Brevet FR2027628A1 — publié le 19701002

La présente invention concerne un procédé d'assemblage de transducteur à ultrasons à des cuves contenant des liquides et en particulier un montage de transducteurs et un procédé de réalisation de la fixation de transducteurs à des récipients destinés à 5 des fluides. Le couplage de transducteurs à ultrasons à des fluides, par exemple des solvants placés dans une cuve d'épuration, ou de la soudure fondue placée dans un creuset d'étamage ou des systèmes liquides semblables disposés dans un récipient, pose un problème 10 au point de vue de la sécurité de fonctionnement, du transfert d'énergie, et des procédés d'assemblage, par rapport aux procédés habituels de fixation des transducteurs aux récipients à fluide. Le procédé habituel actuellement utilisé dans cette technique pour fixer des transducteurs à des récipients consiste à fixer un 15 transducteur en son point de vitesse minimum, par adhésif ou par un procédé métallurgique, aux récipients de liquide auxquels on doit appliquer des ultrasons. Les fixations par adhésif ont fait leur preuve d'une mauvaise sûreté de fonctionnement, du fait de leurs faibles limites inhérentes d'endurance mécanique, des rup-20 tures dues aux contraintes thermiques, et d'une incompatibilité avec des solvants liquides, conduisant à diminuer le couplage ou à décoller complètement le transducteur ou les transducteurs. On a constaté que des transducteurs fixés par un procédé métallurgique présentent un degré relativement haut de sûreté de fonctionnement 25 en ce qui concerne leur fixation, bien que les hautes températures de brasage ou de soudage produisent un gondolement et des changements métallurgiques réduisant les limites d'endurance mécanique du récipient se traduisant par de mauvais fonctionnements dus à la fatigue et à des défauts semblables. Les procédés de la techni-que antérieure nécessitent également un équipement de traitement, et des procédés de réglage considérables pour obtenir des fixations donnant satisfaction. Le procédé habituel consistant à fixer un transducteur à un récipient à son extrémité, à son ventre de déplacement, nécessite que, pour un couplage optimum, le transduc-25 teur ou les transducteurs soient espacés convenablement les uns des autres pour éviter que ne se produise entre les transducteurs une contre réaction mutuelle. On ne détermine pas facilement-cet espacement, et il faut en général le déterminer empiriquement. La présente invention fournit un montage de transducteur et 40 un procédé qui suppriment les difficultés de la technique anté 69 27916 2 2027628 rieure qui ont été exposées ci-dessus. On réalise ceci dans la présente invention en couplant la sortie du transducteur ou des transducteurs directement au fluide auquel on doit appliquer des ultrasons en fixant le transducteur au récipient dans un plan de 5 faible déplacement de particules d'un transducteur composite, en intercalant mécaniquement la paroi du récipient dans le plan voulu. On utilise de préférence une paroi de récipient dans laquelle est prévue une perforation, une masse de transducteur disposée 10 de chaque côté de la paroi à l'endroit où se trouve la perforation, un dispositif d'assemblage traversant la perforation et reliant les masses, et un élément d'excitation portant contre l'une de ces masses. L'élément d'excitation est de préférence un élément piézoélectrique fixé à la masse située à l'extérieur du récipient entre 15 cette masse et la paroi du récipient, à l'extrémité de la masse éloignée de la paroi, ou en le serrant entre les masses en formant une masse composite à l'extérieur du récipient. Le dispositif d'assemblage entre les masses est constitué de préférence par un goujon fileté. On peut utiliser un élément à magnétostriction dans 20 la construction de transducteur; son emplacement de fixation préféré est alors à l'extrémité de la masse éloignée de la paroi. On peut monter des dispositifs d'étanchéité entre la masse située à l'intérieur du récipient et la paroi de celui-ci. D'autres caractéristiques et avantages de la présente inven-25 tion ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé, et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, plusieurs formes de réalisation conformes à l'invention. Sur le dessin, La figure 1 est une vue en coupe partielle d'un récipient 30 destiné à des liquides, et représentant une première forme de réalisation de la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe partielle d'une cuve de nettoyage à ultrasons représentant une seconde forme de réalisation de l'invention, 35 la figure 3 est une vue en coupe partielle d'un creuset de métal fondu représentant une troisième forme de réalisation de la présente invention. En se reportant au dessin, et en particulier à la figure 1, on voit un récipient 10 comportant une paroi de fond 11 pourvue 40 d'un trou perforé 12. Une masse 13 de transducteur comportant une 69 27916 3 2027628 ouverture centrale taraudée 14 est montée sur la partie intérieure du récipient à l'emplacement du trou 12. Une seconde masse 15 de transducteur est montée sur le coté opposé de la paroi 11. Cette seconde masse 15 comporte une ouverture centrale taraudée 16 re-5 cevant un goujon fileté 17 qui traverse le trou 12 et qui pénètre dans l'ouverture taraudée 14 percée dans la masse 13. On serre étroitement les deux masses contre la paroi de fond 11 au moyen du goujon 17 pour fermer hermétiquement le trou 12. Un élément d'excitation 18, qui peut être un élément piézoélectrique ou un 10 élément à magnétostriction, est fixé à la masse extérieure 15 et porte, quand on l'excite électriquement ou magnétiquement, l'ensemble composite et le liquide 19 placé dans le récipient à une fréquence de résonance que l'on peut déterminer. L'ensemble composite de la masse intérieure 13, de la masse extérieure 15 et 15 de l'élément d'excitation 18 se situe dans au moins une demi-longueur d'onde dans son régime longitudinal de vibration, ou dans un multiple de demi-longueurs d'ondes, la paroi 11 du récipient étant placée dans un plan de faible déplacement de particules de l'ensemble. 20 Sur la figure 2 se trouve représenté un transducteur compo site et sa fixation à une cuve 30 de nettoyage à ultrasons comportant une paroi de fond 31 présentant un trou 32. Une masse perforée 33 de transducteur comportant une ouverture centrale taraudée 34, est placée sur le trou 32 à l'intérieur de la cuve. Une se-25 conde masse 35 de transducteur est disposée du côté opposé de la paroi 31, et comporte deux éléments piézoélectriques 36 et 37, du type en rondelle, placés entre elle et la paroi 31. Les deux éléments piézoélectriques comportent des électrodes communes 38 et 38a servant à les relier respectivement à des connexions de 50 haute tension et de prise de terre d'une source d'énergie électrique alternative. Un goujon fileté 39 est engagé dans l'ouverture taraudée 34 percée dans la masse 33* traverse le trou 32, les éléments du type en rondelle 36 et 37# et un trou taraudé 40 percé dans la masse 35• On applique un couple au goujon 39 pour 355 contraindre au préalable les éléments piézoélectriques, et former un joint entre la masse 33 et la paroi de la cuve. Pour assurer la formation d'un joint sans contraindre exagérément au préalable les éléments 36 et 37# on peut monter un joint 41, formé par une bague torique, dans une gorge annulaire 42 formée dans la masse 40 33» en même temps qu'une rondelle 43 en métal mou. On préfère que 69 27916 4 2027628 l'emplacement de la paroi de fond 31 soit tel qu'elle constitue le plan, de déplacement du noeud de l'ensemble composite, de façon à réduire à un minimum les vibrations du couplage à la paroi de la cuve. 5 Sur la figure 3 se trouve représenté un creuset 50 de métal fondu 51# comportant une paroi 52 pourvue d'un trou 53- Dans cette application, le transducteur composite présente une longueur d'un nombre choisi de demi-ondes dans son régime longitudinal de vibration. L'ensemble du transducteur se compose de pièces 54 et 55 10 reliées à travers le trou 53 par un goujon fileté 56. La pièce 55 est constituée par un transformateur de vitesse métallique réfrac-taire qui présente une longueur correspondant à une ou plusieurs demi-longueurs d'ondes destiné à coupler efficacement une énergie acoustique à la matière fondue et à servir de barrière thermique 15 entre celle-ci et les éléments d'excitation 57 et 58 sensibles à la température, du transducteur. La pièce 54 est une pièce métallique présentant une longueur d'un quart de longueur d'onde, et comportant une impédance acoustique intermédiaire entre celle de la matière fondue 51 et de la pièce réfractaire 55. Une masse 59 20 est disposée du côté opposé des éléments 57 et 58, et est reliée à la pièce 55 par un goujon, ou par un autre moyen connu, pour serrer les éléments au préalable. La masse 59, et les éléments 57 et 58, mesurent axialeaent un quart de longueur d'onde. On utilise des électrodes 60 et 61, destinées aux éléments 57 et 58, pour 25 les exciter électriquement et commander l'ensemble composite de transducteur. Il va de soi que la présente invention a été décrite et représentée à titre d'exemple préférentiel explicatif, mais nullement limitatif, et que l'on pourra introduire toute équivalence 30 dans ses éléments constitutifs sans sortir de son cadre, défini par les revendications annexées . 69 27916 5 2027628 REVENDICATIONS 1 - Système de couplage de transducteur à ultrasons destiné à des matières fluides, caractérisé en ce qu'il comprend un récipient comportant une paroi dans laquelle on prévoit au moins un 5 trou, une masse de transducteur disposée de chaque coté de cette paroi à l'emplacement où se trouve le trau, l'une à l'intérieur et l'une à l'extérieur du récipient, un dispositif d'assemblage traversant ce trou et reliant ces masses, et un élément d'excitation de transducteur portant contre l'une de ces masses. 10 2 - Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément d'excitation de transducteur est constitué par un élément piézoélectrique fixé à la masse placée à l'extérieur de la paroi du récipient et à l'extrémité éloignée du récipient. 3 - Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce 15 que l'élément d'excitation du transducteur est un élément à magnétostriction fixé à la masse située à l'extérieur de la paroi du récipient et à l'extrémité éloignée du récipient. 4 - Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément d'excitation du transducteur est un élément piézo- 20 électrique serré entre la paroi du récipient et la masse située à l'extérieur de celui-ci. 5 - Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la masse du transducteur située à l'intérieur du récipient présente une longueur d'un quart de longueur d'onde, et comporte 25 une impédance acoustique intermédiaire entre celle des matières fluides et celle de la masse du transducteur située à l'extérieur du récipient. 6 - Procédé de couplage d'un transducteur à un fluide caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes : 30 former un récipient destiné au fluide et comportant une paroi dans laquelle est percé au moins un trou, monter une masse de transducteur de chaque côté de cette paroi du récipient à l'emplacement du trou, l'une à l'intérieur et l'autre à l'extérieur du récipient, les masses étant reliées entre 35 elles à travers le trou. monter un élément d'excitation de transducteur sur la masse située à l'extérieur du récipient , et introduire une force d'excitation dans l'élément d'excitation du transducteur.