Brevet FR2150630A1 — publié le 19730413

L'invention est relative à des perfectionnements aux sondes destinées à engendrer ou à détecter des faisceaux d'ondes ultra-sonores et notamment aux sondes à ultra-sons pour courantométrie c'est-à-dire, pour les mesures de vitesse des liquides. Elle concerne plus particulièrement de telles sondes pour des mesures courantométriques dans les liquides corrosifs ou dans les liquides à pression élevée. Les méthodes de mesures de vitesse des liquides à l'aide de faisseaux ultra-sonores présentent l'intérêt de permettre d'effectuer des mesures pratiquement instantanées sans perturber les lignes de courant. On peut soit mesurer la vitesse apparente d'ondes acoustiques qui se propagent au sein du liquide dans la direction de l'écoulement, ou encore mesurer la déviation subie par des ondes acoustiques se propageant normalement au oentre de l'écoulement. Dans tous les cas, les sondes à ultra-sons utilisées pour l'émission ou la réception du faisceau ultra-sonore doivent être partiellement liiergées dans le liquide.Lorsque ce liquide n'est pas corrosif et lorsque les pressions qui y règnent sont faibles, il suffit de rendre lesdites sondes étanches en soignant l'exécution des éléments erter nes et en prévoyant s'il y a lieu des joints d'étanchéité de façon que le liquide ne puisse pénétrer à l'intérieur. Mais ces précautions ne suffisent plus lorsque le liquide est corrosir ou circule sous pression élevée. C'est notamment le cas des mesures de vitesse et de débit des ergols utilisés dans les fusées à liquide. Ces ergols, par exemple le péroxyde d'azote ou la diméthylhydrazine, sont évi dament très actifs chimiquement et circulent sous des pressions élevées par exemple de l'ordre de 50 bars. Les sondes à ultra-sons du genre connu ne peuvent être utilisées pour de telles mesures sans dispositifs de protection. Mais cas dispositifs de protection ont Alors à répondre à des impératifs contradictoires.Ils doivent être, en effet, étanches et chimiquement inertes vis- & vis des ergols, tout en permettant la propagation du faisceau ultra-sonore dans l'un ou l'autre sens avec une transparence suffisante et une bonne directivité. L'objet de l'invention est de fournir une sonde à ultra-sons à lame transductrice piézo-électrique pour mesure de vitesse et de débit des liquides corrosifs ou des liquides sous pression élevée, ladite sonde étant incorrodable et étanche, tout en présentant une sensibilité et une directivité convenables. La sonde à lame transductrice piézo-électrique selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle comporte un fourreau protecteur en une seule pièce en forme de tube épais fermé à une extrémité par une paroi mince en contact électrique et mécanique intime avec la lame transductrice. On conçoit que ce fourreau qui ne présente, de par sa construction monolithique, ni solutions de continuité ni jonctions de matériaux différents, protège parfaitement les éléments intérieurs contre les actions mécaniques ou corrosives du milisu sondé tout en permettant le passage des ultra-sons sans absorption prohibitive. On ahorde maintenant la description d'exemples de réalisation de l'invention en se référant aux dessins annexés. La figure 1 est une coupe d'une sonde selon l'invention. La figure 2 est une coupe d'une variante conjuguant deux sondes piézo electriques dont l'une est utilisée pour l'emission du faisceau ultrasonore et l'autre pour la réception. On se réfère tout d'abord- à la figure 1. On distingue sur ladite figure 1 la sonde proprement diie 100 et-la douille:de raccordement 130. L'organe externe de la sonde 100 est un fourreau 11Q'*!en acier inoxydable, en une seule pièce, en forme d'un tube épais 111 ferma par-un voile 112 mince et par conséquent élastique. La lame piézo-élec-rique 121, en céramique au zirconite titanate de plomb, est fixée par Sa- t.ce externe sur la -face interne de la plaquette 112 par une couche des colle csnductrice 122, ladite colle étant par exemple une résine époxyde chargée pa de la poudre d'argent. Un cylindre amortisseur 123 en plomb est fixé par l'lne de ses bases sur la face interne de la lame piézo-électrique 121 à l'aide d'une couche de colle conductrice 124.La pièce de contact électrique 125 comporte une platine 126 fixée contre le bloc amortisseur 122 par une couche 4e colle conductrice 127 et une fiche 128 de contact- électrique. La lame piézo-électrique 121 et l'amortisseur 123 sont insérés dans une bague isolante 129 en polybutadiène, la lame 121 dépassant de la bague 129 de quelques millimètres. Un joint de colle isolante 130 réunit le pourtour de la lame 121 à l'extrémité de la bague 129. L'ensemble des pièces 121, 123 et 126 est maintenu dans le fourreau 110 par une bague filetée 131 en acier inoxydable coopérant avec le filetage intérieur dudit fourreau.La douille de raccordement 140 de la sonde à la source de courant haute fréquence comporte comme organe externe un fourreau 141 an acier inoxydable de même dia mètre-eTtérieur que le fourreau 110. Dans ledit fourreau 141 est inséré par l'intermédiaire d'une douille 142 isolante en polybutadiène une pièce 143 intermédiaire en laiton dans laquelle viennent s'insérer d'une part la fiche 128 du contact 125, d'autre part l'âme 144 du câble co-arial de raccordement 145 qui débouche-dans l'intérieur du fourreau 141. La fixation de la sonde 100 sur la douille de raccordement 130 s'opère par simple vissage du filetage interne du fourreau 110 sur le filetage terminal de la fiche 140 avec interposition d'un joint 146. Le mode de construction décrit ci-dessus permet d'obtenir une sonde à ultra-sons absolument étanche, rigide, incorrodable, et dotée cependant d'une bonne sensibilité et d'une bonne directivité, ces caractéristiques étant dues à l'élasticité du voile 112 et à son excellent couplage mécanique avec la lame piézo-électrique 121. On se réfère maintenant à la figure 2 qui représente une variante de réalisation de la sonde selon l'invention. Il s'agit en fait de deux sondas constituées chacune comme la sonde de la figure 1 et comportant donc une lame piézo-électrique 121, un bloc amortisseur 123, une pièce de contact 128, etc... mais ces deux sondes dont l'une joue le rôle d'émetteur du faisceau ultra-sonore, et l'autre le rôle de récepteur sont logées dans un même fourreau 200.Ce fourreau de construction monolithique, en acier inoxydable, comporta une partie périphérique épaisse et rigide 211 enclosant les deux sondes et une face terminale dont les régions 212 disposées contre les lames piézo-électriques 121 et liées auxdites lames par des joints 122 de colle colductrice sont très'minces de manière à présenter une bonne élasticité. Le fourreau comporte cependant ici une nervure centrale épaisse 213 coi délimite respectivement les espaces de logement des deux sondes et qui isole les uns des autres leurs éléments homologues y compris les voilas minces 212 situés de façon à assurer leur indépendance mécanique contre les lames 121. Comme il résulte des descriptions qui précèdent l'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été indiquées et elle en embrasse toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Sonde à ultrasons à lame transductrice piézo-électrique pour mesure dans des fluides corrosifs ou des fluides sous pression comportant un fourreau protecteur tubulaire en une seule pièce dont une extrémité est close par une paroi mince en contact mécanique et électrique avec une face de la lame transductrice par l'intermédiaire d'une colle rigide conductrice de l'électricité caractérisée en ce qu'elle comporte en outre, les pièces suivantes disposées derrière la lame transductrice et insérées dans une bague isolante entourant ladite lame transductrice et maintenue par une bague vissée dans un filetage intérieur du fourreau protecteur - un cylindre en matériau à grand coefficient d'amortissement méca nique, - une pièce de contact électrique terminée par une fiche, les faces en regard de la pièce de contact électrique, du cylindre et de la lame transductrice étant solidarisées à l'aida d'une mince couche de colle rigide conductrice de l'électricité. 2 - Sonde multiple à ultrasons caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux sondes selon la revendication 1.