Brevet FR2687001A1 — publié le 19930806

DISPOSITIF POUR FIXER UNE SONDE DE MESURE A ULTRASONS La présente invention concerne un dispositif pour fixer une sonde de-mesure à ultrasons. On utilise des sondes à ultra-sons pour mesurer des dé- bits, des niveaux, des épaisseurs ou détecter des impuretés. Toutes ces sondes ont une température maximum d'utilisation soit pour éviter leur destruction soit pour la fiabilité et la reproductibilité de la mesure. On a décrit dans US 4 770 038 un dispositif à ultrasons pour mesurer la hauteur d'un liquide contenu dans un bac sous pression Il est indiqué que l'élément piezéolectrique peut être muni de moyens de refroidissement mais sans les préciser. US 4 872 345 décrit l'utilisation d'une sonde à ultra- sons pour surveiller l'épaisseur d'un réfractaire recouvrant la paroi intérieure d'un réacteur de synthèse à haute tempéra- ture Cette sonde de forme tubulaire traverse la paroi du ré- acteur et son réfractaire, à son extrémité extérieure est fixée un transmetteur, sur la partie du tube extérieure au ré- acteur, sont disposées des ailettes de refroidissement. Le brevet US 4 779 452 décrit un viscosimètre à ultra- sons dont le transmetteur est fixé sur deux collecteurs dispo- sés l'un sur l'autre Le transmetteur est fixé au premier col- lecteur par un alliage étain-argent Le deuxième collecteur de préférence en aluminium est recouvert de cuivre par électro- lyse pour se souder plus facilement au premier collecteur de préférence en cuivre. L'écho généré à l'interface des deux collecteurs et celui généré à l'interface avec le milieu qu'on veut mesurer sont traités par un calculateur pour déterminer la viscosité du mi- lieu. Le brevet US 4 287 755 décrit un dispositif à ultra-sons pour traiter de l'aluminium en fusion qui est refroidi par une circulation d'eau. On a maintenant mis au point un dispositif beaucoup plus simple, qui peut se démonter rapidement pour être utilisé en un autre point de mesure. La présente invention est donc un dispositif comprenant une cale d'épaisseur a) pourvue de moyens pour la fixer sur la paroi exté- rieure d'un volume contenant un fluide à température élevée b) sur laquelle on peut fixer un émetteur ou un récep- teur d'ultrasons c) de telle sorte que la cale soit entre la paroi et l'émetteur ou le récepteur, le faisceau d'ondes traversant la cale d) la fréquence des ondes n'étant pas altérée par la cale. Cette cale peut être de forme quelconque pourvu qu'elle puisse transmettre le faisceau d'ondes sans que la fréquence ne soit altérée. Elle peut être de la forme d'un cube de quelques centi- mètres d'arètes. La cale peut être fixée par des vis ou tout moyen contre la paroi, il suffit de prévoir des attaches, ou des oreilles. La cale se fixe facilement sur la paroi, elle peut être démon- tée rapidement On peut aussi disposer de plusieurs cales fixées en différents endroits et n'avoir qu'un seul émetteur ou récepteur ou un seul émetteur et un seul récepteur, en ef- fet l'avantage de cette cale est qu'on peut y fixer facilement et enlever quelques minutes après l'émetteur ou le récepteur pour l'utiliser dans autre endroit sur une autre cale. Le matériau de la cale peut être conducteur ou non conducteur de la chaleur. Si on choisit un matériau isolant l'homme de l'art déter- mine les dimensions de la cale pour que l'émetteur ou le ré- cepteur soit isolé de façon suffisante de la paroi chaude. On peut utiliser par exemple du verre. On peut aussi choisir un matériau conducteur, dans ce cas la cale est un radiateur. Le radiateur peut être de forme quelconque, on peut par exemple prendre un tube d'aluminium dans lequel on creuse des rayures profondes à l'extérieur pour faire des ailettes en forme de disques perpendiculaires à l'axe du cylindre puis creuser l'une des extrémités de ce cylindre pour faire une ca- vité destinée à recevoir l'émetteur ou le récepteur. Le radiateur ainsi obtenu est plaqué de son côté non creuseé contre la paroi, l'axe du cylindre pouvant être per- pendiculaire à la paroi, l'émetteur ou le récepteur étant dis- posé dans la partie creusée du cylindre. L'avantage du radiateur est qu'on peut dissiper de la chaleur mais on conduit aussi de la chaleur vers la sonde à ultrasons. L'homme du métier peut choisir la solution adaptée aux différentes sondes et aux différentes températures de paroi. L'invention est particulièrement utile pour les sondes à ultra-sons qu'on utilise pour mesurer les débits sur des tuyaux à haute température. Cette technique est décrite dans KIRK-OTHMER Encyclopedia of Chemical Technology, 3 ème édition, supplément vol pages 489-490 On dispose un émetteur contre la paroi extérieure d'un tuyau et diamétralement opposé selon une section du tuyau perpendiculaire à son axe, on dispose le récepteur. On peut ainsi relier les deux cales l'une à l'autre et serrer pour les fixer contre le tuyau On peut relier les deux cales par des tiges filetées, des câbles, des cerclages On ne sortirait pas du cadre de l'invention si l'émetteur et le ré- cepteur étaient dans le même plan passant par l'axe du tuyau sans être diamétralement opposés mais situés de chaque côté du tuyau. Le dispositif de l'invention est utile aussi pour les tuyaux calorifugés, il suffit de prévoir une ouverture dans le calorifuge pour fixer une cale d'une épaisseur sensiblement égale à l'épaisseur de calorifuge ou d'une épaisseur permettant la fixation de l'émetteur ou du récepteur. La figure 1 représente l'utilisation de deux dispositifs selon l'invention pour mesurer un débit dans un tuyau 10 re- présente le tuyau, 11 et 12 sont les cales (dans ce cas des radiateurs à ailettes en aluminium) 13 et 14, l'émetteur et le récepteur d'ultrasons, 15 et 16 des plaques pour tenir l'ensemble par les tiges filetées 17. La figure 2 est une vue en coupe de la figure 1. La demanderesse a découvert qu'on pouvait obtenir des me- sures fiables et reproductibles malgré une perte d'énergie dans les cales pourvu que la fréquence soit concervée. Exemple: On a utilisé le dispositif de la figure 1 pour mesurer dans un tuyau de diamètre extérieur 60 mm, épaisseur 6 mm, le débit d'une phase liquide composée essentiellement de 1-2 dichloroéthane, de lourds organiques et de coke L'émetteur et le récepteur étaient des sondes de marque POLYSONICS modèle MST-P. Ces sondes ne supportent pas plus de 1500 C Les cales il et 12 étaient d'épaisseur 25 mm et les axes des tiges filetées formaient un rectangle de 105 X 50 mm. La température de la paroi extérieure du tuyau mesurée par infra rouge était 1800 C, la température au niveau des sondes mesurée par infra rouge éteint 850 C. REVENDICATIONS 1 dispositif comprenant une cale d'épaisseur a) pourvue de moyens pour la fixer sur la paroi exté- rieure d'un volume contenant un fluide à température élevée b) sur laquelle on peut fixer un émetteur ou un récep- teur d'ultrasons c) de telle sorte que la cale soit entre la paroi et l'émetteur ou le récepteur, le faisceau d'ondes traversant la cale d) la fréquence des ondes n'étant pas altérée par la cale. 2 Arrangement comprenant deux dispositifs selon la re- vendication 1 fixés autour du tuyau tel que l'émetteur et le récepteur sont dans une section perpendiculaire à l'axe du tuyau et diamétralement opposés. 3 Arrangement comprenant deux dispositifs selon la re- vendication 1 fixés autour d'un tuyau tel que l'émetteur et le récepteur sont dans un même plan passant par l'axe du tuyau et situés de chaque côté du tuyau. 4 Utilisation des arrangements selon les revendications 2 ou 3 pour mesurer des débits.