Brevet FR2492102A1 — publié le 19820416

Cellule de détection de conductivité. La présente invention concerne, d'une façon générale, les cellules de détection de conductivité et elle a trait, plus particulièrement, à une cellule robuste destinée à être utilisée dans un environnement hostile. Les cellules de détection de conductivité pour mesurer la conductivité électrique d'un fluide sont constituées, d'une façon générale, par deux plaques séparées formant électrodes et auxquelles un potentiel électrique est appliqué. En reliant les électrodes % un circuit ou un dispositif de mesure (comme par exemple un pont de mesure de conductivité ou un conduc- tIvimètre), on peut obtenir la conductance électrique d'un fluide introduit entre les électrodes. Ces structures ne se prêtent pas à une utilisation dans un environnement hostile. Par exemple, dans un système de turbine à vapeur, la vapeur d'eau surchauffée contient souvent de faibles concentrations de diverses impuretés dont une est le chlorure de sodium. Pendant le cycle d'action de la vapeur d'eau, et en raison de la détente de la vapeur d'eau dans le section basse pression de la turbine, il est possible que le chlorure de sodium entratné puisse former une solution saturée qui, si elle se dépose sur les aubes du rotor de la turbine, peuvent entratner une corrosion et une fissuration. Les détecteurs de conductivité de la technique anté- rieure ne sont pas adaptés pour mesurer une conductivité dans l'environnement hostile d'une turbine à vapeur d'eau en fonc- tionnement. En outre, la solution de chlorure de sodium se dépose sous la forme d'une mince pellicule dont la conductance ne peut pas être mesurée par les électrodes espacées l'une de l'autre des cellules de détection de conductivité de la techni- que antérieure. Un objet de la présente invention est de procurer une cellules de détection de conductivité perfectionnée en vue de remédier aux inconvénients de la technique antérieure. La présente invention réside dans une cellule de détec- tion de conductlvité destinée à être utilisée dans un envir.-on- nement qui peut comprendre le dép8t de minces pellicules d'un électrolyte, cette cellules comprenant: des première et seconde électrodes espacées l'une de l'autre et adaptées pour qu'un potentiel électrique leur soit appliqué, un élément d'espacement électriquement isolant interposé entre ces élec- trodes et en contact avec ces deux électrodes, ledit élément d'espacement comprenant une partie de surface s'étendant entre lesdites électrodes et susceptible de recevoir un dép8t de minces pellicules d'électrolyte, un courant électrique mesu- rable représentant ce dép8t d'électrolyte étant établi entre lesdites électrodes par l'intermédiaire dudit dép8t d'électro- lyte sur ladite partie de surface entre lesdites électrodes. La cellule de détection de conductivité de la présente invention est adaptée pour être utilisée dans des environ- nements hostiles tels qu.'une turbine à vapeur en fonctionnement et est adaptée pour donner une indication de la formation de minces pellicules de dép8tscorrosifs,telsque le chlorure de sodium ou d'autres sels ou hydroxydes, qui sont des électroly- tes forts. Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, la cellule de détection de conductivité peut être reliée à l'un quelconque de nombreux circuits de mesure de conductivité bien connus et un courant électrique mesurable est établi entre les électrodes par l'intermédiaire du dép8t d'électrolyte sur la partie de surface de l'élément d'espace- ment entre les électrodes de manière que l'on obtienne une in- dication de ce dépet et, par conséquent, de la présence de l'électrolyte dans l'environnement soumis à la mesure. La présente invention apparattra facilement à la lecture de la description donnée el-après en référence aux dessins annexes, sur lesquels: la figure lA est une vue éclatée et la figure lB est une vue en perspective d'une cellule de détection de conduc- tivité selon un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue en perspective d'une partie de la cellule de détection de conductivité de la figure lB; la figure 3 est une vue éclatée d'une sonde utilisant la cellule de détection de conductivité de la figure 2; la figure 4 est une vue en coupe de la sonde de la figure 3; la figure 5 est une vue en coupe par A-A de la figure 4; la figure 6 montre la sonde de la figure 3 conJolnte- ment avec une poignée à rallonge; la figure 7 est une vue éclatée d'un autre type de sonde conjointement avec la cellule de détection de conduc- tlvité de la figure 2; la figure 8 est une vue d'extrémité de la sonde la figure 7; la figure 9 est une vue éclatée d'un autre mode de réalisation encore de sonde; et les figures 10 et 11 montrent des variantes de struc- ture de cellules de détection de conductivité. Les figures 1 et 2 montrent une cellule de détection de conductivité typique selon un premier mode de réalisation de la présente invention. La cellule 10 de détection de conduc- tlvlté oomprend un support 12 qui peut avoir été usiné de manière à comporter des fentes ou rainures 14 et 15 séparées par une cloison ou élément d'espacement 16. Le support 12 conjointement avec l'élément d'espacement 16 est fabriqué à partir d'une matière isolante de l'électricité, et si la cellule essuJette à des environnement hostiles, une matière typique pourrait être à verre-céramlque tel que celui fabri- qué par le firme Corning Glass Works sous le nom de marque déposée de "Macor". La cellule de détection de conductivité comprend, en outre, des premièreet second électrodes 20et 21 fabriquées à partir d'une feuille métallique telle que du platine, et elle est pliée afin 'Je présenter la forme illustrée sur la figure 1 de manière à comprendre des parties de paroi respec- tives 24 et 25 ainsi que des parties supérieures respectives 28 et 29. Des pattes de prolongement 32 et 33 sont prévues pour qu'y soient fixés, par exemple par soudage par points, des conducteurs électriques respectifs 34 et 35. Des électrodes 20 et 21 sont placées sur des supports d'électrodes respectives 38 et 39 qui sont eux-mPmes places dans des fentes respectives 14 et 15 du support 12. Les compo- sants de la cellule de détection de conductivité sont assem- blés au moyen d'un adhésif haute température tel que "l'Epoxylite 810" fabriqué par la firme Epoxylite Corporation. La figure 2 est une vue agrandie montrant la relation entre l'élément d'espacement 16 et les électrodes 20 et 21. On volt que la surface 42 de l'élément d'espacement 16 s'étend entre les électrodes 20 et 2l en contact avec ces électrodes et forme, conjointement avec les régions exposées et 51 des parties 24 et 25 de paroi d'électrode, un canal 54 qui peut recevoir le dép8t des électrolytes formant une mince pellicule. Les sections supérieures exposées 50 et 51 des parties de paroi 24 et 25 sont séparées par une distance 1 et se trouvent chacune à une hauteur h au-dessus de la sur- face 42, h étant équivalent à l'épaisseur des feuilles des électrodes respectives 20et 21 ayant chacune une longueur a. Pendant le fonctionnement, les électrodes sont reliées à un pont ou Instrument de mesure de conductivité (non représenté) et la cellule est placée dans un environnement o peut avoir lieu un dépft d'une mince pellicule d'un électrolyte sur la surface 42. Le courant électrique allant d'une électrode à l'autre est modulé par l'électrolyte de telle sorte que la présence d'un électrolyte peut être détectée ainsi que sa vl- tesse de dépôt à l'intérieur du canal 44. Si un dép8t électro- lytique d'un seul type seulement a lieu et si les constantes de l'électrolyte sont connues, alors, en connaissant les dimen- sions 1,, h et a de la cellule, on peut déterminer l'épaisseur de l'électrolyte déposé, ainsi que sa vitesse de dép8t, sa masse et l'accroissement massique par unité de superficie et par unité de temps. Quand on utilise la cellule dans un environnement hostile, Il peut être souhaitable de prévoir un support ou un bottier pour la cellule de détection de conductivité, comme illustré sur la figure 3. La figure 4 montre, en outre, une vue en coupe axiale du bottier et la figure 5 est une vue en coupe par A-A de la figure 4. Le bottier 56, qui peut être fabriqué à partir d'une barre d'acier inoxydable, comprend une cavité 58 pour la réception de la cellule 10 de détection. de conductivité. Si on le désire, on peut prévoir une seconde cavité 58' pour y loger une seconde cellule ou cellule d'appoint 10'. Des ouvertures 60, 61 et 60' et 61' peuvent être percées dans le bottier 56 depuis l'arrière de celui-ci Jusq'aux cavités respectives 58 et 58' pour recevoir divers conducteurs de détecteur. Pendant l'utilisation, il peut être souhaitable d'obte- nir, en plus d'une mesure de conductivité, une mesure de tempé- rature de l'environnement soumis à la mesure. A cette fin, un détecteur de température sous la forme d'un thermocouple 64 peut être prévu et placé dans une des fentes de la cellule de détection de conductivité pour fomunir au conducteur 65 et 66 un signal de sortie représentant la température. Un dé- tecteur de température correspondant 64' peut être prévu pour la cellule 10' de détection de conductivité. Des barres 70 et 71 en céramique (et des barres homo- logues 70' et 71') sont prévues, chacune comprenant deux ouvertures longitudinales traversantes de telle sorte que les ouvertures dans la barre 70 puissent loger respectivement des conducteurs 34 et 35 de la cellule 10 de détection de conduc- tivité et que les ouvertures dans la barre 71 puissent rece- voir respectivement des conducteurs 65 et 66 du thermocouple 64. Les barres 70 et 71 peuvent elles-mêmes être placées dans des ouvertures respectives 60 et 61 du bottier 56, les fils s'étendant depuis le bottier arrière pouvant 8tre ensuite reliés un matériel de mesure électronique. Les cellules 10 et 10' de détection de conductivité avec les thermocouples 64 et 6h' peuvent être maintenues dans les cavités respectives 58 et 58' au moyen de l'adhésif'Epoxylite 810" mentionné précédemment. Le bottier 56, conJolntement avec les cellules respec- tives de détection de conductivité,forme une sonde qui peut être placée dansuti environnement hostile. Dans certains sys- tèmes, tels qu'une système de turbine, il peut être nécessaire que la sonde soit supportée à quelque distance du point de mesure. C'est pourquoi, la partie arrière du bottier 56 est flletée en 74 de manière que l'on puisse y fixer une longue poignée 76, comme illustré sur la figure 6. La figure 7 montre une autre sonde 80 comportant une cavité pour la réception d'une cellule 81 de détection de con- ductivlté. Le bottler82 de la sonde, comme illustré de façon plus détaillée dans la vued'extrémité de la figure 8, a une forme profilée, c'est-à-dlre aérodynamique, de sorte que la sonde peut être placée dans un environnement en cours d'écou- lement, comme représenté par les lignes d'écoulement 84, et que grâce à sa forme profilée, elle ne gêne pas les conditions d'écoulement ni les conditions dans lesquelles la conddnsa- tion d'un électrolyte peut se produire. La sonde 80, d'une manière similaire à celle illustrée sur la figure 6, comprend une section d'extrémité filetée 86 en vue de sa fixation à une poignée ou autre élément de support (non illustré). La figure 9 montre une sonde 90 comportant un bottier cylindrique 91 avec une extrémité ouverte 92 destinée à rece- voir une cellule de détection de conductivité. Une cavité cylindrique 94 loge une cellule 96 de détection de conductl- vité dont les éléments constitutifs sont similaires à ceux illustrés sur la figure 1 mals dont la monture 98 a une forme cylindrique de manière à être logée dans la cavité cylindri- que 94. Les supportlO00 et 101 pour les électrodes 103 et 104 peuvent 8tre usinés chacun de manière à comporter une surface supérieure courbée afin d'épouser, d'une façon géné- rale, la forme cylindrique de la monture 98. A ce suJet, les montures et les supports d'électrodes des cellules l$1, 10 et ' de détection de conductivité peuvent être profiles de manière à épouser la forme de la ourface extérieure des bot- tiers de la sonde dans laquelle ils sont places respeetive- ment. Bien que cela n'ait pas été illustré sur les figures 7 et 9, un thermocouple peut âtre inclusdans l'agencement pour des mesures de températures,comme c' était le cas en ce qui concerne la figure 3. La figure 10 montre une cellule 108 de détection de conductivité qui comprend des premiermet second électrodes 110 et 111 avec, entre cellesci, un élément d'espacement 112 isolant de l'électriclté. Des éléments 114 et 115 peuvent être prévus pour procurer un support supplémentaire aux électrodes. La surface supérieure 118 de l'élément d'espacement 112 forme une surface su. ceptible d'un dépôt de mincespellicu- les d'électrolyte. Une autre cellule 120 de détection de conductivité est illustrée sur la figure 11 o l'élément 122 isolarnt de l'électricité forme le support et l'élément d'espacement pour les électrodes 124 et 125 qui peuvent être déposés sur l'élé- ment 122 ou fixé à celui-cl de tout autre manière. La partie de surface 128 de l'élément 122 est disposée entre es'électrode 124 et 125 et est suJet à. un dépôt d'électrolyte dans un en- vironnement soumis à une mesure mais, dans le cas de l'agence- ment de la figure 11, on peut obtenir les épaisseurs et les vitesses de dép8t à l'intérieur du canal 130 comme c'était le cas avec la structure de la figure 1. Bien que la présente invention ait été décrite à propos de mesures de conductance de pelliculesextr mement mincestellesque cellesque l'on peut rencontrer dans des systè- mes de turbines à vapeur, on comprendra que la cellule peut être adaptée également à des mesures dans des autre$ envi- ronnement ainsi qu'à des mesures de conductance de liquide. REVENDICATIONS - 1. Cellule de détection de conductivité destinée à être utilisée dans un environnement qui peut comprendre le dépôt de minces pellicules d'un électrolyte, caractérisée par le fait qu'elle comprend: des première (20) et seconde (21) électrodes espacées l'une de l'autre et adaptées pour qu'un potentiel électrique leut soit appliqué, un élément d'espacement (16) isolant de l'électricité intercalé entre les électrodes et en contact avec les deux électrodes, ledit élément d'espacement comprenant une partie de surface s'étendant entre lesdites électrodes et susceptible d'un dépôt de minces pellicules d'électrolyte grâce à quoi un courant électrique mesurable qui représente ce dépôt d'électrolyte est établi entre lesdites électrodes par l'intermédiaire dudit dépôt d'électrolyte sur ladite partie de surface entre lesdites électrodes. 2. Cellule de détection de conductivité suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que lesdites première (20) et seconde (21) électrodes s'étendent à une distance relativement faible au-dessus de ladite partie de surface en formant ainsi un canal (44, 54) avec cette dernière pour ledit dépôt d'électrolyte à l'intérieur de ce canal. 3. Cellule de détection de conductivité suivant les revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait qu'elle comprend: un support (12) ou monture de forme allongée comportant des première (14) et seconde (15) fentes de forme allongée séparées par un élément d'espacement (16) compor- tant une partie de surface supérieure (42); des première (20) et seconde (21) électrodes formées par un feuil; des premier (38) et second (39) supports d'électrodes pour supporter respectivement lesdites première (20) et seconde (21) électrodes, lesdits premier (38) et second (39) supports étant disposés respectivement dans une desdites première (14) et seconde (15) fentes et lesdites première (20) et seconde (21) électrodes étant supportées de manière à s'étendre au-delà de ladite partie de surface supérieure dudit élément d'espacement (16). 4. Cellule de détection de conductivité selon la revendication 3, caractérisée par le fait que lesdites première (20) et seconde (21) électrodes sont rabattues sur leur support respectif de manière à s'éten- dre au-delà de ladite partie de surface supérieure (42) sur une distance équivalente à l'épaisseur dudit feuil. 5. Cellule de détection de conductivité selon la revendication 2, caractérisée par le fait que chacune desdites électrodes (20, 21) comprend 2 492102 une partie formant patte (32, 33) qui s'étend au-delà dudit support en vue d'une connexion d'un conducteur électrique (34, 35). 6. Cellule de détection de conductivité selon la revendication 2, caractérisée par le fait qu'elle comprend un élément de boîtier (56) comportant une cavité (58) intérieure, lesdites première (20) et seconde (21) électrodes dudit élément d'espacement (16) étant disposées à l'in- térieur de ladite cavité. 7. Cellule de détection de conductivité selon la revendication 6, caractérisée par le fait que ledit élément de bottier (56) comprend deux desdites cavités (58, 58'), deux ensembles desdites première et seconde électrodes et dudit élément d'espacement étant disposés à l'in- térieur des cavités respectives.