Brevet FR2838193A1 — publié le 20031010

l' installation ou de l'appareil. MATERIEL DE MESURE DU POUVOIR THERMOELECTRIOUE D'UN MATERIAU DE SCRIPT ION Domaine de l' invention L' invention concerne les moyens de mesure du pouvoir thermoalectrique d'un matériau, et plus spécialement du matériau constituant une pièce ou un composant qu'il est difficile d'approcher pendant une durée suffisamment longue pour effectuer la mesure, telle qu'une canalisation du circuit primaire dans une installation de production d'électricité par énergie nucléaire. Toutefois, le matériel peut être utilisé pour mesurer le pouvoir thermoélectrique de n'importe quel(le) pièce, composant, ou paroi, dès l' instant que les moyens de fixation du dispositif de mesure portable permettent la fixation de ce dernier sur la pièce à mesurer ou tester. Art antérieur et problème posé Dans le cadre d'un programme de suivi du vieillissement des installations d'une centrale nucléaire, comme le circuit primaire, lévolution dans le temps de certaines parties de ce circuit, moulées dans en acier austénoferritique, doit être suivie. En effet, les contraintes thermiques imposces à de telles installations contribuent à faire vieillir les constituants utilisés. I1 a donc été mis au point un B 13909.4 JB prototype de me sure loc a le du pouvoir thermoé lectrique (PTE) d'une canalisation du type utilisé dans le circuit primaire. Un tel prototype permet de mesurer le pouvoir thermoélectrique et de connatre l'état de vieillissement de certains composants classés importants pour la sureté et la sécurité du circuit primaire. I1 peut donc contribuer à justifier de la tenue mécanique de l' installation vis-à-vis des normes et des autorités de sa sureté. En référence à la figure 1, le principe de la mesure du pouvoir thermoélectrique est le suivant. L'appareil de mesure, référencé globalement 2, est placé sur un échantillon 1. L'appareil de mesure 2 comprend principalement une touche froide 3F et une pointe chaude 3C. Chacune des deux est placée de manière à étre en contact avec un endroit de la surface de l'échantillon dont le matériau est à tester. Chacune des deux touches froide 3F et pointe chaude 3C est positionnée contre la surface de l'échantillon 1, de manière indépendante et de façon contrôlée, au moyen de leviers, chariots mobiles ou éléments manipulables facilement, avec précision. Le principe de la mesure du pouvoir thermoélectrique est de soumettre une partie de la pièce à tester à une différence de température entre deux points déterminés et à mesurer l'évolution de la différence de potentiel qui traverse la pièce à mesurer, en fonction de l'évolution de la différence de température imposée. On précise que la touche froide 3F peut étre dotée d'une double réqulation en température, au moyen dune cellule à effet PELLETIER. Le dispositif B 13909.4 JB de mesure 2 est donc équipé d'un circuit de mesure de la différence de potentiel AV, référencé 5, et d'un circuit de mesure de la différence de température AT, référencé 6, entre la pointe chaude 3C et la touche froide. Dans sa version expérimentale, un tel appareil de mesure comprend donc une partie fixe à positionner directement sur la pièce à tester et une partie mobile de mesure comportant, entre autres, la touche froide et la pointe chaude. L'ensemble est fixé, par exemple, au moyen d'une ou plusieurs lanières autour de la canalisation dont la surface externe est à tester. Il est apparu intéressant d'essayer de commercialiser un appareil de mesure du pouvoir thermoélectrique basé sur ce principe, sachant qu'un appareil de laboratoire pose de nombreux inconvénients relatifs au positionnement de cet appareil sur la pièce à mesurer, notamment concernant le temps qu'il est nécessaire de passer, pour un opérateur, à côté de la canalisation d'un circuit primaire, et concernant le réglage de la position de la cellule de mesure. De plus, le moniteur portant les moyens de traitement des données et accompagnant un tel dispositif de mesure est prévu pour être à proximité de l'appareil de mesure proprement dit. Dans le cadre du contrôle de l'état du circuit primaire d'une installation nucléaire, il n'est pas envisageable qu'un opérateur passe du temps pour placer et fixer l'appareil sur la canalisation et pour régler avec précision la position de la tête de mesure. B 13909.4 JB De plus, les opérateurs gérant la mesure doivent être positionnés à une distance certaine et dans un local différent de celui o se trouvent les parties du circuit primaire à tester, de manière à pouvoir travailler pendant de longues périodes, en toute sécurité, notamment vis-à-vis des rayonnements ionisants. Le but de l' invention est donc de proposer un matériel complet de mesure livrable et exploitable, en toute sécurité. Exposé de l' invention A cet effet, l'objet principal de l' invention est un matériel de mesure du pouvoir thermoélectrique du matériau constituant une pièce sur laquelle un dispositif portable du matériel peut être fixé, ce dispositif comportant: - un socle; - un support de cellule; - une cellule de mesure; - des moyens de fixation du dispositif portable de mesure sur la pièce à tester; et - des moyens de commande du dispositif de mesure et de traitement des données et des valeurs mesurées. Selon un aspect principal de l' invention, le support de cellule est monté mobile par rapport au socle, des moyens de réglage permettant de régler la position de ce support de cellule par rapport au socle B 13909.4 JB selon quatre degrés de liberté, notamment sa perpendicularité. La réalisation préférentielle des moyens de réglage de la position du support de cellule utilise trois tiges filetées, reliant le support de cellule et le socle. Il est ainsi facile, en agissant sur un écrou moleté de chaque tige filetée, de régler rapidement la position du support de cellule. Dans le but de faciliter ce positionnement du support de cellule, la cellule de mesure est prévue amovible par rapport au support de mesure, de manière à utiliser des moyens de positionnement de ce support de mesure se fixant sur ce dernier, à la place de la cellule de mesure, pour procéder au réglage de sa perpendicularité par rapport au socle. Dans leur réalisation principale, ces moyens de positionnement possèdent une diode laser. Cette dernière permet de matérialiser facilement l'axe d' orientation dans lequel se trouvera la cellule de mesure. Il est avantageux d'équiper le support de cellule de moyens motorisés de déplacement pour déplacer la cellule de mesure et les moyens de positionnement. Ceci permet, entre autres, d'effectuer cette mise en place à distance. La réalisation préférentielle des moyens de fixation prévoit que ceux-ci comprennent principalement une sangle réglable en tension. Dans le but de fixer de manière fiable le dispositif portable sur la pièce à mesurer, et en particulier pour qu'il ne glisse pas, les moyens de B 13909.4 JB fixation possèdent des plots en polymère fixés sous le socle. Les moyens de commande du dispositif de mesure et de traitement des données et des valeurs mesurées comprennent principalement: - des moyens électroniques embarqués, placés sur le support de mesure; - un ordinateur portable destiné à être placé à distance par rapport au dispositif portable de mesure; et - un cable de liaison de grande longueur entre ces deux parties des moyens de commande. Dans la réalisation prévue des moyens électroniques embarqués, ceux-ci comportent: - une carte processeur; - une carte amplificatrice; - une carte interface de mesure; et - une carte de commande des moteurs. Dans la réalisation prévue de l'ordinateur portable, celui-ci comprend principalement: - un clavier de commande des mouvements de la cellule et de commande des mesures; - des moyens de stockage et de traitement des mesures. Liste des figures L' invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description suivante d'une réalisation B 13909.4 JB préférentielle de l' invention et qui est accompagnée de quelques figures énoncées ci-dessous. - La figure 1 représente schématiquement le principe de mesure du pouvoir thermoalectrique utilisé; - la figure 2 représente schématiquement l' implantation du matériel de mesure selon l' invention; - la figure 3 représente, en coupe frontale, le dispositif portable du matériel selon l' invention; - la figure 4 représente, en coupe latérale partielle, le même dispositif portable de mesure de la figure 3; - la figure 5 représente, en coupe frontale, le socle et les moyens de fixation du dispositif de mesure du matériel selon l' invention; - la figure 6 représente, d'une autre façon, les moyens de fixation par rapport au socle dans le dispositif de mesure utilisé dans le matériel selon l' invention. Description détaillée d'une réalisation de linvention En référence à la figure 2, le système selon l' invention se partage en deux parties qui sont une partie de mesure implantée dans le local 8A o se trouve le composant 1 à mesurer, étudier ou tester, et une partie de commande et d' exploitation de mesure se B 13909.4 JB trouvant dans un autre local 8B, o se trouvent les opérateurs. En effet, puisque ce système de mesure est destiné en premier lieu à effectuer des mesures sur des composants du circuit primaire d'une installation nucléaire, le local 8B est séparé du local 8A o se trouve la pièce à mesurer 1. Cette figure 2 illustre donc cette pièce à mesurer 1, placée en regard d'une pièce étalon 9 faisant partie du matériel constituant le système, mais qui n'intervient pas, a priori, dans le côté innovant du système selon l' invention. La cellule de mesure 10 est placée près de la pièce à mesurer 1 au moyen d'organes de support 20 sur lesquels elle est fixée de manière mobile. La cellule de mesure 10 est reliée à des cables 30 parcourant la distance séparant les locaux 8A et 8B. Dans le local 8B, ces cables 30 sont connectés à des moyens de commande du dispositif de mesure et de traitement des données et des valeurs mesurées 40 pilotés eux-mémes par un opérateur au moyen d'un clavier de commande 50. On précise que le matériel selon l' invention peut se compléter d'un matériel de transport et de confinement, tel qu'un caisson dans lequel tous les éléments du système sont placés, de méme que ses accessoires. L, ensemble ne dépasse pas 50 kg et peut étre porté et déplacé par deux opérateurs. La cellule de mesure 10 sur la figure 2 regroupe la touche froide et la pointe chaude. Les organes supports 20 comprennent différents capteurs et des moteurs de déplacement de la cellule de mesure 10 par rapport aux organes supports 20, ainsi que des B 13909.4 JB moyens électroniques embarqués. Ces derniers sont constitués principalement par quatre cartes électroniques d'un système d'acquisition et de gestion séquentielle du dispositif. Plus précisément, on utilise une carte processeur, une carte amplificatrice, de préférence bas niveau, une carte interface de mesure et une carte de commande des moteurs. De son côté, l'opérateur peut, à l' aide de -lordinateur portable 40, 50, commander toutes les différentes phases de la mesure que sont les mouvements de la cellule de mesure et les mesures proprement dites, mais également la réception, le stockage et le traitement des valeurs mesurées. -La figure 3 montre, en vue coupée, une partie du matériel de mesure et en particulier le socle 20, un support de cellule de mesure 61, en traits mixtes, monté sur sa plaque de positionnement 11. Sur cette même figure 3, a été représentée en traits mixtes, une diode de positionnement 60, positionnée verticalement, grâce au support de cellule 61 qui peut donc également supporter la diode de positionnement 60 de la même manière qu'elle supporte la cellule de mesure. Un des principes utilisés dans le dispositif de mesure selon l' invention est le fait que le support de cellule de mesure 61 est réglable en position par rapport à la pièce à mesurer 20, et par voie de conséquence, par rapport au socle 20. Dans ce but, elle est fixée sur la plaque de positionnement 11, qui est une plaque placée juste au-dessus du socle 20 et fixée à celui-ci par l'intermédiaire de trois tiges filetées 22. Chacune de ces dernières est montée mobile selon deux degrés de B 13909.4 JB liberté par rapport à la plaque de positionnement 11, au moyen de rotules 23C. Chacune des tiges filetées se prolonge pour traverser le socle 20. Deux de ces tiges filetées 22 sont fixées dans la plaque 21 du socle 20, tandis que la troisième, celle de gauche sur la figure 3, est également montée mobile selon deux degrés de liberté par rapport à la plaque 21 du socle 20, au moyen d'une autre rotule 23S. Des écrous de réglage 25 et des écrous de fixation 26 permettent de régler la position de la plaque de positionnement 11, par rapport à la plaque 21 du socle 20 et de la fixer dans la position choisie. L'utilisation des trois tiges filetées 22 permet à la plaque de positionnement 11 trois degrés de liberté par rapport à la plaque 21 du socle 20, c'est-à-dire deux rotations et une translation. Un autre mouvement de réglage de positionnement est possible pour la cellule de mesure 10. I1 est obtenu par rotation de la plaque 21 du socle 20 par rapport à une embase de socle 28, elle-même fixée de façon rigide sur la pièce à mesurer 1. Cette rotation s'effectue autour d'un axe vertical, c'est-à-dire perpendiculaire à la plaque 21 du socle 20. En fait, l'axe de cette rotation est celui de la tige filetée se trouvant à l'arrière de la plaque 21 du socle 20 et qui n'est pas représentée en traits forts sur cette figure 3. Compte tenu que les deux autres tiges filetées 22 représentées sont montées sur des rotules 23C par rapport à la plaque de positionnement 11, on comprend qu'une rotation d'une dizaine de degrés autour de l'axe de la troisième tige filetée soit possible grâce à cet effet B 13909.4 JB de glissière de la plaque 21 du socle 20 par rapport à l'embase 28. Une molette de réglage 27 permet de régler le positionnement de la plaque 21 du socle 20 par rapport à l'embase 28, tandis qu'un boulon de fixation 29 permet de fixer la plaque 21 dans la position choisie. L'embase 28 est fixé sur la pièce à tester 1, par l'intermédiaire de trois plots en polymère 24 placés aux trois sommets d'un triangle sous l'embase 28. La position des sommets des plots en caoutchouc 24 est calculée en fonction de la forme de la pièce à tester 1, en l' occurrence ici le diamètre d'une canalisation, de manière à ce que chacun de ces trois -plots en caoutchouc 24 soit en contact équivalent avec la surface de la canalisation. En référence à la figure 5, l'embase 28 est fixée sur la pièce à tester 1 au moyen d'une sangle réglable 50, c'est-à-dire équipée d'un système de tendeurs réglable, et verrouillable au moyen d'une ou deux poignées 51. La sangle réglable 50 peut 8tre bouclée au moyen d'un système velcro. L'adhérence du dispositif de mesure sur la pièce à tester est donc assurée grâce à ce système de fixation réglable et au fait que les plots 24 sont en caoutchouc. La sangle réglable 50 est fixée à l'embase 28. La figure 6 permet de voir cette fixation de la sangle 50 sur l'embase 28. Elle peut en effet traverser celle-ci grâce à deux fentes 52 pratiquées dans l'embase 28. La figure 4 permet de voir la plupart des éléments décrits à la figure 3, mais, vus de côté. On s'aperçoit que la plaque 21 du socle 20 n'est présente B 13909.4 JB qu'à la hauteur des deux tiges filetées, représentées en traits forts sur la figure 3, c'est-à-dire près du support de cellule 61 supportant, sur cette figure 4A, la diode de positionnement 60. On distingue également deux tiges filetées 22 dont celle de gauche qui est la tige filetée placée à l'arrière du dispositif et qui n'est pas représentée sur la figure 3. Elle supporte, par rapport au socle 28 du support 20, la plaque de positionnement 11, par l'intermédiaire d'une rotule 23C. Un écrou de positionnement 25 permet de régler la hauteur de la plaque de positionnement 11 par rapport à la plaque 28 du socle 20. On distingue mieux sur cette figure, les mouvements de la plaque de positionnement 11 par rapport à la plaque 28 du socle 20, dans l'axe du dispositif. Sur la figure 4, on peut constater que la diode de positionnement 60 est donc montée verticalement sur le support de cellule de mesure 61, mais est mobile verticalement, comme l'est la cellule de mesure qui doit venir prendre sa place. Elle dispose d'une course de déplacement couvrant celle de la mesure. Cette course permet de vérifier le respect de la perpendicularité, sur toute la longueur de la zone de mesure. Pour réaliser ce positionnement de la diode de positionnement 60, le support de cellule 61 a une forme en équerre pour que sa partie inférieure 62 soit positionnée horizontalement, c'est-à-dire sensiblement parallèlement à la plaque de positionnement 11. Il B 13909.4 JB possède, de préférence, une mire positionnée sur sa partie verticale. Le principe de ce positionnement consiste à utiliser la surface polie de la zone o la mesure est à effectuer. Ainsi, la diode de positionnement 60, qui est une diode laser, émet un signal lumineux continu à une distance denviron 200 mm de la surface de la pièce à mesurer, en l' occurrence un coude de tuyauterie. Ce signal est réfléchi par cette surface vers la mire. Lorsque le signal envoyé est le signal réfléchi sont parfaitement alignés, le positionnement obtenu répond aux limites de perpendicularité demandées pour le positionnement de la cellule de mesure. De plus, une telle diode de positionnement 60 possède une pointe lumineuse permettant dexercer un contrôle visuel, afin d'apprécier la déviation de la course de l'appareil par rapport à la ligne directrice de la mesure. Un mouvement de translation horizontale du support de cellule de mesure 61 est également possible par rapport à la plaque de positionnement 11, dans un sens longitudinal, ceci pour compléter la possibilité de déplacement horizontal, grâce au déplacement de la plaque 21 du socle 20 par rapport à son embase 28. La cellule de mesure n'est pas représentée sur ces figures, mais comprend des moteurs à courant continu pour le déplacement de la pointe chaude. Ces moteurs ont été sélectionnés pour leur faible encombrement. Pour la même raison, un capteur de force se présentant sous la forme d'un disque fin de polymère a B 13909.4 JB été choisi pour contrôler la force d'application de la pointe chaude. La partie é lectronique de s moyen s de ge s t ion du fonctionnement et d' acquisition des signaux de mesure et de commande a été miniaturisée, afin d'être mieux protégée contre les perturbations électromagnétiques. Ces moyens sont électroniques embarqués et réalisés par quatre cartes électroniques placées sur la partie supérieure de la cellule de mesure du dispositif de mesure. Plus précisément, il s'agit d'une carte processeur, d'une carte amplificatrice bas niveau, d'une carte interface de mesure, et d'une carte de commande des moteurs. Toutes ces cartes sont protégées des perturbations électromagnétiques par des enveloppes métalliques jouant le rôle de cage de Faraday. De plus, les parties analogiques sont séparées des parties numériques. Les alimentations sont découplées à la frontière entre la partie analogique et la partie numérique. Les liaisons analogiques entre les parties amplificatrices, la sonde platine de température et la carte micro-ordinateur sont relativement courtes, afin de se protéger contre toutes perturbations et d'éviter toutes déformations des signaux analogiques. Toutes les masses sont interconnectées uniquement au plus près de l'alimentation qui les délivrent. Elles sont reliées au connecteur en un seul point, afin de ne pas avoir de boucles. Les arrivées des alimentations sont filtrées sur la carte avec des condensateurs chimiques. B 13909.4 JB REVENDICATIONS 1. Matériel de mesure du pouvoir thermoélectrique du matériau constituant une pièce sur laquelle un dispositif portable de mesure peut être fixé, ce dispositif portable de mesure faisant partie du matériel et comprenant: un socle (20); - des organes supports de cellules (60, 11); - une cellule de mesure (10); - des moyens de fixation du dispositif de mesure (60, 61); et - des moyens de commande et de traitement des données et des valeurs mesurées, caractérisé en ce que les organes supports de cellules (11, 60) sont montés mobiles par rapport au socle (20) et possèdent des moyens de réglage de cette position par rapport au socle (20) selon trois degrés de liberté.. 2. Matériel selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de réglage de position comprennent principalement trois tiges filetées (22), agissant sur une plaque de positionnement (11) par rapport à une plaque (21) du socle (20), reliant ainsi la cellule de mesure (10) par rapport au socle (20). 3. Matériel selon la revendication 1, la cellule de mesure (10) étant fixée sur un support de cellule de mesure (61) et étant amovible par rapport à la plaque de positionnement (11), caractérisé en ce quil possède des moyens de positionnement du support de cellule de mesure (60) par rapport au socle (20) B 13909.4 JB susceptible d'être fixés sur le support de cellule de mesure (61), de la même façon que la cellule de mesure (10).. 4. Matériel selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de positionnement du support de cellule (61) sont constitués d'une diode laser (60). 5. Matériel selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens moteurs pour le déplacement de la cellule de mesure (10) et des moyens de positionnement par rapport à la plaque de positionnement (11). 6. Matériel selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de fixation sont constitués d'une sangle réglable en tension (50). 7. Matériel selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de fixation comprennent des plots en caoutchouc (22) fixés sous une embase (28) du socle (20). 8. Matériel selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande et de traitement des données des valeurs de mesure comprennent: des moyens électroniques embarqués sur la cellule de mesure (10); - un ordinateur portable destiné à être positionné à distance par rapport au dispositif de mesure; - au moins un cable de liaison (30), de grande longueur, entre les moyens B 13909.4 JB électroniques embarqués et l'ordinateur portable. 9. Matériel selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens électroniques embarqués comprennent: - une carte micro-ordinateur; - une carte amplificatrice; - une carte interface de mesure; et - une carte de commande des moteurs. 10. Matériel selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'ordinateur portable comprend: - un clavier de commande (50); et - des moyens de stockage et de traitement des mesures (40).