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La présente invention concerne les dispositifs de commande de température destinés à maintenir une pièce ou une enceinte chauf- fée par radiations à une température en substance prédéterminée et constante.
Le réglage précis de la température dans des locaux ou enceintes chauffées par rayonnement, des fours par exemple, a toujours présenté une certaine difficulté du fait que des variations de l'énergie électrique d'alimentation provoquent des changements rapides de la température. Si, par exemple,la température du four'
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est réglée par mise en marche et coupure du chauffage;, la chaleur débitée neut varier dans de larges limites, surtout si la commande est peu sensible ou à action lente. Ce genre de commande est illustré par le type habituel de régulateur d'énergie à bi-métal ou par un thermomètre à mercure avec contacts.
Le cycle de fonction- nement de régulateurs de ce genre est au minimum de l'ordre de 20 secondes et il est clair que pendant ce temps un processusdont le cycle n'est que de quelques secondes peut se dérouler alors que le four est en pleine marche ou est complètement coupé. La différence de traitement thermique que cela entraîne dans les deux cas beut très facilement dépasser la tolérance admissible pour le processus considéré.
Un réglage plus précis peut être obtenu en commutant entre deux niveaux de puissance dont l'un est. capable d'élever la température du local ou enceinte au-dessus de la température demandée et dont l'autre permet à la température de descendre en dessous de la température désirée. La variation de température qui en résulte peut cependant encore être exagérée pour des processus sensibles à la température et prenant un temps de l'ordre de 10 secondes, par exemple certains processus de finition de l'industrie textile.
La présente invention a pour. but de procurer un dispositif de commande de température avec lequel la variation de température obtenue est encore plus réduite.
Suivant la présente invention, dans un dispositif de com- mande de température dans lequel la température d'un local ou enceinte chauffé par rayonnement est commandée -car commutation entre deux niveaux de puissance dont l'un est capable d'élever la température du local ou enceinte au-dessus de la température demandée et dont l'autre permet à la tembérature de descendre en dessous de la tem- pérature demandée auand la température du local ou enceinte tend à dépasser la température demandée avec le chauffage de la pièce ou enceinte alimenté à son niveau de puissance le plus élevé, le dispositif de chauffage est agencé de façon que son alimentation .
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soit coupée pendant un intervalle déterminé avant qu'il soit alimenté .au niveau de puissance le moins élevé.
Un dispositif de commande de'température suivant la présente invention réduit les dépassements qui se produiraient si lelocal ou enceinte était commuté directement du niveau le plus élevé de puissance au niveau le moins élevé.
Il va de soi que, quand les limites de réglage de la tem- pérature sont de l'ordre de + 1,5 C, tout dispositif de commutation utilisé pour le réglage du chauffage doit fonctionner.à une fréquence assez élevée. Dans des cas de ce genre,,'un contacteur mé- canique ne convient pas et on utilise des thyratrons où-dès ignitrons Dans le cas de thyratrons, le niveau de chaleur bas est obtenu en polarisant les tubes par réglage de la phase de la tension appliquée aux grilles de commande relativement aux tensions anodiques. Dans le cas d'ignitrons, le réglage au niveau bas est obtenu à 1-'aide d'un dispositif à minuterie.
En outre,la température d'un four chauffé par rayonnement varie rapidement avec les variations de la puissance d'entrée. C'est pourquoi tout élément détecteur de la température doit être 'capable de répondre avec une égale rapidité à toutes les variations de tem- pérature et, à cet effet, il doit avoir une faible capacité thermique.
Un dispositif convenable consiste en un ou plusieurs petits morceaux de feuille métallique auxquels sont attachés des thermocouples cons- titués par des fils fins, ceux-ci étant, à leur tour, reliés à la commande de température. La feuille ou les morceaux de feuille sont placés très près de la source de chaleur ou d'une partie de celle-ci.
L'invention ressortira clairement de la description de deux dispositifs de commande de température suivant l'invention, représentés à titre d'exemple aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 représente un schéma de circuit de la première forme d'exécution et la figure 2 représente un schéma de circuit de la seconde forme d'exécution.
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Comme la figure 1 le montre, les éléments de chauffage électrique du four constituent une charge résistiye 1 alimentée par un réseau à courant alternatif, par l'intermédiaire des .bornes 2, 3 et de deux thyratrons 4, 5 montas dos à dos oour un redresse- ment plein à double alternance. Un transformateur 6 comprend un en- roulement primaire 7 mis aux bornes 2 et 3 du réseau et plusieurs en- roulements secondaires en circuit avec les thyratrons. Les enroule- ::!lents secondaires 8 et 9 alimentent les filaments des thyratrons 4 et 5, les lettres 'a' 'b' 'c' et 'd' indiquant les connexions de circuit. Un autre enroulement secondaire 12 fait partie d'un circuit déphaseur destiné à la commande des thyratrons 4 et' 5.
Une prise médiane 13 de l'enroulement 12 est reliée à la jonction 15, par un arrangement de. transformateurs 14. Une borne 16 de l'enroule- ment 12 est reliée à la jonction, 15 via le condensateur 17, et l'autre borne 18 de l'enroulement 12 est reliée à la jonction 15 par l'intermédiaire d'une paire de circuits parallèles. Le premier circuit passe par le contact 19 du relais 20 et le second par le contact 21 du relais 22 et la résistance variable 23:
L'enroulement secondaire 24 du montage de transforma- teurs,14 est connecté entre la grille 25 et la cathode 26 du thy- ratron 4 et un enroulement secondaire 27 est- connecté entre la.grille
28 et la cathode 28 du thyratron 5;
des résistances de limitation de courant 30 et 31 sont prévues dans les circuits de grille des thyratrons 4 et 5.
Une commande de température 32. est prévue et actionnée de manière que, lorsque la température du four dépasse la température de réglage, les contacts 33 et 34 se ferment , et les contacts 34 et 35 s'ouvrent, et quand la température du four descend en dessou de la température de réglage, les contacts 34 et, 35 se ferment et les contects 33 et 34 s'ouvrent. La commande de température 32 contient un dispositif sensible à la température (non représenté) qui comprend une mince feuille de métal disposée de façon à intercepter les radiations des éléments chauffants et connectée à un thermocouple.
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Un dispositif sensible à la température qui s'est avère convenir consiste en une mince feuille métallique ayant une superficie d'en- viron 1 à 1,5 pouce carré (6 à. 10 cm2) et une épaisseur de 6/1000 pouce (0,15 mm). Cette feuille métallique est légèrement incurvée et sa face concave, peinte en noir, est tournée vers.l'élément chauffant. La feuille est soudée à un thermocouple constitué par de fins fils d'un alliage T1/T2 et se trouve,à une distance d'environ 1/4 à 1/2 pouce (6,35 à 12,7 mm) des éléments. Il est préférable de .placer la feuille du même côté des éléments chauffants que les pièces traitées dans le four.
Il a été constaté que, lorsque la matière chauffée préala- blement est introduite dans le local ou enceinte, la chaleur rayonnée par la matière fait que la feuille a tendance à dépasser la tempéra- ture voulue et, par conséquent, à commuter le local ou enceinte au niveau de puissance faible, et le four peut tarder légèrement à fonctionner correcte-nient, la matière qui traverse le four à ce mo- ment ayant donc subi un traitement inférieur au traitement minimum admissible.
Pour éviter cet inconvénient, un autre morceau de feuil- le métallique qui peut logiquement être dénommé feuille écran, est placé entre la première feuille et la matière à chauffer, une solution convenable consistant à utiliser une feuille écran légèrement plus grande que la première feuille et distante de celle-ci de, par exemple, environ 1/2 pouce (12,7 mm). La face de la feuille écran tournée vers la -crémière feuille est noircie tandis que sa face tournée vers la matière est polie. Tout rayonnement parasite pro- venant de la matière est ainsi réfléchi et n'influence pas la pre- mière feuille ou feuille de commande.
Les durées d'ouverture et de fermeture des contacts 33, 34 et 35 se chevauchent partiellement, de préférence. Le résultat obtenu oar ces ouvertures et fermetures est décrit plus loin. Il est aussi prévu un dispositif à retard consistant en une triode,36 et diverses résistances et-capacités dont le fonctionnement ressort clairement de la description donnée ci-après.
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Pour la describtion du fonctionnement du-.
' on supposera que les thyratrons 4 et 5 sont initialement pleine- ment conducteurs et que la température du four est donc croissante.
A un certain moment, la. température de réglage est atteinte et la commande de température 32 ferme les contacts 33,34 et ouvre les contacts 34, 35. L'ouverture des contacts 34, 35 coupe le relàis 20 et ouvre donc le contact 19. A cet instant, les con- tacts 21 sont aussi ouverts, de sorte que la résistance 23 est infinie et que les thyratrons sont polarisés au cut-'off, les élé- ments chauffants qui constituent la charge résistive 1 étant nrati- que?Tent non alimentés ;
ils'ensuit que la température du four décroî
La. fermeture des contacts 33 et 34 ferme le circuit anode-cathode de la triode-thyratron 36, mais celle-ci ne s'amorce pasimmédiate- ment du fait que la grille est maintenue négative par la charge d'un condensateur 37 qui, comme décrit plus loin, a été chargé durant une autre partie du cycle d'opérations. Comme la charge du condensateur 37 fuit par la résistance variable 38, le potentiel de la grille devient moins négatif et il arrive un moment où le tube 36 s'allume. Il est à remarquer nue le retard à l'al- lumage du tube peut être modifié en faisant varier la résistance
38.
En S'allumant, le tube 36 excite le relais 22 qui ferme son 'contact 21 et introduit ainsi une partie déterminée de la résistance variable 23 dans le circuit de l'enroulement secondaire
12. La partie de résistance mise en circuit détermine la phase de la tension induite daxls les enroulements secondaires 24 et 27 relativement à la tension du réseau aux bornes 2 et 3. De ce fait, la phase de la tension aopliquée aux grilles 25 et 28 relativement aux anodes des thyratrons 4 et 5 varie, et il en est, par conséquent, de même de l'intensité du courant circulant dans la charge 1. Cette résistance déterminée, qui peut évidemment être variée, est cal- culée de façon à donner au cournt de charge des éléments chauffants une-valeur faible.
La température continue donc à décroître à l'in- térieur du four, et cela jusqu'au moment où elle descend en
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dessous du réglage prévu, moment où les contacts 34, 35 ferment et les contacts 33, 34 s'ouvrent.
L'ouverture des contacts 33, 34 ouvré le circuit anode-cathode du tube 36 et le condensateur 37 se charge durant une demi-période sur deux, quand la grille 41 est positive par rapport à la cathode, le courant circulant de la, borne 3, par la résistance 39, le condensateur 37,' la résistance ,40, la grille 41, la. cathode 42, la résistance 43 et la résistance 44, à la borne 2; la résistance 45 a une valeur suffisamment élevée pour pratiquement réduire à zéro le courant qui la traverse. Le condensateur 37 est ainsi préparé à se décharger pour déterminer le laps de temps s'écoulant avant la commutation au niveau de puissance faible.
La fermeture des contacts 34 et 35 provoque l'excitation du relais 20 et, par conséquent, la fermeture du contact 19 qui courtcircuite la résistance 23. Ceci rend les thyratrons pleinement conducteurs,' de sorte que la température du four commence à remonter, et le cycle entier se répète ensuite de lui-même.
Le circuit de la, figure 2 utilise des ignitrons pour la fermeture et la coupure du circuit principal des éléments chauffants constituant la charge résistive 1. Comme dans la première forme d'exécution, il est prévu à nouveau une commande de température 32 avec des contacts 33, 34 et 35 actionnés d'une manière semblable.
Le contact 33 est relié à un circuit de retard 46 qui est le même que celui utilisé dans la première forme d'exécution et qui, de ce fait, n'est pas représenté en détail. L'allumage de la triode du circuit à retard sert à actionner le relais 22 qui ferme son con- tact 21. Le contact 35 est connecté à la borne 2 du réseau, par la bobine du relais 47.
La charge 1 est reliée au réseau par l'intermédiaire d'un panneau contacteur d'ignitrons 48 dont le rôle ressortira clairement de la description du fonctionnement du dispositif; il en est de même de la minuterie 49.
En ce qui concerne le fonctionnement, dans l'hypothèse où les ignitrons. sont pleinement conducteurs, les contacts 34 et 35
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sont fermés, le relais 47 est excité et son contact normalement ouvert 50 est fermé, ce qui, en fait, courtcircuite les bornes 51 et 52. La température du four est croissante et elle atteint la température de réglage demandée quand les contacts 33, 34 sont fermés et les contacts 34, 35 ouverts. L'ouverture des contacts
34, 35 désexcite le relais 47 qui ouvre son contact 50.
La fermeture des contacts 33, 34 ferme le circuit anode-cathode de la triode du circuit à retard,mais ce tub,e ne s'allume qu'à la fin du laps de temps. Par conséquent, quand le contact 5.0 s'ouvre, le contact 21 est aussi ouvert, les bornes 51 et 52 ne sont pas connectées et, par conséquent, les ignitrons connectés entre les bornes 53 et 54 s'éteignent, le four est arrêté et la température descend. A la fin de la période de retard, le relais 22 est excité et ferme son contact 21. Les contacts 55 du relais 56 s'ouvrent et se ferment continuellement à cause de l'excitation intermittente du relais 56 sous l'effet de la minuterie 49.
Les bornes 51,52 sontdonc connectées et déconnectées suivantun cycle déterminé, provoquant l'allumage intermittent dés ignitrons, cet allumage intermittent provoquant l'alimentation du four à faible puissance, et la température du four continue à descendre jusqu'à ce que la température de ré- glage soit atteinte, moment où les contacts 34, 35 se referment et les contacts 33, 34 se rouvrent de manière à rendre les ignitrons à nouveau pleinement conducteurs et amorcer ainsi un nouveau cycle de fonctionnement.
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