Brevet FR2490339A1 — publié le 19820319

Appareil de mesure de niveau d'un métal ~ fondu a' mutuelle inductance. L'invention a pour objet un appareil de mesure du niveau d'un métal fondu du type utilisant la variation de la mutuelle inductance entre deux enroulements imbriqués en fonction du niveau de la surface libre du métal fondu dans la plage de niveaux occupée par les enroulements. Elle trouve une application particulièrement importante dans la mesure du niveau du sodium liquide,notamment dans les installations nucléaires où le sodium est utilisé comme réfrigérant. On connait déià de nombreux appareils de mesure du type ci-dessus défini destinés à la mesure du niveau de sodium dans un réservoir. Ils comprennent un enroulement primaire destiné à etre alimenté en courant alternatif par un générateur et un enroulemènt secondaire imbriqué avec l'enroulement primaire et destiné à être relié à des moyens de mesure de tension Les deux enroulements sont bobinés sur un mandrin placé dans un "doigt de gant" plongé dans le réservoir. Ce doigt de gant empêche le contact direct du sodium et des enroulements.Lorsque du sodium occupe le réservoir autour du doigt de gant, dans la plage de hauteur occupée par les enroulements, le courant alternatif qui parcourt le primaire (courant sinusoidal ou carré à une fréquence de 100 Hz à quelques kHz en général) crée dans le sodium des courants de Foucault qui modifient la mutuelle inductance de sorte que la tension recueillie aux bornes du secondaire est une fonction décroissante, approximativement linéaire, du niveau de sodium. Pour certaines applications, et notamment des installations d'essai, cette constitution est difficilement utilisable. L'invention vise notamment à fournir un appareil permettant de mesurer le niveau de métal liquide hors d'un réservoir qui le contient. Dans ce but, elle propose un appareil dans lequel les enroulements sont bobinés sur un même tube vertical ou oblique dans lequel le métal fondu est à un niveau variable et entourés par des moyens d'isolement thermique. Une solution particulièrement commode consiste à bobiner les enroulements sur un filetage double ménagé sur la face externe du tube. L'expérience a montré que, bien que les enroulements ne soient pas entourés par le métal fondu, on obtient une réponse dont la linéarité est satisfaisante. Lorsque le métal fond à température très supérieure à l'ambiante, ce qui est notamment le cas du sodium, on devra prévoir des moyens de chauffage. Ces moyens seront avantageusement constitués par une résistance électrique chauffante à isolement minéral séparée par une chemise, par exemple en feuillard enroulé, des enroulements et par une autre chemise, par exemple en feuillard enroulé, de l'isolement. Etant donné que la résistance électrique des enroulements varie en général notablement avec la température, un circuit de régulation de la température de ces enroulements sera avantageusement prévu lorsque la température du métal fondu est susceptible de s'écarter notablement d'une valeur nominale lors du fonctionnement. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation de l'invention. La descrintion se réfere è la figure unique qui l'accompagne et montre schématiquement l'appareil en coupe, l'échelle n'étant pas respectée pour plus de clarté. Appareil illustré, destiné à la mesure du niveau de sodium, peut être regardé comme comportant une sonde proprement dite 10 et des organes électriques associés. La sonde 10 comporte un tronçon vertical de tube 11 en acier inoxydable résistant au sodium, occupé sur la hauteur 1 de mesure effective par des enroulements primaire 12 et secondaire 13 imbriqués. Les enroulements sont bobinés au tour dans deux gorges filetées sur la face externe du tube, qui assurent au bobinage une précision et une stabilité élevées. Deux bagues 14 et 15 soudées sur le tube ll servent d'arrêt aux enroulements et portent des pattes de jonction avec des prises de raccordement électrique 16 et 17. Les enroulements sont protégés par une chemise 18 constituée par un féuillard en acier inoxydable enroulé en hélice, qui porte des moyens de chauffage constitués par une résistance électrique 19 à isolement minéral. Cette résistance est à son tour protégée par une chemise 20 formée, comme la chemise 18, par un feuillard enroulé en hélice. La sonde 10 est entourée par des moyens d'isolement thermique, avantageusement formés par assemblage de coquilles de calorifuge en laine de roche 21. A titre d'exemple, on peut indiquer qu'un appareil réalisé a les caractéristiques suivantes tube 11 de 17,1 mm de diamètre intérieur et 21,3 mm de diamètre extérieur : enroulements 11 et 12 de 800 mm de longueur 1 utile, au pas de 2 mm, logés dans des gorges de 0,2 mm de profondeur, en fil du type dit "Pyrotenax" à conducteur cuivre de 0,37 mm de diamètre, isolant magnésie et gaine externe d'acier inoxydable. Chaque enroulement a 400 spires et une résistance à froid de 8,9 Q qui passe à 22 n à 3000C et à 30,5 n à 5500C, température nominale du sodium dans le tube 11. La résistance de chauffage, disposée en épingle à cheveux, est placée entre deux chemises en feuillard de 0,3 mm d'épaisseur et 40 mm de largeur. Les composants électriques associés comportent un générateur d'alimentation de l'enroulement 12 et un appareil de mesure de la tension au secondaire 13. Le générateur peut être de type classique et être constitué par un oscillateur basse fréquence 22 qui attaque un amplificateur de puissance 23 à courant de sortie constant. Quant à l'appareil de mesure 24, il peut se limiter à un voltmètre numérique 25. Lorsque la température du sodium n'est pas constante, la variation de résistance des enroulesents 12 et 13 en fonction de la température'pose un problème qu' il est possible de résoudre par plusieurs procédés, si l'on souhaite éviter l'emploi d'une courbe d'étalonnage pour chaque température de sodium. Une première solution consiste à associer la résistance chauffante 19 à un circuit 26 de requlâtion de température qui re çoit un signal d'entrée représentatif de la température de l'enroulement 13. Une solution plus simple consiste à compenser l'effet des variations de température en réglant le courant fourni par l'amplificateur 23 à une valeur telle qtie les signaux fournis pour les niveaux N1 et N2 aient une valeur determinée. Dans le cas de l'exemple déjà mentionné, on peut indiquer que des résultats satisfaisants ont été obtenus, à tem pérature constante de 3000C et 5500C, en adoptant un courant primaire de 200 mA et une fréquence de 7 kHz, qui correspond au signal maximum. Dans ce cas, le courant varie de façon sensiblement linéaire entre les valeurs suivantes (en mA) Niveau: 1 N2 (sonde "vide") N1 (sonde "pleine") Temp.300 642 435 ( C) 550 f 671 471 On voit que l'on obtient ainsi de façon simple un appareil de mesure dont l'emploi est extrêmement souple puisqu'il peut être placé sur n'importe quelle conduite, éventuellement sous forme de tronçon susceptible d'être intercalé. L'adjonction éventuelle d'une régulation de température permet de s'affranchir des variations de températures du métal. REVENDICATIONS 1. Appareil de mesure du niveau d'un métal fondu,à mutuelle inductance, comprenant un enroulement primaire (12) destiné à être alimenté en courant alternatif par un générateur et un enroulement secondaire (13) imbriqué avec l'enroulement primaire et destiné à être relié à des moyens de mesure de tension3 caractérisé en ce que les enroulements (12, 13) sont bobinés sur un même tube (11) vertical ou oblique dans lequel le métal fondu est à un niveau variable et entourés par des moyens d'isolement thermique (21). 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les enroulements sont bobinés sur un filetage double ménagé sur la face externe du tube. 3. Appareil suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de chauffage des enroulements constitués par une résistance électrique chauffante (19) à isolement minéral séparée par une chemise, par exemple en feuillard enroulé, des enroulements et par une autre chemise, par exemple en feuillard enroulé, de l'isolement. 4. Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de chauffage sont associés à un circuit de régulation de la température des enroulements (12, 13).