Brevet FR2404850A1 — publié le 19790427

La présente invention a pour objet un appareil pour la détection du seuil de cavitation. Elle trouve une application notamment dans le contrôle des canalisations parcourues par un liquide chaud, du sodium fondu par exemple. On sait que le phénomène de cavitation dans un liquide donne naissance à des ondes acoustiques, qui peuvent etre mises à profit pour la détection de l'apparition de ce phénomène La présente invention propose un appareil basé sur ce principe De façon précise, l'invention a pour objet un appareil pour la détection du seuil de cavitation apparaissant dans une enceinte remplie de liquide, caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part1 un capteur constitué par une tige dont une première extrmité est apte å etre fixée sur ladite enceinte, et dont la seconde est en appui sur une pastille piézoélectrique sur laquelle est appliquée, a l'aide d'un ressort, une masselotte métallique, ladite pastille étant électriquement reliée à un conducteur électrique de sortie et, d'autre part, un circuit de détection de la présence d'un signal électrique sur le conducteur de sortie du capteur. De préférence1 une membrane souple, assurant un découplage mécanique, est disposée entre la seconde extrémité de la tige et la pastille piézoélectrique. De préférence encore, la tige possédant des fréquences de résonance acoustique, le circuit de détection est adapté pour detecter l'existence d'un signal électrique autour de l'une de ces fréquences. La gamme de fréquences de fonctionnement est avantageusement comprise entre environ 2kHz et quelques MHz. De préférence encore, le circuit de détection comprend successivement un préamplificateur, un filtre passe-haut, un filtre passe-bande centré sur la fréquence de résonance de la tige, un amplificateur de puissance et un organe d'émission d'un signal sonore, du type haut-parleur. De toute façon, les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux après la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre explicatif et nullément limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente une coupe longitudinale du capteur selon l'invention - la figure 2 représente un schéma synoptique de l'ensem- ble du capteur et du circuit de détection. Sur la figure i, le capteur représenté comprend une tige métallique 2 dont l'extrémité inférieure 4 est fixée & la paroi 6 en acier-inoxydable d'une canalisation de sodium liquide 8. L'extrémité supérieure 10 de la tige est fixée d une membrane métallique 12, d'épaisseur suffisamment mince pour présenter une certaine souplesse (par exemple de 2 a 5/lOeme de mm), ladite membrane se prolongeant a' sa périphérie par une bride 14. Une pastille piézoélectrique 16 (par exemple en niobate de lithium, en titanate de baryum ou en quartz) est insérée entre ladite membrane et une masselotte métallique 18, qui est sollicitée par un ressort 20 prenant appui sur une embase métallique 22. Un conducteur électrique 24, entouré d'une gaine isolante 26, a son extrémité~27 brasée sur l'embase 22. C'est par exemple l'ame en cuivre d'un cable "pyrotenax". Cette ame se trouve électriquement reliée, par l'intermédiaire de l'embase, du ressort et de la masselotte, à la face supérieure de la pastille piézélec- trique. Pour assurer l'isolement électrique de oe trajet vis-àvis du corps extérieur 28 et du chapeau 30, des isolants sont prévus, respectivement 32 et 34, en alumine par exemple. Le fonctionnement de ce capteur est le suivant. Lors de l'apparition du phénomène de cavitation au sein du liquide 8, des ondes acoustiques naissent dans le liquide, sé propagent dans la paroi 6, puis dans la tige 2, agissent sur la membrane 12 et atteignent la pastille piézoélectrique 16. La masselotte 18 est quasi-immobile et fournit un plan de référence fixe, de sorte que la pastille 16 est soumise à un écrasement à la fréquence acoustique de tonde transmise, ce qui provoque l'apparition de charges électriques å sa surface. Ces charges sont transmises à l'extérieur du capteur par la masselotte 18, le ressort 2Q, l'embase 22 et le- oonducteur 24. La tige 2 qui est généralement cylindrique, possède des fréquences de résonance acoustique, de sorte que la transmission de l'onde acoustique s'effectue de manière sélective, -la tige se comportant en quelque sorte corme un filtre acoustique. Les ondes qui parviennent à la pastille sont donc principalement celles dont la fréquence coïncide avec 1' une des fréquences de résonance de la tige. Les moyens de détection du signal électrique délivré par le capteur doivent etre adaptés à cette structure. Ils sont représentés schématiquement sur la figure 2. Ils comprennent, en général mais non exclusivement un préamplificateur 40, qui reçoit le signal délivré par le capteur, et un tiroir de mesure, comprenant un filtre passe-haut 42, un filtre passe-bande 44, un circuit amplificateur de puissance 46, qui commande un haut-parleur 48 et éventuellement un casque à écouteurs 5Q. Une sortie 52 peut éventuellement etre prévue pour des-mesures à l'oscilloscope. Un coffret d'alimentation 54 complète ltensemble. Pour des raisons- de commodité d'emploi, la fréquence de travail se situe dans une gamme audible, par exemple à 12,5 kHz (mesurée à la température de fonctionnement, c'est-à-dire, dans le cas de l'applìcation à une conduite de sodium, aux environs de 400- C). Le filtre passe-bande est alors centré sur cette fréquence. La tige 2 doit etre dimensionnée de telle sorte qu'elle présente une fréquence propre de vibration qui tombe dans la bande passante du filtre. Une tige métallique d'environ 15mm de diamètre et de longueur 90 mm en acier inoxydable convient. D'une manière générale, on utilise avantageusement une tige métallique constituée dans le meme matériau que celui de la paroi de l'enceinte remplie de liquide. Le role du filtre passe-haut/esi d'éliminer les basses fréquences correspondant aux vibrations des structures et des organes avoisinants. Il atténue toutes les fréquences inférieures à par exemple 2kHz, avec un affaiblissement de 48dB. En ce qui concerne le montage du capteur sur l'enceinte à controler, on s'efforce dans la mesure du possible, de mettre l'extrémité inférieure de la tige 2 en contact avec le liquide de l'enceinte. Cela suppose que la paroi 6 de l'enceinte puisse être percée d'une ouverture ayant le diamètre de la tige , la partie inférieure de la tige est alors usinée de façon à épouser la courbure intérieure de l'enceinte. Mais cette disposition de la tige n'est controlable que lorsque l'intérieur de l'enceinte est accessible. Dans le cas contraire; ou si la paroi de I'encein- te ne peut etre percée, la tige est chanfreinée et soudée contre la paroi extérieure de l'enceinte. C'est ce cas qui est illustré sur la figure 1. -REVENDI:CATIONS 1. Appareil pour la détection du seuil de cavitation apparalssant dans une enceinte remplie de liquide, caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part, un capteur constitué par une tige dont une première extrémité est apte à & re fixée sur ladite enceinte et dont la seconde est en appui sur une pastille piézoelectrique sur laquelle est appliquée, à l'aide d'un ressort, une masselotte métallique, ladite pastille étant électriquement reliée à un conducteur électrique de sortie et, d'autre part, un circuit de detection de la présence d'un signal électrique sur le oonducteur de sortie du capteur. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu 'une membrane souple est disposée entre la seconde extrémité de la tige et la pastille piezoélectrique, 3. Appareil selon l'une quelconque des revendications I et 2, caractérisé en ce que le ressort prend appui sur une embase métallique en contact avec le conducteur électrique, l'ensemble mas selotte-res sort-emb ase réalisant une connexion électrique entre la pastille et le conducteur. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tige possédant des fréquences de résonance acoustique, le circuit de détection est alors réglé pour détecter 1'existence d'un signal autour de l'une desdites fréquences. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'une des fréquences de résonance est comprise entre environ 2kHz et quelques NHz et de préférence située au voisinage de 10kHz. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le circuit de détection comprend successivement un préamplificateur, un filtre passe-haut, un filtre passe-bande centré sur la fréquence de résonance de la tige, un amplificateur de puissance et un organe d'émission d'un signal sonore, du type haut-parleur.