Brevet FR2558595A1 — publié le 19850726

Sonde de mesure du taux de vide local d'une émuls ion disis Lue. La présente invention concerne une sonde de mesure du taux de vide local d'une émulsion diphasi- que, è source de rayonnement intégrée, par atténuation de ce rayonnement. On rappelle que le taux de vide local est la moyenne temporelle de la fonction de phase et qu'il est égal au rapport des temps de présence d'une phase I0 sur la som^e des temps de présence des deux phases dans la zone de mesure. On connaît un grand nombre de dispositifs permettant de mesurer le taux de vide local dans une émulsion, ou milieu, diphasique, dispositifs tels que les sondes optiques, les sondes résistives, les anémo- mètres et les micro-thermocouples par exemple. Ces dispositifs ne permettent de mesurer qu'un taux de vide ponctuel et nécessitent un étalonnage préalable, effectue à l'aide d'installations particulieres; en outre, la plupart de ces sondes sont mécaniquement très fragiles. La présente invention a pour objet une sonde de lesuàe dus tautr de vide local d'une émulsion dipha- sique qui ne présente pas les inconvénients précé- dents e l!le ser@et, sans étalonnage préalable, de me- surer le taux de vide rioyen sur une distance prêre- qlée ? elle est réalisée à l'aide d'un matériau très r4sistant qui lui confère une robustesse suffisante pour être utilisée dans des conditions sévères de pression et de température, par exemple à l'intérieur d'un échangeur de chaleur0 De façon précise, la présente invention a pour objet une sonde de mesure du taux de vide local d'une émulsion diphasique, caractérisée en ce qu'elle comprend - un tube fait d'un matériau métallique apte à résis- ter à des conditions sévères de température et de pression, ce tube étant de faible diamètre et com- portant, près de l'une de ses extrémités, une por- tion percée d'une fenêtre permettant la circulation de l'émulsion diphasique, - une source de rayonnement y de faible énergie, dis- posée à l'intérieur du tube, à ladite extrémité de la sonde, - un collimateur d'émission, placé d'un côté de la fe- nêtre et de façon à collimater, en direction de la- dite portion, le rayonnement émis par la source, - un collimateur de détection, placé de l'autre côté de la fenêtre et prévu pour collimater le rayonne- ment émis par la source et ayant traversé ladite portion, le collimateur d'émission et le collimateur de détection étant étanches aux fluides, et des moyens de détection du rayonnement, disposés à la suite du collimateur de détection et à l'opposé de la source par rapport à la fenêtre. Le matériau métallique dont est constitué le tube est par exemple l'acier et de préférence l'acier inoxydable. La nature et l'intensité de la source de rayonnement, ainsi que la nature et la position des moyens de détection par rapport à cette source, sont déterminées par les conditions expérimentales, telles que la pression et la température, ainsi que par les dimensions qu'il est possible de donner à la sonde. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, la source est une source de Thulium 170 qui est un émetteur de rayonnement y de 84 keV, facile à collimater. En outre, le Thulium 170 permet d'obte- nir de très fortes activités spécifiques et a des ca- ractéristiques très intéressantes, notamment un point de fusion élevé de l'ordre de 16000C. Enfin, l'utili- sation de Thulium 170 comme source de rayonnement per- met de fabriquer une sonde selon l'invention de très faible diamètre et de longueur importante. Dans une réalisation particulière de l'in- vention, les moyens de détection sont situés au voisi- nage immédiat du collimateur de détection. Dans une autre réalisation particulière, les moyens de détection sont situés à l'extérieur de l'enceinte contenant l'émulsion. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, les moyens de détection comprennent un cristal de iodure de sodium de taille inférieure au diamètre du tube, accolé au collimateur de détection et relié à un photomultiplicateur, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un guide de lumière. Selon un autre mode de réalisation particu- lier de l'invention, les moyens de détection compren- nent une chambre d'ionisation placée à l'extérieur de l'enceinte. Cette disposition permet d'effectuer des mesures à une température élevée. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier de la sonde objet de l'invention, et - les figures 2 à 5 sont des vues schématiques mon- trant diverses réalisations et dispositions pour les moyens de détection d'une sonde selon l'invention. Sur la figure 1 on a représenté schématique- ment un mode de réalisation particulier de la sonde objet de l'invention. Il comprend: - un tube 2 d'axe Z, fait d'un matériau métallique apte à résister à des conditions sévères de tempéra- ture et de pression, ce tube étant de faible diamè- tre et comportant, près de l'une de ses extrémités 2a, une portion 7 percée d'une fenêtre 8 permettant la circulation d'une émulsion diphasique, - une source 3 de rayonnement y de faible énergie, disposée à l'intérieur du tube 2, à ladite extrémité 2a, - un collimateur d'émission 6 ayant la forme d'un tube d'axe Z, communiquant avec la source 3, placé du même côté de la fenêtre 8 que cette source et prévu pour collimater, en direction de la portion 7 du tube 2, le rayonnement émis par la source, un collimateur de détection 4 ayant également la forme d'un tube d'axe Z, placé de l'autre côté de la fenêtre 8 et prévu pour collimater le rayonnement émis par la source et ayant traversé la portion 7 du tube 2, et - des moyens 5 de détection plus simplement appelés détecteur' et disposés à la suite du collimateur de détection et à l'opposé de la source 3 par rapport à la fenêtre 8. Le collimateur d'émission 6 et le collima- teur de détection 4 sont étanches aux fluides. Ils sont insérés dans le tube 2 de part et d'autre de la portion 7 de ce dernier, cette portion 7 jouant ainsi le rôle de raccord d'axe Z entre les deux collima- teurs. Ceux-ci sont donc séparés par un espace E cor- respondant au volume de mesure et autorisant la circu- lation du milieu diphasique dans lequel la sonde est destinée à être plongée. Le collimateur d'émission 6 comprend un col- limateur de source 9 et un canon 10. Le collimateur de source s'étend jusqu'au voisinage de l'extrémité 2a du tube 2. La source 3 est située à l'intérieur d'un por- te-source 12 qui est vissé à l'extrémité du collima- teur de source 9 de façon que la source 3 se trouve en regard de l'espace E. La partie 17 du tube 2 située à l'opposé de l'extrémité 2a par rapport à la fenêtre 8 constitue ce que l'on peut appeler un corps de sonde. Dans le cas o le détecteur 5 est un photo-scintillateur, par exemple en NaI, placé au voisinage immédiat du colli- mateur de détection 4, dans le corps de sonde 17, celui-ci peut être terminé par une bride 18 de manière à relier le collimateur de détection à cette bride, cette dernière servant alors à la fixation du blindage d'un photomultiplicateur 19 associé au photoscintil- lateur. Les différentes pièces constituant la sonde repr3sentee sur la figure 1 peuvent être réalisées en acier inoxydable, sauf en ce qui concerne la source 3 et le détecteur 5 bien entendu, et en ce qui concerne 2 I le canon 10 qui est réalisé en un matériau dur et absorbeur de rayonnement y, comme le tantale par exem- ple. Le canon 10 est ainsi capable de bien collimater le rayonnement y issu de la source 3. A titre indicatif et non limitatif, la lon- gueur totale L? dce la sonde, du porte-source 12 à la brile 18, est de l'ordre de 800 mm, le diamètre de la sonde est de l'ordre de 5 mm et le détecteur en NaI se présente sous la forme d'une plaquette circulaire de l'ordre de 4 im de diamètre. La sonde est par exemple destinée à être in- sére dans le faisceau de tubes d'un-échangeur de cha- leur ou d'un générateur de vapeur. Elle est alors réa- lisée de manière que les extrémités des collimateurs 4 et 6, siJtuées en regard l'une de l'autre, soient sépa- rées d'une distance LF prédéterminée, par exemple éga- le à une maille du faisceau de tubes. Sur les figures 2 à 5, la sonde 22, du genre de celle qui est représentée sur la figure 1, est in- troduite dans un milieu diphasique 23, contenu dans une enceinte 26 (que la sonde traverse de façon étan- che, par exemple à l'aide d'un joint d'étanchéité 30), pour mesurer le taux de vide local dans le volume de mesure délimité par la distance LF entre les extrémi- tés des collimateurs 4 et 6, situées en regard l'une de l'autre. Dans le cas des figures 2 et 3, le détecteur consiste en un photoscintillateur associé au photo- multiplicateur 19 et optiquement couplé à ce dernier soit directement (c'est-à-dire sans moyen intermé- diaire), soit par l'intermédiaire d'un guide de iumiè- - re G (figure 2). Sur la figure 2, le détecteur 5 proprement dit (photoscintillateur) est placé dans le corps de sonde 17, au voisinage immédiat du collimateur de dé- tection 4, ceci étant possible lorsque la température du milieu diphasique est assez faible pour ne pas en- dommager le photoscintillateur (le photomultiplica- teur étant monté sur la bride 18). Sur la figure 3, au contraire, cette tempe- rature étant trop élevée, le photoscintillateur est disposé à l'extérieur de l'enceinte 26 contenant le milieu diphasique 23, toujours en regard, d'un côté, du collimateur de détection 4 et, de l'autre, du pho- tomultiplicateur. Dans le cas des figures 4 et 5, le détecteur 5 consiste en une chambre d'ionisation. Dans le cas de la figure 4, homologue de la figure 2, la chambre d'ionisation est placée dans le corps de sonde 17, au voisinage immédiat du collimateur de détection 4. Dans le cas de la figure 5, homologue de la figure 3, les conditions du milieu diphasique 23 étant trop sévères, la chambre d'ionisation est placée, toujours en regard du collimateur de détection, à l'extérieur de l'en- ceinte 26 contenant le milieu diphasique 23. Le rayonnement y émis par la source est at- ténué, lors de sa traversée de l'espace E compris en- tre les deux collimateurs, par le milieu diphasique présent dans cet espace, d'une façon caractéristique du taux de vide local dans l'espace E. Le photomulti- plicateur (figures 2 et 3) ou la chambre d'ionisation (figures 4 et 5) émet alors un signal électrique ca- ractéristique de ce taux de vide local, ce signal étant ensuite traité par des moyens classiques non re- présentés, aptes à déterminer le taux de vide local. La sonde selon l'invention présente de nom- breux avantages par rapport aux moyensconnus de mesure du taux de vide local. Outre ceux qui ont déjà été énumérés ci-dessus, on note que l'utilisation dans la sonde selon l'invention, d'une source de faible éner- gie et de période relativement courte, permet d'éviter les systèmes de protection biologique ce qui rend plus souple son utilisation en laboratoire aussi bien qu'en milieu industriel. REVENDICATIONS 1. Sonde de mesure du taux de vide local d'une émulsion diphasique, caractérisée en ce qu'elle comprend: - un tube (2) fait d'un matériau métallique apte à résister à des conditions sévères de température et de pression, ce tube étant de faible diamètre et comportant, près de l'une de ses extrémités (2a), une portion (7) percée d'une fenêtre (8) permettant la circulation de l'émulsion diphasique, - une source (3) de rayonnement y de faible énergie, disposée à l'intérieur du tube, à ladite extrémité de la sonde, - un collimateur d'émission (6), placé d'un côté de la fenêtre et de façon à collimater, en direction de ladite portion, le rayonnement émis par la source, - un collimateur de détection (4), placé de. l'autre côté de la fenêtre et prévu pour collimater le rayonnement émis par la source et ayant traversé la- dite portion, le collimateur d'émission et le colli- mateur de détection étant étanches aux fluides, et - des moyens de détection du rayonnement (5), disposés à la suite du collimateur de détection et à l'opposé de la source par rapport à la fenêtre. 2. Sonde selon la revendication 1, caracté-. risée en ce que la source (3) est une source de Thu- lium 170. 3. Sonde selon la revendication 1, caracté- risée en ce que les moyens de détection (5) sont si- tués au voisinage immédiat du collimateur de détec- tion (4). 4. Sonde selon la revendication 1, caracté- risée en ce que, l'émulsion diphasique (23) étant con- tenue dans une enceinte (26), les moyens de détection (5) sont situés à l'extérieur de cette enceinte.