La température est un des critères essentiels pour la production du verre. Non seulement, il est indispensable de contrôler cette grandeur physique lors des procédés de fusion pour optimiser les coûts mais
aussi pendant toutes les phases de transformations et de moulage. Une variation de l’ordre de 1% de la température engendre une variation également de 1% de la viscosité. Les industriels du secteur font désormais confiance aux pyromètres infrarouges pour ces mesures.
Les thermocouples enfermés dans des tubes céramiques sont utilisés dans des environnements extrêmes. Le temps de vie de ces thermocouples est relativement court et nécessite de la maintenance et un étalonnage fréquent avec un pyromètre portable. Ils sont donc peu à peu remplacés par des pyromètres ne réclamant aucune maintenance.
Pendant la transformation du verre, le plus souvent, seule la mesure sans contact est possible. Un pyromètre fixe ou portable permet d’optimiser ces différents procédés. On retrouve ces équipements dans les applications suivantes :
aussi pendant toutes les phases de transformations et de moulage. Une variation de l’ordre de 1% de la température engendre une variation également de 1% de la viscosité. Les industriels du secteur font désormais confiance aux pyromètres infrarouges pour ces mesures.
Les thermocouples enfermés dans des tubes céramiques sont utilisés dans des environnements extrêmes. Le temps de vie de ces thermocouples est relativement court et nécessite de la maintenance et un étalonnage fréquent avec un pyromètre portable. Ils sont donc peu à peu remplacés par des pyromètres ne réclamant aucune maintenance.
Pendant la transformation du verre, le plus souvent, seule la mesure sans contact est possible. Un pyromètre fixe ou portable permet d’optimiser ces différents procédés. On retrouve ces équipements dans les applications suivantes :
- Démarrage et supervision d’une ligne de production
- Changement de production, du chargement
- Contrôle qualité
- R&D et optimisation
- Produits spéciaux comme les ampoules ou pendant le dépôt de poudres métalliques
Mesures types
Dans l’industrie du verre, on peut définir le type de pyromètre en fonction des caractéristiques radiatives du point de mesure :
- Mesure dans des cavités à travers un orifice de petite taille se rapprochant du corps gris. Un thermocouple inséré dans un tube de protection mesure la température dans le réservoir, un pyromètre dans une canne céramique scellée fixé à la voûte peut remplacer cet instrument.
- Les objets opaques ou corps gris. Pour ces applications, ce sont les pièces métalliques (surface du moule) que l’on mesure. L’énergie radiative provient seulement du moule.
- Les objets transparents. Le pyromètre capte les radiations provenant de la surface et des couches inférieures. La distance de pénétration dans le verre dépend du coefficient d’absorption spectral du matériau ainsi que de la gamme spectrale du pyromètre.
Il faut également faire une distinction entre les mesures faites en continu et celles en discontinu (paraison, moules et produits). Pour les mesures discontinues, le pyromètre doit avoir un temps de réponse court et une fonction de pick peaker.
Verre comme source radiative transparente
Lors d’une mesure par pyrométrie sur un corps noir ou gris, les paramètres à considérer sont : la gamme de température, le diamètre de l’objet, la distance de travail et le temps de réponse. Pour les mesures
sur le verre, il faut en plus intégrer l’épaisseur du matériau. La capacité de pénétration du pyromètre dans la matière est fonction de sa gamme spectrale et du coefficient d’absorption spectrale des différents
verres mais également de la plage de température.
Le verre comme un corps gris
Fig. 1 : Coefficient de réflexion spectral ρ (λ) du verre borosilicate 3.3 pour un facteur de transmission négligeable τ (λ) < 0.01 calculé selon l’équation (2). Valeurs pour différents pyromètres avec une émissivité ajustée.
De manière générale, la conservation de l’énergie permet de relier le facteur de réflexion, de transmission et d’émission selon la formule suivante :
ρ (λ, Τ) + α (λ, Τ) + τ (λ, Τ) = 1 (1)
En fonction de la longueur d’onde choisie, le verre peut être considéré opaque à partir d’une certaine épaisseur. Le coefficient de transmission est négligeable (τ < 0,01) et la loi de Kirchhoff définie
l’émissivité ε comme :
ε (λ, Τ) = 1 - ρ (λ, Τ) (2)
Si on considère un corps gris, l’équation (2) montre que la somme de l’émissivité et de la réflectivité est égale à 1. L’émissivité est fonction de la longueur d’onde λ.
La figure 1 montre le coefficient de réflexion mesuré ρ (λ) pour du verre borosilicate ainsi que ε (λ) calculée selon l'équation (2) en prenant un coefficient de transmission négligeable τ (λ) < 0,01.
Ce graphique montre les courbes obtenues avec différents pyromètres pour la mesure sur sur du verre borosilicate. L’émissivité ε (λ) a correctement été fixée.
L’émissivité est quasi constante entre 0,95 et 0,96 sur une épaisseur de 0,5-7,8 mm.
Pour un détecteur 8-14 μm, l’émissivité moyenne est de 0,91.
Contrairement aux métaux dont l’émissivité diminue lorsque la longueur d’onde augmente ou varie en fonction de la température et de l’état de surface, les surfaces de verre peuvent être assimilées à un
corps gris sur la plage spectrale 0,5-7,8 μm. La surface du verre n’est pas sujette à des variations importantes des propriétés radiatives contrairement aux métaux qui s’oxydent.
ρ (λ, Τ) + α (λ, Τ) + τ (λ, Τ) = 1 (1)
En fonction de la longueur d’onde choisie, le verre peut être considéré opaque à partir d’une certaine épaisseur. Le coefficient de transmission est négligeable (τ < 0,01) et la loi de Kirchhoff définie
l’émissivité ε comme :
ε (λ, Τ) = 1 - ρ (λ, Τ) (2)
Si on considère un corps gris, l’équation (2) montre que la somme de l’émissivité et de la réflectivité est égale à 1. L’émissivité est fonction de la longueur d’onde λ.
La figure 1 montre le coefficient de réflexion mesuré ρ (λ) pour du verre borosilicate ainsi que ε (λ) calculée selon l'équation (2) en prenant un coefficient de transmission négligeable τ (λ) < 0,01.
Ce graphique montre les courbes obtenues avec différents pyromètres pour la mesure sur sur du verre borosilicate. L’émissivité ε (λ) a correctement été fixée.
L’émissivité est quasi constante entre 0,95 et 0,96 sur une épaisseur de 0,5-7,8 mm.
Pour un détecteur 8-14 μm, l’émissivité moyenne est de 0,91.
Contrairement aux métaux dont l’émissivité diminue lorsque la longueur d’onde augmente ou varie en fonction de la température et de l’état de surface, les surfaces de verre peuvent être assimilées à un
corps gris sur la plage spectrale 0,5-7,8 μm. La surface du verre n’est pas sujette à des variations importantes des propriétés radiatives contrairement aux métaux qui s’oxydent.
1) Le verre borosilicate glass 3.3 (ISO-3585) peut être utilisé dans la fabrication des instruments de laboratoire sous contrainte thermique élevée, en présence de bombardement d’électrons ou de rayons X.
Mesure indépendante de l’épaisseur du verre
Pour obtenir les conditions d’indépendance par rapport à l’épaisseur du verre, il faut que le facteur de transmission soit négligeable τ < 0,01. Le coefficient d’absorption spectral α (λ, Τ) est alors défini à
partir des équations suivantes :
Loi de l’absorption
I = IO e -[α (λ, Τ) · X] (3)
Pour une absorption quasi-totale, on obtient
I/IO = 0.01 = e -[α (λ, Τ) · X99] (4)
Soit une valeur pour l’exposant népérien de
α (λ, Τ) · X99 = 4.6 (5)
ou encore
X99 = 4.6 ÷ α (λ, Τ) (6)
α (λ, Τ) représente le coefficient d’absorption spectral à X99. Le paramètre de pénétration X99 représente l’épaisseur pour laquelle le pyromètre reçoit 99 % de l’énergie radiative thermique totale.
Cette valeur caractéristique X99 est appelée épaisseur de pénétration du pyromètre. Comme le coefficient d’absorption, il dépend de la longueur d’onde λ et de la température du verre Τ.
L’épaisseur de pénétration X99 caractérise ainsi l’épaisseur de la couche de verre, à partir de laquelle, de la surface du verre jusqu’à l’épaisseur de pénétration X99, un total de 99 % du rayonnement est émis, que le pyromètre évalue pour la formation du signal.
partir des équations suivantes :
Loi de l’absorption
I = IO e -[α (λ, Τ) · X] (3)
Pour une absorption quasi-totale, on obtient
I/IO = 0.01 = e -[α (λ, Τ) · X99] (4)
Soit une valeur pour l’exposant népérien de
α (λ, Τ) · X99 = 4.6 (5)
ou encore
X99 = 4.6 ÷ α (λ, Τ) (6)
α (λ, Τ) représente le coefficient d’absorption spectral à X99. Le paramètre de pénétration X99 représente l’épaisseur pour laquelle le pyromètre reçoit 99 % de l’énergie radiative thermique totale.
Cette valeur caractéristique X99 est appelée épaisseur de pénétration du pyromètre. Comme le coefficient d’absorption, il dépend de la longueur d’onde λ et de la température du verre Τ.
L’épaisseur de pénétration X99 caractérise ainsi l’épaisseur de la couche de verre, à partir de laquelle, de la surface du verre jusqu’à l’épaisseur de pénétration X99, un total de 99 % du rayonnement est émis, que le pyromètre évalue pour la formation du signal.
Fig. 2 : Epaisseur de pénétration X99 du verre borosilicate 3.3 calculé à partir du coefficient d’absorption spectral à 600, 1000 et 1200°C pour différentes longueurs d’ondes. Egalement sont affichées les maxima de pénétration pour quelques pyromètres courants.
Fig. 2 : Epaisseur de pénétration X99 du verre borosilicate 3.3 calculée à partir du coefficient d’absorption spectral à 600, 1000 et 1200°C pour différentes longueurs d’onde. Les maxima de l'épaisseur de pénétration pour quelques pyromères courants sont également affichés.
Le paramètre X99 est calculé en considérant une répartition homogène de la température. Dans la bande spectrale 0,5 à 2,0 μm (transmission négligeable pour les verres incolores), le paramètre X99 se
situe entre 90 et 400 mm. Au-delà de 2,0 μm l’épaisseur mesurable diminue rapidement.
Pour un pyromètre intégrant un détecteur Si (0,8-1,1 μm), le paramètre X99 donne les valeurs suivantes en fonction de la température :
Pour un détecteur InGaAs (1,1-1,7 μm), la pénétration est supérieure à celle des détecteurs Si. Pour la gamme 4,46-4,82 μm, l’épaisseur de mesure maximale est de 0,7 mm.
Les pyromètres avec une longueur d’onde supérieure à 8 μm mesurent la température des 0,04 premiers millimètres. Sur cette si fine couche, les phénomènes de convection thermiques sont très
importants.
La figure 3 montre les variations du paramètre X99 pour du verre blanc et du verre vert pour des longueurs d’onde de 0,5 à 3 μm et pour des températures de 20°C, 150°C et 1300°C.
L’épaisseur de mesure à 1300°C est similaire pour ces deux types de verre, par contre pour le verre vert à 20°C, la mesure ne peut se faire que sur 6 mm de profondeur et sur 12 mm à 1250°C. Le coefficient d’absorption est plus élevé.
Le paramètre X99 est calculé en considérant une répartition homogène de la température. Dans la bande spectrale 0,5 à 2,0 μm (transmission négligeable pour les verres incolores), le paramètre X99 se
situe entre 90 et 400 mm. Au-delà de 2,0 μm l’épaisseur mesurable diminue rapidement.
Pour un pyromètre intégrant un détecteur Si (0,8-1,1 μm), le paramètre X99 donne les valeurs suivantes en fonction de la température :
- à 600°C, 90 mm, le verre est couleur rouge foncé
- à 1000°C, 170 mm
- à 1200°C env. 300mm
Pour un détecteur InGaAs (1,1-1,7 μm), la pénétration est supérieure à celle des détecteurs Si. Pour la gamme 4,46-4,82 μm, l’épaisseur de mesure maximale est de 0,7 mm.
Les pyromètres avec une longueur d’onde supérieure à 8 μm mesurent la température des 0,04 premiers millimètres. Sur cette si fine couche, les phénomènes de convection thermiques sont très
importants.
La figure 3 montre les variations du paramètre X99 pour du verre blanc et du verre vert pour des longueurs d’onde de 0,5 à 3 μm et pour des températures de 20°C, 150°C et 1300°C.
L’épaisseur de mesure à 1300°C est similaire pour ces deux types de verre, par contre pour le verre vert à 20°C, la mesure ne peut se faire que sur 6 mm de profondeur et sur 12 mm à 1250°C. Le coefficient d’absorption est plus élevé.
Fig. 3 : Pénétration X99 dans une feuille de verre blanc à 20°C et 1300°C et dans du verre vert à 20°C et 1250°C en fonction de la longueur d’onde. Mesures faites avec un détecteur Si et InGaAs.
Fig. 4 : Énergie radiative standardisée E(D/X99)/E100% avec un détecteur Si en fonction de l’épaisseur de pénétration D/X99 pour différents types de verre avec des températures plus ou moins homogènes dans l’épaisseur.
De manière générale, les objets en verre sont opaques (du point de vue du pyromètre) pour des longueurs d’ondes supérieures à 4 μm (cf. Fig 2). Même les détecteurs Si ne mesurent que la surface quelles que
soient la nature ou la couleur du verre.
La figure 4 illustre l’énergie radiative standardisée E(D/X99)/E100% reçue par un pyromètre avec un détecteur Si en fonction de l’épaisseur de pénétration D/X99 pour du verre coloré, verre feuilleté et du verre
borosilicate avec et sans homogénéité de température. Le pyromètre détecte 50% de l’énergie provenant de la surface de verre et des couches inférieures jusqu’à 1/6ième de l'épaisseur de pénétration X99.
Lorsque la distribution de température est hétérogène (ex. surface plus chaude que les couches inférieures), les 50% d’énergie radiative correspondent à une épaisseur de pénétration plus faible (courbe en pointillé).
soient la nature ou la couleur du verre.
La figure 4 illustre l’énergie radiative standardisée E(D/X99)/E100% reçue par un pyromètre avec un détecteur Si en fonction de l’épaisseur de pénétration D/X99 pour du verre coloré, verre feuilleté et du verre
borosilicate avec et sans homogénéité de température. Le pyromètre détecte 50% de l’énergie provenant de la surface de verre et des couches inférieures jusqu’à 1/6ième de l'épaisseur de pénétration X99.
Lorsque la distribution de température est hétérogène (ex. surface plus chaude que les couches inférieures), les 50% d’énergie radiative correspondent à une épaisseur de pénétration plus faible (courbe en pointillé).
Choix du pyromètre en fonction de l’épaisseur du verre
Pyromètre spectral / monochromatique
Pour pouvoir mesurer avec précision et fiabilité la température d’une feuille de verre, il est indispensable que le pyromètre « voit » au moins au travers de la moitié de l’épaisseur de la feuille. Si l’épaisseur de l’objet est inférieure à la pénétration du thermomètre IR, alors la température mesurée sera celle du matériau en dessous de l’objet ou au moins en partie. De même, les variations d’épaisseur peuvent engendrer des erreurs de mesure. Ceci est particulièrement vrai lors de la mesure d’une paraison (gob en anglais) de verre avec un détecteur Si en position horizontale.
Un pyromètre avec un détecteur Si pénètre de 300 mm dans le verre borosilicate et traverse donc entièrement une paraison de diamètre 20 ou 80 mm. Dès lors la valeur affichée sera dépendante de l’épaisseur du verre.
Pour pouvoir mesurer avec précision et fiabilité la température d’une feuille de verre, il est indispensable que le pyromètre « voit » au moins au travers de la moitié de l’épaisseur de la feuille. Si l’épaisseur de l’objet est inférieure à la pénétration du thermomètre IR, alors la température mesurée sera celle du matériau en dessous de l’objet ou au moins en partie. De même, les variations d’épaisseur peuvent engendrer des erreurs de mesure. Ceci est particulièrement vrai lors de la mesure d’une paraison (gob en anglais) de verre avec un détecteur Si en position horizontale.
Un pyromètre avec un détecteur Si pénètre de 300 mm dans le verre borosilicate et traverse donc entièrement une paraison de diamètre 20 ou 80 mm. Dès lors la valeur affichée sera dépendante de l’épaisseur du verre.
Pyromètre infrarouge monochromatique CellaTemp PK 41/42 avec une plage spectrale de 4,6-4,9 μm. La mesure se fait juste en dessous de la surface du verre.
Pour corriger cette erreur, on peut orienter le pyromètre obliquement pour augmenter l’épaisseur du gob mesuré à travers un orifice. Alternativement, un pyromètre bichromatique avec détecteur Si peut être employé.
Si l'épaisseur de pénétration du pyromètre est très inférieure à celle de l’objet, le pyromètre mesura essentiellement la température de peau. Hors, en surface, les courants de convection thermiques peuvent faire varier la lecture et la rendre instable. Les pyromètres travaillant à 4,46/4,47 μm mesurent seulement sur 0,7 mm et ne sont donc absolument pas recommandés pour les mesures du verre en fusion.
Si l'épaisseur de pénétration du pyromètre est très inférieure à celle de l’objet, le pyromètre mesura essentiellement la température de peau. Hors, en surface, les courants de convection thermiques peuvent faire varier la lecture et la rendre instable. Les pyromètres travaillant à 4,46/4,47 μm mesurent seulement sur 0,7 mm et ne sont donc absolument pas recommandés pour les mesures du verre en fusion.
Fig. 5 : Bon positionnement pour la prise de mesure dans le bain et sur la paraison (1 la canne est plongée dans le bain, 2 zone de mesure, 3 pyromètre).
La figure 5 met en évidence l’impact des courants de convection lorsque la mesure se fait sur la surface du verre en fusion et que l’orifice de mesure est grand. Si la mesure se fait plus au cœur, il n’y a plus de courants de convection.
Fig. 5 : Bon positionnement pour la prise de mesure dans le bain de verre et sur la paraison (1 la canne est plongée dans le bain, 2 zone de mesure, 3 pyromètre).
Les systèmes de supervision automatisés de la température sont très sensibles à ces courants. Ces courants sont notamment présents lorsque la boule de verre est introduite/sortie du four et lorsqu’elle tourne sur elle-même. Cette erreur peut être éliminée en employant un pyromètre permettant de mesurer sur une profondeur importante. Un pyromètre avec un détecteur Si mesure sur 300 mm. Même incliné à 30°C, il mesura sur environ 150 mm.
Pour choisir le bon modèle de pyromètre, il faut connaitre l'épaisseur de pénétration X99 pour s’assurer qu’elle soit inférieure à l’épaisseur du verre mesurée mais la plus grande possible. La nature du verre et sa couleur ont un impact sur ce choix. Si la X99 est supérieure à l’épaisseur du verre, la mesure sera instable, car très dépendante des variations d’épaisseur.
Pyromètre bichromatique
Ces pyromètres mesurent la température à deux longueurs d’onde. Ils sont utilisées dans l’industrie du verre lorsque l’épaisseur du verre à mesurer est inférieure à la X99 mais supérieure à 1/6 ième. Sur cette profondeur, les deux voies de mesure reçoivent 50% d’énergie radiative (Fig 4). Les changements de conditions expérimentales engendrent une erreur relative identique pour les deux canaux de lecture. Le modèle bichromatique détermine la température à partir du ratio de ces 2 canaux, la mesure reste donc fiable tant que l’atténuation est la même aux 2 longueurs d’onde.
Le tableau 1 liste les caractéristiques techniques principales des pyromètres mono- et bichromatiques. Il indique également les valeurs de pénétration X99 pour différents verres ainsi que leurs applications.
Fig. 5 : Bon positionnement pour la prise de mesure dans le bain de verre et sur la paraison (1 la canne est plongée dans le bain, 2 zone de mesure, 3 pyromètre).
Les systèmes de supervision automatisés de la température sont très sensibles à ces courants. Ces courants sont notamment présents lorsque la boule de verre est introduite/sortie du four et lorsqu’elle tourne sur elle-même. Cette erreur peut être éliminée en employant un pyromètre permettant de mesurer sur une profondeur importante. Un pyromètre avec un détecteur Si mesure sur 300 mm. Même incliné à 30°C, il mesura sur environ 150 mm.
Pour choisir le bon modèle de pyromètre, il faut connaitre l'épaisseur de pénétration X99 pour s’assurer qu’elle soit inférieure à l’épaisseur du verre mesurée mais la plus grande possible. La nature du verre et sa couleur ont un impact sur ce choix. Si la X99 est supérieure à l’épaisseur du verre, la mesure sera instable, car très dépendante des variations d’épaisseur.
Pyromètre bichromatique
Ces pyromètres mesurent la température à deux longueurs d’onde. Ils sont utilisées dans l’industrie du verre lorsque l’épaisseur du verre à mesurer est inférieure à la X99 mais supérieure à 1/6 ième. Sur cette profondeur, les deux voies de mesure reçoivent 50% d’énergie radiative (Fig 4). Les changements de conditions expérimentales engendrent une erreur relative identique pour les deux canaux de lecture. Le modèle bichromatique détermine la température à partir du ratio de ces 2 canaux, la mesure reste donc fiable tant que l’atténuation est la même aux 2 longueurs d’onde.
Le tableau 1 liste les caractéristiques techniques principales des pyromètres mono- et bichromatiques. Il indique également les valeurs de pénétration X99 pour différents verres ainsi que leurs applications.
Tableau 1 : Type de pyromètre avec leur plage spectrale et de température, l'épaisseur de pénétration X99, le type de verre, le mode de mesure et les applications courantes
Choix du pyromètre pour les applications types dans l’industrie du verre
La gamme de pyromètres fixes et portables de KELLER couvre l’ensemble des étapes de la production du verre de 0 à +3 000°C.
Pyromètres fixes
Les pyromètres monochromatiques avec un détecteur Si ou InGaAs conviennent particulièrement pour les mesures du verre liquide. Ils pénètrent suffisamment profondément dans l’objet et fonctionnent de 250 à 3 000°C.
Les modèles CellaTemp PA 20 et PA 30 avec visée optique ou les modèles CellaTemp PK 21 et PK 31 sans visée conviennent pour la mesure dans le four de fusion. Placé à distance de l’objet, il mesure la température via un orifice de petite taille (Fig. 5). Le signal est lissé et traité pour supprimer les pics sporadiques induits par le mouvement même sur la boule de verre.
Pyromètres fixes
Les pyromètres monochromatiques avec un détecteur Si ou InGaAs conviennent particulièrement pour les mesures du verre liquide. Ils pénètrent suffisamment profondément dans l’objet et fonctionnent de 250 à 3 000°C.
Les modèles CellaTemp PA 20 et PA 30 avec visée optique ou les modèles CellaTemp PK 21 et PK 31 sans visée conviennent pour la mesure dans le four de fusion. Placé à distance de l’objet, il mesure la température via un orifice de petite taille (Fig. 5). Le signal est lissé et traité pour supprimer les pics sporadiques induits par le mouvement même sur la boule de verre.
CellaTemp PKF 36/66 à fibre optique et tête de détection séparable.
Le modèle CellaTemp PA 36 ou CellaTemp PK 36 avec tête de mesure optique distincte est particulièrement adapté à une utilisation sur le système d’alimentation. La petite tête de mesure (Ø 12 mm ou Ø 30 mm) est reliée au système électronique par un câble à fibres optiques et peut être utilisée à des températures ambiantes allant jusqu'à 250 °C sans refroidissement.
Les tubes de visée en céramique avec raccord pour purgeur d'air servent à maintenir les lentilles des pyromètres propres et prolongent les intervalles de maintenance. La tête de mesure peut être démontée en quelques secondes pour un contrôle sans outil.
Dans le cas du verre vert, les pyromètres spectraux Si atteignent des épaisseurs de pénétration allant jusqu'à 12 mm. Par conséquent, le CellaTemp PA 30 peut être utilisé avec un viseur optique ou une caméra vidéo intégrée pour le verre vert pour la mesure de température de la paraison lorsque son diamètre est supérieur à 15 mm. La fonction recherche de pics est utilisée pour tenir compte des interruptions dues à la coupe du verre (chute de la paraison).
Les pyromètres spectraux CellaTemp PA 20/21 avec capteur InGaAs atteignent des épaisseurs de pénétration légèrement supérieures dans les verres incolores et verts que les pyromètres avec capteurs Si.
Les tubes de visée en céramique avec raccord pour purgeur d'air servent à maintenir les lentilles des pyromètres propres et prolongent les intervalles de maintenance. La tête de mesure peut être démontée en quelques secondes pour un contrôle sans outil.
Dans le cas du verre vert, les pyromètres spectraux Si atteignent des épaisseurs de pénétration allant jusqu'à 12 mm. Par conséquent, le CellaTemp PA 30 peut être utilisé avec un viseur optique ou une caméra vidéo intégrée pour le verre vert pour la mesure de température de la paraison lorsque son diamètre est supérieur à 15 mm. La fonction recherche de pics est utilisée pour tenir compte des interruptions dues à la coupe du verre (chute de la paraison).
Les pyromètres spectraux CellaTemp PA 20/21 avec capteur InGaAs atteignent des épaisseurs de pénétration légèrement supérieures dans les verres incolores et verts que les pyromètres avec capteurs Si.
Fig. 6: Exemple de montage d’un pyromètre à fibre optique CellaTemp PKF avec système optique distinct sur un alimentateur. La tête de mesure (1) est montée sur un tube intermédiaire (2) avec un purgeur d’air. L’ensemble est fixé à une canne (3) emmurée.
Leur plage spectrale (1,1-1,7 μm) permet les prises de mesure à partir de 250°C y compris sur les moules métalliques.
Cependant, l’état de surface de ces moules varie (brillance plus élevée en début de procédé, lubrification périodique…) et modifie donc l’émissivité. Pour éliminer les erreurs de mesures dues à ces fluctuations d’émissivité, un trou est percé dans le moule. La mesure se fait dans cette cavité qui subit peu de modification de surface. Elle s’assimile alors à un corps gris avec émissivité égale à 95%. Dès lors la mesure est stable dans le temps et très précise.
Cependant, l’état de surface de ces moules varie (brillance plus élevée en début de procédé, lubrification périodique…) et modifie donc l’émissivité. Pour éliminer les erreurs de mesures dues à ces fluctuations d’émissivité, un trou est percé dans le moule. La mesure se fait dans cette cavité qui subit peu de modification de surface. Elle s’assimile alors à un corps gris avec émissivité égale à 95%. Dès lors la mesure est stable dans le temps et très précise.
CellaTemp PA 21/31/41 à fibre optique et tête de mesure de Ø 30 mm et pointeur
laser intégré pour visualiser la zone exacte de mesure.
laser intégré pour visualiser la zone exacte de mesure.
Bien qu’il y ait une différence de température entre le puits et la surface du moule, cette dernière reste constante. Plus proche est le trou de la surface du moule, moins cet écart est important (il faut laisser un minimum de 4 mm).
Les CellaTemp PA 21 ou CellaTemp PKF 26 à fibre optique sont aussi employés pour la mesure sur les moules. La tête de mesure peut être placée au plus près de la presse ou de la machine grâce à son très faible encombrement. Le pointeur laser visualise la zone mesurée. Le pyromètre est ainsi ajusté à la « cavité de mesure » Fig. 7.
Les CellaTemp PA 21 ou CellaTemp PKF 26 à fibre optique sont aussi employés pour la mesure sur les moules. La tête de mesure peut être placée au plus près de la presse ou de la machine grâce à son très faible encombrement. Le pointeur laser visualise la zone mesurée. Le pyromètre est ainsi ajusté à la « cavité de mesure » Fig. 7.
Fig. 7 : Le pyromètre à fibre optique et pointeur laser 1 est ajusté à la « cavité de mesure » 2 du moule 3.
Les interrupteurs infrarouges CellaSwitch PKS 21 détectent en quelques millisecondes la présence de résidus de verre dans le moule. Cela permet d’éliminer des arrêts de production coûteux pour faire le nettoyage ou la réparation des équipements en cas de dépôts. Ces instruments fonctionnent pour des températures de 300 à 1300°C. Les températures de commutation sont ajustables depuis les touches de l’instrument.
Les pyromètres bichromatiques CellaTemp PA40 / 41 / 43 et CellaTemp PK 63 / 66/ 68 et CellaTemp PKF 66 avec visée circulaire ou rectangulaire couvrent les mesures de 450 à 3000°C pour les applications
suivantes :
Les pyromètres CellaTemp PA 40/43 et CellaTemp PK 63/68 sont utilisés lors de la mesure des paraisons du verre blanc ayant un diamètre supérieur à 40 mm. Pour les diamètres compris entre 30 et 40 mm, il faudra incliner le pyromètre avec un angle de 30° pour augmenter l’épaisseur « vue » par l’instrument. Lors de la découpe de la paraison, les radiations émises sont périodiquement bloquées. Le traitement du signal permet de s’affranchir de ces interruptions et maintenir une valeur stable et fiable.
Les CellaTemp PA 15 et CellaTemp PK 41/42 utilisent un détecteur à 4.6-4.9 μm. A ces longueurs d’ondes la pénétration dans le verre est très faible X99< 0.7 mm. Leurs plages de mesure s’étendent entre 300 et 2500°C. Ils mesurent la température de peau ou légèrement en dessous. Ils sont particulièrement adaptés à la mesure sur le verre plat même de faible épaisseur (> 1 mm), les containers, les produits de la table, en contrôle qualité ou le long des fours de recuit.
Les CellaTemp PA 10 et CellaTemp PK 11 utilisent un détecteur 8-14 μm pour une température comprise entre 0 et 1 000°C. Sur cette plage spectrale la pénétration dans le verre est très faible (X99<0.04 mm), on peut vraiment parler de température de peau. Ils sont la seule solution sur des couches de verre très minces (> 0.1 mm).
Les pyromètres bichromatiques CellaTemp PA40 / 41 / 43 et CellaTemp PK 63 / 66/ 68 et CellaTemp PKF 66 avec visée circulaire ou rectangulaire couvrent les mesures de 450 à 3000°C pour les applications
suivantes :
- Lorsque l’épaisseur D de l’objet est inférieure à la pénétration X99 du pyromètre mais supérieur à 1/6ieme : 1/6 · X99 < D < X99
- Pour mesurer pièces métalliques soumises à un champ d’induction et qui se trouvent derrière une épaisseur de verre plus ou moins teinté.
Les pyromètres CellaTemp PA 40/43 et CellaTemp PK 63/68 sont utilisés lors de la mesure des paraisons du verre blanc ayant un diamètre supérieur à 40 mm. Pour les diamètres compris entre 30 et 40 mm, il faudra incliner le pyromètre avec un angle de 30° pour augmenter l’épaisseur « vue » par l’instrument. Lors de la découpe de la paraison, les radiations émises sont périodiquement bloquées. Le traitement du signal permet de s’affranchir de ces interruptions et maintenir une valeur stable et fiable.
Les CellaTemp PA 15 et CellaTemp PK 41/42 utilisent un détecteur à 4.6-4.9 μm. A ces longueurs d’ondes la pénétration dans le verre est très faible X99< 0.7 mm. Leurs plages de mesure s’étendent entre 300 et 2500°C. Ils mesurent la température de peau ou légèrement en dessous. Ils sont particulièrement adaptés à la mesure sur le verre plat même de faible épaisseur (> 1 mm), les containers, les produits de la table, en contrôle qualité ou le long des fours de recuit.
Les CellaTemp PA 10 et CellaTemp PK 11 utilisent un détecteur 8-14 μm pour une température comprise entre 0 et 1 000°C. Sur cette plage spectrale la pénétration dans le verre est très faible (X99<0.04 mm), on peut vraiment parler de température de peau. Ils sont la seule solution sur des couches de verre très minces (> 0.1 mm).
La série CellaTemp PA dispose de lentilles focalisables et d’un système de visée direct, par pointeur laser ou caméra vidéo avec cible de visée.
Le CellaTemp PA 10 a des lentilles de focalisation interchangeables et peut ainsi mesurer des objets de petites tailles ou à de grande distance. On les retrouve en entrée et sortie des fours de recuit et pour le contrôle des pièces en direction du stockage. Le modèle compact CellaTemp PK 11 est utilisé plus souvent sur les convoyeurs et sur la ligne de traitement.
Au travers de ces nombreuses déclinaisons, la gamme CellaTemp PA représente la nouvelle génération de pyromètres industriels. Disponible en version à visée optique, avec caméra vidéo ou pointeur laser. Tous les modèles sont équipés de 2 sorties analogiques, 2 sorties relais, 1 sortie USB et 1 sortie RS485 pour un paramétrage depuis la salle de contrôle ou pour enregistrer facilement les mesures.
La cible de mesure affichée dans la visée directe ou sur la vidéo permet de visualiser la zone exacte de mesure et facilite grandement l’alignement et la focalisation de l’équipement.
Les thermomètres infrarouges CellaTemp PK sont construits sur un corps compact de diamètre 30 mm pour installation dans des zones exiguës. L’acier inoxydable IP 65 est compatible avec les environnements difficiles. Il n'y a pas besoin d'outils ou d'accessoires supplémentaires pour faire le paramétrage complet: réglage de l'émissivité, ajustement de la sortie 4-20 mA... La qualité des composants électroniques garantit une haute résolution sur toute la plage de mesure. La mesure reste stable et précise même lorsque que les temps de réponse sont extrêmement courts ou pour les basses températures. Il n’y a pas de pièces en mouvement ce qui garantit une durée de vie très longue et sans maintenance lourde. De nombreux accessoires sont disponibles pour une intégration quel que soit la configuration. Les modèles monochromatiquesdu CellaTemp® PK sont équipés de l'interface IO-Link..
Pyromètres portables
La gamme CellaPort PT est construite sur les modèles fixes CellaTemp PA. Ils couvrent les mêmes plages de mesure avec les mêmes longueurs d’ondes et sont donc le pendant des instruments fixes.
Le CellaPort PT est utilisé dans les contrôles ponctuels des parois du four ou du verre solide ou liquide. Les thermocouples dérivent dans le temps et doivent être ré-étalonnés voire changés régulièrement plus moins fréquemment en fonctions de l’application (température de l’objet, corrosivité de gaz, abrasivité du verre etc...). Les pyromètres portables permettent de faire cette vérification très facilement.
Le CellaTemp PT intègre :
Au travers de ces nombreuses déclinaisons, la gamme CellaTemp PA représente la nouvelle génération de pyromètres industriels. Disponible en version à visée optique, avec caméra vidéo ou pointeur laser. Tous les modèles sont équipés de 2 sorties analogiques, 2 sorties relais, 1 sortie USB et 1 sortie RS485 pour un paramétrage depuis la salle de contrôle ou pour enregistrer facilement les mesures.
La cible de mesure affichée dans la visée directe ou sur la vidéo permet de visualiser la zone exacte de mesure et facilite grandement l’alignement et la focalisation de l’équipement.
Les thermomètres infrarouges CellaTemp PK sont construits sur un corps compact de diamètre 30 mm pour installation dans des zones exiguës. L’acier inoxydable IP 65 est compatible avec les environnements difficiles. Il n'y a pas besoin d'outils ou d'accessoires supplémentaires pour faire le paramétrage complet: réglage de l'émissivité, ajustement de la sortie 4-20 mA... La qualité des composants électroniques garantit une haute résolution sur toute la plage de mesure. La mesure reste stable et précise même lorsque que les temps de réponse sont extrêmement courts ou pour les basses températures. Il n’y a pas de pièces en mouvement ce qui garantit une durée de vie très longue et sans maintenance lourde. De nombreux accessoires sont disponibles pour une intégration quel que soit la configuration. Les modèles monochromatiquesdu CellaTemp® PK sont équipés de l'interface IO-Link..
Pyromètres portables
La gamme CellaPort PT est construite sur les modèles fixes CellaTemp PA. Ils couvrent les mêmes plages de mesure avec les mêmes longueurs d’ondes et sont donc le pendant des instruments fixes.
Le CellaPort PT est utilisé dans les contrôles ponctuels des parois du four ou du verre solide ou liquide. Les thermocouples dérivent dans le temps et doivent être ré-étalonnés voire changés régulièrement plus moins fréquemment en fonctions de l’application (température de l’objet, corrosivité de gaz, abrasivité du verre etc...). Les pyromètres portables permettent de faire cette vérification très facilement.
Le CellaTemp PT intègre :
- lentille sans erreur de parallaxe avec oculaire ajustable
- visée optique avec grand champ et cible de visée intégrée pour visualiser la zone exacte de mesure
- lentilles de focalisation interchangeables de haute résolution
- plus de 10 modèles pour s’adapter à chaque application
- boitier en aluminium robuste
- fonction ATD pour une détection automatique des objets chauds
- fonction brevetée SSI (Signal Strength Indicator) qui indique le bon alignement et la puissance du signal
- en option visée rectangulaire Panorama
Indicateur LEDs breveté dans la lunette de visée du CellaPort PT
Les modèles CellaPort PT 120 et CellaPort PT 130 couvrent les plages de mesure pour les gammes 250-2 000°C et 500-2 500°C.
Ils sont utilisés pour les mesures ponctuelles sur les fours, réservoirs, feeders ainsi que pour l’étalonnage des thermocouples en place. Il est possible de mesurer la température des paraisons même de tailles moyennes en visant obliquement.
Ils sont utilisés pour les mesures ponctuelles sur les fours, réservoirs, feeders ainsi que pour l’étalonnage des thermocouples en place. Il est possible de mesurer la température des paraisons même de tailles moyennes en visant obliquement.
Pyromètre portable CellaPort PT
Le CellaPort PT 110 (0 – 1 000 °C) permet des mesures de contrôle sur les moules, les tapis de transport et les articles en verre avant et après le tunnel de recuisson, ce qui en fait un outil de travail important pour les opérateurs de l'installation.
Le CellaPort PT 140/143 est un pyromètre bichromatique portable qui fournit des valeurs de mesure sûres, même en cas de forte poussière et de vapeur ou en cas de paraisons de petit diamètre. Le CellaPort PT 143 dispose d'un champ de mesure rectangulaire. Cela facilite grandement le ciblage de l'objet quand la distance est plus importante.
Conclusion
Nous avons décrit les spécificités pour la mesure infrarouge du verre considéré comme une source de radiation transparente. La différence entre un pyromètre mono- et bichromatique a également été expliquée ainsi que les conséquences sur la mesure et les applications concernées : four de fusion, canal, verre plat, produits finis.
- Le pyromètre monochromatique s’utilise sur des épaisseurs de verre supérieures à la pénétration X99 de l’instrument.
- Le mode bichromatique fonctionne pour une épaisseur de verre comprise entre 1/6 de la pénétration X99 < D< X99
- Contrairement aux thermocouples, les pyromètres infrarouges ne dérivent pas et n’ont pas de pièce d’usure. Ils sont installés pour une longue durée d’utilisation.
- Il est parfois nécessaire d’équiper le pyromètre d’un module de refroidissement.
- Demande de devis
- Téléchargements
Industrie du verre
Prise de température lors de la fabrication du verre
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Utilisation des pyromètres infrarouges pour la fabrication du verre.
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