Brevet FR2433744A1 — publié le 19800314

L'invention concerne un dispositif de détection à distance utilisable pour détecter la présence ou l'absence dans une enceinte d'un fluide, notamment d'eau dans une enceinte normalement remplie d'air ou d'un autre gazret une sonde pour un tel dispositif. Un dispositif connu pour la détection à distance de la présence d'eau dans un milieu qui en est normalement dépourvu comprend une sonde à deux électrodes plongées dans le milieu à surveiller, séparées par un matériau absorbant l'eau et imprégné d'un sel soluble dans celle-ci. Les deux électrodes sont reliées aux premières extrémités des deux conducteurs électriques d'un câble dont les autres extrémités sont reliées à un appareil sensible à une variation de résistance électrique placé à distance du milieu à surveiller. I1 est alors possible de détecter la variation de la résistance électrique entre les électrodes au poste comportant l'appareil. Lorsque le milieu à surveiller ne comporte pas d'eau, la résistance électrique entre les deux électrodes a une valeur très élevée, supérieure à 100.000 ohms.Lorsque l'eau est présente entre les électrodes, le sel contenu dans le matériau absorbant se dissout dans l'eau et la résistance entre les deux électrodes a alors une valeur inférieure à 2.000 ohms. La diminution de la résistance électrique détectée au poste caractérise la présence d'eau à proximité des électrodes, et permet de commander le dé clencbement d'un dispositif d'alarme. de ce disositif connu Une rupture accidentelle du c ble7rend impossible toute détection ultérieure de la présence d'eau entre les électrodes de la sonde et n'est pas décelable à l'aide de l'appareil de détection de variation de résistance. La présence de vapeur d'eau dans le milieu à surveiller peut entraîner, par efflorescence des sels du matériau absorbant, malgré l'absence d'eau, une baisse de la résistance entre les deux électrodes, qui se traduit par une parme intempestive. De plus, dans les dispositifs connus, la sonde présente une électrode périphérique qui en constitue le capot. Cette électrode est mise à la masse lors du montage de la sonde dans une ouverture d'une paroi limitant le volume à surveiller. L'appareil de détection de variation de résistance est alors susceptible de recevoir des courants parasites pouvant perturber son fonctionnement et le rendant inapte à satisfaire aux normes de sécurité. L'invention a pour objet un dispositif de détection à distance d'une condition telle que la présence ou l'absence d'un fluide, notamment la présence d'eau dans une enceinte, et une sonde pour un tel dispositif, qui soit exempts des défauts des dispositifs et sondes connus. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que les électrodes de la sonde, qui sont isolées par rapport à la paroi dans laquelle la sonde est fixée, sont connectées par l'intermédiaire d'un premier couple.de conducteurs aux deux bornes d'un générateur de courant, et par l'intermédiaire d'un second couple de conducteurs aux deux bornes d'un détecteur de variation de courant et/ou de tension. La rupture accidentelle-de l'un de ces conducteurs est alors immédiatement détectée au poste où est placé le détecteur Les deux électrodes de la sonde selon l'invention sont, dans une réalisation préférée , reliées par une résistance électrique de valeur fixée et choisie de manière que la résistance mesurée au poste ait des valeurs différentes selon que le milieu à surveiller est dans son état normal, le cible de liaison est rompu, ou la condition à détecter est présente. Pour isoler les deux électrodes de la masse, la sonde comprend avantageusement un capot métallique externe logeant la partie postérieure des deux électrodes avec interposition d'un fourreau isolant. L'invention se rapporte également à une sonde à deux électrodes, utilisable notamment dans un dispositif conforme à l'invention pour la détection d'eau par variation de résistance entre les électrodes, une de celles-ci comportant une cavité dans laquelle est logé un matériau soluble dans l'eau et apte à en abaisser la résistivité électrique. Cette électrode est par exemple constituée par un cylindre creux à parois perforées de manière à faciliter le passage de l'eau. Dans une forme de réalisation, la cavité présentée par l'électrode est obturée par un bouchon amovible présentant un doigt s'étendant dans la cavité et sur lequel sont enfilés des anneaux constitutifs du matériau soluble. La remise en état de la sonde lorsque de l'eau a été détectée en est facilitée. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est un schéma d'un dispositif selon l'inven tion - la figure 2 est une coupe longitudinale d'une première forme de réalisation d'une sonde selon l'invention ; - la figure 3 est une coupe transversale de la sonde représentée à la figure 2, selon la ligne III-III - la figure 4 est une coupe longitudinale d'une sonde selon une variante de réalisation. Le dispositif selon l'invention comprend (figure I) une sonde 1 dont les électrodes concentriques 2, 3 sont placées dans le milieu à surveiller. L'électrode 2 est reliée électriquement à une borne d'entrée 4 et à une borne de sortie 5 de la sonde 1, l'électrode 3 étant reliée aux bornes d'entrée et de sortie 6, 7. Les entrées 4, 6 et les sorties 5, 7 sont reliées respectivement aux premières extrémités de quatre conducteurs 16 à 19 d'un câble de liaison 20. Les autres extrémités des conducteurs 16, 17 du câble 20 sont reliées à l'entrée 21 et à la sortie 22 d'un générateur de courant 23 placé à un poste de mesure. Par "générateur de courant" on entend ici un dispositif engendrantun cl courait dintensité - snme constanteïsisa charge varie. A ce poste-se trouve également un dispositif de mesure de courant 26 dont la sortie 24 et l'entrée 25 sont reliées respectivement aux conducteurs 18, 19 du cible 20. Une autre sortie, 27, du dispositif de mesure de courant 26 est reliée à l'entrée 28 d'un dispositif générateur d'alarme 29, par exemple du type optique ou sonore. La sonde 11 comprend (figure 2) un fourreau métallique 30 à symétrie axiale d'axe 31 présentant un corps tubulaire 32 se prolongeant vers l'avant par un épaulement 33 de raccord à une tête tubulaire 34 de diamètre interne réduit par rapport au diamètre interne du corps cylindrique 32. La surface périphérique de la tête présente un filetage 35 apte à être engagé dans un taraudage correspondant 36 présenté par une paroi 37 limitant par sa face antérieure 37' le milieu à surveiller. Un joint d'étanchéité 38 est disposé entre la surface postérieure de la paroi 37 et la surface antérieure de l'épaulement 33. Le corps 32 présente à sa partie périphérique extérieure des pans 39 (figure 3) pour faciliter le vissage de la sonde dans la paroi 37. Dans la partie antérieure du corps 32 et-dans la tête 34, se trouvent successivement, concentriquement, à partir du foer- reau 30 et en se rapprochant de l'axe 31, un premier manchon électriquement isolant 41 entourant 1 t électrode périphérique 3, et un second manchon électriquement isolant 43, qui épousent sensiblement la forme du corps 32 et de la tête 34 et qui enserrent lié- électrode centrale 2. Les extrémités antérieures des électrodes ne sont pas entourées par les manchons isolants 41 et 43. L'extrémité antérieure 46 de l'électrode centrale 2 présente une cavité cylindrique 45 d'axe 31 ouverte vers l'avant et se raccordant à sa partie postérieure par un épaulement 47 à un trou cylindrique borgne 48, également d'axe 31, de plus faible diamètre que le diamètre de la cavité cylindrique 45. Un filetage 51 ménagé dans la partie antérieure de la cavité 45 coopère avec un filetage correspondant d'un bouchon 52 se prolongeant par un doigt 53 dont l'extrémité postérieure est reçue dans le trou 48. Le bouchon 52 comporte une rainure 56 pour faciliter son vissage dans le filetage 51 de l'électrode centrale 2. Sur le doigt 53 sont enfilés des anneaux 54 d'un matériau soluble dans l'eau et apte à en abaisser la résistivité électrique. De manière avantageuse, ces anneaux sont constitués en sulfate de cuivre ou en un matériau absorbant l'eau et imprégné de cette substance. Le sulfate de cuivre présente une solubilité dans l'eau qui est telle que, les électrodes de la sonde étant mises en présence de vapeur d'eau, toute efflorescence du sel ou coulure risquant de provoquer une alarme intempestive sont évitées. Des ouvertures 49 sont ménagées dans la paroi limitant la cavité 45 à l'extrémité antérieure 46 de l'électrode centrale 2 de manière à faire communiquer la cavité 45 avec le milieu à surveiller. La partie antérieure de l'électrode périphérique 3 comporte, en regard des ouvertures 49, quatre fentes 55, disposées équiangulairement et qui sont destinées à faciliter le passage de l'eau qui doit être détectée vers les anneaux 54 de matériau soluble. La surface interne postérieure du corps 32 présente un filetage 61 coopérant avec le filetage d'une bague de maintien 62 dont la tranche postérieure présente deux échancrures 63 diamétralement opposées, destinées à faciliter le vissage de la bague 62. Cette dernière est destinée à fixer en translation axiale l'électrode 3 et les manchons isolants 41, 43, par butée sur la partie interne de l'épaulement 33. La tranche antérieure de la bague 62 porte sur la surface postérieure d'une pièce intermédiaire 64 en matériau électriquement isolant. Cette pièce 64 présente un corps cylindrique 65 (figure 3) dont le diamètre est sensiblement egal au diamètre interne du corps 32, et dont la surface extérieure comporte deux rainures 66 semi-cylindriques diamétralement opposées, régnant sur toute la longueur du corps 65. Ce dernier se prolonge vers l'avant par un nez cylindrique 67 de diamètre périphérique inférieur au diamètre du corps 65, mais supérieur à l'épaisseur du corps 65 entre le fond des rainures 66. Le corps 65 et le nez 67 comportent un trou traversant 68 d'axe 31 limité par deux surfaces planes 69, 70 reliées entre elles par des portions 71, 72 d'une surface cylindrique. Les surfaces planes 69, 70 bloquent en rotation l'extrémité postérieure 73 de l'électrode centrale 2 reçue dans le trou 68 et la pièce intermédiaire 64 est elle-même fixée en rotation à l'intérieur du corps 32 par l'intermédiaire d'une cheville 101 (figure re 3) engagée dans un trou 102 traversant la paroi du corps 32 et dans un trou borgne 103 ménagé dans la surface périphérique du corps 65 et placé en regard du trou 102. Le blocage axial de l'électrode 2 est réalisé par une bague 74, solidaire de l'électrode et faisant saillie par rapport à la surface externe de cette dernière. La bague 74 est engagée dans une rainure 75 de forme correspondante du manchon isolant 43 dont la surface interne est de forme générale cylindrique. Le manchon 43 est moulé d'une pièce autour de l'électrode 2 ou est réalisé en deux parties qui peuvent s'emboîter autour de l'électrode centrale. Un joint torique d'étanchéité 76, électriquement isolant, est placé entre la face postérieure du manchon isolant 43 et la face antérieure du nez cylindrique 67 et un autre joint torique d'é- tanchéité 77, électriquement isolant, est placé entre la face pos térieure du premier manchon isolant 41 et la face antérieure d'une bague isolante 78 dont la face postérieure prend appui sur la face antérieure, périphérique, du corps 65. Les joints 76 et 77 assurent, avec le joint 38, l'étanchéité entre les deux côtés de la paroi 37. La partie postérieure du fourreau 30 est obturée par un bouchon électriquement isolant 81, fixé de manière étanche au corps 32 par le vissage d'une bague périphérique 82. La partie postérieure du bouchon 81 présente quatre broches mâles (non représentées) qui sont reliées électriquement à quatre broches femelles en saillie sur la face antérieure dudit bouchon 81; seules trois de ces broches femelles 83 à 85 sont représentées à la figure 2. Dans les broches femelles s'engagent les premières extrémités, dénudées, de quatre conducteurs 87, 88, 89, 90 entourés d'une gaine électriquement isolante, et dont les secondes extrémités sont reliées deux à deux aux électrodes périphérique et centrale ; les secondes extrémités dénudées 91, 92 des conducteurs 87 et 90 sont engagées dans des trous borgnes 93, 94 présents sur la tranche postérieure de l'électrode centrale 2, et sont fixées dans ces trous par sertissage, de même, les secondes extrémités dénudées 95, 96 des conducteurs'88, 89 sont engagées dans les rainures 66 du corps 65 et fixées par soudure dans des trous borgnes 97, 98 diamétralement opposés, ménagés dans la face annulaire postérieure de l'électrode périphérique 3. La sonde selon l'invention est reliée au câble de liaison à quatre conducteurs par un connecteur classique, non représenté. Le fonctionnement de l'installation décrite ci-dessus est le suivant Le générateur de courant 23 fait circuler dans les conducteurs 16,17,18 et19, un courant d'intensité prédéterminée. Tant que les extrémités antérieures des électrodes restent plongées dans un milieu gazeux, la résistance entre ces électrodes 5 reste élevée, par exemple de l'ordre de 105 ohms. La majeure partie du courant debité par le générateur 23 passe par le conducteur 17, l'électrode 3, le conducteur 19, le dispositif de mesure de courant 26, le conducteur 18, l'électrode 2 et le conducteur 16. Le courant mesuré par le dispositif de mesure 26 est alors maximal. Dès que l'eau est présente entre les électrodes de la sonde, le matériau soluble constitutif des anneaux 54 se dissout dans l'eau localisée entre les deux électrodes et en abaisse fortement la résistivité. Dans ces condilions, la résistance entre les électrodes centrale et périphérique prend une valeur faible, par exemple de l'ordre de 500 ohms. Une partie du courant du générateur 23 suit alors le circuit constitué par le conducteur 17, l'électro- de 3, le milieu présent entre les électrodes de la sonde, l'électrode 2 et le conducteur 16. Le courant mesuré au poste de contrôle par le dispositif 26 a alors une valeur nettement inférieure à la précédente. La forte variation de la résistance du milieu placé entre les électrodes de la sonde est détectée aisément à l'aide du dispositif 26 qui provoque l'émission d'un signal d'alarme par le dispositif 29. La rupture accidentelle de l'un quelconque des conducteurs du cable 20 a pour conséquence que le courant traversant le dispositif de mesure 26 s'annule. Le déclenchement de l'alarme 29 est ainsi également assuré en cas de rupture de la liaison entre le générateur-récepteur 26 et la sonde 11. Le bouchon amovible 52 permet le remplacement aisé du matériau soluble dans l'eau quand la nécessité s'en fait sentir. Dans une variante de réalisation (figuresl,4), une résistance électrique 105 (représentée en traits mixtes sur la figure 1) placée en dérivation entre les conducteurs 87 et 88 relie l'électrode centrale 2 à l'électrode périphérique 3. Cette résistance 105 a une valeur inférieure à celle de la résistance d'isolement du manchon 43;eleest,par exemple, égale à 20.000 ohms; la valeur de la résistance entre les électrodes 2 et 3 en l'absence d'eau est alors bien déterminée et pratiquement indépendante du milieu gazeux dans lequel est plongée l'extrémité de la sonde. Celle-ci est avantageusement associée à un détecteur à trois état, le premier de ceux-ci correspondant à l'état normal du dispositif, c'est-à-dire à la détection d'une résistance entre les électrodes pratiquement égale à 20.000 ohms.Un second état du détecteur correspondant à la présence d'eau entre les électrodes entraîne le déclenchement d'une alarme lorsque la résistance détectée s'abaisse en dessous d'une valeur prédéterminée, par exemple égale à 2000 ohms. Le troisième état correspond -à la rupture du câble de liaison et entraîne l'activation d'un dispositif de signalisation lorsque la résistance détectée s'élève au-dessus d'une autre valeur prédéterminée, par exemple égale à 100.000 ohms. Pour la fixation de la sonde, on prévoit une collerette 106 solidaire du corps tubulaire 32 et percée de trous pour le passage de moyens de fixation. La surface périphérique de la tête 34 comprend alors deux rainures 108, 109 circulaires, logeant des joints toriques d'étanchéité 111, 112. Dans cette forme de réalisation de la sonde, les joints 76 et 77 sont placés au droit de la bague 74. Trois des quatre broches mâles dubouchon 81 sont représentées à la figure 4. Cette sonde, qui par sa structure est entièrement étanche, peut être utilisée immergée dans de l'eau désionisée. Dans une autre forme de réalisation également, le dispos i- tif de mesure de courant 26 est remplacé par un dispositif de mesure de tension. Ce dernier mesure alors la différence de potentiel entre les électrodes de la sonde, qui est d'autant plus grande que la résistance électrique du milieu placé entre les électrodes de la sonde est élevée. Une sonde selon l'invention trouve une application particulièrement favorable lorsqu'elle est utilisée pour contrôler l'état du coeur de la piscine d'un réacteur nucléaire, ou de son enveloppe de protection. En cas d'incident de fonctionnement du réacteur, l'eau susceptible de se trouver entre les électrodes de la sonde est une eau fortement désionisée, dont la présence serait indécelable par des sondes classiques. La sonde selon l'invention peut être, du fait de sa simplicité, facilement réalisée en matériaux résistant aux radiations nucléaires. Ainsi, le fourreau 30 et les électrodes 2,3 peuvent être réalisés en acier inoxydable, les manchons isolants en copolymère de styrène, par exemple en "Rexolite", les joints toriques internes en styrène-butadiène, les gaines isolantes des conducteurs 87 à 90 en "Kapton", et les joints toriques 111, 112 en éthylène-propylène avec armature en acier inoxydable. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection à distance1 utilisable pour détecter la présence ou l'absence d'un fluide dans une enceinte, notamment la présence d'eau dans une enceinte normalement remplie d'air ou de gaz, comprenant une sonde à deux électrodes, la résistance électrique entre ces dernières étant fonction de la condition à détecter, caractérisé en ce que les électrodes, isolées par rapport à la masse, sont connectées par l'intermédiaire d'un premier couple de conducteurs aux deux bornes respectives d'un générateur de courant,et par l'intermédiaire d'un second couple de conducteurs aux deux bornes respectives d'un circuit de détection d'une variation de courant et/ou de tension. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une résistance électrique est connectée entre les électrodes, cette résistance ayant une valeur fixée et choisie de manière que la résistance mesurée à l'aide du circuit de détection ait des valeurs différentes selon que le milieu à surveiller est dans son état normal, le cable de liaison est rompu, ou la condition à détecter est présente. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que, la condition à détecter provoquant une diminution de la résistance entre les électrodes, la résistance électrique a une valeur supérieure à la résistance entre les électrodes en cas de présence de ladite condition. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit de détection est apte à actionner un organe d'alarme lorsqu'il détecte une diminution de la résistance électrique entre les deux électrodes, et un organe de signalisation lorsqu'il détecte une augmentation de ladite résistance électrique entre les électrodes. 5. Sonde de détection, notamment de présence d'eau dans une enceinte qui en est normalement dépourvue, utilisable dans un dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, et comprenant deux électrodes, caractérisée en ce que les deux électrodes sont reliées par une résistance électrique. 6. Sonde selon la revendication 5, la résistance électrique entre les deux électrodes étant plus faible en cas de présence de ladite condition que dans le cas contraire, caractérisée en ce que ladite résistance électrique a une valeur supérieure à celle présentée entre les électrodes en cas de présence de ladite condition. 7. Sonde de détection, utilisable dans un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte quatre broches d'entrées-sorties, chacune des électrodes étant reliée électriquement à deux des broches. 8. Sonde selon la revendication 5 ou 7, caractérisée en ce que, pour isoler le circuit de mesure de la masse, et satisfaire aux normes de sécurité, la partie postérieure des électrodes est logée dans un manchon isolant lui-même placé dans un fourreau métallique. 9. Sonde selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que ses parties constitutives sont en des matériaux résistant aux radiations nucléaires. lo. Sonde selon la revendication 9, caractérisée en ce que les électrodes sont en acier inoxydable et isolées entre elles par des manchons en copolymère de styrène. 11. Sonde pour la détection d'un liquide, notamment de l'eau, comprenant deux électrodes et, à proximité d'au moins une des électrodes, un matériau soluble dans le liquide et apte à en abaisser la résistivité électrique, caractérisée en ce qu'une des électrodes comporte une cavité pour loger le matériau soluble. 12. Sonde selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'électrode comportant la cavité est constituée par un cylindre creux à parois perforées muni d'un obturateur amovible pour y maintenir le matériau soluble et en permettre le remplacement. 13. Sonde selon la revendication 12, caractérisée en ce que ledit obturateur est prolongé dans le cylindre creux par un doigt central sur lequel sont enfilés des anneaux constitutifs du matériau soluble. 14. Sonde selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisée en ce que ledit matériau soluble est du sulfate de cuivre. 15. Sonde selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, les électrodes ayant la forme de cylindres concentriques, caractérisée en ce que l'électrode comportant la cavité est l'électrode centrale. 16. Matière soluble dans un liquide et propre à en augflenter la résistivité électrique, caractérisée en ce que pour être appliquée dans une sonde selon la revendication 13, elle se présente sous la forme d'un anneau.