Brevet FR2654510A1 — publié le 19910517

La présente invention se rapporte à une sonde de détermi- nation de la température, rapportée à la moyenne de la densité de débit massique, d'un fluide en circulation dans un tube et présentant dans ce tube, transversalement par rapport à la di- rection d'écoulement, un gradient de densité de débit massique et un gradient de température L'invention concerne, globale- ment, une sonde de détermination de la température rapportée à la moyenne de la densité de débit massique dans le foyer d'un générateur de vapeur d'hydrogène/oxygène qui fonctionne, de préférence, avec apport stoechiométrique d'hydrogène et d'oxy- gène et avec pulvérisation d'eau après la combustion de ces derniers, et sert de réserve en vapeur dans des centrales ther- miques à vapeur Dans un tel générateur de vapeur d'hydrogène/ oxygène, le problème consiste à déterminer au préalable, dans le foyer dudit générateur et le plus directement possible après génération de la vapeur, la température qui s'établit dans cet- te vapeur après un brassage intensif et après l'obtention d'une circulation de vapeur homogène Dans ce cas, la sonde est de préférence disposée dans une zone du foyer tournée vers un ori- fice de prélèvement de ce dernier. Jusqu'à présent, pour matérialiser une sonde de détection d'une température rapportée à la moyenne de la densité du débit massique, il est uniquement connu d'agencer plusieurs thermocou- ples en succession dans la direction du gradient de densité du débit massique, puis d'utiliser les valeurs mesurées, délivrées par ces thermocouples, en tant que points de repère pour l'al- lure de la température rapportée à la moyenne de la densité du débit massique, pour déterminer ensuite, à l'aide d'un program- me d'interprétation correspondant, cette température rapportée à la moyenne de la densité du débit massique. L'invention a par conséquent pour objet de fournir une sonde du type susmentionné, qui autorise une détermination plus fiable et encore plus précise du gradient de température rap- porté à la moyenne de la densité du débit massique. Conformément à l'invention, dans une sonde du type cité en introduction, cet objet est atteint par le fait que ladite sonde comprend un corps de support et un corps résistif qui est retenu par ce dernier, est parcouru par un courant de mesure et présente une résistance électrique variant en fonction de la température et se traduisant, à son tour, par une baisse de tension variable en conséquence; et par le fait que le corps résistif est réalisé de telle sorte que la résistance électri- que de ce corps résistif, variant en fonction de la températu- re, varie avec l'étendue dudit corps, dans le sens transversal, pour l'essentiel d'une manière réciproquement proportionnelle à la densité du débit massique. Grâce à cette réalisation spécifique du corps résistif, la résistance qui doit être mesurée, et varie en fonction de la température, peut être également modifiée en concordance avec la variation de la densité du débit massique dans le sens transversal, de sorte que la baisse de tension, mesurée sur le corps résistif, reflète directement une valeur correspondant à la température rapportée à la densité du débit massique. A l'inverse de l'état de la technique, la sonde conforme à l'invention permet tout d'abord d'obtenir un procédé de me- surage simple, du fait qu'il convient uniquement de mesurer une valeur mesurée; d'autre part, ce procédé est notablement plus précis étant donné que le mesurage ne s'effectue pas seu- lement dans quelques zones de repérage se succédant dans le sens transversal et, de plus, le mesurage peut être effectué d'une manière notablement plus rapide étant donné que la valeur moyenne ne doit pas être déterminée par l'intermédiaire d'un programme d'interprétation, sur la base des zones de repérage, mais que cette valeur se présente déjà avec le mesurage d'une grandeur, c'est-à-dire de la baisse de tension. Dans l'exemple de réalisation décrit en introduction, l'on n'a toutefois pas indiqué la manière dont une résistance du corps résistif, variable en fonction de la température, peut être obtenue avec l'étendue dudit corps dans le sens transver- sal. C'est pourquoi un exemple de réalisation particulièrement préférentiel prévoit que la superficie de section transversale du corps résistif, parcourue par le courant, varie avec l'éten- due dudit corps dans le sens transversal; le corps résistif est alors parcouru par le courant dans le sens transversal, de sorte que ce courant parcourt des superficies de section trans- versale différentes dans le sens transversal en étant de ce fait soumis, en fonction de la superficie de section transver- sale, à une influence plus ou moins forte de la température; ainsi, la baisse de tension s'établissant sur la sonde délivre globalement la valeur de la température rapportée à la moyenne de la densité du débit massique. Un corps résistif de ce genre peut être matérialisé, d'une manière particulièrement simple, par une couche de matériau ré- sistif déposée sur le support. Dans ce cas, la couche de matériau résistif présente favo- rablement une résistance spécifique dépendant de la température et localement constante. La couche de matériau résistif peut être déposée, d'une manière particulièrement simple, en étant métallisée sous vide sur le corps de support. En particulier lorsque la forme du corps de support doit déjà par elle-même déterminer fermement la superficie de sec- tion transversale du corps résistif parcourue par le courant, à chaque point considéré dans le sens transversal, il est avan- tageux que la couche de matériau résistif forme une couche à épaisseur constante sur le corps de support. Dans le cas le plus simple, la variation de la superficie de section transversale de la couche peut être obtenue en fai- sant varier l'expansion de cette couche perpendiculairement au sens transversal, l'expansion de ladite couche étant alors dé- terminée, d'une manière propice, par l'expansion superficielle du corps de support perpendiculairement au sens transversal. Toutefois, il est également possible que l'expansion de la couche de matériau résistif varie dans une direction per- pendiculaire au sens transversal et parallèle à la surface du corps de support. Cependant, dans une variante de réalisation, il est éga- lement envisageable de modifier la résistance du corps résis- tif, variable en fonction de la température, avec l'étendue dudit corps dans le sens transversal, en concordance avec la densité du débit massique, du fait que la résistance dépendant de la température varie par variation de la longueur du trajet parcouru par le courant. Dans le cas le plus simple, il est alors prévu que le trajet parcouru par le courant présente une section transver- sale constante transversalement par rapport à la direction d'écoulement. Au stade de la conception du trajet parcouru par le cou- rant, il s'est révélé judicieux que ce dernier présente une composante de trajectoire s'étendant en alternance perpendi- culairement au sens transversal; cette composante de trajec- toire s'étendant en alternance est alors possible soit par une configuration angulaire du trajet parcouru par le courant, soit par une configuration en zigzag dudit trajet, soit encore par n'importe quelle forme irrégulière de méandres. Dans le cas le plus simple, la variation de la résistance dépendant de la température peut être obtenue par variation de la composante de trajectoire du trajet parcouru par le courant, perpendiculairement au sens transversal, par rapport à l'unité de longueur considérée dans le sens transversal Par exemple, cela peut être concrétisé par le pas différent de spires, ou bien encore par la longueur différente de circonvolutions en zigzag d'un trajet en zigzag Une solution d'une structure par- ticulièrement simple consiste en ce que le trajet parcouru par le courant est fermement établi par les spires d'un fil résis- tif Dans ce cas, d'une manière propice, la longueur du trajet peut également être modifiée par le nombre des spires par uni- té de longueur de l'étendue dans le sens transversal. L'invention va à présent être décrite plus en détail à titre d'exemples nullement limitatifs, en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale d'un tube parcou- ru par un fluide présentant différentes densités de débit mas- sique; la figure 2 est une coupe longitudinale d'un générateur de vapeur équipé d'une sonde conforme à l'invention; la figure 3 est une coupe longitudinale d'un premier exem- ple de réalisation d'une sonde selon l'invention; la figure 4 est une vue en plan d'un deuxième exemple de réalisation d'une sonde conforme à l'invention; et la figure 5 est une vue en plan d'un troisième exemple de réalisation d'une sonde d'après l'invention. La figure 1 illustre un tube désigné dans son ensemble par 10 et dans lequel de la vapeur, repérée par 12, circule dans une direction d'écoulement matérialisée par une flèche 14, pa- rallèlement à un axe 16 dudit tube 10. Dans ce cas, le fluide 12 circule avec une vitesse d'écou- lement V variant dans le sens radial R, et il présente alors une densité q_ variant également dans le sens radial, ainsi qu'une température T variant dans le sens radial Le produit de la densité e et de la vitesse V donne une densité de débit massique qui varie, elle aussi, dans le sens R respectivement radial ou transversal. Une sonde 18, traversant le tube 10 de part en part trans- versalement par rapport au sens radial R et perpendiculairement à l'axe 16, en coupant alors cet axe 16, sert à mesurer la tem- pérature de la vapeur 12, pondérée en concordance avec le débit massique variant dans le sens radial R, et elle sert par consé- quent à déterminer une valeur de température rapportée à la moyenne de la densité du débit massique et correspondant à cel- le de la vapeur en circulation intégralement brassée, c'est-à- dire de la vapeur avec une vitesse égale et une densité égale. Un tel mesurage effectué à l'aide de la sonde 18 conforme à l'invention a lieu de préférence, dans un générateur de va- peur d'hydrogène/oxygène, dans un foyer et plus précisément dans une région extrême dudit foyer dans laquelle, certes, la vapeur en tant que telle est intégralement engendrée, mais cir- cule toutefois, suite aux conditions de génération régnant dans le générateur de vapeur, avec une vitesse différente dans le sens radial R par rapport à l'axe 16 dudit générateur. Un générateur de vapeur de ce type, désigné dans son en- semble par 20, est illustré sur la figure 2 Il présente un foyer 22 entouré par un carter 24 Ce carter 24 est obturé, d'une part, par une tête d'insufflation 26 par l'intermédiaire de laquelle un mélange d'hydrogène et d'oxygène est insufflé, selon des rapports stoechiométriques, dans le foyer 22 dans lequel il brûle Le foyer est encore additionnellement pourvu d'au moins une bague de pulvérisation 28, pour de l'eau qui est introduite en vue d'engendrer une vapeur saturée ou surchauffée. La vapeur engendrée dans le foyer 22 sort de celui-ci par une extrémité opposée à la tête d'insufflation, à travers un ori- fice de prélèvement 30. La sonde 18 est installée dans une région du foyer tour- née vers l'orifice de prélèvement 30, et elle sert à détermi- ner la température de la vapeur engendrée, rapportée à la moyen- ne de la densité du débit massique, en présence des conditions homogènes d'écoulement et de densité telles que représentées sur la figure 1; ainsi, il est possible de prédire la tempé- rature présentée par la vapeur qui, après être sortie par l'orifice de prélèvement 30 et après avoir parcouru un autre trajet, pénètre ensuite dans une turbine avec une densité éga- le et une température homogène par suite de son brassage inté- gral. Cette nécessité du mesurage de la température de la va- peur rapportée à la moyenne de la densité du débit massique, au moyen de la sonde 18 à l'intérieur du foyer 22, résulte du fait que le générateur de vapeur 20 doit être régulé quant à la quantité de l'hydrogène insufflé (GH 2) et de l'oxygène in- sufflé (GO 2), ainsi que de l'eau pulvérisée; le trajet de ré- gulation, entre la génération de la vapeur et le mesurage de la température, doit alors être le plus court possible. Un premier exemple de réalisation d'une sonde 18 conforme à l'invention, illustré sur la figure 3, renferme un corps de support 32 dont la direction longitudinale 34 s'étend parallè- lement au sens radial R, et donc perpendiculairement à l'axe 16 du tube 10 ou du foyer 22 formé par ledit tube. Le corps de support est de préférence réalisé avec symé- trie de rotation par rapport à la direction longitudinale ou à l'axe longitudinal 34, et il porte, sur une face extérieure 36, un corps résistif 38 qui est déposé sous la forme d'une couche ou d'un film 48 métallisé(e) sous vide, et qui consiste en un matériau présentant à son tour une résistance variable en fonc- tion de la température. Le film formant le corps résistif 38 est déposé avec une épaisseur constante sur toute la face extérieure 36 du corps de support 32, et il est en contact, par ses extrémités, avec un conducteur respectif 40 ou 42 par l'intermédiaire duquel un courant circule en provenance d'une source de courant 44, un dispositif mesureur 46 déterminant alors la baisse de tension entre les conducteurs 40 et 42, et donc la baisse de tension sur le corps résistif 38. La forme du corps de support 32, en particulier de sa fa- ce extérieure 36, est déterminée par la distribution de la den- sité du débit massique dans le sens radial, c'est-à-dire dans la direction de l'axe longitudinal 34; la superficie de sec- tion transversale A (R) du corps résistif 38, en fonction de l'étendue dans le sens radial R, résulte alors par exemple de l'équation suivante: C A(R) = V(R) x _(R) x R dans laquelle C englobe différentes constantes de proportion- nalité et, entre autres également, la résistance électrique spécifique à une température de service appropriée, le coef- ficient thermique de la résistance électrique et le diamètre. Sur la base de cette superficie de section transversale A (R), devant être établie en concordance avec l'étendue consi- dérée dans le sens radial (R), l'on peut partir de la consi- dération selon laquelle le film formant le corps résistif 38 doit présenter une épaisseur constante, le corps de support 32 doit être réalisé avec symétrie de rotation par rapport à l'axe longitudinal 34, et la forme du corps de support doit être dé- terminée; dans ce cas, une épaisseur différente du corps de support 32, transversalement par rapport à la direction longi- tudinale 34, se traduit par une plus grande superficie de sec- tion transversale du film du corps résistif 38 déposé sur la face extérieure 36, tandis qu'une épaisseur faible du corps de support 32 implique également, à son tour, une faible superfi- cie de section transversale. Dans un deuxième exemple de réalisation d'une sonde 18 conforme à l'invention, illustré sur la figure 4, les parties identiques à celles de la première sonde sont désignées par les mêmes indices de référence, de sorte qu'il peut être ren- voyé aux considérations relatives au premier exemple de réali- sation dans la mesure o le deuxième exemple de réalisation n'appelle pas d'autres commentaires. A l'inverse du premier exemple de réalisation, un corps de support 32 ' de la sonde 18 est formé par un cylindre à su- perficie de section transversale constante, dont l'axe longi- tudinal 34 ' s'étend lui aussi dans le sens radial R. Un corps résistif 38 ' est métallisé sous vide, respecti- vement en tant que couche ou film 48 ' d'épaisseur constante, sur une surface 36 ' de l'enveloppe externe du corps de sup- port 32 ', ledit film 48 ' présentant une configuration externe 47 qui possède une largeur variable dans un sens transversal 49 s'étendant perpendiculairement à l'axe longitudinal 34 ' et parallèlement à la surface 36 ' de l'enveloppe externe (c'est- à-dire dans une direction azimutale par rapport à l'axe longi- tudinal 34 ') La superficie de section transversale A (R) du corps résistif, représentant le produit de la largeur du film 48 ' et de l'épaisseur de ce film, varie par conséquent avec la largeur de la configuration externe 47. Dans un troisième exemple de réalisation d'une sonde 18 ' conforme à l'invention, illustré sur la figure 5, les parties identiques à celles des premier et deuxième exemples de réali- sation de la sonde selon l'invention sont désignées par les mê- mes références numériques, de sorte qu'il peut être renvoyé aux considérations relatives au premier exemple de réalisation dans la mesure o le troisième exemple de réalisation n'appelle pas d'autres commentaires. Comme dans le deuxième exemple de réalisation, le corps de support 32 ' de la sonde 18 ' est formé par le cylindre à su- perficie de section transversale constante, dont l'axe longi- tudinal 34 ' s'étend également dans le sens radial. Un corps résistif 38 ' est implanté, sur la surface 36 ' de l'enveloppe externe du corps de support 32 ', sous la forme d'une spire hélicoïdale d'un fil résistif 50 qui est enroulé, sur la surface externe 36 ', concentriquement à l'axe longitu- dinal 34 '. Pour obtenir une variation de la résistance du corps ré- sistif, variable en fonction de la température, avec l'étendue de ce corps dans le sens radial R et en concordance avec la densité du débit massique, la hauteur de pas G de spires indi- viduelles successives 52 a, 52 b, 52 c, etc est choisie différen- te; de la sorte, le courant circulant par le fil résistif 50 doit parcourir un trajet différemment long par unité de lon- gueur, dans le sens radial, ce qui implique également une va- riation de la résistance du corps résistif 38 ', dépendante de la température Par exemple, une grande hauteur de pas permet d'établir une plus faible contribution du corps résistif, va- riable en fonction de la température, tandis qu'une faible hau- teur de pas a pour effets que le courant parcourt un plus grand trajet par unité de longueur, dans le sens radial R, et que la contribution du corps résisitif 38 ', variable en fonction de la température, est par conséquent plus grande dans ce cas. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la sonde décrite et représentée, sans sortir du cadre de l'invention. -R E V E N D I C A T I O N S- 1 Sonde de détermination de la température, rapportée à la moyenne de la densité de débit massique, d'un fluide en cir- culation dans un tube et présentant dans ce tube, transversa- lement par rapport à la direction d'écoulement, un gradient de densité de débit massique et un gradient de température, sonde caractérisée par le fait que cette sonde ( 18) comprend un corps de support ( 32) et un corps résistif ( 38) qui est retenu par ce dernier, est parcouru par un courant de mesure et présente une résistance électrique variant en fonction de la température et se traduisant, à son tour, par une baisse de tension varia- ble en conséquence; et par le fait que le corps résistif ( 38) est réalisé de telle sorte que la résistance électrique de ce corps résistif ( 38), variant en fonction de la température, va- rie avec l'étendue dudit corps, dans le sens transversal (R), en concordance avec la densité du débit massique. 2 Sonde selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la superficie de section transversale lA (R)l du corps résistif ( 38), parcourue par le courant, varie avec l'étendue dudit corps dans le sens transversal (R). 3 Sonde selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le corps résistif ( 38) est formé par une couche ( 48) de matériau résistif, déposée sur le corps de support ( 32). 4 Sonde selon la revendication 3, caractérisée par le fait que la couche ( 48) de matériau résistif présente une ré- sistance spécifique dépendant de la température et localement constante. Sonde selon la revendication 3 ou 4, caractérisée par le fait que la couche ( 48) de matériau résistif est métallisée sous vide sur le corps de support ( 32). 6 Sonde selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée par le fait que la couche ( 48) de matériau résis- tif forme une couche à épaisseur constante sur le corps de sup- port ( 32). 7 Sonde selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée par le fait que la variation de la superficie de section transversale de la couche de matériau résistif résulte d'une expansion variable de cette couche de matériau résistif perpendiculairement au sens transversal (R). 8 Sonde selon la revendication 7, caractérisée par le fait que l'expansion de la couche de matériau résistif est dé- terminée par l'expansion superficielle du corps de support ( 32) perpendiculairement au sens transversal (R). 9 Sonde selon la revendication 7, caractérisée par le fait que l'expansion de la couche ( 48 ') de matériau résistif varie dans une direction ( 49) perpendiculaire au sens transver- sal (R) et parallèle à la surface ( 36 ') du corps de support ( 32 '). Sonde selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la résistance dépendant de la température varie par variation de la longueur du trajet parcouru par le courant. 11 Sonde selon la revendication 10, caractérisée par le fait que le trajet parcouru par le courant présente une sec- tion transversale constante transversalement par rapport à la direction d'écoulement. 12 Sonde selon la revendication 10 ou 11, caractérisée par le fait que le trajet parcouru par le courant présente une composante de trajectoire s'étendant en alternance perpendicu- lairement au sens transversal (R). 13 Sonde selon la revendication 12, caractérisée par le fait que la variation de la résistance dépendant de la tempé- rature a lieu par variation de la composante de trajectoire du trajet parcouru par le courant, perpendiculairement au sens transversal (R). 14 Sonde selon la revendication 13, caractérisée par le fait que le trajet parcouru par le courant est fermement éta- bli par la spire d'un fil résistif ( 50). Sonde selon la revendication 14, caractérisée par le fait que la longueur du trajet parcouru par le courant est mo- difiée par le nombre des spires ( 52 a, 52 b, 52 c) par unité de longueur de l'étendue dans le sens transversal (R).