Brevet FR2841337A1 — publié le 20031226

P10-1461 FR DISPOSITIF DE DETERMINATION DE MOUILLAGE D'UNE PAROI PAR UN LIQUIDE DESCRIPTION Le sujet de cette invention est un dispositif de determination de mouillage d'une paroi par un liquide. Certains domaines de la technique necessitent de s'interesser a cette question et de determiner par exemple si des parois de reservoirs, de tuyauteries, de sondes de mesure ou d r outils de reacteurs nucleaires vent mouillees en certains metaux pouvant etre le sodium, le potassium, le plomb, le bismuth ou leurs alliages. Selon le cas, le mouillage est indispensable ou au contraire prohibe. Le mouillage diun solide par un liquide est un phenomene qui depend de nombreux facteurs dons, outre la nature chimique du metal liquide et de la paroi, la purete du liquide, l'etat de surface de la paroi, la temperature, la nature et la presence de gaz occlus dans le liquide et le temps de mise en presence du metal liquide et de la paroi. Le mouillage peut etre defini comme l' adherence a l'echelle atomique du metal sur la paroi et n'est pas facile a determiner directement. On a envisage differents criteres et modes de mesure pour determiner le mouillage, son absence ou un etat intermediaire sur les parois d'un objet immerge dans un bain du metal liquide, en travaillant si necessaire sur une eprouvette temoin de ltobjet. On a ainsi eu l'idee de correler le mouillage a l'etalement d'une goutte ou l' ascension B 14020.3 JCI capillaire du metal liquide, mais sans obtenir de resultat tres precis cause des nombreux facteurs influant. L' invention appartient a une categoric differente de procedes et comprend deux modes fondamentaux de real isat ion, mai s qui vent etroitement apparentes puisqu'ils reposent sur la transmission d'ondes ultrasonores a travers l' interface de la paroi et du liquide. L'un d'entre eux est un dispositif de lo determination de mouillage d'une paroi par un liquide, caracterise en ce qu'il comprend: une capacite au liquide; un objet temoin de la paroi place dans la capacite; un emetteur et un recepteur d'ondes ultrasonores; et deux guides diondes traversant la capacite, situes en prolongement, liemetteur et le recepteur etant montes respectivement sur des extremites des guides d'ondes s'etendant hors de la capacite, et ['objet etant place entre les guides d'ondes; ['objet ayant une epaisseur choisie pour favoriser le passage des ondes provenant de l'emetteur. Et l'autre est un dispositif de determination de mouillage d'une paroi par un liquide, caracterise en ce qu'il comprend: une capacite au liquide; un objet temoin de la paroi place dans la capacite; un emetteur et un recepteur d'ondes ultrasonores; et deux guides d'ondes traversant la capacite, situes cote a cote, ltemetteur et le recepteur etant montes respectivement sur des extremites des guides d'ondes d'etendant hors de la capacite, et ['objet etant place devant les guides d'ondes, ['objet ayant une surface frontale B 14020.3 JCI choisie pour favoriser les reflexions des ondes entre les guides d'ondes. Dans bien des cas concrete, ou le liquide etudie est un metal fondu, il convient que la capacite soit equipee d'un moyen de chauffage; les guides d'ondes seront alors equipes d'un moyen de refroidissement situe hors de la capacite, et qui pourra consister en une bo1te entourant chacun des guides d'ondes entre la capacite et soit liemetteur, soit le recepteur. L'invention sera maintenant decrite dans tous ses developpements au moyen des figures suivantes: - la figure 1 est une vue generale d'un dispositif selon ['invention, - les figures 2A, 2B, 2C, et 2D illustrent des signaux mis en jeu, - et les figures 3A et 3B, 4, 5 et 6A, 6B et 6C illustrent d'autres modes de realisation de l 'invention. La figure 1 decrit un premier dispositif de realisation de ['invention. Il est forme dans une enceinte 1 qui permet d'y insuffler l' atmosphere de composition voulue et contient une cible 2 qui est un simulacre de la paroi a etudier et qui se trouve, soutenue par un support 3, dans une capacite 4 incluse dans ltenceinte 1. Deux guides d'ondes 5 et 6 se faisant face penetrent dans la capacite 4 et siarretent a quelque distance de la cible 2. L'etancheite de la capacite 4 est garantie par des manchons de passage 7 pour les guides d'ondes 5 et 6, dont les extremites B 14020.3 JCI vent soudees a la capacite 4 et a une collerette 20 saillante a une section des guides d'ondes 5 et 6 hors de la capacite 4. Des soufflets 8 prolongent les manchons de passage 7 et s'etendent jusqu'a des brides 9 raccordees a des boltiers 10 eux-memes fixes par l'arriere a l'enceinte 1. Le fond des boltiers 10 (pres des brides 9) est occupe par des boltes a eau 11 dont le contenu est renouvele par des conduites d' entree et de sortie 12 et 13. Les guides diondes 5 et 6 traversent les bo1tes a eau 11 qui vent evidees en leur centre, et leurs extremites vent equipes de supports 14 de traducteurs d'ondes ultrasonores 15 et 16 dont le premier est destine a ['emission des ondes ultrasonores et le second a leur reception. La reference 17 designe globalement une structure de support de la capacite 4 dans l'enceinte 1 et la reference 18 un moyen de chauffage de la capacite 4 pour mener liexperience a la temperature souhaite. La double soudure des manchons de passage 17 rend la capacite 4 etanche, et les boltes a eau 11 constituent un moyen de refroidissement qui agit comme un barrage a la chaleur s'ecoulant par le guide diondes 5 et 6 et qui aurait pu atteindre les traducteurs 15 et 16. Les soufflets 8 couvrant la partie chaude des guides d'ordres 5 et 6 protegent l'exterieur. Un ecran thermique 19 est dispose aussi autour de la capacite 4. Les figures suivantes montrent quelques exemples de signaux obtenus avec l' invention a travers un liquide mouillant, la trace superieure representant le signal emis et la trace inferieure le signal recut A la figure 2A la cible 2 etait enlevee; dans le cas de B 14020.3 JCI la figure 2B la cible 2 etait installee a l'etat mouille; dans le cas de la figure 3, elle etait installee mais non mouillee; enfin, la figure 2D illustre un mouillage intermediaire (partiel) de la cible 3. L' absence totale ou partielle de mouillage etait reproduite par simulation, en couvrant la cible 2 diun feuille adhesive sous laquelle du gaz etait occlus. L'epaisseur de la cible 2 est choisie pour offrir une transparence maximale et elle est plus precisement egale a la demi- longueur d'onde des ultrasons mis en uvre. La figure 2A montre du liquide, qui produit une attenuation moderee des ondes laissant apparaltre un signal recepteur important (462 millivolts a l'origine). Chacun des signaux comprend aussi, apres le premier train d'ondes qui represente l'impulsion fournie, des echos successifs produits par des reflexions multiples aux extremites du guide diondes 5 ou 6. La figure 2B montre l' influence de l' attenuation par la cible 2, qui ne laisse subsister qu'un signal de 70 millivolts. On remarque aussi que le signal mesure du c8te du guide d'ondes 5 emetteur comprend des echos provenant de reflexions des ondes sur la cible 2. La figure 2C montre la disparition presque totale du signal recu, lienergie emise etant alors absorbee sur les surfaces de la cible 2. Enfin, les resultats obtenus a la figure 2D vent intermediaires avec une valeur a liorigine de 40 millivolts. B 14020.3 JCI Ainsi, le degre de mouillage de la cible 2 apparalt comme proportionnel a l'intensite du signal qui a pu traverser la cible 2, en fonction bien sur de l'intensite du signal emis. C'est l'intensite a l'origine du signal recu qui doit etre consideree. Certaines modifications de la conception exposee completement ci-dessus seront maintenant presentees plus succinctement. A la figure 3A, on volt ainsi que les guides d'ondes 5 et 6 peuvent etre disposes c8te a cote pour peu que la cible, ici referencee par 30, soit de forme appropriee, par exemple concave, et renvoie les ondes originaires du premier guide d'ondes 5 vers le second (6) apres avoir subi deux reflexions dans une entaille 31. Comme le montre la figure 3B, un montage etanche des guides d'ondes 5 et 6 a travers la paroi de la capacite 4 est obtenu en soudant lesdits guides, a l'endroit d'une collerette 32, a une bride 33 bouchant une ouverture de la paroi de capacite 4. Les guides d'ondes 5 et 6 passent a travers des ouvertures respectives de la bride 33. Un joint d'etancheite 34 est serre entre la capacite 4 et la bride 33. Dans le mode de realisation de la figure 4, les guides d'ondes 5 et 6 ne vent plus paralleles mais concourants, la cible 35 etant cette fois concave et une seule reflexion d'ondes etant produite sur elle. A la figure 5, les deux guides d'ondes 5 et 6 vent disposes a angle droit, une reflexion etant produite sur une cible 36 qui est cette fois de forme plane. Les figures 6A et 6B illustrent des realisations complementaires diune autre conception, ou B 14020.3 JCI les guides d'ondes 5 et 6 semblables vent remplaces par des guides d'ondes concentriques, dont un guide d'ondes interieur 38 analogue aux precedents (cylindrique) et un guide diondes exterieur 39 tubulaire. Dans la realisation de la figure 6A, le guide diondes interieur est emetteur et les ondes subissent une double reflexion sur une cible 40 munie d'une entaille circulaire 41 presentant, comme a la figure 3A, une section triangulaire. Mais dans la realisation de la figure 6B, le guide d'ondes exterieur 39 est emetteur et les ondes se reflechissent vers l' entree du guide d'ondes interieur 38 apres avoir subi une reflexion sur une cible 42 pourvue d'une empreinte arrondie comme la cible 35 precedente. Le mode de realisation de l'arriere du dispositif pourrait etre celui de la figure 6C, le guide diondes exterieur 39 comprenant une collerette 43 soudee a une bride 44 vissee a la paroi de la capacite 4 et enserrant un joint 45 dans le perimetre de la partie tubulaire devolue a la conduction d'ondes; le guide d'ondes exterieur 39 comprend encore une collerette interne 46 d'appui du guide d'ondes interieur 38 et une collerette 47 de centrage du m8me guide diondes interieur 38 est situee sous la precedente. Une couronne 48 d'appui du guide d'ondes interieur 38 est posee sur la collerette interne 46. Un traducteur 49 unique est pose. I1 est a double fonction, c'est-a-dire qu'il comprend un noyau 50 unique sous lequel les elements piezo-electriques 51 et 52 d'emission et de reception vent deposes. Des amortisseurs 53 et 54 vent loges derriere les elements B 14020.3 JCI piezo-electriques 51 et 52 dans les cavites du noyau 50. Des conducteurs electriques 55 et 56 relient les elements piezo-electriques a des portions de generation et de mesure de signal non representees. Enfin, une lame avant 57 couvre les elements 51 et 52 et assure le lien avec les guides d'ondes 38 et 39. Tous ces derniers modes de realisation vent concus pour une interpretation des signaux en mode de reflexion, qui differe de celle du mode en transmission de la realisation de la figure 1. Ici, aucun signal ne revient vers le recepteur en l' absence de la cible. En presence de la cible, le signal de reception est touj ours present, mais presente un dephasage variable par rapport au signal emis selon le degre de mouillage. Quand le mouillage est complet, ce dephasage est nul, alors que le dephasage est maximal en l' absence de mouillage. Une analyse temporelle detaillee des signaux doit done 8tre entreprise ici. En general, il importe qui les guides d'ondes resistent a la chaleur du liquide si celui-ci est un metal fondu. Ils peuvent etre metalliques par exemple, ou composes dune enveloppe renfermant un autre liquide. Il importe aussi que le liquide baignant la cible les mouille parfaitement, ce qu'on peut parfois assurer en les revetant d'un corps idoine, qui n'a pas d'autre fonction que d'assurer ce mouillage. B 14020.3 JCI REVENDICATIONS 1) Dispositif de determination de mouillage diune paroi par un liquide caracterise en ce qu'il comprend: une capacite (4) au liquide; un objet (2) temoin de la paroi place dans la capacite; un emetteur et un recepteur (15, 16) diondes ultrasonores et deux guides d'ondes (5, 6) traversant la capacite, situes en prolongement, l'emetteur et le recepteur etant montes lo respectivement sur des extremites des guides d'ondes s'etendant hors de la capacite, et ['objet (2) etant place entre les guides d'ondes; ['objet (2) ayant une epaisseur choisie pour favoriser le passage des ondes provenant de l'emetteur. 2) Dispositif de determination de mouillage diune paroi par un liquide, caracterise en ce qu'il comprend: une capacite (4) au liquide; un objet (2) temoin de la paroi place dans la capacite; un emetteur et un recepteur d'ondes ultrasonores; et deux guides d'ondes traversant la capacite, situes cote a cote, ltemetteur et le recepteur etant montes respectivement sur des extremites des guides d'ondes s'etendant hors de la capacite, et ['objet (2) etant place devant les guides diondes, ['objet ayant une surface frontale choisie pour favoriser les reflexions des ondes entre les guides diondes. 3) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caracterise en ce que la capacite (4) est equipee d'un moyen de chauffage, et les guides diondes d'un moyen de refroidissement situe hors de la capacite. B 14020.3 JCI 4) Dispositif selon la revendication 3, caracterise en ce que le moyen de refroidissement consiste en une bo1te entourant chacun des guides d'ondes entre le capacite et soit l'emetteur, soit le recepteur. ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, caracterise en ce que le guide d'ondes est couvert d'un rev8tement favorisant un mouillage du liquide dans la capacite. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 a 5, caracterise en ce qu'il comprend un systeme d'etancheite et dtisolation thermique autour des guides d'ondes. 7) Dispositif selon les revendication 4 et 6 caracterise en ce que le systeme d'etancheite comprend une collerette disposee autour d'une section des guides d'ondes et unie a une bride ou un manchon fixe a la capacite, ou a la capacite elle-m8me; et le systeme diisolation thermique comprend un manchon ou un soufflet isolant sietendant entre la collerette et la bo1te de refroidissement.