Brevet FR2325265A1 — publié le 19770415

La presente invention concerne une sonde acoustique micronhonique pour fluides chauds permettant la mesure des pressions acoustiques dans la veine d'ecoulement d'un fluide porte à une temperature elevee de l'ordre de 1500C. On sait que la mesure de l'evolution de la pression en fonction du temps dans la veine d'ecoulement d'un fluide souleve de nombreux problemes lorsque les fluctuations de la pression s 'opèrent dans une ganirne de fréquences tres étendues et lorsque l'amplitude atteint des valeurs particulierement elevees. On sait également que l'element sensible d'un dispositif de mesure acoustique comprend géneralement un microphone constituée nar un condensateur dont l'une des armatures est une membrane tres mince qui suit les fluctuations de la pression et dont la deuxième armature est fixe ; la variation de la distance cetre les deux armatures entraine une variation de la capacite du condensateur, un erlement electronique amplificateur deduit de ces variations le spectre de frequences reçues et leurs amplitudes, de sorte que le premier problème qui se pose au constructeur est de realiser un capteur presentant plus particulierement une bonne sensibilité aux fréquences elevees et resistant en même temps à des variations de pression tres importantes correspondant à 120 à 160 db. On sait que de telles sondes existent et peuvent être incorporees a la paroi d'une canalisation. Elles comportent un capteur microphonique à cendensateur d'un type connu, dote d'un amplificateur electronique forme d'un preamplificateur situe au voisinage immédiat du capteur et d'un amplificateur situe à une certaine distance de celui-ci, un prolongateur solidaire du capteur, un attenuateur acoustique à parois epaisses supportant le prolongateur ainsi que le capteur. Ce dernier est maintenu de telle façon que l'armature sensible du capteur se trouve disposee à courte distance de la paroi frontale de 1 l'atténua- teur, l'espace séparant l'armature sensible de la paroi de l'atténuateur etant rempli d'air maintenu en liaison constante avec l'air ambiant. Lorsqutune telle sonde est maintenue au contact d'un fluide chaud dont la température est superieure à 100 C, la paroi de l'attenuxteur placée en face de l'armature sensible du condensateur s'échauffe et un rayonnement nuisible à l'armature sensible se produit tres rapidement. En outre, le nreamplificateur électronique est lui aussi soumis à'action de la chaleur et tend rapidement à fournir un signal incorrect. Le but de l'invention a donc ete de réaliser un capteur presentant les tages et les qualites du capteur décrit ci-dessus, comportant en outre un agencement refroidissant la partie sensible du microphone et de l'amplificateur. Cependant il est apparu très rapidement qu'il n'était pas possible de refroidir la pièce constituant le capteur. Pour obtenir un signal suffisant, la membrane sensible doit être maintenue à un potentiel de l'ordre de 200 volts par raPport à l'armature fixe, le capteur doit donc être doté d'une couche dsisolement qui ne peut être mise en contact avec un fluide de refroidissement ce qui aurait pour résultat de provoquer à la longue, une détérioration des isolants utilisaBles dans le cas présent. De plus il a touiours été particulièrement difficile de refroidir directement une paroi aussi mince qu'unie membrane sensible et le nrobleme semblait sans solution, d'autant plus qu'il s'agissait en somme de refroidir la zone où se trouvait la source de chaleur. I1 semblait également impossible d'établir un contact étendu entre la partie sensible et le reste du bouchon d'étanchéité afin d'éviter d'introduire des vibrations parasites. Il semblait donc imPossible de refroidir la partie sensible en agissant la masse métallique du dispositif. L'objet de l'invention est donc une sonde acoustique microphonique pour fluides chauds comportant un capteur microphonique à condensateur de type connu, un alternateur acoustique à parois épaisses dont la paroi interne est maintenue à courte distance de la membrane sensible dudit capteur à condensateur, un positionneur définissant la position du capteur microphonique vis à vis de l'atténuateur, un prolongateur lié au positionneur, un doigt de gant cylindrique en métal conducteur dont l'avant est relié de facon étanche à l'atténuateur, une enveloppe externe percée de cannelures longitudinales reliées entre elles aux deux extrémités par un moyen de liaison, un conduit d'entrée et une canalisation de sortie, caractérisée en ce qu'un fluide de refroidissenent est mis en circulation active le long des cannelures de l'enveloppe externe à partir du conduit d'entrée. Il se produit en conséquence un refroidissement imnortant du doigt de gant. Le doigt de gant est en contact sur une grande surface avec le nrolongateur et échange avec lui de la chaleur. Le prolongateur en contact étroit avec la cellule, la refroidit en même temps que les éléments d'électronique sensible (préamplificateur par exemple) qu'il contient lui-même. Bien que la cellule sensible percoive avec une acuité 103 fois plus élevée une vibration perpendiculaire au plan du condensateur (donc parallble à l'axe de symétrie de l'appareil) qu'une vibration parallele au plan du condensateur, ltexpérience montre cependant que sous certaines conditions les vibrations parasites arrivent au capteur avec une intensité suffisante par altérer la mesure. Entre le doigt de gant et ltenveloppe externe, une enveloppe de plomb exterieurement lisse a été fixée étroitement sur le doigt de gant. Cette envelonne atténue de façon très notable les vibrations de grande intensité dirigées radialement à travers le doigt de gant et les ramène a une valeur telle qu'elles ne sauraient exercer une influence sur les mesures. Le dispositif selon l'invention est décrit ci-dessous en référence à - la figure I représentant une coupe axiale schématique du dispositif, - la figure 2 correspondant à une coune du dispositif suivant B X, - la figure 3 renrésentant une coupe tranversale du dispositif suivant A A. La figure 1 décrit l'ensemble du dispositif en coupe axiale longitudinale. On voit en I l'atténuateur acoustique formé d'un bloc cylindrique à parois relativement épaisses dont les deux faces 2 et 3 sont soiRneusement dresses dans des plans parallèles. On note ensuite en 4 le microphone acoustique dont la face avant 5 est sensible et constitue l'armature variable du condensateur. Entre les faces 5 et 3, on ménage un intervalle contenant l'air ambiant sous une épaisseur de l'ordre de 2 è 4 dizièmes de millimètre. Pour que le fonctionnement du dispositif soit correct il est nécessaire que l'air ainsi contenu soit maintenu en nermanence en relation avec l'air ambiant par l'intérieur du logement du dispositif, le long du canal axial du doigt de gant. Cette condition est remnlie en traçant à la surface des pièces successives disposées dans le canal axial, plusieurs cannelures destinées au passage de l'air.Pour plus de simplicité, ces cannelures ne sont pas représentées sur les figures.3faintenue en nlace par le positionneur 6, la cellule sensible est reliée thermiquement au prolon- gateur 7 qui entre en contact avec le doigt de gant e sur une grande étendue. De sorte que le doigt de gant et le prolongateur peuvent être facilement maintenus a une température voisine. Le doigt de gant 8 a son tour est muni d'une enveloppe cylindrinue de plomb 9 d'une épaisseur de plusieurs millimètres ; celle-ci est rendue etroitement solidaire du doigt de gant par moulage autour de ce dernier et grâce à un filet trapézoïdal tel que il tracé au préalable sur les deux extrémités du doigt de gant. Dans ces conditions l'enveloppe de nlonb neut difficilement vibrer seule. Elle atténue alors dans de notables proportions les vibrations transversales de grande amplitude qui lui arrivent de la périnhérie. En se reportant à la figure 2, on voit qu'autour du doigt de gant f et de son manchon en plomb 9, on dispose une enveloppe cylindrique externe 12 percée régulièrement de cannelures longitu- dinales 13 parallèles à l'axe de symétrie du dispositif. Il est à noter cue les diverses pièces constituant l'atténuateur 1, la cellule sensible 4, le doigt de gant 8, l'enveloppe de plomb 9, ltenvelonne externe 12 sont de forne oneralement cylindrique et présentent le meme axe de symétrie. La figure 3 représentant une coupe du dispositif suivant A A, permet de Fieux comprendre l'alimentation de ces cannelures longitudinales 13 en fluide de refroissement. On reconnait au centre de la figure 3, une vue en bout de I'enve- lopne externe 12 dotée de ces cannelures longitudinales 13. Au dela de l'extréité arrière de l'enveloppe est un tore creux 18 délimite nar une couronne l5. re tore 18 est partagé en une région supérieure 21 et une région inférieure ?2 nar une arête 14. Le fluide de refroidissement est injecté nar le conduit d'admission 16. T1 circule le long des cannelures longitudinales sunérieures 13. A l'autre extrémité du doigt de gant 8 est une autre couronne circulaire creuse 23 (voir figure 1), le fluide de refroidissement redescend vers les cannelures lonoitudinales inférieures telles que 13' et rejoint la couronne circulaire 15 dans sa tartie inférieure d'où il est extrait par la canalisation de sortie 17.- rrace a la circulation d'un fluide de refroidissement tel que le glycol, il a été nossible d'opérer des mesures à quelques db près dans un champ acoustique de 120 a lQn dh dans des canalisations situées en amont et en aval de très gros compresseurs dans un flux atteignant 1500C alors que la partie préamplificateur et le micronhone ne sauraient sunporter des temnératures supérieures 1 100C et 1200C vendant une courte nériode sans subir de détériorations. ne la description qui précède on voit que l'armature sensible portée o un potentiel relativement élevé est reliée à l'air ambiant et qu'en consenuence, elle demeure sans contact même indirect avec le flux gazeux chaud qui circule dans la veine d'écoulement. I1 en résulte que ce flux peut être formé d'un gaz très-faci- lement inflammable à chaud sans qu'une étincelle éclatant au niveau de l'armature du condensateur soit suscentible d'avoir une influence quelconatie sur le comnortement dudit gaz. Recinroquement si le gaz contient des nroduits particulièrement toxiques ceuxci ne sauraient traverser le dispositif et attendre le nersonnel. On voit donc que le présent dispositif concu pour surveiller une veine d'écoulement d'un fluide porté à une température de l'ordre de 150 C convient aussi bien pour la surveillance de l'écoulement d'un gaz chaud riche en carhures d'hydrogène volatils que pour le contrôle d'un flux de vnneurs particulièrement toxiques ou radioactives. Bien que le dispositif qui vient d'être decrit paraisse le plue avantageux pour la mise en oeuvre de l'invention dans une situation technique narticulière, on comprendra sans peine que diverses modifications puissent lui être apportées sans sortir du cadre de l'invention. REVENI)ICATIONS 1/ Sonde acoustique microphonique pour fluides chauds comportant - un capteur microphonique à condensateur de type connu - un atténuateur acoustique à parois épaisses dont la paroi interne est maintenue à courte distance de la membrane sensible dudit capteur microphonique - un positionneur définissant la position du capteur microphonique vis a vis de l'attenuateur - un prolongateur lié au positionneur - un doigt de gant cylindrique en métal conducteur dont l'avant est relié de façon étanche à l'atténuateur - une enveloppe externe percée de cannelures longitudinales reliées entre elles aux deux extrémités par un moyen de liaison - un conduit d'entrée et une canalisation de sortie caractérisé en ce qu'un fluide de refroidissement est mis en circulation active le long des cannelures (13) de ltenveloppe externe (12) à partir de conduit d'entrée (16). 2/ Sonde acoustique microphonique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le doigt de gant (8) porte une enveloppe de plomb (9) coulée autour du doigt de gant (8) et liée à celui-ci aux deux extrémités par un pas de vis trapézoldal (11). 3/ Sonde acoustique microphonique selon la revendication 2, caractérisée en ce que le fluide de refroidissement circule le long des cannelures (13), parallèles à l'axe du doigt de gant. 4/ Sonde acoustique microphonique selon la revendication 3, caractérisée en ce que le fluide de refroidissement est injecté par le conduit (21) au sein d'un tore creux (18) partagé par moitié par une arete (14), dans lequel débouchent les cannelures (13).