Brevet FR2518747A1 — publié le 19830624

DISPOSITIF DE MESURE DE LA TEMPERATURE L'invention concerne un dispositif de mesure de la température. On connaît un dispositif de ce type, utilisé Dour mesurer la température de l'eau du circuit primaire des centrales nucléaires et qui comporte une sonde à élément sensible à la température porté par une tige glissée, de manière amovible, dans une enveloppe, appelée puits ou doiqt de qant, elle même installée de manière fixe dans la canalisation d'eau primaire, et qui est destinée à protéger la sonde de la pression à laquelle cette eau est soumise L'élément sensible de la sonde est constitué par une résistance électrique dont la valeur varie en fonction l'extrémité de la sonde. Dans ce dispositif, le flux thermique qui permet la mesure de la température de l'eau s'écoule de cette dernière vers la résistance électrique, transversalement à l'axe longitudinal de la sonde, en traversant successivement la paroi en acier inoxydable du puits, la couche d'air qui existe entre cette paroi et la sonde, l'enveloppe en acier inoxydable de cette dernière, le bourr:ge d'isolant minéral et enfin l'Alément de céramiqup. Le but de l'invention est de nroposer un dispositif de mesure de la température du tvpe décrit -2- 1 ci-dessus, dans lequel la transmission de la chaleur du fluide dont la température est à mesurer vers l'élément résistif de la sonde est améliorée, si bien que la durée de la mesure est réduite. Le dispositif selon l'invention est carat-érisé en ce que la sonde -se termine dans sa *partie de détection par une surface en forme de calotte sphérique, notamment convexe, symétrique Dar rapport à l'axe longitudinal de la sonde et apte à prendre appui grave à dos moyens élastiques sur le fond du puits de protection la résistance électrique étant disposée à proximité immédiate de ladite calotte. La sonde étant maintenue de manière élastique sur le fond du puits, elle reste constamment en contact avec ce dernier, et ceci sans qu'aucun coincement dû à des dilatations thermiques ne soit à redouter. et la transmission de la chaleur se faisant au travers de la surface de contact de la calotte et du puits, dans une direction générale axiale, sans interposition d'une couche d'air, est très fortement améliorée De plus la surface sphérique d'extrémité de la sonde permet un contact toujours parfait même lorsque cette dernière n'est sas exactement alignée axialement, ou que cet alignement chanqe sous l'effet des contraintes thermiques. Selon l'invention également, le fond du puits de protection a une surface sphérique de même rayon que ceile de l'extrémité de détection de la sonde. -3- l Ainsi, la surface de contact de la sonde avec le fond du puits de protection est aussi grande que possible. De manière à faciliter la construction de la sonde, l'invention prévoit de terminer la sonde par une pièce d'embout à surface externe en forme de calotte sphérique, la résistance électrique étant disposée immédiatement au contact de ladite pièce d'embout. De manière avantageuse, la surface, notamment concave, du fond du Puits est présentée pare une coupelle sertie à force dans le trou du puits La fabrication de celui-ci en est aussi facilitée, et le sertissage lui-même peut être lioccasion de parfaire la surface de contact de la coupelle. Avantageusement également la pièce d'embout de la sonde et la coupelle sont constituées en des matériaux ayant le même coefficient de dilatation thermique, notamment en des matériaux identiques - Le contact entre la coupelle et la pièce d'embout de la sonde reste alors parfait quelle que soit la différence de température à laquelle est soumis le dispositif. De manière préférée, lesdits matériaux sont des alliages d'or ou d'argent, ce qui Permet au dispositif de supporter des températures relativement élevées. 251874 ? -4- 1 Selon l'invention, le contact entre l'extrémité de détection dé la sonde et le fond du puits est maintenu par des ressorts disposés à l'autre extrémité de la sonde. On obtient ainsi une force d'appui de la sonde sur le puits facilement réglable, et qui assure un contact ferme de la sonde sur le fond du puits quelles que soient les vibrations auxquelles celui-ci peut être soumis. Dans un premier mode de réalisation, l'invention prévoit de faire appel à une résistance électrique de forme annulaire, disposée sensiblement dans un plan normal à l'axe de la sonde, et-enrobée dans un corps de céramique. Avantageusement, le corps en céramique présente un trou central dans lequel s'engage un téton, qui permet par déformation le sertissage du corps céramique de ' la résistance électrique dans l'extrémité de détection de la sonde. On est ainsi assuré, par une mesure simple, du bon contact de la résistance et de l'extrémité de détection de la sonde. Dans un second mode de réalisation, l'invention prévoit de faire appel à une résistance déposée en couche mince sur un support isolant électrique lui-même collé dans l'extrémité de détection de la sonde. -5 l Lorsque l'on peut utiliser la sonde sans le puits de protection, la surface d'extrémité de la sonde est avantageusement hémisphérique, de manière à augmenter la surface de transmission de la chaleur. La description qui suit, faite à titre d'exemple seulement, se réfère aux dessins annexés dans lesquels la figure i est une coupe partielle du dispositif selon l'invention, la figure 2 est une vue en coupe à plus grande échelle de l'extrémité de détection de dispositif selon l'invention, les figures 3 A et 3 B sont des vues en plan de résistances électriques utilisées dans le dispositif selon l'invention, la figure 4 est un diagramme schématique. Le dispositif de mesure de température comprend (figure 1) un puits de protection 1 en acier inoxydable, symétrique par rapport à un axe XX', vissé de manière étanche jusqu'à butée d'une collerette 2 qu'il présente dans un trou taraudé 3 de la tuyauterie 4 dans laquelle circule le fluide dont la température est à mesurer, et dont la partie qui s'étend dans la tuyauterie a une forme cônique allant en s'amincissant vers le centre de celle-ci. La partie 5 du corps du puits qui émerge de la, tuyauterie 3 se raccorde à un tube 7 cylindrique axial de rallonge, qui s'élargit à son autre _ 6 _- 1 extrémité pour former le fond 8 d'une emhase, cylindrique 9 ouverte vers le haut (sur la figure), et dont la paroi cylindrique externe filetée est apte à recevoir par vissage une bague 11 à section en L, qui applique de manière étanche, lorsqu'elle est vissée sur l'embase 9, un chapeau annulaire 13 sur l'extrémité haute de l'embase 9 Le centre du chapeau 13 loqe la partie femelle 12 d'un connecteur électrique dont la partie mâle 34 peut être fixée sur la sonde par l'intermédiaire de vis pénétrant dans le chapeau 13, ce dernier présentant, symétriquement Dar rapport à l'axe XX', deux doigts 16,17 dont les extrémités s'engagent dans des trous ménagés dans le fond 8 de l'embase 9. Des ressorts 18, 19 sont enfilés sur les doiqts 16,17 et comprimés entre la surface inférieure du chapeau 13 et la surface supérieure d'une olaque 21 enfilée sur les doigts 16 et 17 par deux trous symétriques qu'elle présente, et dont le rebord circulaire interne est fixé à l'extrémité supérieure élargie 22 d'une sonde 20 à corps cylindrique 23 en alliage métallique. Le corps 23 S étend vers le bas avec jeu, dans le tube à rallonge 7 au travers d'un trou présenté -par le fond 8 de l'embase 9, et jusque dans un trou cylindrique 24 axial formé dans le corps du puits 1, le trou 24 se terminant par un plat 25, perpendiculaire à l'axe XX', et Deu distant de l'extrémité arrondie 26 du nuits 1. Sur l'extrémité inférieure 28 (fiq 2) du corps 23 de la sonde est enfilé puis soudé en 29, un tube de -7- 1 fermeture 31 en alliage métallique muni d'un trou latéral 32 obturé dans l'état final de la sonde par une soudure, et présentant une extrémité basse à paroi amincie, dans laquelle est enfilé un embout 37, à paroi cylindrique externe 36, jusqu'à butée d'un épaulement 35 externe de l'embout sur l'extrémité du tube 31. L'embout 37, en alliage d'or ou d'argent, symétrique par rapport à l'axe XXV, est soudé en 35 au tube 31, et la partie de son corps qui ferme le tube 31 présente une surface supérieure plane 40 normale à l'axe XX', prolonqée à l'intérieur du tube 31 par un téton central 38, et une surface inférieure externe 39 ayant la forme d'une section de sphère se raccordant à la surface cylindrique externe de la paroi 36. La surface inférieure 39 repose sur la surface supérieure 41, sphérique, de même rayon que la surface 39, et centrée sur l'axe XX', d'une coupelle 42, réalisée dans le même matériau que l'embout 37, à corps cylindrique de même diamètre que le diamètre du trou 24, et dont la face plane inférieure s'appuie sur la surface 25. Sur le téton 38 est enfilé -avec jeu le trou central d'un élément résistif en forme de rondelle annulair 43 et le téton 38 est serti sur la surface supérieure de cet élément, maintenant ainsi la surface inférieure plane de ce dernier en contact avec la surface 40 de l'embout 37. -8 1 L'élément résistif 43 est constitué par (fiqure 3 A) un enroulement hélicoïdal 50 disposé en cercle d'un fil résistif en platine enrobé dans un corps en céramique, proche de la surface plane annulaire -inférieure de celui-ci, les extrémités de la résistance de platine se prolongeant chacune à l'extérieur du corps et à sa partie supérieure d'abord dans deux troqs ménaqés dans un manchon cylindrique allonqé 44 isolant puis en 45, respectivement 46 vers des soudures 47 48 qui relient la résistance en platine à 4 fils de liaison électrique, logés dans le tube 23 et s'étendant jusqu'au connecteur 12. Le montage du dispositif qui vient d'être décrit est le suivant. Le puits 1 et son trou interne 24 une fois usinés, on sertit au fond de ce trou la coupelle 42 Pour la sonde, on commence par fixer l'élément résistif 43 dans l'embout 37 par sertissage du téton 38, puis l'on enfile les fils 45, 46 dans le manchon 44 et on les soude respectivement aux fils de liaison en cuivre 491 492 et 493 494 qui émergent de l'extrémité inférieure 28 du tube 23 dans lequel ils sont maintenus par un bourrage d'isolant minéral. Le tube 31 est ensuite enfilé sur la partie supérieure du tube 23 et qlissé le long de celui-ci jusqu'à dépasser de son extrémité inférieure, soudé en 35 et 29 à l'embout 37 et au tube 23, puis -9 _ 1 rempli par le trou 32 d'isolant pulvérulent 33 servant à isoler électriquement les fils de liaison entre eux, et à les maintenir en position à l'intérieur de la sonde malgré les vibrations auxquelles cette dernière peut être soumise, le trou de remplissaqe étant ensuite obturé Dar une soudure. La plaque 21 est ensuite fixée à la partie supérieure 22 du tube 23, et les doigts 16, 17 sont enfilés dans les trous présentés par la plaqua 21 et le fond 8 de l'embase 9, avec interposition des ressorts 18, 19 jusqu'au contact du chapeau 13 sur l'embase sous l'action de vissage de la bague d'immobilisation 11 Grâce aux ressorts comprimés entre le chapeau et la plaque, et la longueur de la sonde étant supérieure à celle du trou 24 prolongée par le tube 7 et le trou ménagé dans le fond 8 de l'embase 9, l'extrémité en calotte sphérique 39 de l'embout 37 est maintenue fermement mais aussi élastiquement en contact avec la surface 41 de la coupelle 42, et ceci quelles que soient les vibrations auxquelles peut être soumise la sonde, ou les dilatations thermiques des différentes pièces constituant le dispositif. Le fonctionnement du dispositif qui vient d'être décrit est le suivant Une fois le puits l monté de manière fixe dans la canalisation, qui peut notamment être la canalisation du circuit primaire d'une centrale nucléaire, ou celle du circuit de refroidissement d'une centrale thermique classique, dans lesquelles - 1 circule de l'eau à pression et température élevées, la sonde est introduite dans le trou 24 et maintenue dans celui-ci qrâce au chapeau 13 et à la bague 11 La résistance 50 est ensuite, alimentée sous tension constante par l'intermédiaire du connecteur 14 et des fils 491 et 494 O 45 et 46, et l'on mesure grâce aux fils de liaisons 492 493 la tension qui se développe aux bornes de la résistance 50. Sous l'effet d'un changement de température en échelon du fluide 10 remplissant la canalisation 3, la température de la résistance 50 est modifiée rapidement puisque la transmission thermique du fluide vers cette résistance évite tout parcours dans l'air ou dans un isolant, si bien que sa valeur change rapidement entraînant un changement de la tension V lue à l'extrémité des fils de liaisons 49 493 e ainsi qu'il est représenté à la figure 4 On a constaté que le temps T nécessaire à ce que la variation de la tension atteigne 63,2 % de la variation finale DV était approximativement de 10 secondes -ce qui correspond à un gain de temps de l'ordre de 30 secondes par rapport à une sonde normale. Dans une autre forme de réalisation, l'embout -37 présente une surface supérieure interne 40 plane, sur laquelle est col Jé un élément résistif constitué par une couche mince 51 (fig 3 B) de matériau isolant électriquement, notamment en céramique, sur laquelle est déposée une couche de platine 52, qui constitue la résistance électrique, de forme générale rectangulaire, et entaillée en il - 1 53, 54, etc, de manière à présenter un circuit électrique allonqé résistif. Dans d'autres applications, lorsque la pression du fluide ou sa vitesse ne sont pas trop élevées, il est possible d'utiliser la sonde sans avoir recours au puits de protection La surface 39 de l'embout de la sonde est alors de préférence de forme hémisphérique. 12 - 1 REVENDICATIONS 1) Dispositif de mesure de la température d'un fluide, notamment de l'eau du circuit Drimaire d'une centrale nucléaire, qui comporte une sonde ( 20) à résistance ( 50) sensible -à la température- portée par une tige ( 23) glissée, de manière amovible, dans un puits ( 1) lui même installé de manière fixe dans la canalisation ( 3) dans laquelle -circule le fluide ( 10) dont la température est à mesurer, caractérisé en ce que la tige se termine-à son extrémité de détection par une surface en forme de calotte sphérique ( 39) notamment convexe, symétrique par rapport à l'axe longitudinal (XX') de la sonde et apte à prendre appui grâce à des moyens élastiques ( 18,19) sur le fond ( 25, 41) du puits de protection, la résistance électrique étant disposée à proximité immédiate de ladite calotte. 2) Dispositif de mesure de la température selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fond du puits de protection a une surface sphérique ( 41) de même rayon que celle de l'extrémité de-la sonde. 3) Dispositif de mesure de la température selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la sonde se termine par une pièce d'embout à -surface externe en forme de calotte sphérique, la résistance électrique étant disposée immédiatement au contact de ladite pièce d'embout. 4) Dispositif de mesure de la température selon la 13 - l revendication l ou la revendication 2, caractérisé en ce que la surface, notamment concave, du fond du puits est présentée par une coupelle ( 42) sertie à force dans le trou ( 24) du puits. ) Dispositif de mesure de la température selon la revendication 3 et la revendication 4, caractérisé en ce que la pièce d'embout de la sonde et la- coupelle sont constituées-en des matériaux ayant le même coefficient de dilatation thermique, notamment en des matériaux identiques. 6) Dispositif de mesure de la température selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits matériaux sont des alliages d'or. 7) Dispositif de mesure de la température selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits matériaux sont des alliages d'argent. 8) Dispositif de mesure de la température selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contact entre l'extrémité de détection de la sonde et le fond du puits est obtenu par des ressorts ( 18,19) disposés à l'autre extrémité de la sonde. 9) Dispositif de mesure de la température selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la résistance électrique est de forme annulaire, disposée sensiblement dans un plan normal à l'axe de la sonde, et enrobée dans un corps isolant, notamment en céramique. 14 - 1 10) Dispositif de mesure de la température selon la revendication 9, caractérisé en ce que le corps en céramique présente un trou central dans lequel s'engage un téton ( 38) qui permet par déformation le sertissage du corps céramique de la résistance électrique dans l'extrémité de détection de la sonde- 11) Dispositif de mesure de la température selon une quelconque des' revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la résistance est déposée en couche mince sur un support ( 51) isolant électrique, lui-même collé dans l'extrémité de détection de la sonde. 12) Sonde de mesure de la température d'un fluide, qui comporte une résistance ( 50) sensible à la température portée par une tige ( 23), caractérisée en ce que la tige se termine à son extrémité de détection par une surface hémisphérique ( 39) convexe symétrique par rapport à l'axe longitudinal (XX') de la sonde,-la-résistance électrique étant disposée à proximité immédiate de ladite surface.