Brevet FR2309833A1 — publié le 19761126

L'invention a trait à une jauge capacitive pour le contrôle d'une dimension intérieure transversale d'un tube, et notamment pour le contre des déformations de tubes à profil méplat de refroidissement de stator d'alternateur. Les barres de stator des turboalternateurs de grande puissance sont souvent refroidies par circulation d'un fluide dans des canaux ménagés dans ces barres. Ces canaux ont un profil méplat dont la grande dimension est inférieure au centimètre et s'étendent sur toute la longueur du stator Or l'intégrité de ce profil est très importante pour l'efficacité et l'équilibre du refroidissement du stator. Jusqu'à présent le contrôle n'était possible que par mesure de la perte de charge dans un canal, ou par passage d'un mandrin calibré dans le canal. Le premier procédé est incapable de localiser un défaut, et le second procédé est loin de donner la précision souhaitable. L'invention a pour objet une jauge capacitive susceptible autre introduite dans un tube et déplacée sur toute la longueur de celui-ci pour déterminer une dimension transversale recherchée en un point quelconque de la longueur du tube. Par jauge capacitive il faut entendre une jauge comportant deux armatures de condensateur de part et d'autre d'une épaisseur de diélectrique liée à la dimension à contr81er, et associée à un pont de mesure de capacité mutuelle entre deux bornes reliées respectivement aux armatures. L'invention a également pour objet une jauge capacitive protégée contre les inductions parasites. L'invention a encore pour objet une jauge capacitive utilisable à une distance relativement grande du pont de mesure. A ces effets l'invention propose une jauge capacitive pour le contrôle d'une dimension transversale intérieure d'un tube, comportant deux armatures de condensateur de part et d'autre d'une épaisseur de diélectrique liée à la dimension à contrôler, et associée à un pont de mesure de capacité mutuelle entre deux bornes reliées respectivement aux deux armatures, jauge caractérisée par une lame de ressort en U avec deux branches et formant jauge d'alésage intérieur pour ledit tube selon la dimension à contrôler, lesdites branches portant sur leurs surfaces en regard chacune une lamelle isolante garnie d'une couche métallique formant armature, et par deux cibles coaxiaux comprenant chacun une gaine conductrice entourant une $mue, chaque gaine reliant ladite lame de ressort à une masse commune du pont, tandis que chaque ame relie une armature à la borne respective dudit pont. En raison de l'élasticité de la lame de ressort, les branches portent sur la paroi du tube et l'écartement des branches est égal à la dimension à contrôler, si bien que l'épaisseur de diélectrique entre les armatures portées par les branches est une fonction directe de la dimension à contrler, et que la capacité mutuelle entre les armatures est représentative de cette dimension. Les cables coaxiaux sont suffisamment longs pour que la lame de ressort puisse être déplacée sur toute la longueur du tube. La lame de ressort et les gaines des câbles coaxiaux, reliées entre elles et à la masse commune du pont forment écran de Faraday contre des inductions parasites, et limitent la capacité entre les deux bornes du pont à la capacité mutuelle des armatures.Les capacitances de fuite à la masse sont invariables aussi bien entre me et gaine des cables coaxiaux, qu'entre armatures et lame de ressort, de sorte que l'effet de ces capacitances de fuite sur les résultats de mesure du pont est constant et que ces résultats de mesure sont effectivement représentatifs de la dimension à contrler. L'épaisseur de diélectrique entre les armatures peut être de l'air, ou etre constituée par une feuille souple d'une matière diélectrique. Dans ce dernier cas la capacité entre armatures est augmentée, ainsi que la sollicitation des branches sur la paroi du tube. Les jauges capacitives ainsi réalisées sont particulièrement applicables au contrôle des déformations de tubes à profil méplat pour le refroidissement des stators d'alternateurs ; les branches de la lame de ressort sont en appui élastique à l'intérieur du tube méplat de part et d'autre de la petite dimension du profil, et la jauge est entraînée sur la longueur du tube. Les déformations peuvent Btre des déformations permanentes, ou des déformations élastiques transitoires sous contrainte. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure l représente schématiquement la disposition générale d'une jauge capacitive selon l'invention associée à un pont de mesure la figure 2 est une vue latérale à grande échelle d'une jauge selon l'invention ; la figure 3 est une vue déployée de la jauge de la figure 2 la figure 4 est une vue partiellement arrachée d'un tube méplat avec une jauge capacitive engagée. Selon la forme de réalisation choisie et représentée figure 1, dans un tube méplat 1 dont on veut connattre la dimension 10 entre les éléments de paroi 11 et 12 est insérée une jauge capacitive 2 dans son ensemble. Cette jauge comprend une lame de ressort en U 20 avec deux branches 20a et 20b qui sont poussées au contact des éléments de paroi respectivement 12 et 11 par l'élasticité de la lame 20. Les faces en regard des branches 20a et 20b portent des lamelles isolantes respectivement 21 et 22 garnies d'une couche métallique respectivement 23 et 24, isolées de la lame 20 et se faisant face. Une feuille de diélectrique mousse 25 est insérée entre les couches métalliques 23 et 24, qui constituent ainsi les armatures d'un condensateur dont le diélectrique est la mousse 25. Deux câbles coaxiaux 30 et 31 relient par leurs gaines 34 et 35 le point de contact 36 de la lame de ressort 20 à la masse 40 d'un pont de mesure de capacité mutuelle 4. L' me 33 du cible coaxial 31 relie l'armature 23 à une première barre de mesure 41 du pont 4, tandis que l' & e 32 du cable coaxial 30 relie l'armature 24 à la seconde borne 42 de mesure du pont 4. Ce pont de mesure 4 est agencé, de façon connue pour mesurer la capacité mutuelle existant entre ses bornes 41 et 42, sans que les capacités de fuites entre ces bornes 41, 42 et la masse interviennent en première approximation. De façon classique le pont comporte un bouton à cadran 44 commandant une impédance d'équilibre, et un détecteur d'équilibre 45. En variante, le pont 4 peut etre un pont à déviation, qui délivre à un appareil de mesure une tension proportionnelle au déséquilibre du pont. Le pont peut etre associé à un appareil enregistreur ou un oscilloscope. Les figures 2 et 3 représentent à plus grande échelle la jauge 2, en vue latérale sur la figure 2, et sur la figure 3 avec la lame de ressort mise à plat. Les lamelles isolantes sont réalisées par découpe de feuilles d'isolant (verre époxy) garni sur chaque face d'une couche de cuivre utilisées pour la fabrication de circuits imprimés, et les couches métalliques 23 et 24 sont détourées par gravure chimique. La couche de cuivre sur la face au contact de la branche correspondante est soudée sur cette branche. La base du U de la lame 20 comporte deux douilles embouties 36, 36' où les gaines 34 et 35 viennent prendre contact, tandis que les isolants 38 et 39 traversent les douilles 36, pour isoler les mes 32 et 33 de la lame 20. Ces mes 32 et 33 sont soudées en 24a et 23a sur les armatures 24 et 23. Pour réaliser des jauges de très petite taille, on peut supprimer la lame de ressort 20 et réaliser la jauge d'une pièce dans une feuille mince d'isolant garni de couches de cuivre sur ses deux faces. La lame de ressort est constituée par l'isolant luimeme, élastique sous faible épaisseur, tandis que la couche de cuivre extérieure forme blindage. Sur la figure 2 la jauge 2 est représentée avec une épaisseur d'air 25 comme diélectrique. Mais le diélectrique peut titre constitué par une mousse souple comme à la figure 1. La capacité entre armatures 23 et 24 est alors augmentée, ainsi que la force d'appui sur les éléments de paroi. Pour utiliser la jauge selon l'invention, il convient de procéder à un étalonnage préalable, en déterminant les capacités, mesurées sur le pont 4 et correspondant à une série d'écartements connus des branches 20a et 20b. Puis on glisse les cables coaxiaux 30 et 31 dans le tube 1, comme représenté figure 4, et on introduit à la suite la jauge 2 en resserrant les branches 20a et 20b pour qu'elles se disposent au contact des éléments de paroi 12 et 11. On peut alors faire glisser la jauge 2 dans la longueur du tube 1, en la hâlant par les cibles coaxiaux, la position de la jauge 2 dans le tube 1 étant connue par la longueur émergente des cibles coaxiaux 30 et 31. De distance en distance on effectue des mesures de capacité, d'où l'on déduit la dimension séparant localement les éléments de paroi 11 et 12. Toute irrégularité de cette dimension se manifeste par une variation de capacité, cette capacité augmentant si la distance entre les éléments de paroi 11 et 12 diminue. I1 est ainsi aisé de contrler sur toute la longueur 1 la dimension transversale du tube 1. Par utilisation d'un pont de mesure à déviation associé à un enregistreur ou un oscilloscope, il est possible de déterminer les variations au cours du temps de la dimension transversale en un point, correspondant à des déformations permanentes ou élastiques sous contraintes variables. En contrainte de vibration la plage de fréquence peut s'étendre jusqu'à quelques centaines de Hertz. Pour une jauge mise au point pour le contre des tubes mé plats de refroidissement des barres de stator d'alternateur, la jauge 2 mesurait 8 millimètres de longueur et 6 millimètres de largeur, tandis que les branches 20a et 20b pouvaient se resserrer pour passer dans un écartement de paroi de 1,5 millimètre. L'invention n'est évidemment pas limitée à l'exemple décrit, et bien des variantes pourraient être réalisées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. L'invention n'est pas non plus limitée dans ses applications et permet la détermination de la distance entre deux parois rapprochées, avec localisation des points de mesure. De telles applications ne sont évidemment pas de nature à sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Jauge capacitive pour le contre d'une dimension transversale intérieure d'un tube, comportant deux armatures de condensateur de part et d'autre d'une épaisseur de diélectrique liée à la dimension à contrôler, et associée à un pont de mesure de capacité mutuelle entre deux bornes reliées respectivement aux deux armatures, jauge caractérisée par une lame de ressort en U avec deux branches et formant jauge d'alésage intérieur pour ledit tube selon la dimension à contrôler, lesdites branches portant sur leurs faces en regard chacune une lamelle isolante garnie d'une couche métallique formant armature, et par deux cibles coaxiaux comprenant chacun une gaine conductrice entourant une a'me, chaque gaine reliant ladite lame de ressort à une masse commune du pont, tandis que chaque me relie une armature à la borne respective dudit pont. 2. Jauge capacitive selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'épaisseur diélectrique entre les armatures est constituée par de l'air. 3. Jauge capacitive selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une feuille d'un diélectrique souple est insérée entre les armatures. 4. Application de la jauge selon une quelconque des revendications 1 à 3 au contrôle de déformations de tubes à profil méplat de refroidissement de stators d'alternateurs, caractérisée en ce que les branches de ladite lame étant en appui élastique à l'intérieur du tube méplat de part et d'autre de la petite dimension dudit profil, ladite jauge capacitive est entraidée selon la longueur dudit tube.