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" Perfectionnements apportés aux pyromètres".
La présente invention est relative à des py- romètres du type à couple électrique ou thermocouple et elle a pour but, surtout, d'améliorer les instruments de ce genre. Bien qu'elle soit, sous son aspect le plus large, applicable d'une manière générale, elle concerne plus particulièrement des pyromètres destinés à être uti- lisés à bord dtengins d'aviation, par exemple pour mesu rer la température des gaz d'échappement des turbines à combustion interne, telles que celles servant à la pro- pulsion d'avions par réaction et l'invention sera décrite ci-après avec cette application en vue en étant toutefois entendu que ceci ne limite en rien sa portée générale.
Pour des avions il est désirable que le pyro- mètre puisse indiquer directement la température de la jonction chaude du thermocouple et non seulement la dif- férence existant entre les températures à ses extrémités chaude et froide puisque la jonction froide peut être sou- mise à des variations de températures dans une large zone.
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Conformément à l'invention on fait comporter au circuit de sortie du couple électrique du pyromètre des moyens propres à introduire dans ledit circuit un potentiel en opposition avec le débit du thermocouple, lesdits moyens étant sensibles aux variations de le tem- pérature de la jonction froide du couple pour faire va- rier ledit potentiel en opposition, d'une manière pro- portionnelle aux variations de température de ladite jonc- tion froide et dans un sens pour lequel on obtient la compensation de ces variations, de sorte que l'on ob- tient ainsi un débit résultant du. couple qui varie avec la température de le jonction chaude seulement.
Egalement suivant l'invention on fait compor- ter aux moyens, propres à introduire un potentiel en opposition, un thermomètre avec résistances en pont de Wheatstone dont une diagonale chevauche une alimentation à potentiel constant et dont l'autre diagonale est étab- lie en dérivation dans le circuit de sortie du couple électrique, le branche du pont, sensible à le tempéra- ture, étant agencée de manière à être sensible au.. va- riations de le température de le jonction froide de maniè- re à réduire le débit du pont quand cette température augmente et vice-versa.
Une- difficultéqui se produit quand l'invention estappliquée à un pyromètre pour avions est que l'on ne peut pas se fier à l'alimentation normale en énergie électrique, à bord de cet engin, pour obtenir un poten- tiel suffisamment nonstant. Par conséquent et selon l'in- vention, on fournit le courent au thermomètre avec pont à résistances par des moyens compensateurs propres à équilibrer les variations du potentiel de cette alimen- tation en vue d'obtenir un potentiel constant à fournir
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audit pont, lesdits moyens compensateurs comprenant des moyens potentiométriques sensibles à la température,
cette dernière étant déterminée principalement par le courant qui traverse ces derniers moyens et également par le po- tentiel de l'alimentation à régler tout en variant avec celle-ci d'une manière telle que l'on obtienne la compen- sation, par variation de la différence de potentiel aux bornes de la résistance, des variations qui peuvent se produire dans le potentiel de ltalimentation.
Il est à noter également que, par suite de la zone très large des variations de température qui peuvant se produire dans un avion, le! moyens compensateurs de potentiel, dont question plus haut, doivemt tenir compte des variations de la température ambiante à laquelle ses moyens à résistance et sensibles à la température sont exposés et'à cet effet, conformément à l'invention, on fait comporter aux moyens compensateurs une autre résis- tance variable et sensible à la température et dont la température est détemminée uniquement par la température ambiante,
les variations de cette résistance modifiant l'intensité du courant dens les moyens à résistance cités plus haut pour faire varier la température de ceux-ci dans un sens pour lequel on obtient la compensation des variations de ladite température ambiante.
Une autre particularité importante de l'inven- tion concerne une disposition pour obtenir que le thermo- mètre avec pont à résistance fesse partie intégrante, du point de vue constructif, de la jonction froide du couple électrique et, à cet effet, on enroule les résistances, formant le thermomètre avec pont à résistance s, sur un noyau en une matière conductrice de la chaleur, la
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résistance sensible à la température étant en échange de chaleur avec.lui et les résistances restentes étant calorifugées par rapport à celle¯-ci, ledit noyau étant lui-mme en liaison, pour un échange de chaleur,
evec les mêmes conditions de température que la jonction froide du couple et/ou étant exposé à ces mêmes conditions et l'agencement étant tel que, entre des limites rapprochées, le résistance sensible à le température, faisant partie du pont, soit maintenue à le même température que ladite jonction froide.
Comme convenance pratique d'une importence par- ticulière pour l'application du dispositif à un engin d'aviation il est fortement désirable que les jonctions chaude et froide du couple thermo-électrique soient écer- tées l'une de l'autre et à cet effet ces points sont re- liés par des éléments flexibles en une même matière que celle du couple. Ces éléments doivent, évidemment, être isolés par un milieu qui résiste à la chaleur à le tem- pérature maximum à envisager. De plus, comme dans un avion ces éléments sont soumis à des conditions sévères dans des vapeurs ayant un effet nuisible sur le pouvoir isolant, ledit milieu isolent doit pouvoir résister, à un degré élevé, à l'humidité.
Quand il s'agit d'un pyromètre convenant à. la mesure de la température d'un courant de gaz chauds, tel que l'échappement d'une turbine à combustion interne, il est important que les fluctuations dans lavitesse d'é- coulement des gaz, passent à la jonction chaude, soient maintenues faibles puisque la sensibilité obtenue dépend en partie de la vitesse du courant gazeux. Pour satisfaire à cette condition, on loge le thermocouple (ou chacun de
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ceux-ci au cas où l'on en utilise plusieurs) dans une botte forment écran, cette botte comportant une entrée pour le courant gazeux et une sortie plus petite, établie hors d'alignement ,de cette entrée et étant agencée de ma- nière qu'un courant gazeux étranglé soit obligé de suivre un trajet sinueuse et à une vitesse réduite au delà du couple thermoélectrique.
Les dessins ci-annexés montrent, à titre d'ex- emple, un mode de réalisation de l'invention.
La fig. 1 montre, sous forme d'un schéma élec- trique, les principes généraux d'un pyromètre et un com- pensateur de potentiel, adjoint à ce lui-ci. Eronformémsnt à l'invention.
La fig. 2 montre, semblablement, l'agencement des organes de l'ensemble pyrométrique, ces organes, pour la faciltté de leur montage, étant constitués sous forme d'éléments séparés et complets en soi,notamment plusieurs éléments pour couples thermo-électriques et leurs organes de liaison flexibles, une botte de jonction contenant l'extrémité froide dudit couple, le thermomètre avec pont à résistances, une boîte de commande contenant les moyens compensateurs de potentiel et l'instrument indicateur lui-même.
La fig. 3 montre, en élévation et avec plus de détails, la construction d'un élément de couple thermo- électrique et l'organe de liaison flexible raccordé à cet élément.
Les figs. 4 et 5 montrent, respectivement en plan (le couvercle étant enlevé) et moitié en élévation, moitié en coupé axiale, la boîte de jonction.
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Le pyromètre, montré sur le fig. 1, comprend une pile thermo-électrique constitue per quatre éléments eyent des jonctions chaudes T alors que leurs jonctions froides 1, 2, 3, 4 et 5 sont reliées, en séric, dans le circuit d'un instrument indicateur I constitué avantageu- sement par un milli-voltmètre à bobine mobile avecune graduation correspondant à environ 70 millivolts, cet instrument consommant 1 milli-ampère quand son indice- tion est au maximum.
Afin que l'indicateur 1 puisse in- diquer le température des extrémités chaudes des thermo- couples T et passeulement le différenceentre cette tem- pérature et celle des jonctions froides 1-5, on agence l'indicateur et le circuitdu thermocouple de manière qu' ils forment une liaison en diagonale d'un thermomètre W avec pont de Wheatstone propre à introduire dans le cir- cuit indicateur un potentiel en opposition a celui des thermo-couples T et qui varie avec la température de leurs jonctions froides alors que son autre diagonale est bran- chée sur les bornes d'alimentation S qui sont maintenues à un potentiel sensiblement constant à l'aide d'un com- pensateur de tension C.
Le circuit W du pont, pour la compensation de la jonction froide, comprend une branche 9, sensible à la température, une branche d'équilibrage 10 et deux branches compensatrices 11 et 12, le branche 9 étant agencée, comme décrit plus explicitement ci-après, de manière qu'elle soit à tout moment à le même température que lesjonctions froides 1-5. Le valeur de la branche d'équilibrage 10 est choisie de manière telle que, lors- qu'un potentiel prédéterminé (par exemple 1,5 volts) existe entre les bornes 7 et 8 et quand le compensateur
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est à une température de 0 C, la tension entre les bor- nes 1 et 6 équilibre exactement celle fournie par la pile thermo-électrique dont les jonctions chaudes sont à une température prédéterminée (per exemple 403 C) et les jonctions froides à 0 C.
On se rend compte qu'un accrois- sement de la température de la branche 9 donne lieu à une diminution du débit du pont: alors qu'une chute de température produit une augmentation de ce débit. La branche 9 est choisie de manière qu'elle ait des valeurs telles que,pour un changement donné de la température dans la branche 9, la variation du débit du pont équili- bre la variation du débit de la pile thermo-électriqlle quand les jonctions froides sont soumises à la même variation de température, celle des jonctions chaudes restant les mêmes.
Comme le débit du pont W est proportionnel, à la fois, à la résistance de la branche sensible à la chaleur et à la tension appliquée, il est essentiel que cette dernière reste constante si l'on veut que ce débit soit seulement dépendant de la température de la branche 9. A cet effet on fournit l'alimentation S par l'inter- médiaire du compensateur 0 qui comprend un circuit 'il en pont de Wheatstone dont deux branches opposées sont formées par des la@@es ,à filament 13 et 14, remplies de' gaz et dont les coefficients de température sont tels que leurs résistance diminue pour une baisse de tempéra- ture.
Les deux autres branches du pont sont constituées par une résistance constante 15, ayant une valeur diffé- rente de celle de la lampe 13 et par une résistance 16, sensible à la température et dont la température est dé- terminée par celle de l'atmosphère. Le compensateur
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comprend également une résistance de réglées 17 servant au calibrage, une résistance auxiliaire 18 et une résis- tance constante 19 en série et qui peut être constituée par une lampe à filament remplie de gaz ou per toute au- tre résistance expropriée.
Avant de se servir des diffé- rentes tempes, qui doivent être du genre avec remplissa- ge de gaz, on doit les faire fonctionner pendent un tamps prolongé (par exemple 50 heures) sous une tension légè- rement plus élevée que leur tension de régime et on doit les essayer,en ce qui concerne le constance de leur ré- sistance. dans des conditions de fonctionnement -stables.
Le fonctionnement de ce compensateur de ten- sion est le suivant. On admet que les conditions sont stables et, dans ce ces, il se produit un débit de cou- rant depuis le borne positive de l'alimentation par la lampe 13 ou ce débit se scinde en deux parties, la plus grnde partie correspondant au retour du courant vers la borne négative de l'alimentation en passent par le ré- sistance 15 et le partie restante passent par le charge et retournant à le borne négative par l'intermédiaire de le lampe 14. Il se produit donc un écoulement da courent par la résistance 16 et le lampe 14 vers le borne néga- tive de l'alimentation.
Comme les chutes de tension res- pectives dans le lampe 15 et le résistance 16 sont inéga- les, une différence de potentiel se produit entre les points 20 et 21,
Si l'on suppose que le tension d'alimentation diminue, le valeur des intensités des courants dans les lampes 13 et 14 ainsi que le chute de tension eux bornes des deux lempes et des résistances diminuent également.
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La réduction de l'intensité provoque également une dimi- nution de la température du filament des lampes et, per suite du coefficient de température élevé des filaments des lampes, la résistance de ceux-ci diminue encore da- ventage ce qui réduit encore la chute de tension à leurs bornes. Les caractéristiques des lampes 13 et 14 et les valeurs des résistances 15 et 16 sont choisies de manière telle que le chute diminuée de la tension aux bornes des lampescompensela diminution de la tension d'alimenta- tion et laisse la différence de potentiel entre les points 20 et 21 non-affectée.
Les lampe13 et 14 sont, évidemment , soumises à la température ambiante et ce facteur est compensé par l'incorporation de la résistance 16, sensible à la tem- pérature. Par conséquent, si la température ambiante di- minue, la résistance de la lampe 13 tombe également et il en résulte une réduction de la chute de tension à ses bornes. La valeur de la résistance 16 tombe également ce qui permet à un courant plus intense de traverser cette résistance 16 ainsi que la lampe 14 et il en résulte que la température et, par conséquent, la résistance de la lampe 14 augmentent ce qui accroît la chute de tension à ses bornes.
La valeur du coefficient de température de la résistance 16 est choisie de manière que cet accroisse- ment 'de la chute de tension aux bornes de la lampe 14 équilibre la réduction de la chute de tension eux bornes de cette lampe 14 de sorte que la tension entre les points
21 et22 n'apas changé.
Dans ce qui précède on a admis que la charge est constante puisqu'une variation de celle-ci aurait pour effet de modifier l'intensité du courant passant dans leslampes 13 et 14 et, par conséquent, la chute de
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tension eux bornes de celles-ci et donc également le ten- sion entre les points 20 et 21 puisque cette dernière est égale à la différence entre le tension d'alimente- tion et la chute de tension aux bornes des lampes 13 et 14.
Afin que le compensateur de tension C puisse être utilisé à volonté pour desservir un ou deux compensateurs W de jonction froide, la résistance de charge 18 est agencée de manière telle qu'elle puisse être mise en ou hors circuit, à volonté, en ouvrant ou en fermant les bornes 22, le valeur de cette résistance 18 étant choisie de manière qu'elle constitue une charge supplémentaire.
La résistance 19 sert uniquement à permettre au compensateur C d'être alimenté avec une tension four- nie directement per le borne 23 ou avecune tension plus élevée fournie.. par une borne 24 et qui est en série avec ladite résistance 19. Pour l'exemple montré, l'ap- pareil est destiné à fonctionner avec une alimentation de 24 volts ou de 12 volts, la résistance 19, formée par une lampe, étant celibrée à 24 voltspour 16 Watt alors que les lampes 13 et 14 consomment 6 Watt evec un courent de 12 volts. Le résistance de calibrage permet de régler le débit initiel du compensateur 1, le veleur désirée pour l'alimentation du compensateur pour le jonction froide.
Au cours de l'usée et quand l'appareil est branché sur le source d'alimentation elors que les jonc- tions chaudes T sont froides, le débit total du pont W agit sur l'indicateur I et oblige l'aiguille de celui-ci de se déplacer vers se position correspondent à le limite inférieure. uand le force électro-motrice, produite par le pile thermo-électrique, augmente.. avec un accroisse- ment de la température, le force électro-motrice en
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opposition du pont %1 est vaincue graduellement jusqu'à ce que, à la température prédéterminée choisie (par exem- ple 403 C), l'aiguille commence à se déplacer devant la partie graduée de l'échelle de l'indicateur I.
Bien que le débit des thermo-couples varie avec les changements de température de leur jonction froide, la compensation correspondante du débit du pont W par l'intervention de la résistance 9, sensible à la température, a pour cause que l'indicateur donne toujours et uniquement les indi- cations correspondant aux variations de température des jonctions chaudes.
Un mode de réalisation pratique de l'invention, convenant plus spécialement à être utilisé à bord d'un avion pour la mesure de la température des gaz d'échap- pement d'une turbine à combustion interne, est montré sur les figs. 2 à 5 des dessins.
Comme visible sur les figs. 2, 4 et 5, les jonctions froides 1-5 des thermo-couples et le compensa- teur W destructions froides forment un ensemble logé dans une boîte 30. Les rési st ances 9, 10, 11 et 12, formant le pont W, sont enrouléessous forme d'une bobine 31 sur un noyau 32 en une matière bonne conductrice de la chaleur et telle que du cuivre, la résistance 9, sensible à la température (non montrée séparément sur ces figs.), se trouvant à l'intérieur et étant isolée électriquement du noyau 32 par une mince couche 33 d'une matière diélectri- que, telle qu'une soie huilée, qui ne gène pas d'une ma- nière notable l'échange de chaleur entre le noyau 32 et la résistance 9.
Les résistances 9 à 12 sont reliées par des flexibles (non montrés sur les dessins) aux bornes 1, 6,7 et 8 prévues sur une série de douilles 34 logées dans des encoches réparties le long de la périphérie
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d'un bloc circulaire 35 en cuivre ou autre matière bonne conductrice de la chaleur, tout en étant isoléesélectri- quement par rapport à ce bloc par des manchons 36 en mica et des rondelles supérieure et inférieure 37 égale- ment en mica. Le bloc 35 est prolongé vers le bas en 35a et ce prolongement repose, après montage, sur le noyau 32 de manière qu'un change de chaleur puisse se faire entre ces deux pièces. Le bloc 35 comporte d'autres bornes 2, 3, 4 et 5 montées et isolées de le même manière que les bornes 1, 6, 7 et 8.
L'ensemble forme une pièce rigide en étant maintenu en place à l'aide d'un boulon 38 coo- pérant avec un écrou 39 qui prend appui sur une bague 41 munie d'encoches radiales 4le, ces dernières entourent en partie les têtes des bornes 1 - 8 tout en laissent sub- sister des ouvertures pour le passage des différents fils aboutissent à ces bornes. La face supérieure de la be- gue 41 est recouverte d'un couvercle 40 mai-ntenu en place par un écrou 39a en forme de capuchon. Les dimen- sions verticales de la bobine 31 et du bloc 35 - 35e sont telles que le bord supérieur dudit bloc 35 fesse légère- ment saillie au-dessus du bord de la botte 30 alors que le blcc 35 est ajustéexactement dans ladite boîte.
Dans la partie inférieur, de le bague 41 est ménagée une enco- che dans laquelle vient se loger exactement le partie su- périeure du bloc 33. Les bords en contact de le botte 30 et de la bague 41 comportent des créneaux, bien visibles sur la fige 5, qui empêchent une rotation relative d'une pièce par rapport à l'autre.
Chacune des quatre jonctions chaudes T de la pile thermo-électrique est constituée per un. élément sé- paré, montré sur la fig. 3, les branches du couple thermo-
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électrique étant logées dans une pièce tabulaire 42, formant écran, dans laquelle elles sont retenues par.. un isolement en céramique. La pièce 42 a une entrée en 43 et une sortie en 43a, cette dernière étant décelée axia-' lement par rapport à l'entrée 43 en étant notablement plus petite que celle-ci. L'écran 42 comporte un raccord taraudé 44 à l'aide duquel il peut être fixé sur une mon- ture filetée 45 solidaire de la paroi 46 de la chambre - dans laquelle on yeut mesurer la température, cette pa- roi étant percée d'une ouverture par laquelle on peut faire passer l'écran 42.
Des matières appropriées, pour constituer les éléments thermo-électriques, sont des al- liages connus sous les dénominations "Chromel" et "Alumel".
Il est à noter, toutefois, si ces alliages sont utilisés à des températures supérieuà 400 C, que la matière cons- tituant le tube ou écran 42 doit avoir une faible teneur en fer. A cet effet on peut se servir d'alliages connus sous le nom "Incomel". Les éléments Tl et T2 du thermo- couple se présentent sous forme de fils flexibles établis dans le prolongement des éléments logés dans l'écran 42 à la jonction chaude T et constitués en la même matière que ces derniers, ces fils flexibles étant connectés aux bornes 1-5 de la boite de jonction comme montré sur la fige 2 de manière que les thermo-couples soient en série entre-eux et que leurs jonctions froides soient transfé- rées aux bornes 1-5. Les jonctions froides et le bloc 35 sont donc toujours sensiblement à la même température.
Les prolongements flexibles des éléments Tl, T2 comportent des isolements lesquels, à cause de la dif- ficulté d'obtenir un isolement électrique résistent d'une manière satisfaisante à l'humiditédans la région voisine
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des jonctions chaudes et qui est soumise à des tempera- tares élevées, sont constitués par une partie 47 pour température haute et une partie 48 pour température basse.
On trouvé qu'il est avantageux d'utiliser du chlorure de polyvinyle comme diélectrique, pour obtenir un isole- ment électrique satisfsisant, aux endroits du fil qui sont soumis à une température maximum ne dépassant pas 100 C.
Le partic-etheute température est donc limitée en longueur à la région dans laquelle le température maximum dépasse cette valeur. L'isolement utilisé pour la partie à haute température 47 est constitué par du fil de verre appliqué sur lesfils individuels, les deux fils étant ensuite recouverts simultanément d'une couche ou d'un guipage en fil de verre et d'une couche extérieure en fil d'amiante, l'ensemble étant protégé par une gaine flexible armée.
Il est essentiel que l'isolement soit non seulement résis- tent à le chaleur, mais qu'il puisse également résister, à un degré élevé, à l'humidité car sens celé, lorsque l'appareil est froid et spécialement lorsqu'il est exposé aux conditions atmosphériques extérieures et humides, l'isolement risque de devenir inefficace. A cet effet on traite l'amiante utilisée avec une solution colloïda- le. <l'acide silicique dans un solvant organique en même temps qu'une charge. Le solvant peut être, par exemple, de l'alcool éthylique qui peut être dilué avec du toluène ou du benzène alors qu'une charge appropriée est consti- tuée par l'oxyde de titane, la charge étant ajoutée à le solution jusqu'à obtenir une pâte avec laquelle on enduit les fils.
Une solution appropriée, convenant à cet usage, est connue sous la dénomination de "Silicaseal".
Comme visible sur la fig. 2, on relie l'instru- ment indicateur 1 aux bornes 5 et 6 et le compensateur C
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eux bornes 7 et 8 de la boite de jonction.
Quand le dispositif; établi selon l'invention, sert à la mesure de la température des gaz d'échappement d'une turbine à combustion interne, leéléments s thermo- électriques individuels 42 peuvent traverser le carter de la turbine en faisant saillie sur ses faces internes en des points régulièrement répartis, sur une circonférence et dans un plan qui se trouve immédiatement derrière le rotor de la turbin afin que la température indiquée soit la température moyénne en ces points, cette précaution étant nécessaire car il se peut que l'écoulement gazeux se fasse en formant des cou@es. Les entrées 43 sont pla- cées face au courant gazeux afin que les gaz chauds puis- sent pénétrer dans les éléments 42.
La vitesse des gaz est toutefois fortement réduite à cause du trajet sinu- eux qu'ils suivent dans l'élément et à cause de la sec- tion réduite de la sortie 43a de sorte que lesvariations dans la vitesse du courant gazeux principal ont un effet réduit,en conséquence,sur la vitesse d'écoulement des gaz dans l'élément 42.
Comme déjà dit, l'appareil tel que décrit et tel que montré est spécialement agencé pour pouvoir sa- tisfaire aux conditions spécifiques qui se présentent pour une turbine à combustion interne servant à la pro- pulsion d'un avion mais il convient, d'une manière géné- rale, à le sure de températures pour lesquelles on se servirait normalement d'un pyromètre. A ce sujet il y a lieu de noter que la limite inférieure de la zone de tem-
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pé--,ature,pour laquelle on obtient une indication effica- ce, peut être modifiée en réglant le débit du compensateur W des jonctions froides pour faire varier ainsi la tem- pérature à laquelle ce débit est équilibré par celle des
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