Brevet FR2065516A1 — publié le 19710730

-1- 2065516 La présente invention concerne des jauges destinées à mesurer la contrainte ou le fluage d'échantillons de matériaux et plus particulièrement, "bien que pas exclusivement, des jauges destinées à mesurer la contrainte d'un échantillon situé 5 dans le coeur d'un réacteur d'essai de matériaux (qu'on désignera ci-après par R.E.M.). Selon la présente invention, • une jauge à gaz destinée à mesurer la contrainte d'un échantillon comporte une conduite destinée à contenir l'écoulement d'un gaz, des premier et seco^ù. 10 éléments d'étranglement limitant l'écoulement du gaz, qui sont disposés dans la conduite, le second élément étant placé en aval du premier, un pointeau d'étranglement effilé destiné à venir en contact avec l'échantillon et disposé de façon qu'un mouvement axial du pointeau règle le débit du gaz à travers l'orifice du '5 second élément, un dispositif pour mesurer les pressions de gaz en amont du premier élément et en aval du second élément et un dispositif pour mesurer les variations de la pression dans la région de la conduite située entre les premier et second éléments pour fournir une mesure du mouvement axial du pointeau et par 20 suite, de la contrainte ou déformation de l'échantillon. De préférence, le pointeau a un profil de forme parabolique de façon qu'un déplacement axial du pointeau, par rapport au second orifice se traduise par une réponse linéaire de la jauge. Le pointeau est supporté de préférence dans la conduite 25 par une douille située entre les premier et second éléments et la douille est de préférence mobile dans le sens de l'axe de la conduite. Le pointeau comporte de préférence un bec effilé qui est en regard de l'orifice d'étranglement du second élément, un épau-lement,et une tige qui s'ajuste dans la douille. 3C II peut être prévu un élément de poussée pour solliciter le pointeau contre l'échantillon. L'élément de poussée peut être constitué par exemple par des ressoits et il peut servir à positionner la douille dans la conduite. L'élément de poussée peut avoir la forme de deux ressorts, dont l'un est situé entre le 35 premier élément et la douille et l'autre entre la douille et l'épau-lement du pointeau. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressor- BAD ORIGINAf 70 38448 -2- 2065516 tiront de la description qui va suivre,faite en regard du dessin annexé et donnant à titre explicatif,mais nullement limitatif, une forme de réalisation-de l'invention. Sur ce dessin : - ' 5 la figure 1 représente une forme de réalisation d'une jau ge à gaz selon la présente invention qui est destinée à mesurer la contrainte d'un échantillon ; et la figure 2 est une vue en bout d'une douille destinée à supporter le pointeau d'étranglement dans l'alésage de la jauge 10 ."de la figure 1 . En se référant a la figure 1, la jauge comporte un corps 1 en acier inoxydable présentant un alésage central 2 qui forme un canal d'alimentation en gaz. L'alésage 2 est contre-alésé pour loger un élément fixe -3 présentant un orifice de commande 15 percé en paroi mince. L'élément 3 présente un orifice de petit diamètre qui est fraisé du côté aval de l'élément 3. Ce dernier peut être maintenu fermement dans le corps 1 ou bien, si on le désire, l'élément 3 peut être ajusté avec jeu dans la région contre-alésée de l'alésage 2 et peut être maintenu en place 20 par des ressorts 11 et 12. L'alésage 2 est encore contre-alésé pour loger un second élément fixe 4 présentant un orifice d'étranglement de petit diamètre, qui est fraisé du côté amont de l'élément 4. Ce dernier est maintenu fermement à l'extrémité de l'alésage 2 par des vis 5 (dont une seule est représentée). 25 Un pointeau d'étranglement 6 en acier inoxydable ayant un bec effilé 7> un épaulement 8 et une queue 9 est supporté dans l'alésage 2 le long de la queue 9 par une douille 10 et par 1'épaulement 8. La douille 10 peut se déplacer librement sur l'axe de l'alésage 2 et la douille 10 ainsi que l'épaulement 8 du pointeau 30 ont une forme qui n'entrave pas beaucoup l'écoulement du gaz dans l'alésage 2. On peut y parvenir en donnnant à la douille 10 et à l'épaulement 8 la forme d'un corps ayant trois parties de positionnement circonférentielles équidistantes venant en contact avec l'alésage 2 et en usinant la circonférence du corps entre 35 les parties de positionnement comme indiqué sur la figure 2. Un ressort 11 est disposé entre l'élément 3 et la douille 10 et un second ressort 12 est disposé entre la douille 10 et le BAD ORIGINAL 70 38448 -3- 2065516 côté amont de l'épaulement 8. Les ressorts 11 et 12 sont en acier du type "Kimonic 75" et sont destinés à charger préalablement le pointeau dans une direction et également à régler le degré de déplacement de la douille stabilisatrice 10 pour garantir que le 5 pointeau soit uniformément supporté dans l'alésage 2 et par suite soit positionné avec précision dans l'orifice de l'élément 4. Le bec 7 du pointeau 6 a de préférence un profil parabolique afin d'obtenir une réponse sensiblement linéaire dans la gamme de déplacement du pointeau 6 en fonctionnement. Toutefois, la 10 forme précise du profil est déterminée par les caractéristiques de réponse nécessaires de la jauge. Trois branchements 13, 14 et 15 sont prévus dans le corps 1 de façon à pouvoir mesurer les pressions régnant respectivement dans les régions situées en amont de l'élément 3 en aval de l'élé-15 ment 3 et en aval de l'élément 4. La jauge décrite ci-dessus convient en particulier dans un appareil expérimental qui est introduit dans le coeur d'un R.E.M. dans lequel le corps est supporté par ledit appareil de n'importe quelle manière commode,par exemple le corps peut être boulonné 20 sur l'appareil par des boulons vissés dans des trous taraudés borgnes 1-9. La jauge est calibrée avant d'être utilisée en -déplaçant le pointeau 6 d'une distance connue et en réglant la pression (P^) directement en amont de l'élément 3, c'est-à-dire dans l'espace 25 16, et la.pression (P^) directement en aval de l'élément 4» c'est-à-dire dans l'espace 18, à des valeurs prédéterminées. La valeur de la pression (P^) régnant dans l'espace 17 est tracée en fonction du déplacement axial du pointeau, les valeurs de P^ et de P_ étant maintenues constantes pour réaliser un graphique de ca- 3 30 librage particulier à la jauge en cours de calibrage et, pour chaque environnement, différent,il faut recalibrer la jauge. La jauge est calibrée de préférence en maintenant le corps à différentes températures connues de façon que pour une température donnée 1 et une pression donnée P^, on puisse calculer l'extension 35 ou la compression de l'échantillon. Pour l'utiliser après son calibrage, la jauge est disposée de façon que le bec 7 du pointeau 6 bute contre une surface de l'échantillon dont la contrainte doit être mesurée. L'extension BAD ORIGINAL 70 38448 -4- 2065516 de l'échantillon dans une direction parallèle à l'axe longitudinal de l'alésage 2 déplace le pointeau 6 par rapport à l'élément 4, en augmentant ainsi l1espace-annulaire compris entre le pointeau 6 et l'élément 4. Un gaz, par exemple lrair ou l'hélium, 5 (l'hélium étant approprié lorsque la jauge est utilisée dans un réacteur nucléaire étant donné que l'hélium est normalement utilisé comme gaz de purge) est introduit dans l'alésage 1 à partir d'une source d'alimentation par l'intermédiaire d'un circuit comportant des vannes afin de maintenir la pression 10 sensiblement constante à une valeur prédéterminée, par exemple une pression manométrique de l'ordre de 0,2 bar, et la pression P^ est maintenue sensiblement constante à une valeur prédéterminée, par exemple à une pression manométrique de l'ordre de 0,07 bar. Gela donne une différence de pression maximale de 0,13 bar au ma-15 nomètre qui doit être en rapport avec l'extension de l'échantillon. Ces quantités sont mesurées à l'aide d'un manomètre à eau à une seule branche. Le déplacement axial du pointeau 6 régie le débit d'hélium dans l'orifice de l'élément 4 et les variations résultantes de la pression P^ sc«rfr fonction du degré d'extension (ou 20 de compression) de l'échantillon. Le degré d'extension ou de compression de l'échantillon est obtenu en comparant les valeurs de P^ avec celle tracée sur le graphique de calibrage. Le pointeau 6 et l'orifice de l'élément 4 constituent une vanne de réglage qui règle le débit de gaz dans la jauge et la 25 chute de pression à mesurer est celle obtenue à travers l'orifice de l'élément 3 qui est de forme géométrique fixe. A condition de mesurer P, et P0 par rapport à P„, de faibles variations de débit 1 ^ y alors dans l'orifice de l'élément 4 n'affectent/pas gravement les valeurs extrapolées de la contrainte de l'échantillon. La pression P^ 30 peut être de même valeur que celle entourant l'échantillon. Il est bien entendu que pendant la contraction de l'échantillon, le pointeau est maintenu en contact avec lui par le ressort 11, et du fait que la chute de pression est mesurée à travers l'orifice fixe de l'élément 3-, la forme géométrique constante 35 garantit la présence d'une seule variable,c'est-à-dire le débit. Le calibrage résultant du changement de la pression P^ (c'est-à-dire le mouvement du pointeau) est stable pour une température 70 38448 -5- 2065516 particulière de la jauge et peut être reproduit avec précision. En outre, le fonctionnement de la jauge n'est pas gravement affecté par les vibrations, étant donné que l'effet d'amortissement des ressorts 11 et 12 empêche un mouvement du pointeau 6 et que le 5 volume de gaz contenu dans l'espace 17 empêche que de légères variations du débit dans l'orifice de l'élément 4 produisent des fluctuations de pression dans l'orifice de l'élément 3. La température du corps 1 de la jauge peut être étroitement réglée pendant l'utilisation de la jauge au moyen d'un élément 10 de chauffage électrique situé autour de ladite jauge. Lorsqu'on l'utilise/tans un appareil expérimental dans un R.E.M., l'élément de chauffage électrique est placé autour de la jauge entre cette dernière et le dissipateur de chaleur du fluide de refroidissement du réacteur. Lorsqu'elle est utilisée dans l'environnement irra-15 dié d'un réacteur nucléaire, la chaleur supplémentaire appliquée à la jauge est ajustée de manière à compenser les variations du chauffage nucléaire qui peuvent se produire. La mesure de la température du corps 1 peut être effectuée en utilisant des thermocouples et la température peut être réglée par un disposi-20 tif de réglage classique. Les matériaux de construction de la jauge sont choisis de façon qu'ils soient compatibles avec l'environnement dans lequel la jauge doit être utilisée,de manière que le débit du gaz dans la jauge ne soit pas radicalement modifié et de manière à garan-25 tir que le fonctionnement de la jauge reste stable pendant toute la durée de son utilisation. Naturellement, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite et représentée et est susceptible de recevoir diverses variantes entrant dans le cadre et l'esprit de 30 l'invention. 70 38448 -6- 2065516 REVENDICATIONS 1.. Jauge à gaz destinée à mesurer la contrainte d'un échantillon, jauge caractérisée en ce qu'elle comporte une conduite pour contenir un courant de gaz, des premier et second 5 élémentsd'étranglement de l'écoulement du gaz situés dans la conduite, le second élément étant placé du côté aval du premier élément., un pointeau d'étranglement effilé destiné à entrer en contact avec l'échantillon et disposé de façon que son mouvement axial règle l'écoulement du gaz dans l'orifice du second élément, 10 un dispositif pour mesurer les pressions de gaz régnant en amont du premier élément et en aval du second élément et un dispositif pour mesurer les variations de la pression régnant dans la région de la conduite entre les premier et second éléments pour fournir une mesure du mouvement axial du pointeau et par suite, de la 15 contrainte de l'échantillon. 2. Jauge selon la revendication 1, caractérisée en ce que le pointeau a un profil de forme parabolique. 3. Jauge selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le pointeau est supporté par une douille située dans la con- 20 duite entre les premier et second éléments. 4. Jauge selon la revendication 3, caractérisée en ce que en le pointeau comporte un bec effilé qui est/regard de l'orifice d'étranglement du second élément, un épaulement, et une tige qui s'ajuste - dans la douille. 25 5. Jauge selon la revendication 4, caractérisée en ce que la douille est axialement mobile dans la conduite et en ce qu'il est prévu un élément de poussée pour solliciter le pointeau au contact de l'échantillon. 6. Jauge selon la revendication 5, caractérisée en ce que 30 l'élément de poussée sert également à positionner la douille dans la conduite. 7. Jauge selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'élément de poussée comporte deux ressorts dont un est disposé entre le premier élément et la douille et l'autre entre la douille 35 et 1*épaulement du pointeau. 70 38448 -7- 2065516 8. Jauge selon l'une quelconque des revendications précédentes ,caractérisée en ce qu'il est prévu un dispositif de chauffage pour maintenir la jauge à une température prédéterminée .