 10 et provoquée par l'effet Seebeck dépend de la différence de température entre T1 et T2. La température T2 est une température connue par exemple celle de l'air ambiant ou encore celle mesurée par un capteur de température par exemple de type thermorésistif. Or il se peut que dans l'environnement dont il faut mesurer la température T1, il existe un transfert thermique radiatif par exemple avec une ou plusieurs éventuelles parois proches, conductif avec les fils métalliques du thermocouple et/ou convectif avec l'air environnant. Pour mesurer précisément la température T1, il est nécessaire que les résistances thermiques de conduction et de rayonnement soient fortes par rapport à la résistance thermique de convection. 3059419 2 On s'intéresse ici aux échanges radiatifs. Lorsque le thermocouple est placé dans une enceinte présentant au moins une paroi extrêmement chaude, le flux radiatif réfléchi par la paroi vers le thermocouple devient problématique pour obtenir une mesure de température d'air correcte. La température d'équilibre du 5 thermocouple est plus proche de la température réelle de l'air si la résistance thermique de la convection est réduite par rapport à la résistance thermique du rayonnement. TECHNIQUE ANTERIEURE 10 Dans la suite de la description, on s'intéressera à des exemples de réalisation dans le domaine de la mesure de température dans un compartiment moteur d'une turbomachine d'aéronef. Le thermocouple est installé dans le compartiment moteur d'une turbomachine à double flux. Or l'une des parois du 15 compartiment moteur du côté intérieur est chauffée par un flux primaire d'air chaud issu du compresseur et de la chambre de combustion de la turbomachine. Ainsi, la paroi du compartiment côté flux primaire est exposée à des températures très élevées générant un fort rayonnement thermique suffisant pour perturber la précision de la mesure de température d'air par le fonctionnement du 20 thermocouple. De plus, bien que le compartiment moteur soit ventilé, les vitesses de l'air constatées sont généralement faibles ce qui rend la résistance thermique de convection non négligeable par rapport à la résistance thermique du 25 rayonnement. La présente invention a pour but de proposer un dispositif de protection contre les rayonnements qui perturbent le fonctionnement du thermocouple et de pallier ainsi au problème de proximité d'une paroi radiative dans l'exemple d'un 30 compartiment moteur ou d'une manière plus générale. 3059419 3 EXPOSE DE l'INVENTION 5 Pour ce faire, la présente invention concerne un système de protection d'un thermocouple placé dans un environnement comportant au moins un élément radiatif caractérisé en ce qu'il comporte une plaque disposée entre le thermocouple et un élément radiatif, la plaque présentant un état de surface global de sa face interne orientée vers le thermocouple tel que la face absorbe 10 plus qu'elle ne réfléchit le rayonnement provenant de l'élément. La présente invention permet ainsi de protéger le thermocouple de l'élément radiatif perturbant son fonctionnement. La face de la plaque faisant face au thermocouple en absorbant plus qu'elle ne réfléchit permet de réduire le flux 15 radiatif réfléchi par la plaque vers le thermocouple. Le système de protection présente au moins l'une des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison. 20 La plaque présente un état de surface global de sa face externe opposée à celle orientée vers le thermocouple tel que la face réfléchit plus qu'elle n'absorbe le rayonnement provenant de l'élément. La face interne de la plaque présente un état de surface global différent de 25 la face externe de la plaque opposée à la face interne. La face interne de la plaque orientée vers le thermocouple présente une réflectivité plus faible que celle de la face opposée à la face interne. 30 La face interne de la plaque est peinte à l'aide d'une peinture mate améliorant les capacités de réflectivité de la plaque. 3059419 4 La face externe de la plaque opposée à la face interne est polie. La présente invention concerne également un moteur d'aéronef 5 comportant un compartiment dont l'une des parois est située dans un environnement dont la température est plus élevée que dans le reste de l'environnement caractérisé en ce qu'un thermocouple est installé dans le compartiment et en ce qu'une plaque est disposée entre le thermocouple et la paroi, la plaque présentant un état de surface global de sa face interne orientée 10 vers le thermocouple tel que la face absorbe plus qu'elle ne réfléchit le rayonnement provenant de la paroi. Le moteur présente au moins l'une des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison. 15 La plaque présente un état de surface global de sa face externe opposée à celle orientée vers le thermocouple tel que la face réfléchit plus qu'elle n'absorbe le rayonnement provenant de l'élément. 20 La face interne de la plaque présente un état de surface global différent de la face externe de la plaque opposée à la face. La présente invention concerne également un aéronef comportant un moteur présentant les caractéristiques ci-dessus prises isolément ou en 25 combinaison. DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINS D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à 30 la lecture de la description qui va suivre du système de protection selon l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins ci- 3059419 5 annexés dans lesquels : - la figure 1 représente une vue schématique simplifiée d'un thermocouple ; - la figure 2 représente une vue schématique simplifiée en coupe 5 latérale d'une forme de réalisation d'un système de protection d'un thermocouple selon la présente invention ; - la figure 3 représente une vue schématique en coupe d'une turbomachine à double flux à laquelle le système de protection selon l'invention peut s'appliquer ; 10 - la figure 4 représente une vue schématique simplifiée en coupe latérale d'une autre forme de réalisation du système de protection d'un thermocouple selon la présente invention. 15 MANIERE DE REALISER L'INVENTION La présente invention concerne un système de protection d'un thermocouple 14 contre les échanges thermiques perturbateurs et plus particulièrement les rayonnements d'un environnement 16 dans lequel le 20 thermocouple est placé. Le système de protection du thermocouple comprend un dispositif 12 de protection qui se présente sous la forme d'une plaque 18. La plaque 18 revêt tout type de forme par exemple plane, courbe ou à géométrie complexe. La plaque 18 25 est disposée entre le thermocouple 14 et un élément 20 radiatif comme par exemple une paroi 20 radiative de l'environnement 16. L'environnement 16 peut comprendre d'autres éléments 20' radiatifs tel que par exemple sur la figure 2 une autre paroi 20' disposée à l'opposé de la paroi 20 par rapport au thermocouple 14. Le rayonnement peut être direct comme illustré par exemple par le 30 rayonnement des parois 20, 20' sur le thermocouple représenté par la flèche A sur la figure 2 ou indirect, comme illustré par exemple par le rayonnement de la 3059419 6 paroi 20' sur le thermocouple après avoir été réfléchi par la plaque 18 tel que représenté par la flèche B. La plaque 18 présente deux faces 22, 24, une face 22 interne orientée vers le thermocouple et dans la forme illustrée vers l'élément 20' radiatif et une face 24 externe orientée dans la direction opposée et dans la forme 5 illustrée orientée vers la paroi 20 radiative. La nature physique de la surface (conductrice ou pas ... ), l'état de surface (défaut de planéité, propreté, rugosité ...), l'état chimique de surface (peinture, oxydation ...) de la face 22 interne de la plaque 18 sont choisis de manière à ce 10 que la face 22 absorbe plus qu'elle ne réfléchit. L'ensemble de ces propriétés (nature physique, état de surface, état chimique) sera appelé dans ce qui suit « l'état de surface global ». La face 22 interne de la plaque présente une réflectivité au moins inférieure à 0,5. Plus de la moitié du flux reçu est absorbée. De cette manière, la plaque 18 limite le flux radiatif réfléchi et dirigé vers le 15 thermocouple 14 de manière à ne pas en perturber le fonctionnement. Le rayonnement est en grande partie et plus précisément en majorité absorbé puisque plus de 50% du rayonnement est absorbé par la plaque 18. Les réflexions sur la plaque 18 sont limitées pour éviter de réfléchir le rayonnement d'élément radiatif de l'environnement 16 par la plaque 18 vers le thermocouple. 20 La surface de la face 22 de la plaque est réalisée, traitée, travaillée et/ou revêtue d'une composition spécifique pour que ses propriétés soient celles souhaitées à savoir celles décrites ci-dessus. 25 Ainsi, la face 22 interne peut être par exemple revêtue d'une peinture spécifique mate permettant d'accroitre sa capacité à absorber le rayonnement. La plaque 18 présente une face 24 externe opposée à la face 22 interne dont l'état de surface global permet de réfléchir plus qu'elle n'absorbe. La face 24 30 externe de la plaque présente une réflectivité au moins supérieure à 0,5. Plus de la moitié du flux reçu est réfléchie. Le rayonnement est en grande partie et plus 3059419 7 précisément en majorité réfléchi puisque plus de 50% du rayonnement est réfléchi par la plaque 18. De cette manière, la plaque 18 limite l'absorption du flux radiatif de l'élément 20 radiatif de manière à minimiser la température de la plaque. Plus la réflectivité de la face 24 externe est importante, plus la température de la 5 plaque baisse. Plus la température de la plaque 18 sera proche de l'air, plus la mesure de la température par le thermocouple sera précise et l'erreur réduite. La surface de la face 24 de la plaque est réalisée, traitée, travaillée et/ou revêtue d'une composition spécifique pour que ses propriétés soient celles 10 souhaitées à savoir celles décrites ci-dessus. Ainsi, la face 24 externe peut par exemple être polie pour rendre sa surface brillante. Une surface brillante présente une réflectivité plus importante qu'une même surface non polie. 15 La plaque 18 présente un état de surface global de sa face 22 interne différent de celui de sa face 24 externe. La face 22 interne présente une réflectivité plus faible que celle de la face 24 externe. Pour obtenir une plaque présentant deux faces 22, 24 opposées d'état de surface différent et plus 20 particulièrement de réflectivité différente, plusieurs solutions sont possibles. Une première solution consiste à choisir une plaque dont on modifie l'état de surface global d'au moins une des faces 22 et/ou 24. Il est possible de prévoir une plaque dont une des faces présente déjà les propriétés requises : il n'est 25 alors nécessaire que de modifier l'état de surface de l'autre face. Il est également possible de modifier voire juste d'améliorer l'état de surface des deux faces 22 et 24. Pour ce faire, comme vu précédemment, il est possible de réaliser la 30 plaque avec les faces souhaitées, ou encore de traiter la surface d'une plaque de différentes manières (oxydation, ...), la travailler mécaniquement (polissage, 3059419 8 usinage ...), lui appliquer un revêtement (métallisation, peinture ...) qui apporte ou seulement améliore les propriétés de surface de la plaque dans le sens souhaité. 5 Une deuxième solution consiste à assembler au moins deux plaques présentant respectivement une face libre et une face de liaison. Les faces de liaison respectives sont jointes par tout type de moyen connu suivant le matériau choisi pour la plaque et chacune des faces libres présente un état de surface global différent l'une de l'autre. Selon une forme particulière de réalisation, les 10 faces de liaison sont disjointes afin qu'une couche d'air augmente l'isolation entre les faces 22 et 24 et permette ainsi de réduire la température de la face 22. L'état de surface global d'une des faces libres correspond à celui de la face 22 interne et l'état de surface global de l'autre face libre correspond à celui de la face 24 externe, décrit plus haut. Le dispositif 12 peut consister en plus de deux plaques 15 adjointes les unes aux autres : l'essentiel est de prévoir un état de surface global pour les faces libres de la plaque 18 globale constituée correspondant à celui respectivement de la face 22 interne et face 24 externe décrit plus haut. Dans la description qui suit, deux exemples de réalisation dans le 20 domaine de l'aéronautique et plus particulièrement des moteurs d'un aéronef sont présentées. L'environnement radiatif est un compartiment moteur 26 d'une turbomachine 28 à double flux fixé à une aile 30 d'un aéronef par un mat 32. La turbomachine comporte une nacelle 34 qui constitue une enveloppe, une soufflante 36, un compresseur 38, une turbine 40 et une ou plusieurs chambres 25 de combustion 42. Le compartiment moteur 26 de la turbomachine 28 est délimité par un carter. La paroi 44 intérieure du carter se trouvant du côté du flux primaire 46 d'air chaud est située à proximité de la ou des chambres 42 de combustion. Le flux 30 primaire 46 d'air chaud circule le long de la paroi 44 intérieure du carter. Comme vu plus haut, les températures très élevées du côté de la paroi 44 génère un fort 3059419 9 rayonnement thermique qui peut perturber le thermocouple situé dans le compartiment 26. Selon une première forme de réalisation, celle représentée sur la figure 2, 5 un élément 20 radiatif est la paroi 44 intérieure du carter. La plaque 18 est disposée entre la paroi 44 intérieure du carter et le thermocouple 2 de manière à protéger la soudure chaude 6 de la paroi 44 radiative. La plaque 18 est plane. La face 22 interne de la plaque 18 présente une capacité à réfléchir plus importante qu'à absorber et inversement pour la face 24 externe. Les faces 22 et 24 10 présentent les caractéristiques développées plus haut. Selon une deuxième forme de réalisation représentée sur la figure 4, la plaque 18 est de forme cylindrique. La plaque 18 entoure la soudure 6 chaude du thermocouple. Elle s'intercale entre la paroi 44 intérieure du carter radiative et le 15 thermocouple 2. De cette manière, elle forme barrière aux rayonnements directs provenant de la paroi 44 se dirigeant vers la soudure 6 chaude. Seuls les rayonnements réfléchis sur la plaque 18 comme représenté par la flèche C sur la figure 4 peuvent parvenir jusqu'au thermocouple. Or la face 22 interne de la plaque 28 présente une capacité à absorber plus importante qu'à réfléchir et 20 inversement pour la face 24 externe. Les faces 22 et 24 présentent les caractéristiques développées plus haut. REVENDICATIONS1 - Système de protection d'un thermocouple (14) placé dans un environnement comportant au moins un élément (20, 44) radiatif caractérisé en ce qu'il comporte une plaque (18) disposée entre le thermocouple (14) et un élément (20, 20', 44) radiatif, la plaque présentant un état de surface global de sa face (22) interne orientée vers le thermocouple (14) tel que la face (22) absorbe plus qu'elle ne réfléchit le rayonnement provenant de l'élément (20, 20', 44). 2 - Système de protection d'un thermocouple selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque présente un état de surface global de sa face (24) externe opposée à celle orientée vers le thermocouple (14) tel que la face (24) réfléchit plus qu'elle n'absorbe le rayonnement provenant de l'élément (20, 44). 3 - Système de protection d'un thermocouple selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la face (22) interne de la plaque (18) présente un état de surface global différent de la face (24) externe de la plaque (18) opposée à la face (22) interne. 4 - Système de protection d'un thermocouple selon l'une des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que la face (22) interne de la plaque (18) orientée vers le thermocouple (14) présente une réflectivité plus faible que celle de la face (24) opposée à la face (22) interne. 5 - Système de protection d'un thermocouple selon l'une des revendications 1 ou 4, caractérisé en ce que la face (22) interne de la plaque (18) est peinte à l'aide d'une peinture mate améliorant les capacités de réflectivité de la plaque (18). 3059419 11 6 - Système de protection d'un thermocouple selon l'une des revendications 1 ou 4, caractérisé en ce que la face (24) externe de la plaque (18) opposée à la face (22) interne est polie. 5 7 - Moteur d'aéronef comportant un compartiment (26) dont l'une des parois (44) est située dans un environnement dont la température est plus élevée que dans le reste de l'environnement caractérisé en ce qu'un thermocouple (14) est installé dans le compartiment (26) et en ce qu'une plaque (18) est disposée entre le thermocouple (14) et la paroi (44), la plaque présentant un état de 10 surface global de sa face (22) interne orientée vers le thermocouple (14) tel que la face (22) absorbe plus qu'elle ne réfléchit le rayonnement provenant de la paroi (44). 8 - Moteur d'aéronef selon la revendication 7, caractérisé en ce que la 15 plaque (18) présente un état de surface global de sa face (24) externe opposée à celle orientée vers le thermocouple (14) tel que la face (24) réfléchit plus qu'elle n'absorbe le rayonnement provenant de l'élément (20). 9 - Moteur d'aéronef selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en 20 ce que la face (22) interne de la plaque (18) présente un état de surface global différent de la face (24) externe de la plaque (18) opposée à la face (22). 10 - Aéronef comportant un moteur selon l'une des revendications 7 à 9. 25