Brevet FR2520505A1 — publié le 19830729

L'invention concerne un capteur de température à ultrasons, comprenant une sonde formée d'un fil étendu en longueur, une gaine formée d'un tube entourant la sonde et un système magné- tique au moyen duquel, d'une part, des impulsions ultrasonores Sont appliquées à une extrémité de la sonde filiforme, d'autre part, des échos d'ultrasons sont transmis de la sonde à un dis- positif électronique d'exploitation, avec utilisation du temps de retard entre les échos de points de réflexion définis de la sonde comme mesure de la température à mesurer. Les thermomètres à ultrasons servent à mesurer de très hautes températures, au-delà de 15000 C, comme celles qui existent par exemple dans les colonnes de combustible de réacteurs nucléaires, De tels thermomètres sont connus par le brevet des Etats-Unis d'Amérique 4 020 692 par exemple La sonde formée d'un fil est protégée contre l'environnement par un tube ou gaine de protection Aux températures auxquelles ces appareils doivent fonctionner, il peut se produire des transformations de matière et des phénomènes de diffusion qui conduisent au collage de la sonde filiforme à sa gaine et affectent ainsi la propagation du signal ultrasonore sur la sonde filiforme Les échos parasitaires qui en résultent peuvent se superposer aux signaux de mesure et compromettre l'exploitation de ces derniers Dans le passé, ce col- lage de la sonde dans la gaine avait rapidement pour conséquence, aux températures élevées, que le thermomètre devenait inutilisable et devait être remplacé C'est pourquoi il est recommandé, dans le brevet cité cidessus, de placer des entretoises entre la sonde filiforme et la gaine aux endroits o une réflexion de signal doit avoir lieu ou un écho parasitaire peut être toléré L'incertitude sur ce qui passe à l'endroit o le collage peut avoir lieu est ainsi supprimée Cependant, une telle disposition est seulement applicable de façon limitée car il n'y a pas toujours suffisam- ment d'endroits sur la sonde filiforme o un écho peut être toléré. De plus, les entretoises favorisent précisément le collage indésiré de la sonde dans la gaine. Une autre solution de ce problème est décrite dans la demande de brevet allemand DE-OS 27 35 908 On utilise dans ce cas la dilatation thermique de la sonde filiforme et de la gaine pour produire entre elles un mouvement relatif à des variations de température importantes Les mouvements relatifs suppriment les collages qui ont pu se produire et rendent ainsi le thermomètre de nouveau utilisable Ce procédé ne peut cependant être appliqué avec succès que si la température dans l'environnement du ther- momètre peut être changée à intervalles réguliers Dans le cas d'un thermomètre pour une barre de combustible nucléaire, une telle variation de température ne se produit qu'en cas d'arrêt du réacteur nucléaire. L'invention vise à indiquer un thermomètre à ultra- sons du type indiqué au début mais qui empêche ou supprime les col- lages entre la gaine et la sonde sans que cela demande des entre- toises ou de brusques variations de température. Selon l'invention, le fil formant la sonde est rallongé mécaniquement vers l'arrière à travers le système magnétique et il aboutit sur une pièce mobile d'un générateur d'impulsions mécaniques qui délivrepériodiquement des impulsions de poussée ayant pour effet que la sonde filiforme est brièvement déplacée longitudinalement de sa position de repos contre la force d'un ressort de compression. Les déplacements longitudinaux de la sonde s'effectuent de préférence en dehors des cycles de mesure et à des intervalles réguliers dans le temps Ainsi, les ponts ayant pu se former entre la sonde filiforme et la gaine sont rompus rapidement ou sont empochés de se former. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation préféré mais nullement limitatif, ainsi que de la figure unique du dessin annexé, qui est une coupe axiale d'un thermomètre selon l'invention. Le dessin représente une colonne de combustible d'un réacteur nucléaire> constituée d'un empilage de pastilles cylin- driques de combustible 1 de section circulaire dans un tube à com- bustible 2, Ce tube possède un axe 3 orienté verticalement et est fermé en bas par un bouchon terminal 4 En haut, le tube à com- bustible 2 est soudé à un bouchon 5 dans lequel un tube 6 formant la gaine de la sonde est monté fixe, coaxialement, à l'aide d'un tube de guidage 7 de faible longueur La gaine 6 traverse toute la pile de pastilles et se termine en bas à une faible distance du bouchon de fermeture 4. Entre le bouchon 5 et la pastille de combustible 1 la plus haute de la pile se trouve un ressort de compression 8 qui entoure concentriquement le tube de guidage 7 et permet le change- ment de hauteur de la pile de pastilles sous l'effet de changements de température. La gaine tubulaire 6 est traversée sur toute sa lon- gueur par un fil 9 formant la sonde Ce fil présente des constrictions aux endroits o un écho doit être produit Le dessin ne montre qu'une seule constriction 10, située juste au-dessus de la pile de pastilles. Le temps de propagation d'impulsions ultrasonores entre cette cons- triction 10 et l'extrémité inférieure de la sonde filiforme permet de déterminer la température moyenne de la pile de pastilles. Au-dessus du bouchon 5, le fil formant la sonde tra- verse un système magnétique qui est constitué d'un aimant permanent Il et d'un électroaimant 12 La bobine de ce dernier est concentrique à l'axe 3 Elle reçoit d'une part les impulsions ultrasonores qui doivent parcourir la sonde filiforme et elle sert d'autre part de bobine de mesure pour les signaux que représentent les échos Le montage d'exploitation électronique et le générateur d'impulsions n'ont pas été représentés pour simplifier Ils sont reliés à la bobine par un cable de raccordement 13 La sonde filiforme est en matériau magnétostrictif dans la région du système magnétique. L'extrémité supérieure de la sonde filiforme 9 est pourvue d'une tète de centrage 14 qui est disposée axialement mobile dans un tube 15 prolongeant le tube à combustible 2 vers le haut - qui forme le corps de thermomètre La tête de centrage 14 constitue en même temps la membrane ou la pièce mobile d'un soufflet 16 Un ressort 17 est appuyé d'un côté sur l'électroaimant 12 et de l'autre côté sur la tête de centrage 14, laquelle est pressée par ce res- sort contre des butées 18 prévues à l'intérieur du tube 15 en l'absence d'autres forces. Le soufflet 16 est essentiellement cylindrique et se termine en haut par un bouchon 19 fixé dans le tube 15 formant le corps du thermomètre Le bouchon 19 est traversé d'un tube capillaire 20 par lequel des impulsions de pression sont appliquées pendant le fonctionnement au soufflet 16, de sorte que la tête de centrage 14 est brièvement déplacée axialement de sa position de repos à chaque impulsion Les impulsions pneumatiques appliquées au soufflet 16 sont ainsi transformées en impulsions mécaniques de poussée et/ou de traction sur la sonde filiforme 9. Le soufflet 16 n'est pas disposé coaxialement dans j.e tube 15 formant le corps du thermomètre mais en une position légèrement excentrée, afin de laisser la place nécessaire au pas- sage du cable 13 du système magnétique Pour cette raison, le soufflet 16 est fixé de façon excentrée à la tête centrée 14 Le tube 15 est fermé en haut par un disque de recouvrement 21 tra- versé par le c Able 13 et le tube capillaire 20. Pendant le fonctionnement, des impulsions de pres- sion sont appliquées à des intervalles de temps courts ou longs, suivant les besoins, au tube capillaire 20, provoquant chaque fois un déplacement longitudinal bref de la sonde filiforme 9, de sorte que les ponts éventuellement formés entre la sonde et la gaine 6 sont détruits Des mesures de la température ne sont naturellement pas possibles pendant la durée des impulsions de pression Comme ces dernières ne durent pas longtemps, le thermomètre est néanmoins disponible pratiquement de façon illimitée. Il est également dans le cadre de l'invention de rem- placer le soufflet par un autre générateur d'impulsions mécaniques, par exemple par un système électromagnétique De plus, le fil for- mant la sonde peut également présenter plus d'une constriction 10, par exemple en vue du relevé-du profil des températures sur toute la hauteur du coeur du réacteur Comme il n'y a pas d'appuis entre le fil formant la sonde et la gaine, le thermomètre selon l'inven- tion permet d'obtenir une définition locale poussée d'un tel profil. REVENDICATI O NS 1 Capteur de température à ultrasons, comprenant une sonde ( 9) formée d'un fil étendu en longueur, une gaine ( 6) formée d'un tube entourant la sonde et un système magnétique ( 12) au moyen duquel, d'une part, des impulsions ultrasonores sont appliquées à une extrémité de la sonde filiforme, d'autre part, des échos d'ultra- sons sont transmis de la sonde à un dispositif électronique d'exploi- tation, avec utilisation du temps de retard entre les échos de points de réflexion définis de la donde comme mesure de la température à mesurer, caractérisé en ce que le fil formant la sonde ( 9) est ral- longé mécaniquement vers l'arrière à travers le système magné- tique ( 12) et aboutit sur une pièce mobile ( 14) d'un générateur d'impulsions mécaniques ( 16) qui'délivre périodiquement des impul- sions de poussée ayant pour effet que la sonde filiforme est briève- ment déplacée longitudinalement de sa position de repos contre la force d'un ressort de compression ( 17). 2 Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur d'impulsions mécaniques est un soufflet cylin- drique ( 16) qui reçoit des impulsions pneumatiques à travers un tube ( 20). 3 Capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'axe du soufflet ( 16) est légèrement décalé par rapport à l'axe ( 3) de la sonde filiforme ( 9) et en ce que la pièce mobile ou membrane ( 14) du soufflet forme une tête de centrage qui est centrée sur l'axe de la sonde filiforme.