FR3096134A1 - High temperature measuring device suitable for a corrosive metallic and oxide environment in the liquid state - Google Patents
High temperature measuring device suitable for a corrosive metallic and oxide environment in the liquid state Download PDFInfo
- Publication number
- FR3096134A1 FR3096134A1 FR1905100A FR1905100A FR3096134A1 FR 3096134 A1 FR3096134 A1 FR 3096134A1 FR 1905100 A FR1905100 A FR 1905100A FR 1905100 A FR1905100 A FR 1905100A FR 3096134 A1 FR3096134 A1 FR 3096134A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- junction
- temperature
- rhenium
- metal
- wire
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 66
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 66
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 20
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 16
- DECCZIUVGMLHKQ-UHFFFAOYSA-N rhenium tungsten Chemical compound [W].[Re] DECCZIUVGMLHKQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910000691 Re alloy Inorganic materials 0.000 claims description 9
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N hafnium(iv) oxide Chemical compound O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 5
- 229910001026 inconel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical group [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 3
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 abstract description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 12
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 7
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 4
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PXXKQOPKNFECSZ-UHFFFAOYSA-N platinum rhodium Chemical compound [Rh].[Pt] PXXKQOPKNFECSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005678 Seebeck effect Effects 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- HDSUFZKBUUJDGC-MMVKSQEVSA-N (1r,6s,8s,8as)-6-amino-6-benzyl-n-[(4-carbamimidoylphenyl)methyl]-1-ethyl-8-methoxy-5-oxo-1,2,3,7,8,8a-hexahydroindolizine-3-carboxamide;hydrochloride Chemical compound Cl.C([C@@]1(C[C@@H]([C@H]2N(C1=O)C(C[C@H]2CC)C(=O)NCC=1C=CC(=CC=1)C(N)=N)OC)N)C1=CC=CC=C1 HDSUFZKBUUJDGC-MMVKSQEVSA-N 0.000 description 1
- 239000010964 304L stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004616 Pyrometry Methods 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TVCIIEGEAQCZHX-UHFFFAOYSA-N [Si].[Mg].[Ni] Chemical group [Si].[Mg].[Ni] TVCIIEGEAQCZHX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GZWXHPJXQLOTPB-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ni].[Cr] Chemical compound [Si].[Ni].[Cr] GZWXHPJXQLOTPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GFUGMBIZUXZOAF-UHFFFAOYSA-N niobium zirconium Chemical compound [Zr].[Nb] GFUGMBIZUXZOAF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000001603 reducing effect Effects 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
- G01K7/04—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples the object to be measured not forming one of the thermoelectric materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
- G01K1/08—Protective devices, e.g. casings
- G01K1/10—Protective devices, e.g. casings for preventing chemical attack
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
L’invention concerne un dispositif de mesure de température pour la mesure de hautes températures dans un milieu corrosif, par exemple un bain constitué d’un mélange d’alliages métalliques et d’oxydes fondus à haute température, ledit dispositif comprenant :- un premier fil métallique ;- un deuxième fil métallique ;les premier et deuxième fils métalliques étant réunis en leurs premières extrémités par une première jonction adaptée pour être disposée dans le milieu dont la température est à mesurer ; les deuxièmes extrémités des premier et deuxième fils métalliques étant reliés à des moyens de mesure de la tension entre lesdits fils ; et- une gaine extérieure destinée à être en contact avec le milieu corrosif à mesurer et disposée autour de la première jonction et autour de tout ou partie des premier et deuxième fils métalliques, ladite gaine extérieure étant en nitrure de bore. Figure pour l’abrégé : Fig. 2The invention relates to a temperature measurement device for measuring high temperatures in a corrosive medium, for example a bath consisting of a mixture of metal alloys and oxides melted at high temperature, said device comprising: a first metal wire; - a second metal wire; the first and second metal wires being joined at their first ends by a first junction adapted to be placed in the medium whose temperature is to be measured; the second ends of the first and second metal wires being connected to means for measuring the tension between said wires; and an outer sheath intended to be in contact with the corrosive medium to be measured and arranged around the first junction and around all or part of the first and second metal wires, said outer sheath being made of boron nitride. Figure for the abstract: Fig. 2
Description
Domaine technique de l’inventionTechnical field of the invention
La présente invention concerne un dispositif de mesure de la température. Plus particulièrement, elle concerne un dispositif de mesure de température adapté pour mesurer des hautes températures dans un milieu corrosif, et plus particulièrement pour mesurer la température d’un bain corrosif constitué d’un mélange liquide ou semi-liquide d’alliages métalliques et d’oxydes fondus à haute température.The present invention relates to a temperature measuring device. More particularly, it relates to a temperature measuring device suitable for measuring high temperatures in a corrosive medium, and more particularly for measuring the temperature of a corrosive bath consisting of a liquid or semi-liquid mixture of metal alloys and high temperature molten oxides.
Etat de la techniqueState of the art
Dans le domaine nucléaire, ou plus largement dans d’autres domaines industriels, des procédés mettent en œuvre des produits corrosifs à l’état liquide ou semi-liquide et des hautes températures. Une mesure de la température au cours du procédé est généralement requise, voire indispensable dans certains domaines.In the nuclear field, or more broadly in other industrial fields, processes use corrosive products in liquid or semi-liquid state and high temperatures. A measurement of the temperature during the process is generally required, even essential in certain fields.
Comme exemples de produits corrosifs, certains alliages métalliques ou certains oxydes peuvent être extrêmement corrosifs vis-à-vis des solides les environnant, notamment s’ils sont surchauffés de 200 à 300°C par rapport à leur température de fusion ou de liquidus. Cela peut être le cas pour de l’acier surchauffé (typiquement à 1800°C).As examples of corrosive products, certain metal alloys or certain oxides can be extremely corrosive with respect to the solids surrounding them, in particular if they are overheated by 200 to 300°C above their melting or liquidus temperature. This may be the case for overheated steel (typically at 1800°C).
Dans le domaine nucléaire et plus précisément de la sûreté nucléaire, un exemple de produit hautement corrosif est le « corium » surchauffé ou non. Le corium ou « cœur fondu » est un mélange d’alliages métalliques et d’oxydes fondus issu de la fusion à très haute température (pouvant atteindre 2300°C ou 2500°C voire 3000°C) du combustible nucléaire dans le cœur d’un réacteur nucléaire. La fusion du cœur peut survenir en cas d’accidents graves, comme cela a été le cas récemment à Fukushima-Daiichi (Japon). Lorsqu’on étudie les phénomènes pouvant survenir lors d’un accident grave de réacteur nucléaire, on étudie notamment le corium. Les études d’accidents graves nécessitent une connaissance de la température du corium, par conséquent au sein même du milieu hautement corrosif et extrêmement chaud. En outre, en cas d’accident grave dans un réacteur nucléaire, une instrumentation in-situ pourrait s’avérer profitable pour suivre l’évolution de la température et la progression du corium. Or les dispositifs de mesure de température classiques ne tiennent pas dans un tel environnement aussi agressif.In the nuclear field and more specifically in nuclear safety, an example of a highly corrosive product is superheated or non-superheated “corium”. Corium or "molten core" is a mixture of metal alloys and molten oxides resulting from very high temperature fusion (which can reach 2300°C or 2500°C or even 3000°C) of nuclear fuel in the core of a nuclear reactor. Core meltdown can occur in the event of severe accidents, as was the case recently at Fukushima-Daiichi (Japan). When we study the phenomena that can occur during a severe nuclear reactor accident, we study the corium in particular. Severe accident studies require knowledge of the temperature of the corium, therefore within the highly corrosive and extremely hot environment itself. In addition, in the event of a serious accident in a nuclear reactor, in-situ instrumentation could prove beneficial for monitoring the evolution of the temperature and the progression of the corium. However, conventional temperature measurement devices do not hold up in such an aggressive environment.
Afin de pouvoir mesurer la température du corium, et plus généralement d’un liquide (ou bain) constitué d’un mélange d’alliages métalliques et d’oxydes fondus à haute température, les solutions suivantes peuvent actuellement être mises en œuvre.In order to be able to measure the temperature of the corium, and more generally of a liquid (or pool) consisting of a mixture of metal alloys and oxides molten at high temperature, the following solutions can currently be implemented.
Une première solution est d’utiliser un dispositif de mesure sans contact, typiquement un pyromètre optique, c'est-à-dire de mettre en œuvre une méthode de mesure non-intrusive de la température du bain basée sur le rayonnement dudit bain. Un inconvénient d’une telle méthode est qu’on détecte seulement la température de surface du bain et qu’on ne mesure pas la température au sein du bain. En outre, cela nécessite de connaitre des propriétés spécifiques du métal et/ou de l’oxyde liquide, de leurs évolutions en fonction des conditions (de température notamment), comme l’émissivité. Enfin, le trajet optique entre la surface du bain et la tête de détection du pyromètre est rarement dégagé et peut être perturbé par des gaz, des particules dans des conditions d’accidents graves … C’est pourquoi les mesures par pyrométrie peuvent être accompagnées d’un système de balayage à air apte à nettoyer les optiques et à dégager le trajet optique quand cela est techniquement possible. A défaut, a fortiori dans les environnements corrosifs, la température mesurée par un pyromètre est souvent entachée d’erreurs difficiles à quantifier.A first solution is to use a non-contact measuring device, typically an optical pyrometer, i.e. to implement a non-intrusive method for measuring the temperature of the bath based on the radiation of said bath. A disadvantage of such a method is that only the surface temperature of the bath is detected and the temperature inside the bath is not measured. In addition, this requires knowing the specific properties of the metal and/or the liquid oxide, their evolution according to the conditions (of temperature in particular), such as emissivity. Finally, the optical path between the surface of the bath and the pyrometer detection head is rarely free and can be disturbed by gases, particles in severe accident conditions... This is why pyrometry measurements can be accompanied by an air-scanning system capable of cleaning the optics and clearing the optical path when technically possible. Otherwise, a fortiori in corrosive environments, the temperature measured by a pyrometer is often marred by errors that are difficult to quantify.
Une deuxième solution est d’utiliser un dispositif de mesure plongeant dans le bain, de type thermocouple connu. Cela permet d’obtenir une mesure intrusive, mais le dispositif utilisé est sacrifié dès lors qu’il est contact avec l’environnement corrosif et extrêmement chaud. Cela nécessite de disposer d’un nouveau dispositif à chaque mesure, ce qui entraîne un coût important, d’autant que les thermocouples mettent en œuvre des métaux nobles comme le platine, le rhodium et/ou le rhénium. Un autre inconvénient important est que le dispositif doit pouvoir délivrer une mesure de température fiable avant qu’il ne soit hors service, et qu’il n’est pas évident de garantir que la mesure délivrée est effectivement fiable. En outre, une telle solution permet seulement une mesure ponctuelle et ne permet pas de disposer d’une mesure en continu dans le temps.A second solution is to use a measuring device immersed in the bath, of the known thermocouple type. This makes it possible to obtain an intrusive measurement, but the device used is sacrificed when it comes into contact with the corrosive and extremely hot environment. This requires having a new device for each measurement, which entails a significant cost, especially since thermocouples use noble metals such as platinum, rhodium and/or rhenium. Another significant drawback is that the device must be able to deliver a reliable temperature measurement before it is out of service, and that it is not easy to guarantee that the measurement delivered is actually reliable. In addition, such a solution only allows a one-off measurement and does not make it possible to have a continuous measurement over time.
D’autres solutions ont été développées pour tenter de répondre à ce besoin, et notamment pour renforcer un thermocouple.Other solutions have been developed to try to meet this need, and in particular to reinforce a thermocouple.
Avant de décrire ces solutions, on rappelle ce qu’est un thermocouple en référence à la figure 1 qui schématise un thermocouple de l’état de la technique.Before describing these solutions, we recall what a thermocouple is with reference to figure 1 which schematizes a thermocouple of the state of the art.
Le principe de mesure d’un thermocouple est basé sur l’effet Seebeck, qui se traduit par une différence de potentiel entre deux fils de métaux différents, lorsqu'ils sont soumis à une différence de température, et plus précisément sur les propriétés de certains alliages métalliques d’avoir des électrons libres de circuler de l’endroit le plus chaud vers l’endroit le plus froid. Cet effet permet de convertir une mesure de température en mesure électrique et inversement. Un thermocouple permet, en choisissant des alliages adaptés pour constituer les fils, des mesures précises, justes et reproductibles de la température dans des milieux non agressifs.The measurement principle of a thermocouple is based on the Seebeck effect, which results in a potential difference between two wires of different metals, when they are subjected to a temperature difference, and more precisely on the properties of certain metal alloys to have electrons free to flow from the hottest place to the coldest place. This effect converts a temperature measurement into an electrical measurement and vice versa. A thermocouple allows, by choosing suitable alloys to make up the wires, precise, accurate and reproducible temperature measurements in non-aggressive environments.
Un thermocouple 1 est un dispositif de mesure de la température constitué de deux fils métalliques différents (un premier fil 2 et un deuxième fil 3) réunis à leurs premières extrémités 2a, 3a par une première jonction JC qui peut être nommée « soudure chaude » ou « jonction chaude ». La jonction chaude est disposée dans le milieu dont on souhaite mesurer la température, désignée T1.A thermocouple 1 is a temperature measuring device consisting of two different metal wires (a first wire 2 and a second wire 3) joined at their first ends 2a, 3a by a first JC junction which can be called "hot junction" or “hot junction”. The hot junction is placed in the medium whose temperature is to be measured, designated T1.
Les deux fils métalliques du thermocouple comportent également chacun une deuxième extrémité 2b, 3b reliée chacune à un voltmètre 7 par une deuxième jonction JF qui peut être nommée « jonction froide », « soudure froide » ou encore « jonction de référence » qui est à une température de référence, désignée T0.The two metal wires of the thermocouple also each have a second end 2b, 3b each connected to a voltmeter 7 by a second junction JF which can be called "cold junction", "cold junction" or even "reference junction" which is at a reference temperature, designated T0.
Le signal de tension est mesuré par un appareil de type voltmètre ou convertisseur (conversion du signal en mV directement en température °C) entre les deuxièmes extrémités 2b, 3b des fils métalliques. La variation de tension entre les deux fils métalliques est proportionnelle à la variation de température entre la jonction chaude qui est à la température T1 et les deuxièmes extrémités des fils métalliques qui sont à la température de référence T0. En connaissant la température de référence T0 de la jonction froide et la tension entre les deuxièmes extrémités des fils métalliques, il est possible de déduire la température T1 de la jonction chaude.The voltage signal is measured by a device of the voltmeter or converter type (conversion of the signal into mV directly into temperature °C) between the second ends 2b, 3b of the metal wires. The voltage variation between the two metal wires is proportional to the temperature variation between the hot junction which is at the temperature T1 and the second ends of the metal wires which are at the reference temperature T0. By knowing the reference temperature T0 of the cold junction and the voltage between the second ends of the metal wires, it is possible to deduce the temperature T1 of the hot junction.
La jonction froide JF et le voltmètre ou convertisseur 7 peuvent être reliés par un troisième fil métallique et un quatrième fil métallique formant un câble de compensation 4. Le câble de compensation est par exemple en cuivre, et il est généralement de nature différente des premier et second fils. En effet, la fonction du câble de compensation est essentiellement de conduire le courant (il n’a pas de fonction thermocouple). Il n’est donc pas nécessaire de prendre des fils onéreux comme le sont généralement les fils de thermocouple. Ceci est notamment intéressant lorsque la distance entre la jonction froide et le voltmètre ou le convertisseur est importante, cela permet d’économiser de la longueur de fils de thermocouple.The cold junction JF and the voltmeter or converter 7 can be connected by a third metal wire and a fourth metal wire forming a compensation cable 4. The compensation cable is for example made of copper, and it is generally of a different nature from the first and second son. Indeed, the function of the compensation cable is essentially to conduct the current (it has no thermocouple function). So there is no need to take expensive wires like thermocouple wires usually are. This is particularly interesting when the distance between the cold junction and the voltmeter or the converter is large, it saves the length of thermocouple wires.
Les fils métalliques sont généralement isolés par un isolant 5, par exemple une poudre d’oxyde isolant électrique qui peut être contenue dans une enveloppe de protection métallique 6.The metal wires are generally insulated by an insulator 5, for example an electrical insulating oxide powder which may be contained in a protective metal casing 6.
La partie du thermocouple en contact avec le milieu à mesurer comprend a minima la jonction chaude. La jonction chaude (ainsi que tout ou partie des fils métalliques) peut être comprise dans l’enveloppe de protection métallique 6 pour éviter un contact direct et une dégradation voire la destruction de la jonction chaude et/ou des fils métalliques. Si une telle protection peut s’avérer suffisante pour certains domaines de température et certains milieux, elle n’est généralement pas suffisante au-delà d’une température de 1500-1700°C. En outre, une telle protection est généralement adaptée soit pour des liquides oxydes, soit pour des liquides métalliques mais pas pour des mélanges de liquides métalliques et oxydes, comme illustré par les deux exemples de thermocouple renforcés présentés ci-après.The part of the thermocouple in contact with the medium to be measured includes at least the hot junction. The hot junction (as well as all or part of the metallic wires) can be included in the metallic protective casing 6 to avoid direct contact and degradation or even destruction of the hot junction and/or the metallic wires. While such protection may be sufficient for certain temperature ranges and certain environments, it is generally not sufficient above a temperature of 1500-1700°C. Furthermore, such protection is generally suitable either for oxide liquids, or for metallic liquids but not for mixtures of metallic and oxide liquids, as illustrated by the two examples of reinforced thermocouples presented below.
La demande de brevet FR2590980 vise à disposer d’un thermocouple qui soit à la fois stable à très haute température (la température visée est d’au moins 1100°C ou 1200°C) et résistant mécaniquement en atmosphère corrosive. Pour cela, elle divulgue un thermocouple comprenant deux fils métalliques (1, 2) de natures différentes. Les deux fils sont réunis à une extrémité pour former une jonction, les deux fils étant noyés dans un isolant minéral réfractaire (6), le tout étant enveloppé d'une gaine métallique de protection (3) qui est de même nature chimique que l’un des fils métalliques de manière à éviter une modification des composants du thermocouple à haute température. L’isolant peut être en magnésie, alumine ou silice. Si l’un des fils est en platine et l’autre en platine-rhodium, la gaine métallique est en platine ou en platine-rhodium qui sont résistants aux agents corrosifs. Si l’un des fils est en nickel-chrome-silicium et l’autre en nickel-silicium-magnésium, la gaine métallique peut être en l’un des deux alliages. Dans ce cas, pour assurer une meilleure résistance à la corrosion, une couche externe supplémentaire (4) est ajoutée, en un métal dont le coefficient de dilatation est adapté à celui de la gaine métallique, et dont les propriétés mécaniques sont adaptées pour résister à l'atmosphère corrosive, par exemple de l’inconel.The patent application FR2590980 aims to have a thermocouple which is both stable at very high temperature (the target temperature is at least 1100°C or 1200°C) and mechanically resistant in a corrosive atmosphere. For this, it discloses a thermocouple comprising two metal wires (1, 2) of different natures. The two wires are joined at one end to form a junction, the two wires being embedded in a refractory mineral insulator (6), the whole being enveloped in a protective metal sheath (3) which is of the same chemical nature as the one of the metal wires so as to avoid a modification of the components of the thermocouple at high temperature. The insulation can be magnesia, alumina or silica. If one of the wires is in platinum and the other in platinum-rhodium, the metal sheath is in platinum or platinum-rhodium which are resistant to corrosive agents. If one of the wires is nickel-chromium-silicon and the other is nickel-silicon-magnesium, the metal sheath can be one of the two alloys. In this case, to ensure better corrosion resistance, an additional outer layer (4) is added, made of a metal whose expansion coefficient is adapted to that of the metal sheath, and whose mechanical properties are adapted to withstand corrosive atmosphere, for example inconel.
Il est indiqué que le thermocouple peut résister à des températures supérieures à 1200°C tout en résistant à la corrosion. Cependant, le platine fond à partir de 1770°C et les caractéristiques thermiques du platine rhodium dans l’air se dégradent à partir de 1700°C. Quant à l’inconel, sa température de fusion est de l’ordre de 1300°C. Le thermocouple de la demande de brevet FR2590980 n’est donc pas adapté pour résister à des températures supérieures à 1700°C en milieu corrosif. En outre, il n’est pas adapté pour résister à un mélange de liquides métalliques et oxydes.It is stated that the thermocouple can withstand temperatures above 1200°C while resisting corrosion. However, platinum melts from 1770°C and the thermal characteristics of platinum rhodium in air deteriorate from 1700°C. As for inconel, its melting temperature is around 1300°C. The thermocouple of patent application FR2590980 is therefore not suitable for withstanding temperatures above 1700°C in a corrosive environment. In addition, it is not suitable for resisting a mixture of metallic liquids and oxides.
La demande de brevet WO2008105966 vise à disposer d’un thermocouple pour des températures élevées et dans des environnements hostiles. Il divulgue un thermocouple qui comprend deux fils conducteurs dissemblables (12,14) chacun avec des températures de fusion élevées, par exemple l’un au molybdène dopé et l’autre au niobium à 1% de zirconium. Les deux fils sont réunis à une extrémité pour former une jonction (26). Chaque fil est introduit au sein d’un isolant (16, 22) via un passage (18, 20). Chaque isolant est typiquement du dioxyde de hafnium. Une cavité (23, 24) est formée dans chaque isolant pour accueillir la jonction. Une gaine métallique (28) entoure les isolants et forme l’enveloppe du thermocouple. Il peut y avoir un autre isolant (30) en alumine pour combler les espaces entre les isolants et la gaine métallique. Les isolants ne doivent pas réagir avec les fils ou la gaine métallique. La gaine est de préférence en niobium à 1% de zirconium comme un de fils.The patent application WO2008105966 aims to have a thermocouple for high temperatures and in hostile environments. He discloses a thermocouple which comprises two dissimilar conductor wires (12,14) each with high melting temperatures, for example one doped molybdenum and the other 1% zirconium niobium. The two wires are joined at one end to form a junction (26). Each wire is introduced into an insulator (16, 22) via a passage (18, 20). Each insulator is typically hafnium dioxide. A cavity (23, 24) is formed in each insulator to accommodate the junction. A metallic sheath (28) surrounds the insulators and forms the envelope of the thermocouple. There may be another alumina insulator (30) to fill the gaps between the insulators and the metal sheath. The insulators must not react with the wires or the metallic sheath. The sheath is preferably niobium with 1% zirconium as a wire.
La température visée par cette demande de brevet est entre 1100°C et 1700°C, soit en dessous de la température visée par l’invention. En outre, par environnement hostile, la demande de brevet WO2008105966 vise les flux de neutrons, et non les milieux corrosifs. Ceci étant dit, il est expliqué que le thermocouple est testé dans un four à 1200°C pendant 4000 heures, mais pas sous flux de neutrons, et en tout cas pas dans un bain corrosif.The temperature targeted by this patent application is between 1100°C and 1700°C, i.e. below the temperature targeted by the invention. In addition, by hostile environment, patent application WO2008105966 targets neutron fluxes, and not corrosive environments. That being said, it is explained that the thermocouple is tested in an oven at 1200°C for 4000 hours, but not under neutron flux, and in any case not in a corrosive bath.
L’invention vise à surmonter les inconvénients précités de l’art antérieur.The invention aims to overcome the aforementioned drawbacks of the prior art.
Plus précisément, l’invention vise à disposer d’un dispositif de mesure de la température qui puisse mesurer la température dans le temps au sein d’un milieu corrosif, tel un bain mixte d’alliages métalliques et d’oxydes à l’état liquide ou semi-liquide et à haute température, typiquement à des températures comprises supérieures à 1500°C, ou comprises entre 1500°C et 2300°C, voire comprises entre 1500°C et 2500°C.More specifically, the invention aims to have a temperature measuring device which can measure the temperature over time within a corrosive medium, such as a mixed bath of metal alloys and oxides in the state liquid or semi-liquid and at high temperature, typically at temperatures comprised above 1500°C, or comprised between 1500°C and 2300°C, or even comprised between 1500°C and 2500°C.
L’invention concerne un dispositif de mesure de température pour la mesure de hautes températures dans un milieu corrosif, par exemple un bain constitué d’un mélange d’alliages métalliques et d’oxydes fondus à haute température, ledit dispositif comprenant :
- un premier fil métallique ;
- un deuxième fil métallique ;
les premier et deuxième fils métalliques étant réunis en leurs premières extrémités par une première jonction adaptée pour être disposée dans le milieu dont la température est à mesurer, les deuxièmes extrémités des premier et deuxième fils métalliques étant reliés à des moyens de mesure de la tension entre lesdits fils ; et
- une gaine extérieure destinée à être en contact avec le milieu corrosif à mesurer et disposée autour de la première jonction et autour de tout ou partie des premier et deuxième fils métalliques, ladite gaine extérieure étant en nitrure de bore.The invention relates to a temperature measuring device for measuring high temperatures in a corrosive medium, for example a bath consisting of a mixture of metal alloys and oxides molten at high temperature, said device comprising:
- a first wire;
- a second wire;
the first and second metal wires being joined at their first ends by a first junction adapted to be placed in the medium whose temperature is to be measured, the second ends of the first and second metal wires being connected to means for measuring the voltage between said sons; And
- an outer sheath intended to be in contact with the corrosive medium to be measured and arranged around the first junction and around all or part of the first and second metal wires, said outer sheath being made of boron nitride.
Selon un mode de réalisation, les premier et deuxième fils métalliques sont reliés à une deuxième jonction au niveau de leurs deuxièmes extrémités, ladite deuxième jonction étant adaptée pour être à une température de référence, la partie du dispositif s’étendant entre la première jonction et la deuxième jonction formant une première portion.According to one embodiment, the first and second metal wires are connected to a second junction at their second ends, said second junction being adapted to be at a reference temperature, the part of the device extending between the first junction and the second junction forming a first portion.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre un connecteur et un premier câble de compensation reliant la deuxième jonction audit connecteur, la partie du dispositif s’étendant entre la deuxième jonction et le connecteur formant une deuxième portion.According to one embodiment, the device further comprises a connector and a first compensation cable connecting the second junction to said connector, the part of the device extending between the second junction and the connector forming a second portion.
Selon un mode de réalisation particulier, le premier câble de compensation est en un matériau différent des premier et second fils métalliques, par exemple en cuivre.According to a particular embodiment, the first compensation cable is made of a different material from the first and second metal wires, for example copper.
Selon un mode de réalisation, le premier fil métallique est un alliage tungstène-rhénium avec 5 % de rhénium et le deuxième fil métallique est un alliage tungstène-rhénium avec 26 % de rhénium.According to one embodiment, the first metal wire is a tungsten-rhenium alloy with 5% rhenium and the second metal wire is a tungsten-rhenium alloy with 26% rhenium.
Selon un autre mode de réalisation, le premier fil métallique est en tungstène et le deuxième fil métallique est un alliage tungstène-rhénium avec 26 % de rhénium.According to another embodiment, the first metal wire is made of tungsten and the second metal wire is a tungsten-rhenium alloy with 26% rhenium.
Selon un autre mode de réalisation, le premier fil métallique est un alliage tungstène-rhénium avec 3 % de rhénium et le deuxième fil métallique est un alliage tungstène-rhénium avec 25 % de rhénium.According to another embodiment, the first metal wire is a tungsten-rhenium alloy with 3% rhenium and the second metal wire is a tungsten-rhenium alloy with 25% rhenium.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre un isolant apte à isoler entre eux les premier et deuxième fils métalliques.According to one embodiment, the device further comprises an insulator capable of isolating the first and second metal wires from one another.
Selon un mode de réalisation particulier, l’isolant est sous forme de poudre d’oxyde, par exemple une poudre de dioxyde d’hafnium.According to a particular embodiment, the insulator is in the form of an oxide powder, for example a powder of hafnium dioxide.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre une première enveloppe de protection métallique apte à entourer les premier et deuxième fils métalliques et la première jonction et étant disposée tout ou partie dans la gaine extérieure.According to one embodiment, the device further comprises a first metallic protective casing capable of surrounding the first and second metallic wires and the first junction and being disposed wholly or partly in the outer sheath.
Selon un mode de réalisation particulier, la première enveloppe de protection métallique contient l’isolant.According to a particular embodiment, the first metallic protective envelope contains the insulation.
Selon un mode de réalisation particulier, la première enveloppe de protection métallique est en molybdène.According to a particular embodiment, the first metallic protective casing is made of molybdenum.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre une deuxième enveloppe de protection métallique disposée autour du premier câble de compensation et s’étendant le long de la deuxième portion.According to one embodiment, the device further comprises a second metallic protective casing arranged around the first compensation cable and extending along the second portion.
Selon un mode de réalisation particulier, la deuxième enveloppe de protection métallique est en inconel.According to a particular embodiment, the second metallic protective casing is made of inconel.
Selon un mode de réalisation, la gaine extérieure s’étend jusqu’au connecteur.According to one embodiment, the outer sheath extends to the connector.
Selon un mode de réalisation, la gaine extérieure est disposée autour de la deuxième enveloppe de protection métallique.According to one embodiment, the outer sheath is arranged around the second metallic protective casing.
Sauf indication contraire, les modes de réalisation peuvent être combinés entre eux.Unless otherwise indicated, the embodiments can be combined with each other.
Brève description des figuresBrief description of figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’aide de la description qui suit, donnée à titre illustratif et non limitatif, faite en regard des figures annexées parmi lesquellesOther characteristics and advantages of the invention will become apparent with the aid of the description which follows, given by way of illustration and not limitation, given with regard to the appended figures, among which
Description détaillée de l’inventionDetailed description of the invention
La figure 1 a été décrite plus avant et ne sera pas reprise ici.Figure 1 has been described further and will not be repeated here.
La figure 2 représente un exemple de dispositif de mesure de la température selon l’invention.FIG. 2 represents an example of a temperature measuring device according to the invention.
Le dispositif 10 de mesure de la température comprend un premier fil métallique 20 et un deuxième fil métallique 30 réunis à leurs premières extrémités 20a, 30a par une première jonction ou jonction chaude J1. La jonction chaude J1 est destinée à être disposée dans le milieu dont on souhaite mesurer la température. Sa température est désignée T1.The device 10 for measuring the temperature comprises a first metal wire 20 and a second metal wire 30 joined at their first ends 20a, 30a by a first junction or hot junction J1. The hot junction J1 is intended to be placed in the medium whose temperature is to be measured. Its temperature is designated T1.
Les premier et deuxième fils métalliques sont constitués de métaux différents choisis de manière à permettre l’effet Seebeck. Ils peuvent former un thermocouple de type C (ou W5) dans lequel le premier fil métallique est en tungstène-rhénium (5 %) et le deuxième fil métallique est en tungstène-rhénium (26 %). Alternativement, ils peuvent former un thermocouple de type G (ou W) dans lequel le premier fil métallique est en tungstène et le deuxième fil métallique est en tungstène-rhénium (26 %). Encore alternativement, ils peuvent former un thermocouple de type D (ou W3) dans lequel le premier fil métallique est en tungstène-rhénium (3 %) et le deuxième fil métallique est en tungstène-rhénium (25 %).The first and second metal wires are made of different metals chosen so as to allow the Seebeck effect. They can form a type C (or W5) thermocouple in which the first metal wire is tungsten-rhenium (5%) and the second metal wire is tungsten-rhenium (26%). Alternatively, they can form a type G (or W) thermocouple in which the first wire is tungsten and the second wire is tungsten-rhenium (26%). Still alternatively, they can form a type D (or W3) thermocouple in which the first metal wire is tungsten-rhenium (3%) and the second metal wire is tungsten-rhenium (25%).
Les premier et deuxième fils métalliques comportent également chacun une deuxième extrémité 20b, 30b reliée chacune à une deuxième jonction ou jonction froide J2 qui est à une température de référence, désignée T2.The first and second metal wires also each have a second end 20b, 30b each connected to a second junction or cold junction J2 which is at a reference temperature, designated T2.
La jonction froide J2 est reliée à un connecteur 70 par un premier câble de compensation 40.The cold junction J2 is connected to a connector 70 by a first compensation cable 40.
Le connecteur 70 est relié à un voltmètre ou un convertisseur 110. Un convertisseur est adapté pour convertir une tension directement en température.The connector 70 is connected to a voltmeter or a converter 110. A converter is suitable for converting a voltage directly into temperature.
Le premier câble de compensation 40 est par exemple en cuivre. Il est de préférence de nature différente des premier et second fils métalliques. En effet, la fonction du câble de compensation est essentiellement de conduire le courant et il n’est donc pas nécessaire de prendre des fils onéreux comme le sont généralement les premier et second fils métalliques. Cela permet d’économiser sur la longueur des premier et second fils métalliques.The first compensation cable 40 is for example made of copper. It is preferably of a different nature from the first and second metal wires. Indeed, the function of the compensating cable is essentially to conduct the current and therefore it is not necessary to take expensive wires as the first and second metal wires generally are. This saves on the length of the first and second metal wires.
La portion s’étendant entre la première jonction J1 et la deuxième jonction J2 peut être désignée par « première portion » 11 dans la suite de la présente description. De même, la portion s’étendant entre la deuxième jonction J2 et le connecteur 70 peut être désignée par « deuxième portion » 12.The portion extending between the first junction J1 and the second junction J2 may be referred to as "first portion" 11 in the remainder of this description. Similarly, the portion extending between the second junction J2 and the connector 70 can be designated as "second portion" 12.
Le signal de tension entre les premier et second fils métalliques 20, 30 est mesuré par un voltmètre ou convertisseur 110. La variation de tension entre lesdits fils métalliques est reliée par une fonction polynômiale connue à la variation de température entre la jonction chaude J1 qui est à la température T1 et les deuxièmes extrémités desdits fils métalliques qui sont au niveau de la jonction froide J2 à une température de référence T2. En connaissant la température de référence T2 de la jonction froide et la tension entre lesdits fils métalliques, il est possible de déduire la température T1 de la jonction chaude et donc du milieu à mesurer.The voltage signal between the first and second metal wires 20, 30 is measured by a voltmeter or converter 110. The voltage variation between said metal wires is linked by a known polynomial function to the temperature variation between the hot junction J1 which is at temperature T1 and the second ends of said metal wires which are at the cold junction J2 at a reference temperature T2. By knowing the reference temperature T2 of the cold junction and the voltage between said metal wires, it is possible to deduce the temperature T1 of the hot junction and therefore of the medium to be measured.
Les premier et deuxième fils métalliques sont généralement isolés entre eux par un isolant 50 dans la première portion du dispositif. L’isolant 50 est de préférence lui-même entouré par une première enveloppe de protection métallique 60. L’isolant est généralement sous forme de poudre oxyde contenue dans la première enveloppe de protection. L’isolant peut être une poudre de dioxyde d’hafnium.The first and second metal wires are generally insulated from each other by an insulator 50 in the first portion of the device. The insulator 50 is preferably itself surrounded by a first metallic protective envelope 60. The insulator is generally in the form of oxide powder contained in the first protective envelope. The insulation can be hafnium dioxide powder.
Dans l’exemple représenté, la première enveloppe métallique s’étend depuis la première jonction J1 jusqu’à la deuxième jonction J2, c'est-à-dire le long de la première portion 11.In the example shown, the first metal casing extends from the first junction J1 to the second junction J2, that is to say along the first portion 11.
Le dispositif représenté comprend en outre une deuxième enveloppe de protection métallique 80 qui est disposée autour du premier câble de compensation 40 et qui s’étend entre la deuxième jonction J2 et le connecteur 70, c'est-à-dire le long de la deuxième portion 12.The device shown further comprises a second metallic protective casing 80 which is arranged around the first compensation cable 40 and which extends between the second junction J2 and the connector 70, that is to say along the second portion 12.
La deuxième enveloppe de protection métallique 80 peut être en un matériau différent et moins onéreux que la première enveloppe de protection métallique 60. Par exemple, la première enveloppe disposée au plus près du milieu à mesurer peut être en un métal plus résistant à la température que la deuxième enveloppe. La première enveloppe peut être en un métal réfractaire, par exemple du molybdène. La deuxième enveloppe peut être en inconel, plus largement en un métal apte à résister à une atmosphère corrosive.The second metallic protective casing 80 can be made of a different and less expensive material than the first metallic protective casing 60. For example, the first casing placed closest to the medium to be measured can be made of a metal more resistant to temperature than the second envelope. The first casing can be made of a refractory metal, for example molybdenum. The second casing can be made of inconel, more generally of a metal capable of withstanding a corrosive atmosphere.
Comme indiqué plus avant, dans l’exemple illustré, le connecteur 70 est relié à un voltmètre ou connecteur 110 pour délivrer (et éventuellement enregistrer) la température mesurée, et ce par un second câble de compensation 90 qui peut également être en cuivre.As indicated above, in the example illustrated, the connector 70 is connected to a voltmeter or connector 110 to deliver (and possibly record) the measured temperature, and this by a second compensation cable 90 which can also be made of copper.
Le dispositif de mesure de température selon l’invention comprend en outre une gaine extérieure 100 destinée à être en contact avec le milieu à mesurer et destiné à protéger ledit dispositif. Une première extrémité de la gaine extérieure 100 est fermée et contient la première jonction J1 et tout ou partie de la première portion 11. Une seconde extrémité de la gaine extérieure peut comprendre un moyen d’ouverture/fermeture de manière à pouvoir accueillir tout ou partie des autres éléments du dispositif.The temperature measuring device according to the invention further comprises an outer sheath 100 intended to be in contact with the medium to be measured and intended to protect said device. A first end of the outer sheath 100 is closed and contains the first junction J1 and all or part of the first portion 11. A second end of the outer sheath can comprise an opening/closing means so as to be able to accommodate all or part other elements of the device.
Selon l’invention, la gaine extérieure 100 est en nitrure de bore.According to the invention, the outer sheath 100 is made of boron nitride.
Dans l’exemple représenté, la gaine extérieure 100 entoure également la deuxième portion 12 jusqu’à être en contact avec le connecteur 70. Alternativement, elle peut s’étendre uniquement jusqu’à la deuxième jonction J2, ou entre la première jonction J1 et la deuxième jonction J2, ou encore entre la deuxième jonction J2 et le connecteur 70. Alternativement, la gaine extérieure peut également s’étendre au-delà du connecteur 70.In the example shown, the outer sheath 100 also surrounds the second portion 12 until it is in contact with the connector 70. Alternatively, it can extend only as far as the second junction J2, or between the first junction J1 and the second junction J2, or even between the second junction J2 and the connector 70. Alternatively, the outer sheath can also extend beyond the connector 70.
La figure 3 représente en détail un exemple de gaine extérieure 100 d’un dispositif de mesure de la température. Elle comprend un tube 101 en nitrure de bore et un système de solidarisation également en nitrure de bore 102, 103, 104 du tube 101 avec le connecteur 70. Le système de solidarisation comprend un écrou 104 apte à être solidarisé avec le connecteur 70 au niveau d’une première extrémité dudit écrou. En outre, l’écrou est apte à coopérer avec un bouchon 102 via un tube de guidage 103 au niveau d’une seconde extrémité dudit écrou. Le bouchon 102 est également apte à coopérer avec le tube 101 par un système de type baïonnette. Ainsi le tube 101 peut être aisément solidarisé et désolidarisé avec le bouchon 102 et donc avec le connecteur 70. Lorsqu’il est désolidarisé, il est ouvert de manière à accueillir un thermocouple tel que décrit précédemment. Lorsqu’il est solidarisé, il est fermé pour contenir de manière étanche les éléments sensibles d’un thermocouple. En cas de détérioration ou de contamination de la gaine extérieure 100, il est ainsi possible de la remplacer aisément sans avoir à changer tout le dispositif de mesure de température en préservant les composants les plus chers.Figure 3 shows in detail an example of an outer sheath 100 of a temperature measuring device. It comprises a boron nitride tube 101 and a connection system also made of boron nitride 102, 103, 104 of the tube 101 with the connector 70. The connection system comprises a nut 104 able to be connected with the connector 70 at the level of a first end of said nut. Furthermore, the nut is capable of cooperating with a stopper 102 via a guide tube 103 at a second end of said nut. Plug 102 is also able to cooperate with tube 101 by a bayonet-type system. Thus the tube 101 can be easily secured and disengaged with the cap 102 and therefore with the connector 70. When it is disengaged, it is open so as to accommodate a thermocouple as described above. When it is secured, it is closed to contain the sensitive elements of a thermocouple in a sealed manner. In the event of deterioration or contamination of the outer sheath 100, it is thus possible to replace it easily without having to change the entire temperature measuring device while preserving the most expensive components.
D’autres moyens pour solidariser et désolidariser le connecteur avec la gaine extérieure, ou pour ouvrir et fermer la gaine extérieure, peuvent être envisagés.Other means for joining and unjoining the connector with the outer sheath, or for opening and closing the outer sheath, can be envisaged.
Une telle gaine extérieure amovible peut être adaptée à l’exemple de dispositif de mesure de température illustré ou aux variantes de dispositifs de mesure de la température présentés précédemment. Elle peut notamment être adaptée à un thermocouple du type connu de manière à protéger ce dernier.Such a removable outer sheath can be adapted to the example of temperature measuring device illustrated or to the variants of temperature measuring devices presented above. It can in particular be adapted to a thermocouple of the known type so as to protect the latter.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits mais s'étend à tout mode de réalisation entrant dans la portée des revendications.The present invention is not limited to the embodiments described above but extends to any embodiment falling within the scope of the claims.
Un dispositif de mesure de température selon l’invention a été qualifié dans un bain mixte d’alliages métalliques et d’oxydes, et plus précisément dans une installation spécifique dédiée aux études sur les accidents graves de réacteurs nucléaires. L’installation est présentée en figure 4.A temperature measuring device according to the invention has been qualified in a mixed bath of metal alloys and oxides, and more precisely in a specific installation dedicated to studies on severe accidents of nuclear reactors. The setup is shown in Figure 4.
L’installation 200 est un dispositif de chauffage à très haute température par induction électromagnétique permettant d’atteindre des températures jusqu’à 2500°C en quelques minutes sous tout type d’atmosphère, réductrice, neutre ou oxydante. Elle permet notamment de porter à cette température un mélange d’alliages métalliques et d’oxydes pour former un bain corrosif liquide ou semi-liquide disposé dans un creuset 300 et dans lequel un dispositif 10 selon l’invention peut être introduit.Installation 200 is a very high temperature heating device by electromagnetic induction allowing temperatures of up to 2500°C to be reached in a few minutes in any type of atmosphere, reducing, neutral or oxidizing. In particular, it makes it possible to bring a mixture of metal alloys and oxides to this temperature to form a liquid or semi-liquid corrosive bath placed in a crucible 300 and into which a device 10 according to the invention can be introduced.
L’installation comprend une enceinte 210 et un système de déplacement 220 qui permet d’éloigner ou de rapprocher le dispositif de mesure de température 10 à qualifier. Le système de déplacement comprend une première partie 221 à l’extérieur de l’enceinte et une seconde partie 222 à l’intérieur de l’enceinte qui est connectée à la première partie par une jonction étanche 223 et qui peut être connectée avec le dispositif de mesure. La première partie 221 peut être actionnée pour déplacer la seconde partie 222 et ainsi déplacer le dispositif de mesure 10.The installation comprises an enclosure 210 and a displacement system 220 which makes it possible to move the temperature measuring device 10 to be qualified further or closer. The movement system comprises a first part 221 outside the enclosure and a second part 222 inside the enclosure which is connected to the first part by a sealed junction 223 and which can be connected with the device of measurement. The first part 221 can be actuated to move the second part 222 and thus move the measuring device 10.
Par exemple, le dispositif de mesure de température à qualifier est initialement éloigné du bain par le système de déplacement jusqu’à ce que la température de liquidus du mélange soit atteinte et le mélange liquide corrosif stabilisé et homogène de manière à avoir un régime thermique établi, puis il est amené par ledit système de déplacement au-dessus du bain mixte puis est introduit dans ledit bain.For example, the temperature measuring device to be qualified is initially moved away from the bath by the displacement system until the liquidus temperature of the mixture is reached and the corrosive liquid mixture stabilized and homogeneous so as to have an established thermal regime. , then it is brought by said displacement system above the mixed bath and then is introduced into said bath.
Les températures mesurées avec le dispositif de mesure de température ont été étalonnées au préalable sur des points caractéristiques comme la température de fusion de l’acier inoxydable 304L en couplant la mesure de température par le dispositif et une mesure optique. Afin de vérifier l’absence d’effet par le champ électromagnétique sur le dispositif de mesure de température, le chauffage par induction est coupé ponctuellement : aucun effet du champ électromagnétique sur le dispositif n’a été constaté.The temperatures measured with the temperature measuring device were calibrated beforehand on characteristic points such as the melting temperature of 304L stainless steel by coupling the temperature measurement by the device and an optical measurement. In order to verify the absence of effect by the electromagnetic field on the temperature measuring device, the induction heating is cut off temporarily: no effect of the electromagnetic field on the device has been observed.
Plus précisément, pour former le bain corrosif, un mélange homogène de poudre d’acier inoxydable 304L (Fe, Ni, Cr) et de poudre de zircone et d’alumine (ZrO2-Al2O3) a été réalisé dans un mortier. L’ensemble du mélange oxyde-métal a été mis dans un creuset 300, puis ce dernier a été placé dans l’enceinte 210 de l’installation 200. Le dispositif de l’invention 10 a été mis à l’intérieur de l’enceinte 210 de l’installation 200 en connexion avec le système de déplacement 220. Après tirage au vide d’une demi-heure, une surpression de 0,5 bar sous atmosphère neutre (Argon) a été employée. Une montée progressive en température a été ensuite appliquée en augmentant par palier la puissance du générateur d’induction. Lorsque la température de liquidus théorique à 2100°C (état liquide) du mélange acier inoxydable 304L-zircone alumine- a été atteinte et qu’un régime établi a été obtenu, le dispositif de l’invention 10 a été plongé dans le bain corrosif oxyde et métallique pendant 20 minutes, fournissant une mesure de température fiable et continu sans endommager ledit dispositif de mesure.More specifically, to form the corrosive bath, a homogeneous mixture of 304L stainless steel powder (Fe, Ni, Cr) and zirconia and alumina powder (ZrO 2 -Al 2 O 3 ) was made in a mortar . The whole of the oxide-metal mixture was placed in a crucible 300, then the latter was placed in the enclosure 210 of the installation 200. The device of the invention 10 was placed inside the enclosure 210 of the installation 200 in connection with the displacement system 220. After half an hour of vacuum extraction, an overpressure of 0.5 bar under a neutral atmosphere (Argon) was used. A gradual rise in temperature was then applied by stepwise increasing the power of the induction generator. When the theoretical liquidus temperature at 2100° C. (liquid state) of the 304L stainless steel-zirconia alumina-mixture has been reached and a steady state has been obtained, the device of the invention 10 was immersed in the corrosive bath. oxide and metallic for 20 minutes, providing reliable and continuous temperature measurement without damaging said measuring device.
Les résultats sont présentés en figure 5 en trait continu, en comparaison avec une mesure obtenue par un pyromètre en pointillés. On voit qu’on peut ainsi mesurer une température au moins supérieure à 2100°C.The results are presented in FIG. 5 as a continuous line, in comparison with a measurement obtained by a dotted line pyrometer. We see that we can thus measure a temperature at least greater than 2100°C.
Le même dispositif de l’invention 10 a été ensuite qualifié à plus grande échelle (50 kg) et avec du corium prototypique -c’est-à-dire avec du combustible nucléaire- et de l’acier inoxydables sur une autre installation simulant des conditions accidents graves à 2000°C, avec des résultats similaires.The same device of the invention 10 was then qualified on a larger scale (50 kg) and with prototypical corium - that is to say with nuclear fuel - and stainless steel on another installation simulating severe accident conditions at 2000°C, with similar results.
Le dispositif de mesure de température selon l’invention peut ainsi être utilisé pour mesurer des hautes températures dans un milieu corrosif, et plus particulièrement pour mesurer la température d’un bain corrosif constitué d’un mélange liquide ou semi-liquide d’alliages métalliques et d’oxydes fondus à haute température.The temperature measuring device according to the invention can thus be used to measure high temperatures in a corrosive medium, and more particularly to measure the temperature of a corrosive bath consisting of a liquid or semi-liquid mixture of metal alloys. and high temperature molten oxides.
Le dispositif de mesure de température selon l’invention peut s’appliquer au domaine nucléaire, notamment mais pas exclusivement à l’étude des accidents graves, mais également à d’autres domaines industriels mettant en œuvre des bains fondus à très haute température et potentiellement corrosifs, tels que la sidérurgie, la métallurgie, la verrerie …The temperature measuring device according to the invention can be applied to the nuclear field, in particular but not exclusively to the study of severe accidents, but also to other industrial fields using molten baths at very high temperature and potentially corrosive, such as iron and steel, metallurgy, glassware, etc.
Claims (14)
- un premier fil métallique (20) ;
- un deuxième fil métallique (30) ;
les premier et deuxième fils métalliques étant réunis en leurs premières extrémités (20a, 30a) par une première jonction (J1) adaptée pour être disposée dans le milieu dont la température (T1) est à mesurer, les deuxièmes extrémités (20b, 30b) des premier et deuxième fils métalliques étant reliés à des moyens de mesure de la tension entre lesdits fils ; et
- une gaine extérieure (100) destinée à être en contact avec le milieu corrosif à mesurer et disposée autour de la première jonction (J1) et autour de tout ou partie des premier et deuxième fils métalliques (20, 30), ladite gaine extérieure étant en nitrure de bore.Temperature measuring device for measuring high temperatures in a corrosive medium, for example a bath consisting of a mixture of metal alloys and oxides molten at high temperature, said device comprising:
- a first wire (20);
- a second wire (30);
the first and second metal wires being joined at their first ends (20a, 30a) by a first junction (J1) adapted to be placed in the medium whose temperature (T1) is to be measured, the second ends (20b, 30b) of the first and second metal wires being connected to means for measuring the voltage between said wires; And
- an outer sheath (100) intended to be in contact with the corrosive medium to be measured and arranged around the first junction (J1) and around all or part of the first and second metal wires (20, 30), said outer sheath being in boron nitride.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1905100A FR3096134B1 (en) | 2019-05-16 | 2019-05-16 | High temperature measuring device suitable for a corrosive metallic and oxide environment in the liquid state |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1905100 | 2019-05-16 | ||
| FR1905100A FR3096134B1 (en) | 2019-05-16 | 2019-05-16 | High temperature measuring device suitable for a corrosive metallic and oxide environment in the liquid state |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3096134A1 true FR3096134A1 (en) | 2020-11-20 |
| FR3096134B1 FR3096134B1 (en) | 2021-05-28 |
Family
ID=68281538
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1905100A Active FR3096134B1 (en) | 2019-05-16 | 2019-05-16 | High temperature measuring device suitable for a corrosive metallic and oxide environment in the liquid state |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3096134B1 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60532U (en) * | 1983-06-15 | 1985-01-05 | 電気化学工業株式会社 | thermocouple thermometer protection tube |
| FR2590980A1 (en) | 1985-12-03 | 1987-06-05 | Thermocoax Cie | Thermocouple for measuring high temperatures in corrosive media |
| JPH01299423A (en) * | 1988-05-27 | 1989-12-04 | Nippon Steel Corp | Protective-tube type meter for continuous temperature measurement |
| JPH063196A (en) * | 1992-06-22 | 1994-01-11 | Nippon Steel Corp | Lance for temperature measurement and molten metal treatment |
| US5520461A (en) * | 1994-03-02 | 1996-05-28 | Alliedsignal Inc. | Airtight thermocouple probe |
| WO2008105966A2 (en) | 2007-02-26 | 2008-09-04 | Battelle Energy Alliance, Llc | High temperature thermocouple design and fabrication |
| CN201795874U (en) * | 2010-08-24 | 2011-04-13 | 沈阳真空技术研究所 | Thermoelectric couple for vacuum high-temperature measurement and control |
-
2019
- 2019-05-16 FR FR1905100A patent/FR3096134B1/en active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60532U (en) * | 1983-06-15 | 1985-01-05 | 電気化学工業株式会社 | thermocouple thermometer protection tube |
| FR2590980A1 (en) | 1985-12-03 | 1987-06-05 | Thermocoax Cie | Thermocouple for measuring high temperatures in corrosive media |
| JPH01299423A (en) * | 1988-05-27 | 1989-12-04 | Nippon Steel Corp | Protective-tube type meter for continuous temperature measurement |
| JPH063196A (en) * | 1992-06-22 | 1994-01-11 | Nippon Steel Corp | Lance for temperature measurement and molten metal treatment |
| US5520461A (en) * | 1994-03-02 | 1996-05-28 | Alliedsignal Inc. | Airtight thermocouple probe |
| WO2008105966A2 (en) | 2007-02-26 | 2008-09-04 | Battelle Energy Alliance, Llc | High temperature thermocouple design and fabrication |
| CN201795874U (en) * | 2010-08-24 | 2011-04-13 | 沈阳真空技术研究所 | Thermoelectric couple for vacuum high-temperature measurement and control |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3096134B1 (en) | 2021-05-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5520461A (en) | Airtight thermocouple probe | |
| US6102565A (en) | Ceramic sheath type thermocouple | |
| US6190038B1 (en) | Thermocouple lance with alternating molybdenum layered sheath for measuring temperature in molten metal bath | |
| CA2059944C (en) | Thermocouple assembly | |
| EP2877819B1 (en) | Method and device for measuring levels of cast-iron and slag in a blast furnace | |
| FR2513759A1 (en) | THERMOCOUPLE INSTRUMENT | |
| EP0939292B1 (en) | Device and method for continuously measuring the wear of a wall of a metallurgical vessel | |
| EP0754935A1 (en) | Device for measuring the temperature of a hot wall | |
| AU2020201458B2 (en) | Improved molten metal sampler | |
| Pearce et al. | Self-validating type C thermocouples to 2300° C using high temperature fixed points | |
| FR3096134A1 (en) | High temperature measuring device suitable for a corrosive metallic and oxide environment in the liquid state | |
| FR2738662A1 (en) | DEVICE FOR DETECTING AND MONITORING THE PIERCING OF THE BOTTOM OF A NUCLEAR REACTOR HAVING AT LEAST ONE THERMOCOUPLE | |
| EP1955035A1 (en) | Temperature measurement tube | |
| EP2858072B1 (en) | Device for generating a high temperature gradient in a sample, including optical control means | |
| Villard et al. | Improving high-temperature measurements in nuclear reactors with Mo/Nb thermocouples | |
| Kim et al. | Validation of the fixed-point realization of the thermocouple scale using a radiation thermometer in the temperature range between the freezing points of Ag and Pd | |
| CN209069453U (en) | It is a kind of with highly reliable High-termperature Optical Fiber Sensor | |
| Edler et al. | Investigation of self-validating thermocouples with integrated fixed-point units | |
| Korobenko et al. | Temperature dependence of the density and electrical resistivity of liquid zirconium up to 4100 K | |
| EP0604275B1 (en) | Procedure and device for the protection of measuring instruments in a hot, corrosure atmosphere | |
| JPH0464015B2 (en) | ||
| FR2466026A1 (en) | METHOD FOR MEASURING A CONTINUOUS NEUTRON FLOW AND APPARATUS FOR CARRYING OUT SAID METHOD | |
| Ogura et al. | Realization of Ru–C eutectic point for evaluation of W–Re and IrRh/Ir thermocouples | |
| Anhalt | Radiometric measurement of thermodynamic temperatures during the phase transformation of metal-carbon eutectic alloys for a new high-temperature scale above 1000 C | |
| BE739019A (en) | Temperature measuring device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20201120 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 5 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 6 |