Brevet FR2392371A1 — publié le 19781222

La présente invention concerne un capteur des vibrations d'un liquide plus particulièrement adapté a la détection de vibrations de faibles fréquences transmises par un liquide dont la température est élevée tel que notamment le métal liquide de refroidissement d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides. Plus précisément, l'invention concerne un capteur des vibrations d'un liquide qui, du type comportant un transducteur piezoélectrique, est conçu de façon à ce que les vibrations du liquide engendrent des contraintes dans le transducteur pour l'élaboration par ce dernier d'un signal électrique représentatif des vibrations du liquide. Les capteurs du type précité conçus antérieurement a la présente invention ont notamment l'inconvénient de ne pas permettre la détection, a des températures élevées, de vibrations de faibles fréquences. La présente invention a précisément pour objet un capteur des vibrations d'un liquide palliant les inconve- nients précités des capteur de l'art antérieur. Le capteur des vibrations d'un liquide objet de la présente invention se caractérise en ce qu'il comporte, a l'intérieur d'une cavité obturée par une membrane destinée à être en contact avec ledit liquide et dans Laquelle estréalisé le vide, un transdacteur piezoelectrique, ladite membrane étant reliée à l'une des faces dudit transducteur dite première face, par l'intermédiaire d'un organe mécanique de transmission des vibrations réalisé en un matériau isolant d'un point de vue thermique, l'autre face du transducteur dite deuxième face, étant bloquée et ladite cavité présentant an moins un passage étanche pour un conducteur électrique. Le capteur tel que caractérisé ci-dessus a notamment l'avantage de permettre : - la détection des vibrations d'un liquide dont la température est élevée grâce a une isolation thermique satisfaisante du transducteur piezoélectrique réalisée par le vide établi dans la cavité et l'organe mécanique de transmission tinter pose entre la membrane et le transducteur, - la détection de vibrations de faibles fréquences grâce à un bon isolement électrique du transducteur piezoélectrique et grâce au r81e amplificateur joué par la membrane, - de limiter les risques de fuite de liquide grâce au vide réalisé dans la cavité, ce dernier maintenant la membrane plaquée contre la cavité quelles que soient les dilatations thermiques différentielles résultant de variations de la température du liquide, - d'obtenir une parfaite étanchéité vis-à-vis de l'extérieur. Selon un mode préférentiel de réalisation du capteur de l'invention, ledit organe mécanique detransmission est constitué par un poussoir rendu solidaire de ladite membrane et dudit transducteur. Selon ce mode, le transducteur solidaire par l'une de ses faces dudit poussoir est positionné à l'intérieur de la cavité en interposant entre la paroi interne de cette der nière et l'autre face du transducteur une pièce en un matériau isolant d'un point de vue électrique. Selon l'invention, ladite cavité présente de préférence un passage étanche pour un conducteur électrique raccordé à ladite deuxième face du transducteur, ladite première face du transducteur étant reliée par un conducteur électrique à la paroi de ladite cavité. Ledit passage étanche peut avantageusement être rendu étanche soit au moyen d'un capuchon en un matériau isolant d'un point de vue électrique, ce capuchon étant soudé sur le conducteur et sur la paroi dudit passage soit par une gaine soudée à la paroi dudit passage et contenant un matériau isolant d'un point de vue électrique entourant ledit conducteur. On précise qu'il peut être avantageux de réaliser l'étanchéité du passage à la fois au moyen d'un capuchon et d'une gaine tels que précités afin de pallier une éventuelle diffusion d'air à travers le matériau isolant de ladite gaine. D'autre part selon l'invention, ledit transducteur est de préférence constitué par un cristal piezoélectrique interposé entre deux électrodes séparées chacune dudit cristal par une rondelle qui, destinée à améliorer les contacts électriques, est en un matériau malléable et conducteur d'un point de vue électrique. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement au regard de la description qui suit d'un exemple de réalisation du capteur selon l'invention, pour la détection des vibrations transmises par le sodium liquide de refroidissement d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides, cet exemple de réalisation étant donne à titre illustratif mais nullement limitatif. Cette description sera faite au vu des figures schématiques annexées 1 et 2 sur lesquelles on a représenté - sur la figure 1, en ccupe verticale, l'ensemble du capteur selon l'invention conforme à un premier mode de réalisation - sur la figure 2, également en coupe verticale, la partie supérieure du capteur selon l'invention, conforme à un deuxième mode de réalisation. Bien que la mise en oeuvre du capteur de l'invention ne se limite pas à la détection des vibrations du métal liquide de refroidissement d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides, on peut noter que le capteur de l'invention est particu lièrement adapté à une telle mise en oeuvre, la température du sodium liquide pouvant atteindre 600 C. Sur la figure 1, on voit qu'un transducteur piezo-électrique désigné dans son ensemble par la référence 2 est placé à l'intérieur d'une cavité 4 qui, ménagée dans un corps 6, est obturée par une membrane métallique 8 avantageusement ondulée et de préférence en acier inoxydable, ledit corps 6 étant destiné à être raccordé par son embase 6B à une enceinte 10 contenant un liquide transmettant des vibrations de pression qu'il convient de détecter, ce liquide étant constitué dans cet exemple de réalisation par le sodium liquide de refroidissement d'un réacteur nucléaire. Plus précisément, ledit transducteur piezoélectrique 2 est positionné à l'intérieur de ladite cavité 4 d'une part, par emboîtement dans un bloc 12 qui, en un matériau isolant d'un point de vue électrique, est interposé entre ledit transducteur et la paroi de la cavité 4 et d'autre part, par -emboî- tement dans l'une des extrémités d'un poussoir 14 en un maté riau isolant d'un point de vue thermique, de préférence en alumine, l'autre extrémité dudit poussoir 14 étant emboîtée dans un centreur 16 faisant corps avec la membrane métallique 8. Il va de soi que le poussoir 14 pourrait être rendu solidaire par soudage ou brasage du transducteur 2 et du centreur 16 porté par la membrane 8. A l'intérieur de ladite cavité 4 est réalisé le vide, par exemple par l'intermédiaire d'un tube 18 ensuite écrasé et scellé, la membrane 8 étant de ce fait plaquée contre la paroi de l'embase 6B du corps 6. Bien entendu, le vide pourrait être réalisé dans la cavité 4 en effectuant le montage du capteur dans un four à vide, auquel- cas, le tube 12 serait supprimé. On note au vu de la figure 1, que le transducteur piezoélectrique 2 est constitué d'un cristal piezoélectrique 2C, tel qu'un quartz, place en sandwich entre deux électrodes métalliques 2E, chacune de ces électrodes 2E étant séparée du cristal 2C par une rondelle 2R qui, en un matériau malléa- ble et conducteur d'un point de vue électrique, est destinée à la réalisation de bons contacts électriques. D'autre part, on remarque qu'un fil conducteur 20 est soudé sur l'électrode 2E portée par la face supérieure du transducteur 2, ce qui constitue la sortie du transducteur, l'électrode 2E portée par la face inférieure du transducteur piezoélectrique 2 étant reliée électriquement par un fil conducteur 22 à la paroi de la cavité 4. On note que le fil conducteur 20 traverse de façon étanche ledit corps 6 afin d'être raccordé à des moyens de traitement (non représentés) des signaux émis par le transducteur à partir des vibrations du liquide transmises à ce dernier par la membrane 8 et le poussoir 14. On voit sur la figure 1, correspondant à une première variante de réalisation de l'invention, que le passage dudit fil conducteur 20 à travers le corps 6, a l'extrémité supérieure de ce dernier, est réalise de façon étanche au moyen d'un capuchon de verre 24 soudé d'une part sur la paroi interne du corps 6 et, d'autre part, sur la paroi dudit fil conducteur 20. Selon une autre variante de réalisation de l'invention représentée sur la figure 2, le passage du fil conducteur 20 à travers le corps 6 est rendu étanche en entourant ce dernier d'une gaine 25 soudée sur la paroi de la cavité 4, la gaine 25 contenant un matériau isolant électrique 26, de préférence constitué par de l'alumine. On précise que le capuchon de verre 24, soudé pour cette réalisation sur la paroi de la gaine 25 et sur le fil 20, est destiné à parfaire I'étanchéité de la cavité vis-à-vis de l'air qui pourrait diffuser à travers le matériau poreux 26. Par ailleurs, on peut noter, au vu de la figure 1, que ledit corps 6 présente deux parties distinctes 29 et 30 raccordées entre elles par l'intermédiaire du filetage 28 en vue de faciliter le montage du capteur tout en permettant un maintien approprié de ses composants à 11 intérieur de la cavité 4. Comme on le voit sur la figure 2, la gaine 25 est soudée sur le prolongement tubulaire 31 de la partie 29. Le fonctionnement du capteur tel que décrit ci-dessus au vu des figures 1 et 2 est le suivant. Les vibrations transmises par le liquide contenu dans l'enceinte 10 engendrent, par l'intermédiaire de la membrane 8, des déformations dans le poussoir 14 qui, répercutées sur le transducteur piezoélectrique 2, permettent l'élaboration par ce dernier d'un signal électrique représentatif desdites vibrations. On peut noter que la membrane, en raison du fait qu'elle est constamment plaquée contre la cavité, peut avoir un diare relativement grand, par exemple 2 à 10cm, et une épaisseur relativement faible, par exemple 0,2mm. Cette géométrie de la membrane favorise l'amplification de l'intensité des vibrations du liquide de l'enceinte 10, particulièrement lorsqu'il s'agit de détecter des vibrations de faibles fréquences comprises entre 0,1 et 100 Hz. Par ailleurs, on note que ledit poussoir réalisé en un matériau isolant d'un point de vue thermique a l'avantage de réaliser une coupure thermique entre le transducteur 2 et le liquide de l'enceinte 10 suffisante pour ne pas altérer les qualités du transducteur lorsqu'il est utilisé pour la détection des vibrations d'un liquide dont la température peut atteindre 5500C à 6000C. REVENDTCATIONS 1. Capteur des vibrations d'un liquide, caractérisé en ce qu'il oomporte, à l'intérieur d'une cavité obturée par une membrane destinée à être en contact avec ledit liquide et dans laquelle est réalisé le vide, un transducteur piezoélectrique, ladite membrane étant reliée à l'une des faces dudit transducteur, dite première face, par l'intermédiaire d'un organe mécanique de transmission des vibrations réalisé en un matériau isolant d'un point de vue thermique, l'autre face du transducteur, dite deuxième face, étant bloquée et ladite cavité présentant au moins un passage étanche pour un conducteur électrique. 2. Capteur selon la revendication I, caractérisé en ce que ledit organe mécanique de transmission est constitué par un poussoir rendu solidaire de ladite membrane et dudit transducteur. 3. Capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite deuxième face du transducteur est bloquée par l'intermédiaire d'une pièce interposée entre cette dernière et la paroi de ladite cavité, cette pièce étant en un matériau isolant d'un point de vue électrique. 4. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite cavité présente un passage étanche pour un conducteur électrique raccordé à ladite deuxième face du transducteur, ladite première face du transducteur étant reliée par un conducteur électrique à la paroi de ladite cavité. 5. Capteur selon la revendication 4, caractérise en ce que ledit passage est rendu étanche au moyen d'un capuchon en un matériau isolant d'un point de vue électrique, ce capuchon étant soudé sur le conducteur et sur la paroi dudit passage. 6. Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit passage est rendu étanche par une gaine entourant ledit conducteur et soudée sur la paroi dudit passage, ladite gaine contenant un matériau isolant d'un point de vue électrique. 7, Capteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite gaine est associée à un capuchon en un matériau isolant d'un point de vue électrique, soudé sur la paroi de ladite gaine et sur ledit conducteur. 8. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé el ce que ledit transducteur est constitué par un cristal piezoélectrique interposé entre deux électrodes séparées chacune dudit cristal par une rondelle en un matériau malléable et conducteur d'un point de vue électrique, lesdites électrodes constituant lesdites première et deuxième faces du transducteur. 9. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite membrane est en metal. 10. Capteur selon l'une quelconque des revendications I à 9, caractérisé en ce que ledit cristal est un quartz. 11. Capteur selon-ltune quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que ledit matériau isolant est en alumine. 12. Capteur selon l'une quelconque des revendications 5 et 7, caractérisé en ce que ledit capuchon est en verre. 13. Application du capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 à la détection des vibrations du métal liquide de refroidissement d'un reacteur nucléaire à neutrons rapides.