Brevet FR2618219A1 — publié le 19890120

Détecteur de niveau de liquide La présente invention concerne d'une façon générale un appareil pour déterminer à quel moment le niveau d'un liquide atteint une valeur prédéterminée et un appareil pour mesurer le niveau d'un liquide. Une étape fonctionnelle dans le processus de fabrication du combustible nucléaire est l'opération de décapage des tubes de gainage des barreaux de combustible nucléaire à la dimension voulue et le nettoyage de la surface intérieure des tubes de zirconium avant que ces tubes ne reçoivent les grains de combustible nucléaire. Pour cette opération, les tubes sont placés à l'intérieur d'une cuve remplie d'acide. La solution de décapage à l'acide nitrique et fluorhydrique est maintenue à haute température par des éléments chauffants électriques immergés. Les éléments chauffants doivent être mis hors tension s'ils sont exposés à l'air, par exemple par évaporation ou évacuation de la solution de décapage. En pratique, des éléments chauffants ont été détruits par surchauffe quand ils ont été laissés inopinément sous tension alors que l'acide était retiré de la cuve. Des détecteurs de niveau de liquide disponibles dans le commerce ont été utilisés pour surveiller le niveau du fluide autour des éléments chauffants. Ces détecteurs ont été utilisés pour mettre hors tension les éléments chauffants et/ou remplir la cuve lorsque le niveau du liquide était bas. Cependant, ces détecteurs avaient une courte durée de vie dans l'environnement agressif de la solution acide de décapage et les détecteurs étaient soumis à des cycles répétitifs de fonctionnement et d'arrêt dans le liquide soumis à des turbulences au moment o un lot de tubes est introduit dans l'acide ou retiré de celui-ci. On s'est aperçu que ces détecteurs se dégradaient sous l'effet des cycles répétés plutôt que sous l'action de l'acide. Ces détecteurs comprenaient un flotteur mécaniquement connecté à un interrupteur et un flotteur comportant un aimant qui actionne un interrupteur étanche à lame magnétique. Aussi, le principal objet de la présente invention est de proposer un détecteur de niveau de liquide économique, fiable, résistant aux acides qui puisse fonctionner dans un environnement agressif. En visant cet objet, la présente invention réside dans un appareil pour déterminer le niveau d'un liquide, caractérisé par: (a) une colonne de guidage non métallique généralement orientée à la verticale; (b) un capteur de proximité détecteur de métaux placé à proximité de ladite colonne à une certaine hauteur le long de ladite colonne de guidage pour détecter le métal présent à l'intérieur de ladite colonne de guidage et à ladite hauteur; (c) un flotteur disposé en flottaison sur ledit liquide; (d) un tube avec deux extrémités, la première desdites extrémités étant fixée audit flotteur et la seconde desdites extrémités pouvant être placée à l'intérieur de ladite colonne de guidage; et (e) une pièce métallique dont une extrémité limite (38) est placée à l'intérieur dudit tube à un niveau le long dudit tube - tel que ladite limite soit située à ladite hauteur uniquement lorsque ledit niveau de liquide se trouve à une valeur prédéterminée. L'invention apparaîtra plus facilement d'après la description suivante de modes de réalisation préférés, représentés, uniquement à titre d'exemple, par les dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue latérale en élévation, avec coupe partielle, de l'appareil détecteur de niveau de liquide de l'invention; la figure 2A est une vue en coupe transversale de la tige métallique, utilisée dans l'appareil détecteur de niveau de liquide de la figure 1, qui est employée pour détecter à quel moment le niveau de liquide atteint une valeur prédéterminée; et la figure 2B est une vue en coupe transversale de la tige métallique, utilisée dans l'appareil détecteur de niveau de liquide de la figure 1, qui est employée pour mesurer le niveau du liquide. On va maintenant se référer en détail à plusieurs modes de réalisation préférés de l'invention, dont certains exemples sont illustrés par les dessins annexés. Dans les dessins, des repères de référence identiques désignent des pièces semblables ou correspondantes sur plusieurs vues. L'appareil détecteur de niveau de liquide 10 de l'invention est représenté sur la figure 1 alors qu'il est utilisé pour détecter le niveau 12 d'un liquide 14 contenu dans une cuve 16. De préférence, le liquide 14 est une solution d'acide nitrique et d'acide fluorhydrique chauffée pour le décapage des tubes de gainage en zirconium des barreaux de combustible nucléaire (les tubes et les éléments électriques chauffants ont été supprimés de la figure 1 pour des questions de clarté). Dans d'autres applications, le liquide 14 peut être une solution alcaline ou quelque autre solution acide. Le détecteur de niveau de liquide 10, bien que construit pour fonctionner dans un liquide corrosif, peut également fonctionner dans l'eau ou dans d'autres fluides non corrosifs. Le détecteur de niveau de liquide 10 comprend une colonne de guidage non métallique, généralement orientée à la verticale 18. Une pince 20 a une extrémité fixée à la cuve 16 et l'autre extrémité qui supporte la colonne de guidage 18. Un matériau préféré pour la colonne de guidage est le poly(chlorure de vinyle) (PVC) qui est résistant à la corrosion par les acides, comme par exemple par la solution acide de décapage mentionnée ci-dessus. Un capteur de proximité détecteur de métaux 22 est placé à proximité de la colonne de guidage 18 à une certaine hauteur le long de ladite colonne de guidage. Des capteurs de proximité détecteur de métaux sont disponibles dans le commerce, comme le savent les spécialistes, et peuvent être construits avec un boîtier en PVc. Dans un agencement préféré, le capteur de proximité 22 est fixé à la colonne de guidage 18 de manière que son extrémité sensible pénètre dans la colonne de guidage et arrive à ras de la paroi intérieure de la colonne de guidage. Par exemple, le capteur de proximité 22 peut être introduit dans la branche d'un Té 23 en PVC de 2,5 cm dans les ouvertures supérieure et inférieure duquel des tubes en PVC de 2,5 cm 18a et 18b ont été introduits pour constituer la colonne de guidage 18 (voir fig. 1). Un câble 24 relie le capteur de proximité 22 à l'unité d'interface du capteur 26. L'énergie électrique est amenée au capteur de proximité 22 par le câble 24 à partir de l'unité d'interface 26, et un signal de sortie de métal détecté est acheminé depuis le capteur de proximité 22 par le câble 24 jusqu'à l'unité d'interface 26. Le signal de sortie peut être utilisé pour mettre hors tension les éléments chauffants électriques (non représentés), mettre en service une vanne (non représentée) alimentant la cuve en liquide, etc. Les capteurs de proximité 22 comprennent des capteurs de proximité en forme d'anneaux (non représentés) qui détectent les métaux présents dans le plan de l'anneau (et non le long d'un axe comme dans le cas de capteurs de proximité plus courants 22, comme représenté sur la fig. 1), comme le savent les spécialistes de la technique, et qui sont utilisables dans la pratique de l'invention. Un flotteur 28 est disposé en flottaison sur le liquide 14. Un matériau préféré pour le flotteur 28 est du PVC, et dans un exemple de réalisation, le flotteur 28 est fabriqué à partir d'un tube de PVC de 10 cm sur lequel sont fixés des obturateurs supérieur et inférieur en PVC de 10 cm fixés sur le tube, par exemple, à l'aide d'une colle pour PVC. Un tube 30 a sa première extrémité fixée au flotteur 28 et son autre extrémité peut être placée à l'intérieur de la colonne de guidage 18. Un matériau préféré pour le tube 30 est le PVC, et dans un mode de réalisation représenté à titre d'exemple, la première extrémité du tube 30 est fixée au flotteur 28 par un procédé étanche au liquide et la seconde extrémité du tube- est fermée de manière étanche au liquide, par exemple par un capuchon amovible 32. Une pièce métallique 34 est placée à l'intérieur du tube 30. Le matériau préféré pour la pièce métallique 34 est l'acier, et la forme préférée est celle d'une tige de section circulaire 36. Une tige d'acier est sensible à la corrosion par la solution acide de décapage mentionnée ci-dessus. Lorsqu'elle est employée pour déterminer à quel moment le niveau d'un liquide atteint une valeur prédéterminée, la pièce métallique 34 est placée à un certain niveau le long du tube 30 de manière que la pièce métallique ait sa limite 38 située àa la hauteur du capteur de proximité 22 uniquement lorsque le niveau du liquide 12 atteint la valeur prédéterminée. Dans un exemple de réalisation, la pièce métallique 34 est la tige métallique 36 dont l'extrémité inférieure est placée au voisinage de la première extrémité (inférieure) du tube 30 et sa longueur est choisie pour que son extrémité supérieure ait sa limite supérieure 38 située & la hauteur du capteur de proximité 22 uniquement lorsque le niveau de liquide 12 se trouve à la valeur prédéterminée. La tige métallique 36 devrait être interchangeable pour s'adapter à différentes valeurs prédéterminées du niveau du liquide. Un exemple de tige métallique 40 est représenté sur la figure 2A. Le capteur de proximité 22 va délivrer un signal de sortie lorsqu'il détecte un métal présent à l'intérieur de la colonne de guidage 18 à la hauteur du capteur 22. Dans le cas de l'opération de décapage, le capteur de proximité 22 va continuer à délivrer le signal de sortie de métal détecté quand le niveau de liquide 12 descend jusqu'à ce que la limite supérieure 38 de la tige 36 desàende au-delà du capteur 22. A ce moment, le capteur de proximité 22 devrait arrêter de délivrer un signal de sortie, et ce changement devrait être utilisé pour mettre hors tension les éléments chauffants, etc. D'autres applications peuvent utiliser de multiples pièces métalliques 34 espacées les unes des autres dans la direction longitudinale à l'intérieur du tube 30 avec un seul capteur de proximité 22, une seule pièce métallique 34 avec plusieurs capteurs de proximité espacés les uns des autres dans la direction longitudinale# ou plusieurs pièces métalliques et plusieurs capteurs de proximité. L'une quelconque de ces applications peut utiliser la limite supérieure, la limite inférieure, ou les deux limites de chaque pièce métallique 34 pour détecter différentes valeurs prédéterminées du niveau de liquide 12 et répondre en fonction de l'application particulière. Lorsqu'elle est employée pour mesurer le niveau d'un liquide, la pièce métallique 34 comporte une surface extérieure 42 dont la distance au capteur de proximité 22, à la hauteur du capteur de proximité 22, varie avec les changements du niveau de liquide 12. Dans un exemple de réaliation, la pièce métallique 34 est la tige métallique 36 ayant une surface cylindrique extérieure 42 qui se réduit linéairement. Un exemple de tige métallique 44 est représenté sur la figure 2B.et comprend un boitier non métallique 46 pour maintenir la forme d'un cylindre circulaire droit et 'centrer la tige métallique dans le tube 30 afin d'augmenter la précision de la mesure. D'autres procédés de centrage sont connus des spécialistes de la technique. Le capteur de proximité 22 va délivrer un signal de sortie proportionnel à la distance qui le sépare du métal présent à l'intérieur de la colonne de guidage 18 à la hauteur du capteur 22. En étalonnant le signal de sortie pour une tige métallique particulière 44 sur une gamme de niveaux de liquide, comme peut le comprendre le spécialiste, le détecteur de niveau de liquide 10 peut utiliser son capteur de proximité 22 pour mesurer le niveau du liquide 12. Dans le cas de l'opération de décapage, au moment o le capteur de proximité 22 mesure un niveau de liquide 12 égal à une valeur prédéterminée, cet événement devrait être utilisé pour mettre hors tension les éléments électriques chauffants, etc. Les éléments décrits ci-dessus du détecteur 10 de niveau de liquide agissent ensemble soit pour déterminer le moment o le niveau d'un liquide atteint une valeur prédéterminée (en utilisant la présence/l'absence d'un signal de sortie délivré par le capteur de proximité 22 et une tige métallique 36 comme la tige métallique 40 de la figure 2A) soit pour mesurer le niveau d'un liquide (en utilisant l'amplitude du signal délivré par le capteur de proximité 22 et une tige métallique 36 comme la tige métallique 44 de la figure 2B). Il est clair que les dimensions des éléments, comme par exemple la longueur de la tige métallique 40 et la partie en pointe de la tige métallique 44, etc., doivent être choisies pour satisfaire au mieux les exigences de l'application particulière de détection d'un niveau de liquide, comme peuvent l'envisager les spécialistes de la technique. Il est évident que plusieurs modifications et variantes sont possibles à la lumière des enseignements ci-dessus. Il est, donc, bien entendu que dans le cadre des revendications annexées, l'invention peut être mise en pratique différemment de ce qui a été spécifiquement décrit ici. REVENDICATIONS 1. Appareil (10) pour déterminer le niveau (12) d'un liquide (14), caractérisé en ce qu'il comprend: a) une colonne de guidage (18) non métallique, généralement orienté à la verticale; b) un capteur de proximité (22) détecteur de métaux placé à proximité de ladite colonne de guidage (18) à une certaine hauteur le long de ladite colonne de guidage (18) pour détecter le métal présent à l'intérieur de ladite colonne de guidage à ladite hauteur; c) un flotteur (28) disposé en flottaison sur ledit liquide (14); d) un tube (30) avec deux extrémités, la première desdites extrémités- étant fixée audit flotteur et la seconde desdites extrémités pouvant être placée à l'intérieur de ladite colonne de guidage; et e) une pièce métallique (34) dont une extrémité limite (38) est placée à l'intérieur dudit tube (30) à un niveau le long dudit tube tel que ladite limite (38) soit située à ladite hauteur uniquement quand ledit niveau de liquide (12) se trouve à une valeur prédéterminée. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite colonne de guidage (18), ledit flotteur (28), et ledit tube (30) résistent chacun à la corrosion par ledit liquide (14) et en ce que ladite pièce métallique (13) est sensible à la corrosion par ledit liquide (14), et dans lequel ladite première extrémité dudit tube (30) est fixée par un procédé étanche au liquide audit flotteur (28) et ladite seconde extrémité dudit tube (30) porte un joint étanche au liquide. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite pièce métallique (34) est constituée d'une tige métallique (36). 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite tige métallique (36) possède une certaine longueur, une extrémité supérieure ayant ladite limite (38), et une extrémité inférieure, ladite extrémité inférieure étant placée à proximité de ladite première extrémité dudit tube (30) et ladite longueur étant choisie de façon que ladite limite (38) de ladite extrémité supérieure soit située à ladite hauteur uniquement lorsque ledit niveau de liquide (12) se trouve à ladite valeur prédéterminée. 5. Appareil selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que ladite tige métallique (36) est constituée d'une tige métallique de section circulaire interchangeable et en ce que ledit joint étanche au liquide est constitué par un capuchon amovible (32). 6. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite tige métallique (36) a sa surface cylindrique extérieure (42) qui s'amincit linéairement, et en ce que ledit capteur (22) délivre un signal de sortie proportionnel à la distance entre ledit capteur (22) et ladite tige métallique (36).