Brevet FR2553877A1 — publié le 19850426

i r: presver iv'ention se rapporte au doraine de la métrologie d'un alésage ou de la mesure du diamètre interne d'un tube à l'aide d'une sonde de petites dimensions qui permette d'explorer de façon préci5 se l'intérieur d'un tube de grande longueur comportant éventuellement des coudes. Les capteurs utilisés à l'heure actuelle pour étudier l'intérieur d'un tube droit ou coudé relèvent plus du contrôle de santé que d'une véritable 10 mesure dimensionnelle précise Les techniques les plus utilisées sont les ultra-sons, qui nécessitent un liquide pour leur propagation, et les dispositifs à courants de Foucault qui sont sensibles à la temperature comme les dispositifs à ultra-sons Il existe encore 15 des capteurs à base de céramiques piézo-résistives pour le contrôle dimensionnel des soudures internes des tubes des générateurs de vapeur, mais ces capteurs sont fragiles et limités aux basses températures. La présente invention a justement pour objet 20 de remédier à ces inconvénients en proposant une sonde pour la mesure du diamètre interne d'un tube capable de mesurer et d'enregistrer simultanément: le diamètre intérieur et l'ovalisation dans une section droite donnée du tube sur 360 ou une mesure de 25 diamètre axiale suivant une génératrice ou deux génératrices opposées, l'angle que fait le plan passant par le diamètre de mesure avec les plans horizontal et vertical, la température à l'endroit de la mesure et l'endroit exact du point de mesure le long de l'axe du tube. Selon la principale caractéristique de la sonde objet de l'invention, celle-ci comprend: des moyens de centrage de la sonde à l'intérieur du 35 tube, des moyens pour mesurer le diamètre intérieur du tube, et des moyens pour déterminer la position angulaire de la sonde à l'intérieur du tube. Selon un mode de réalisation préféré, lesdits moyens de centrage comprennent: un corps de sonde de forme sensiblement ovoide de révolution et dont l'intérieur est creux, un premier groupe de deux billes placées dans des 10 logements ménagés dans la paroi du corps de sonde et sollicitées vers l'extérieur par une lame flexible, les deux billes étant placées suivant une génératrice du corps de sonde, et un deuxième groupe de deux billes identique au pre15 mier, disposé suivant la génératrice opposée du corps de sonde et au même niveau que le premier groupe. Toujours dans le mode de réalisation préféré, lesdits moyens permettant de mesurer le diamètre 20 intérieur du tube comprennent: une lame flexible rendue solidaire du corps de sonde et ayant sensiblement la forme d'un V dont les deux branches sont symétriques par rapport à un plan contenant l'axe du tube lorsque la sonde se trouve à 25 l'intérieur de celui-ci, une bille fixée à l'extrémité de chacune des branches de manière à être appliquée contre la paroi interne du tube du fait de l'élasticité de ladite lame flexible, et au moins une jauge de contrainte placée sur l'une des branches de la lame. Selon un mode de réalisation particulier, les moyens pour déterminer la position angulaire de la sonde à l'intérieur du tube comprennent: une lame flexible dont une extrémité est encastrée dans le corps de sonde, une masselotte fixée à l'autre extrémité de ladite lame, qui est libre, et au moins un capteur à jauge de contrainte fixé sur ladite lame flexible. Dans ce cas, la sonde peut comporter une ogive avant de protection relie au corps de sonde. L'ensemble constitué par la masselotte et la lame flexible se trouve à l'intérieur de l'espace délimité par l'ogive avant. L'invention a également pour objet un dispositif pour l'introduction de cette sonde à l'intérieur d'un tube Selon la principale caractéristique de ce dispositif, celui-ci comprend une gaine rigide ayant la forme d'un tube ondulé et contenant: un câble tressé disposé à l'intérieur de ladite gaine sensiblement suivant son axe, et une gaine à spires jointives disposée à l'intérieur de ladite gaine ondulée, cette gaine à spires jointives étant colinéaire à la gaine ondulée et au 20 câble tressé. Avantageusement, ce dispositif peut comporter en outre un double cardan permettant de relier l'ensemble constitué par la gaine ondulée, le câble tressé et la gaine à spires jointives au corps de 25 sonde par l'intermédiaire d'une ogive arrière. L'invention apparaîtra mieux à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple purement illustratif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique en coupe horizontale d'une sonde conforme à l'invention, placée à l'intérieur d'un tube, la figure 2 est une vue schématique en coupe verticale de la sonde illustrée à la figure 1, 35 la figure 3 est une vue schématique en 4 255387 ? coupe transversale du dispositif d'introduction de la sonde dans le tube, et la figure 4 est une vue schématique en coupe longitudinale du dispositif d'introduction de la figure 3. La figure 1 est une vue en coupe dans un plan horizontal passant par l'axe longitudinal d'un tube 2 dont les parois déterminent une face externe 3 et une face interne 4 On voit sur la figure que la 10 sonde objet de l'invention se compose essentiellement d'un corps de sonde 6 prolongé vers l'arrière par un support ou une chape 8 sur lequel sont montés les moyens de mesure du diamètre intérieur du tube. Ceux-ci se composent d'une lame flexible 10 15 ayant la forme d'un V dont les deux branches portent les références 12 et 14 sur la figure Le sommet du V est fixé et articulé sur un axe 16 tandis que les extrémités des branches 12 et 14 opposées à l'axe 16 portent des billes 18 et 20 respectivement L'élasti20 cité de la lame flexible 10 fait que les branches 12 et 14 s'écartent l'une de l'autre en appliquant les billes 18 et 20 sur la face interne du tube Deux jauges de contrainte 21 et 22 placées sur les deux faces de la branche 14 permettent de mesurer la con25 trainte en flexion de cette lame, contrainte qui est inversement proportionnelle au diamètre intérieur du tube Ce montage permet d'enregistrer la contrainte en flexion de la lame 14 grâce à un montage en demi-pont de Wheatstone et de compenser les gradients thermiques 30 éventuels L'étalonnage de la sonde est assuré en l'introduisant dans une série de tubes-étalons. On comprend d'après ce qui précède que, pour obtenir une mesure exacte et précise, la lame flexible 10 doit présenter une très bonne symétrie afin que les 35 points de contact des billes 18 et 20 avec la face ô;f 3 2553877 ezi: i::sme plar:-na Jv=za il faut donc que las deux branches du V soient identiques et symétriques l'une de l'autre par rapport à un plan perpendiculaire 5 au plan de la figure et contenant l'axe du tube 2. D'autre part, la lame 10 doit être symétrique par rapport au plan de la figure afin que les points de contact des billes 18 et 20 avec le tube se trouvent bien suivant un diamètre. Cependant, même si les conditions ci-dessus sont respectées en ce qui concerne la lame flexible 10, on n'obtient une mesure correcte que si le corps de sonde 6 est parfaitement aligné par rapport à l'axe du tube Pour cela, on utilise le dispositif illustré 15 à la figure 2 On a prévu à l'intérieur du corps de sonde 6, qui a sensiblement la forme d'un ovoide creux, quatre logements 24 dans lesquels sont disposées des billes telles que 25 Un premier groupe de deux billes 25 a et 25 b sont appliquées sur la généra20 trice du tube 2 correspondant à la partie supérieure de la figure Les billes 25 a et 25 b sont sollicitées vers l'extérieur par une lame flexible 26 encastrée en son milieu sur une pièce 28 solidaire du corps de sonde 6 Un autre groupe de deux billes 25 c et 25 d 25 identique au premier est monté de telle sorte que les billes 25 c et 25 d soient appliquées sur la génératrice du tube 2 opposée à celle sur laquelle sont appliquées les deux premières billes 25 a et 25 b On comprend que ce dispositif assure le centrage du corps de sonde 6 à 30 l'intérieur du tube sous réserve que les conditions suivantes soient respectées: les points de contact des billes 25 a et b d'une part, 25 c et 25 d d'autre part sur le tube doivent se trouver exactement suivant une génératri35 ce de celui-ci, 6 2553877 la génératrice du tube en contact avec les billes 25 a et 25 b doit être opposée à la génératrice en contact avec les deux autres billes 25 c et 25 d, l'ensemble constitué par les deux billes 5 de l'un des groupes doit être symétrique par rapport au plan transversal du tube 2 qui contient le dispositif de fixation 28 de la lame flexible 26 sur la pièce 6, et les deux groupes de deux billes doivent se 10 trouver au même niveau le long de l'axe du tube. Lorsque toutes les conditions ci-dessus sont remplies, tant en ce qui concerne les moyens de mesure du diamètre du tube que les moyens de centrage de la sonde à l'intérieur de celui-ci, on est sûr de 15 mesurer un diamètre et rien d'autre. Cependant, il est encore nécessaire de savoir dans quel plan se situe le diamètre mesuré et pour cela de connaître l'orientation angulaire de la sonde par rapport à l'horizontale et à la verticale. 20 C'est pourquoi on a prévu à l'extrémité avant du corps de sonde 6, c'est-à-dire à son extrémité opposée à celle sur laquelle est fixé l'axe 16 de la lame 10, une autre lame flexible 30 dont une extrémité est encastrée dans le corps de sonde 6 tandis que l'autre 25 extrémité, qui est libre, porte une masselotte 32 qui, dans l'exemple représenté ici, est de forme ogivale. Lorsque le plan de la lame flexible 30 coincide avec un plan horizontal, ce qui est le cas de la figure 2, la masselotte 32 sollicite l'extrémité correspondante 30 de cette lame vers le bas, ce qui l'amène dans la position 32 a représentée sur la figure 2 en traits pleins, tandis que la position normale est représentée en traits mixtes Deux jauges de contrainte 34 et 35 placées de part et d'autre de la lame 30 permettent de 35 connaître la flexion de celle-ci On comprend que, 7 2553877 lorsque le plan de la lame est horizontal, la flexion est maximale, tandis que, lorsque le plan de la lame 30 est vertical, la flexion de la lame passe par un minimum Un étalonnage préalable permet de connaître 5 la flexion de la lame 30, donc la position angulaire de la sonde à l'intérieur du tube 2, et l'on sait dans quel plan se trouve le diamètre mesuré On voit encore sur les figures 1 et 2 que la lame flexible 10 servant à mesurer le diamètre et la lame flexible 30 servant à 10 mesurer la position angulaire de la sonde se trouvent dans des plans perpendiculaires. Avantageusement, on peut prévoir, à l'avant de la masselotte 32, un nez protecteur 31 relié au corps de sonde 6 (figure 1): on assure ainsi une pro15 tection de la masselotte et de la lame 30. Un dernier aspect de l'invention concerne les moyens d'introduction de la sonde dans le tube, afin de connaître son positionnement précis, c'estàdire l'emplacement exact du point de mesure à partir 20 de l'extrémité du tube Notamment lors des contrôles en vue de mesures de fluage à long terme, il est nécessaire de recommencer les mesures de diamètre dans une même section droite du tube à des dates très espacées et à des températures variables de l'installa25 tion Dans ce but, la sonde est introduite dans le tube à l'aide d'un dispositif particulier représenté aux figures 3 et 4 On voit sur ces figures que le dispositif d'introduction 37 se compose d'abord d'une gaine externe 36 ayant la forme d'un tube ondulé 30 rigide A l'intérieur de cette gaine 36 et sensiblement suivant son axe est disposé un câble tressé 38. Enfin, à l'intérieur de la gaine 36, entre celle-ci et le câble tressé 38, se trouve une gaine telle que 42 qui est une gaine à spires positives comme cela appa35 rait mieux sur la figure 4 La gaine 42 sert au passa- ge des fils reliant les jauges de contrainte de la sonde aux appareils de mesure et des fils de thermocouples servant à connaitre la température à l'endroit de la mesure. Le dispositif 37 a l'une de ses extrémités reliée à l'ogive arrière 33 par un double cardan non représenté, et il n'est le siège d'aucun allongement ni racourcissement, ni d'aucune torslond'origine mécanique, pour les raisons suivantes: la gaine ondulée, 10 du fait de ses ondulations annulaires, ne peut pas subir de torsion; la gaine à spires jointives 42 ne peut subir de contractions mécaniques du fait que les spires sont jointives; enfin, le câble tressé 38 ne subit pas d'élongation mécanique Comme tous ces élé15 ments sont soudés les uns aux autres à chacune de leurs extrémités, il ne peut y avoir de déformation du dispositif d'introduction 37 Comme on choisit de préférence le matériau constitutif des différents éléments de ce dispositif d'introduction de même nature 20 que le matériau constituant le tube à contrôler 2, il n'y a plus de problème de dilatation thermique Il suffit d'introduire la sonde dans le tube à l'aide de ce dispositif et de repérer la longueur introduite depuis l'extrémité du tube. A titre d'essai, on a réalisé une sonde conforme à l'invention permettant de contrôler des tubes ayant un diamètre intérieur compris entre 18 et 21 mm. Avec une sonde de longueur 90 mm pour un diamètre de 17 mm, on a pu obtenir une sensibilité et une préci30 sion de mesure de l'ordre de 1 micron, tandis que la longueur d'introduction de la sondesuivant l'axe du tube était mesurée avec une précision de plus ou moins 1 mm/10 m L'orientation du diamètre mesuré a pu être déterminée à 2 minutes d'arc près Le rayon de courbu35 re minimal des tubes permettant le passage de la sonde -J On voit donc que la sonde objet de l'invention présente des avantages particulièrement intéressants puisqu'elle permet des mesures précises du dia5 mètre intérieur et de l'ovalisation des tubes, même dans le cas de tubes coudés de grande longueur Elle trouve des applications dans de nombreux domaines, d'abord dans l'industrie nucléaire et thermoélectrique (contrôle des tubes de générateurs de vapeur) mais 10 aussi d'une manière générale dans tous les domaines o l'on a besoin de faire des mesures précises de diamètre ou d'ovalisation à l'intérieur de tubes non parfaitement circulaires, courbes et de grandes longueurs. REVENDICATIONS 1 Sonde pour la mesure du diamètre interne d'un tube ( 2) caractérisée en ce qu'elle comprend: des moyens de centrage de la sonde à l'intérieur du tube ( 2), des moyens pour mesurer le diamètre intérieur du tube ( 2), et des moyens pour déterminer la position angulaire de la sonde à l'intérieur du tube ( 2). 2 Sonde selon la revendication 1, caracté10 risée en ce que lesdits moyens de centrage comprennent: un corps de sonde ( 6) de forme sensiblement ovoide de révolution et dont l'intérieur est creux, un premier groupe de deux billes ( 25 a, 25 b) placées 15 dans des logements ( 24) ménagés dans la paroi du corps de sonde ( 6) et sollicitées vers l'extérieur par une lame flexible ( 26), les deux billes étant placées suivant une génératrice du corps de sonde ( 6), et un deuxième groupe de deux billes ( 25 c, 25 d) identique au premier, disposé suivant la génératrice opposée du corps de sonde et au même niveau que le premier groupe. 3 Sonde selon l'une quelconque des revendi25 cations 1 et 2, caractérisée en ce que lesdits moyens permettant de mesurer le diamètre intérieur du tube ( 2) comprennent: une lame flexible ( 10) rendue solidaire du corps de sonde et ayant sensiblement la forme d'un V dont les 30 deux branches ( 12, 14) sont symétriques par rapport à un plan contenant l'axe du tube ( 2) lorsque la sonde se trouve à l'intérieur de celui-ci, une bille ( 18) fixée à l'extrémité de chacune des branches ( 12) de manière à être appliquée contre la paroi interne du tube ( 2) du fait de l'élasticité de ladite lame flexible ( 10), et au moins une jauge de contrainte ( 21) placée sur l'une ( 14) des branches de la lame ( 10). 4 Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les moyens pour déterminer la position angulaire de la sonde à l'inté10 rieur du tube ( 2) comprennent: une lame flexible ( 30) dont une extrémité est encastrée dans le corps de sonde ( 6), une masselotte ( 32) fixée à l'autre extrémité de ladite lame ( 30), qui est libre, et au moins un capteur ( 34) à jauge de contrainte fixé sur ladite lame flexible ( 30). Sonde selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comporte une ogive de protection ( 31) reliée au corps de sonde ( 6), l'ensemble consti20 tué par la masselotte ( 32) et la lame flexible ( 30) se trouvant à l'intérieur de l'espace délimité par l'ogive ( 31). 6 Dispositif pour l'introduction de la sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 25 à l'intérieur du tube ( 2), caractérisé en ce qu'il comprend une gaine rigide ( 36) ayant la forme d'un tube ondulé et contenant: un câble tressé ( 38) disposé à l'intérieur de ladite gaine ( 36) sensiblement suivant son axe, et une gaine à spires jointives ( 42) disposée à l'intérieur de ladite gaine ondulée ( 36), colinéaire à la gaine ondulée ( 36) et au câble tressé( 3. 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un double 35 cardan permettant de relier l'ensemble constitué par la gaine ondulée ( 36), le câble tressé ( 38) et la gaine à spires jointives ( 42) au corps de sonde ( 6).