Brevet FR2485235A1 — publié le 19811224

_ 1 _ Système d'indication de -position, notamment pour indiquer la position des barres de commande dans un réacteur nucléaire La présente invention concerned'une façon générale, les systèmes d'indication de position et elle a trait, parti- culièrement, à un système pour déterminer la position des barres de commande dans un réacteur nucléaire. Il existe divers systèmes qui comprennent des organes se déplaçant entre des limites déterminées et dans lesquels il est nécessaire de détecter à distance la position de l'organe mobile. Par exemple, dans le domaine des réacteurs nucléaires, il est nécessaire de soulever et d'abaisser les barres de com- mande à l'intérieur du coeur du réacteur pour régler lénergie fournie par le réacteur nucléaire, Dans un premier type de système, les barres de commande pénètrent plus ou moins dans la région réactive (le coeur nucléaire) se trouvant à l'intérieur d'une cuve de pression, les barres de commande étant accouplées à des barres d'entratne- ment correspondantes. Ces barres d'entraînement peuvent se dé- placer dans des gaines ou carters correspondants pressurisés et fermés de façon étanche et un déplacement longitudinal leur est communiqué au moyen d'un mécanisme d'entrainement. Du fait que la barre de commande est accouplée h la barre d'entraînement, on peut obtenir une indication de la position de la barre de commande en détectant la position de la barre d'entraînement au fur et à mesure que celle-ci se déplace a l'intérieur de sa gaine. On obtient la position de la barre d'entraînement à l'intérieur de sa gaine sans avoir besoin de pénétrer dans cette gaine grtce à un dispositif de détection comportant une multiplicité de bobines disposées autour de la gaine et le long de la course de la barre d'entraînement. Les matières constitutives sont telles que, lorsqu'une barre tra- verse le centre d'une bobine, l'impédance de cette bobine varie considérablement. Les bobines sont reliées à un appareil de traitement de signaux qui détecte- cette variation de manière - 2 - à fournir ainsi une indication de la position de la barre d'entraînement et, par conséquent, de la position de la barre de commande0 L'appareil de traitement de signaux se trouve dans la même structure de confinement que celle comprenant le réacteur nucléaire et, en même temps que d'autres circuits de traitement de signaux, est en liaison d'interaction avec un poste central de télécommande. Une installation type peut comporter entre 30 et 70 barres d'entraînement avec leurs détecteurs associés de sorte qu'un nombre relativement grand de circuits de traitement de signaux est nécessaire dans l'enceinte de confinement. Dans de nombreux cas, il serait souhaitable de réduire à un minimum le matériel de traitement de signaux nécessaire à la structure de confinement et même de l'en soustraire entiè- rement. La présente invention a pour objet principal un système perfectionné d'indication de position destiné à pallier les inconvénients de la technique antérieure. La présente invention réside dans un système de détec- tion de position destiné à une multiplicité d'organes mobiles dans le sens longitudinal et dont chacun peut se déplacer dans une gaine correspondante entre des première et seconde limites, ce système comprenant: une multiplicité de détecteurs dont chacun comporte au moins un premier groupe de bobines disposées le long de la course d'un organe mobile correspondant, chacune desdites bobines subissant une variation d'impédance lorsqu'elle se trouve à proximité dudit organe; et un moyen pour fournir auxdites bobines un signal de fonctionnement en courant alterna- tif, ledit système étant caractérisé par le fait qu'il comprend un circuit de traitement de signaux et un moyen pour mettre successivement les groupes de bobines des détecteurs respectifs en communication de signal avec ledit circuit de traitement de signaux.- Dans un mode de réalisation spécifique, les organes mobiles sont des barres d'entraînement d'un réacteur nucléaire -3 - et les détecteurs se présentent sous la forme d'une multiplicité de bobines entourant la gaine de la barre d'entraînement. On va maintenant décrire un mode de réalisation de la présente invention, à titre illustratif et non limitatif, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - - la figure 1 est une vue en coupe d'un montage de barre d'entraînement et de sa gaine, cette vue montrant en outre un dispositif de détection typique à bobinesmultiples; - la figure 2 est un schéma de principe illustrant une organisation des détecteurs dans la technique antérieure; - la figure 3 est un schéma illustrant l'emplacement de certains matériels par rapport à l'organisation de l'appareil de la figure 2; - la figure 4 est un schéma de principe d'un système d'indication de position selon un premier mode de réalisation de la présente invention; et - la figure 5 est un schéma synoptique illustrant le circuit de commande de la figure 4 d'une façon un peu plus détaillée. Bien que la présente invention trouve une application dans une grande diversité de systèmes qui exigent la surveillance d'un organe mobile entre les première et seconde limites, elle sera décrite à titre d'exemple à propos d'un système de position- nement de barresde commande pour un réacteur nucléaire. Sur la figure 1, on a représenté un dispositif de détection 10 disposé autour d'une gaine 12 dans laquelle se déplace une barre et que comporte une enceinte de pression d'un réacteur nucléaire dont une partie du sommet est référencée 14. Une barre d'entraînement 16 est disposée à l'intérieur de la gaine 12 en vue d'un déplacement entre des limites supérieure et inférieure sous la commande d'un mécanisme d'entraînement 180 Le dispositif de détection 10 comprend une multiplicité de détecteurs se présentant sous la forme de bobines 20 entourant la gaine 12 et disposées le long du trajet de déplacement de la barre d'entraînement 16. Un signal en courant alternatif est appliqué aux bobines en créant ainsi un flux alternatif qui -4 pénètre à travers la gaine 12 dans laquelle se déplace la barre. Lorsque la barre d'entraînement, qui peut être en matière ferro-magnétique, traverse le centre d'une des bobines, elle entraîne une variation de l'impédance de cette bobine et des moyens de traitement de signaux sont prévus pour détecter cette variation de manière à donner une indication de la posi- tion de la barre (une structure fondamentale de bobine et ses variantes ainsi que différents types d'appareils de traite- ment de signaux sont décrits dans les brevets US 3 846 771, 3 858 191, 3 858 199, 3 893 090, 3 895 223, 3 895 351, et un mécanisme d'entraînement typique est décrit dans le brevet US 3 158 766). Un des types de système utilisé habituellement est illustré sur la figure 2, à laquelle on va-se référer maintenant. Une installation typique comprend m gainesséparées dans lesquelles se déplacent des barres et, par conséquent, m détecteurs, chaque détecteur comportant n bobines. À titre d'exemple, m = 60 et n = 42. En prenant le détecteur 1 comme exemple, on voit qu'une des extrémités de chacune des bobines 20-1 à 20-n est reliée à une borne 30 à laquelle est appliqué un signal en courant alternatif. L'autre extrémité de chaque bobine est reliée à des résistances correspondantes 32-1 à 32-n d'un appareil 34 de traitement de signaux. L'appareil 34 de traitement de signaux comprend, en outre, une multiplicité d'amplificateurs différentiels 36-1 à 36-(n-1) dont chacun comporte des première et seconde entrées, les connexions électriques étant telles que les bobines adja- centes se trouvent reliées aux premières et secondes entrées correspondantes des amplificateurs différentiels correspondants. En d'autre termes, les bobines adjacentes 20-1 et 20-2 sont reliées aux première et seconde entrée de l'amplificateur dif- férentiel 36-1. Les bobines adjacentes suivantes 20-2 et 20-3 sont reliées aux première et seconde entrée de l'amplificateur 36-2. Du fait que les premières et secondes bobines sont reliées - 5 - à un premier amplificateur différentiel, le nombre d'amplifi- cateurs différentiels est inférieur d'une unité au nombre total de bobines de sorte que les deux dernières bobines 20O(n-1) et -n sont reliées aux première et seconde entrées de l'amplifi- cateur différentiel 36-(n-1). Plus particulièrement, le courant alternatif traversant les bobines fait apparaître des chutes de tension, c'est-à-dire des différences de potentiel, aux bornes des résistances respec- tives 32-1 à 32-n et ce sont ces différences de potentiel qui sont appliquées aux premières et secondes entrées respectives des divers amplificateurs différentiels. La présence de la barre d'entraînement dans une bobine modifie l'imp.édance de cette bobine ainsi que le courant tra- versant cette bobine et la chute de tension aux bornes de sa résistance particulière. A titre d'exemple, on va supposer que la barre d'entrainement se trouve dans sa position basse entre les bobines 20-1 et 20-2. Dans cette position, seule la bobine -1 subit une variation d'impédance de sorte que les signaux appliqués aux première et seconde entrées respectives de l'am- plificateur différentiel 36-1 sont différentes et amènent cet amplificateur à émettre un signal de sortie indiquant que la position de la barre d'entraînement est la limite inférieure. Les bobines restantes 20-2 à 20-n ne sont pas influencées par la barre d'entraînement et, par conséquent, les premiers et seconds signaux d'entrée appliqués aux amplificateurs différen- tiels restant correspondants sont égaux, de sorte qu'aucun signal de sortie n'est fourni par ces amplificateurs. Par contre, lorsque la barre d'entraînement se trouve à sa limite supérieure entre les bobines 204-(1) et 20-n, l'impédance de ces bobines est influencée de telle sorte que les tensions aux bornes des résistances correspondantes 32-(n-1) et 32-n sont différentes, d'o il résulte que le dernier ampli- ficateur différentiel 36-(n-1) fournit un signal de sortie indiquant que la barre d'entraînement se trouve à sa limite supérieure de déplacement. Pendant que la barre se trouve dans - 6 - cette position, l'impédance de chacune des bobines précédentes a été modifiée en raison de la présence de la barre d'entraîne- ment mais, toutefois, la variation d'impédance est la même pour toutes ces bobines de sorte que la chute de tension aux bornes de leurs résistances correspondantes est la même, de même que les premières et secondes entrées appliquées aux autres ampli- ficateurs différentiels. Les positions intermédiaires de la barre d'entraînement entraînent toujours l'émission d'un signal de sortie par un des amplificateurs différentiels à l'exclusion des autres, la posi- tion de la barre d'entraînement étant ainsi indiquée d'une façon précise. Dans un autre mode de réalisation tel que décrit dans certains des brevets précités, on utilise deux groupes de bobines pour chaque détecteur, les bobines étant disposées suivant un arrangement imbriqué, les signaux provenant de chaque groupe étant traités de façon similaire dans un appareil séparé et indépendant de traitement de signaux, les signaux d'un des groupes indiquant la position d'un élément dans une moitié de la résolution globale du système. Les signaux sont combinés pour fournir ensuite la résolution totale de la position de l'élément. Dans l'agencement de la figure 2, les détecteurs restants, d u dé te cteur 2 a u détecteur m. et leur appareil associé 34 de traitement de signaux fonctionne d'une manière identique à celle décrite précédemment à propos du détecteur 1. Comme représenté sur la figure 3, l'appareil 34 de traitement de signaux pour chaque détecteur ainsi que pour les autres circuits de traitement de signaux de détecteurs est placé physiquement à l'intérieur d'une multiplicité de coffrets situés à l'intérieur de la structure de confinement 42 qui loge également le réacteur nucléaire 44. L'arrangement 50 de détecteurscommunique avec les circuits électroniques se trouvant dans les meubles 40 comme -7- c'est le cas également pour le matériel de traitement de signaux se trouvant dans une salle de télécommande 52. Cette dernière communication est obtenue au moyen d'une ligne bi- directionnelle 54 de transmission de données. Pour réduire le nombre des traversées 56 de cgble% les signaux des détecteurs sont codés et multiplexés en vue d'une transmission le long de la ligne 54. Dans certains cas, il serait souhaitable de réduire le volume du matériel de traitement de signaux utilisé et d'avoir la possibilité de placer physiquement cet appareil de traitement de signaux à l'extérieur de la structure de con- finement 42. Pour obtenir ce résultat avec la conception de la technique antérieure représentée sur la figure 2, des milliers de traversées de c9bles individuelles seraient nécessaires (obtenues par utilisation de centaines de dispositifs de tra- versée à broches multiples)o La figure 4 montre un mode de réalisation de la présente invention qui permet d'obtenir une réduction globale du nombre d'éléments constitutifs de manière que l'on puisse, si on le désire, placer l'ensemble du matériel de traitement de signaux à l'extérieur de la structure de confinement. Les détecteurs de la figure 4 sont identiques à ceux décrits à propos de la figure 2 en ce sens que chaque détecteur comprend au moins un premier groupe de bobines 20-1 à, 20-n, une des extrémités d.e chaque bobine étant reliée à une borne 30 destinée à recevoir un signal en courant alternatif. Toutefois, dans la conception de la figure 4, les autres extrémités des bobines ne sont pas reliées à. un circuit distinct et individuel que comporte l'appareil de traitement de signaux pour chaque détecteur, mais toutes les bobines et tous les détecteurs sont reliés à un appareil commun 58 de traitement de signaux au moyen d'interrupteurs bi- directionnels correspondants 60-1 à 60-n affectés à. chaque détecteur. Les interrupteurs bi-directionnels 60 comprennent des électrodes de commande correspondantes 61-1-à 61-n en vue de la réception d'un signal de commande pour déclencher une conduction bidirectionnelle, c'est-à-dire en courant alter- - 8 - natif, de l'interrupteur. Un des modes de réalisation d'un tel interrupteur bi-directionnel est connu sous la désignation de triac, un dispositif bien connu des techniciens en la matière. La connexion des bobines à l'appareil 58 de traitement de signaux comprend également, en plus des interrupteurs bi- directionnels, des conducteurs correspondants 64-1 à 64-n de manière telle que tous les conducteurs ayant le même numéro d'ordre que tous les détecteurs 1 à m sont reliés au môme point de connexion commun correspondant 70-1 à 70-n situé à leinté- rieur de l'appareil 58 de traitement de signaux. De ce fait, le point de connexion commun 70-1 est relié à chaque conducteur 64-1 de m de détecteurs, le point de connexion commun 70-2 est relié à chacun des conducteurs 64-2 de m détecteurs comme chacun des points de connexion restants sont reliés aux m conducteurs ay ant la m 9m e dé signation numérique. Les points de connexion communs 70-1 à 70-n sont à leur tour reliés aux résistances correspondantes 72-1 à 72-n qui engendrent des signaux destinés à 8tre appliqués à une série d'amplificateurs différentiels 74-1 à 74-(n-1) d'une manière similaire à celle décrite à propos de l'appareil 34 de traitement de signaux représenté sur la figure 2. Toutefois, dans le présent agencement, (n-1) amplificateurs différentiels sont nécessaires par rapport aux m x(n-1) amplificateurs diffé- rentiels que nécessitait la technique antérieure. Quand les interrupteurs bi-directionnels reliés à un détecteur particu- lier sont déclenchés pour une conduction bi-directionnelle, l'agencement est tel que les. bobines adjacentes sont reliées électriquement aux premières et secondes entrées des amplifi- cateurs différentiels correspondants de manière qu'un et un seul des amplificateurs fournisse un signal de sortie, comme expliqué précédemment, en fonction de la position de la barre de commande du détecteur particulier en communication de signal avec l'appareil 58 de traitement de signaux. Le déclenchement des divers interrupteurs bi- -9- directionnels associés aux détecteurs est effectué à l'aide d'un circuit de commande 80 qui peut fonctionner de manière à appliquer séquentiellement un signal de commande de déclenche- ment aux lignes 82-1 à 82-m afin de déclencher une conduction bidirectionnelle d'un premier ensemble interrupteur bi- directionnel 60-1 à 60-n associé à un détecteur particulier et de déclencher les ensembles restants d'interrupteurs, succes- sivement, de telle sorte qu'un seul détecteur à la fois soit placé en communication de signal avec l'appareil 58 de traite- ment de signaux. Quand le dernier des détecteurs est ainsi mis en communication avec l'appareil de traitement de signaux, l'opération de balayage ou exploration peut Atre répétée. Du fait qu'un signal en courant alternatif est appliqué par l'intermédiaire de la borne 30 à toutes les bobines, il serait souhaitable de réduire, voire de supprimer, tout courant transitoire ou d'entrée qui pourrait apparaltre si les inter- rupteurs bi-directionnels étaient déclenchés à un autre moment qu'au moment du passage par zéro du signal en courant alternatif. Par conséquent, le circuit de commande 80 est asservi au signal d'entrée en courant-alternatif par l'intermédiaire du conducteur 84 de manière à appliquer un signal de commande de déclenchtemnt a un seul des conducteur &1 à 82-m à la fois lorsque la tension instantanée du signal en courant alternatif appliqué aux bobines a une valeur nulle, c'est-à-dire passe par zéro. Une des divers ses manières permettant d'obtenir ce fonctionnement du circuit de commande est illustrée de façon un peu plus détaillée sur la figure 5. Pour obtenir le déclenchement d'un seul à la fois des groupes d'interrupteurs bi-directionnels lorsque le signal en courant alternatif appliqué à la bobine passe par zéro, le cir- cuit de commande 80 illustré sur la figure 5 comprend un détec- teur 86 de passage par zéro qui peut être actionné de manière à recevoir le signal en courant alternatif présent sur la ligne 84 afin d'émettre une impulsion de sortie correspondante lorsque le signal en courant alternatif passe par zéro O Ces détecteurs - 10 - de passage par zéro sont bien connus des techniciens en la matière. La sortie du détecteur de passage par zéro est divisée par un circuit 88 de "division par c" qui envoie un signal de sortie au compteur 90 après c passages par zéro du signal en courant alternatif. Par exemple, si on désire une commutation entre des groupes d'interrupteurs bi-directionnels lors de chaque cycle du signal d'entrée en courant alternatif, alors le circuit diviseur 88 peut se présenter sous la forme d'un bascu- leur bi-.stable et, dans ce cas, c serait égal à 2. La sortie du compteur 90 est fournie à un circuit de décodage 92 pouvant fonctionner de manière à faire apparaître un signal de déclen- chement sur l'une de ses lignes de sortie 94-1 à 94-m. Bien que les signaux sur ces lignes 94-1 à 94-m puis- sent être utilisés comme signaux de commande pour déclencher une conduction bi-directionnelle des interrupteurs 60-1 à 60-n, un étage supplémentaire de commande est possible gr9ce à la présence d'une pluralité de portes ET 96-1 à 96-m reliées fonc- tionnellement de manière à recevoir les signaux appliqués aux lignes respectives 94-1 à 94-m. Toutes ces portes ET reçoivent en plus un signal provenant du générateur 98 de signal de porte auquel peut être appliqué un signal de mise hors fonction pro- venant de la commande centrale par l'intermédiaire d'une ligne 100. Pour fournir une indication de l'ensemble interrupteur bi- directionnel qui est déclenché et, par conséquent, du détecteur qui donne une indication de position, le circuit 92 de décodage applique en outre son signal de sortie à la commande centrale, comme indiqué par la ligne 102 de transmission de donnéeso Dans l'exemple donné, chaque cycle du signal d'entrée en courant alternatif a donc pour effet de faire avancer d'une unité le compteur 90, le contenu de ce compteur étant traduit par un signal de déclenchement individuel par le circuit 92 de décodage. Dans le cas de m détecteurs, le compteur 90 pourrait être commandé de manière à être remis à zéro après m impulsions. Les portes ET 96-1 à 96-m, grâce à l'application d'un signal de déclenchement provenant du générateur 98 de signaux de porte, - il _ fournissent par conséquent le signal de commande successivement aux lignes 82-1 à 82-m, ce signal de commande étant appliqué pas-à-pas d'une ligne à la ligne suivante lors de chaque cycle complet du signal d'entrée en courant alternatif. A titre d'exemple, si m = 60, tous les détecteurs sont explorés en une seconde, bien que l'on pourrait modifier évidemment ce temps d'exploration par un choix différent de la valeur de c dans le circuit diviseur 88. La présente conception réduit notablement les circuits nécessaires par rapport à ceux exigés par la technique anté- rieure. De plus, l'agencement permet au circuit de traitement de signaux tel que le circuit 58 de la figure 4, ainsi que le circuit de commande 80, dtêtre placé physiquement à l'extérieur de la structure de confinement. Bien que cette disposition augmente quelque peu le nombre des traversées de câbles par rapport à la technique antérieure de la figure 2, ce nombre est bien inférieur aux milliers de traversées qui seraient néces- saires si le circuit de traitement de signal de la technique antérieure était placé à l'extérieur de la structure de confi- nement. Cette localisation physique à l'extérieur de la struc- ture de confinement non seulement facilite l'entretien du circuit, mais permet en outre d'utiliser des composantes dont les spécifications sont moins sévères. Il est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif, et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. - 12 - REVENDICATIONS 1. Système de détection de position pour une multi- plicité d'organes mobiles dans le sens longitudinal, chaque organe pouvant se déplacer à l'intérieur d'une gaine corres- pondante entre des première et seconde limites, ce système comprenant: une multiplicité de détecteurs dont chacun comporte au moins un premier groupe de bobines disposées le long du trajet de déplacement d'un organe mobile correspondant, chacune desdites bobines subissant une variation d'impédance lorsqu'elle est à proximité dudit organe; et un moyen pour appliquer aux- dites bobines un signal d'actionnement en courant alternatif, caractérisé par le fait que le système comprend un circuit de traitement de signaux et un moyen pour placer successivement les groupes de bobines des.détecteurs respectifs en communi- cation de signal avec ledit circuit de traitement de signaux. 2. Système de détection de position suivant la revendi- cation 1, caractérisé par le fait que: le circuit de traitement de signaux comprend une multiplicité d'amplificateurs différen- tiels dont chacun comporte des première et seconde entrées; ledit moyen plaçant successivement les groupes de bobines en communication de signal avec le circuit de traitement de signaux comprend un moyen reliant celle desdites bobines de chacun des- dits détecteurs qui sont adjacentes aux première et seconde; entrées respectives de ceux desdits amplificateurs différentiels qui correspondent, une multiplicité d'ensembles d'interrupteurs bidirectionnels, chaque ensemble étant relié aux bobines correspondantes d'un détecteur et chaque interrupteur comportant un moyen d'entrée destiné à recevoir un signal de commande pour déclencher une conduction bidirectionnelle dudit interrupteur., et un moyen de commande pour fournir successivement ledit signal de commande aux ensembles individuels desdits inter- rupteurs. 3. Système de détection de position suivant la - 13 - revendication 2, caractérisé par le fait que ledit moyen de commande peut fonctionner de manière à ne fournir ledit signal de commande qu'au moment du passage par zéro dudit signal en courant alternatif.