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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2520505A1
Family ID 3105426
Probable Assignee Euratom
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title CAPTEUR DE TEMPERATURE A ULTRASONS POUR MESURER DE TRES
HAUTES TEMPERATURES
Abstract
_________________________________________________________________
CE CAPTEUR COMPORTE UNE SONDE FORMEE D'UN FIL ET UNE GAINE DE
PROTECTION ENTOURANT LA SONDE ET FORMEE D'UN TUBE.
SELON L'INVENTION, LA SONDE FILIFORME 9 EST BRIEVEMENT DEPLACEE
LONGITUDINALEMENT DE SA POSITION DE REPOS A INTERVALLES REGULIERS ET
CONTRE LA FORCE D'UN RESSORT DE COMPRESSION 17. LE COLLAGE -
NORMALEMENT INEVITABLE - DE LA SONDE FILIFORME 9 A SA GAINE 6 EST
AINSI EMPECHE OU SUPPRIME, MEME AUX TEMPERATURES ELEVEES.
L'INVENTION EST APPLICABLE A LA MESURE DES TEMPERATURES DANS LES
REACTEURS NUCLEAIRES.
Description
_________________________________________________________________
L'invention concerne un capteur de temperature a ultrasons, comprenant
une sonde formee d'un fil etendu en longueur, une gaine formee d'un
tube entourant la sonde et un systeme magne- tic au moyen duquel,
d'une part, des impulsions ultrasonores Sont appliquees a une
extremite de la sonde filiforme, d'autre part, des echos d'ultrasons
sont transmis de la sonde a un dis- positif electronique
d'exploitation, avec utilisation du temps de retard entre les echos de
points de reflexion definis de la sonde comme mesure de la temperature
a mesurer.
Les thermometres a ultrasons servent a mesurer de tres hautes
temperatures, au-dela de 15000 C, comme celles qui existent par
exemple dans les colonnes de combustible de reacteurs nucleaires, De
tels thermometres sont connus par le brevet des Etats-Unis d'Amerique
4 020 692 par exemple La sonde formee d'un fil est protegee contre
l'environnement par un tube ou gaine de protection Aux temperatures
auxquelles ces appareils doivent fonctionner, il peut se produire des
transformations de matiere et des phenomenes de diffusion qui
conduisent au collage de la sonde filiforme a sa gaine et affectent
ainsi la propagation du signal ultrasonore sur la sonde filiforme Les
echos parasitaires qui en resultent peuvent se superposer aux signaux
de mesure et compromettre l'exploitation de ces derniers Dans le
passe, ce col- lage de la sonde dans la gaine avait rapidement pour
consequence, aux temperatures elevees, que le thermometre devenait
inutilisable et devait etre remplace C'est pourquoi il est recommande,
dans le brevet cite cidessus, de placer des entretoises entre la sonde
filiforme et la gaine aux endroits o une reflexion de signal doit
avoir lieu ou un echo parasitaire peut etre tolere L'incertitude sur
ce qui passe a l'endroit o le collage peut avoir lieu est ainsi
supprimee Cependant, une telle disposition est seulement applicable de
facon limitee car il n'y a pas toujours suffisam- ment d'endroits sur
la sonde filiforme o un echo peut etre tolere.
De plus, les entretoises favorisent precisement le collage indesire de
la sonde dans la gaine.
Une autre solution de ce probleme est decrite dans la demande de
brevet allemand DE-OS 27 35 908 On utilise dans ce cas la dilatation
thermique de la sonde filiforme et de la gaine pour produire entre
elles un mouvement relatif a des variations de temperature importantes
Les mouvements relatifs suppriment les collages qui ont pu se produire
et rendent ainsi le thermometre de nouveau utilisable Ce procede ne
peut cependant etre applique avec succes que si la temperature dans
l'environnement du ther- mometre peut etre changee a intervalles
reguliers Dans le cas d'un thermometre pour une barre de combustible
nucleaire, une telle variation de temperature ne se produit qu'en cas
d'arret du reacteur nucleaire.
L'invention vise a indiquer un thermometre a ultra- sons du type
indique au debut mais qui empeche ou supprime les col- lages entre la
gaine et la sonde sans que cela demande des entre- toises ou de
brusques variations de temperature.
Selon l'invention, le fil formant la sonde est rallonge mecaniquement
vers l'arriere a travers le systeme magnetique et il aboutit sur une
piece mobile d'un generateur d'impulsions mecaniques qui
delivreperiodiquement des impulsions de poussee ayant pour effet que
la sonde filiforme est brievement deplacee longitudinalement de sa
position de repos contre la force d'un ressort de compression.
Les deplacements longitudinaux de la sonde s'effectuent de preference
en dehors des cycles de mesure et a des intervalles reguliers dans le
temps Ainsi, les ponts ayant pu se former entre la sonde filiforme et
la gaine sont rompus rapidement ou sont empoches de se former.
D'autres caracteristiques et avantages de l'invention ressortiront
plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de
realisation prefere mais nullement limitatif, ainsi que de la figure
unique du dessin annexe, qui est une coupe axiale d'un thermometre
selon l'invention.
Le dessin represente une colonne de combustible d'un reacteur
nucleaire and #x003E; constituee d'un empilage de pastilles cylin-
driques de combustible 1 de section circulaire dans un tube a com-
bustible 2, Ce tube possede un axe 3 oriente verticalement et est
ferme en bas par un bouchon terminal 4 En haut, le tube a com-
bustible 2 est soude a un bouchon 5 dans lequel un tube 6 formant la
gaine de la sonde est monte fixe, coaxialement, a l'aide d'un tube de
guidage 7 de faible longueur La gaine 6 traverse toute la pile de
pastilles et se termine en bas a une faible distance du bouchon de
fermeture 4.
Entre le bouchon 5 et la pastille de combustible 1 la plus haute de la
pile se trouve un ressort de compression 8 qui entoure
concentriquement le tube de guidage 7 et permet le change- ment de
hauteur de la pile de pastilles sous l'effet de changements de
temperature.
La gaine tubulaire 6 est traversee sur toute sa lon- gueur par un fil
9 formant la sonde Ce fil presente des constrictions aux endroits o un
echo doit etre produit Le dessin ne montre qu'une seule constriction
10, situee juste au-dessus de la pile de pastilles.
Le temps de propagation d'impulsions ultrasonores entre cette cons-
triction 10 et l'extremite inferieure de la sonde filiforme permet de
determiner la temperature moyenne de la pile de pastilles.
Au-dessus du bouchon 5, le fil formant la sonde tra- verse un systeme
magnetique qui est constitue d'un aimant permanent Il et d'un
electroaimant 12 La bobine de ce dernier est concentrique a l'axe 3
Elle recoit d'une part les impulsions ultrasonores qui doivent
parcourir la sonde filiforme et elle sert d'autre part de bobine de
mesure pour les signaux que representent les echos Le montage
d'exploitation electronique et le generateur d'impulsions n'ont pas
ete representes pour simplifier Ils sont relies a la bobine par un
cable de raccordement 13 La sonde filiforme est en materiau
magnetostrictif dans la region du systeme magnetique.
L'extremite superieure de la sonde filiforme 9 est pourvue d'une tete
de centrage 14 qui est disposee axialement mobile dans un tube 15
prolongeant le tube a combustible 2 vers le haut - qui forme le corps
de thermometre La tete de centrage 14 constitue en meme temps la
membrane ou la piece mobile d'un soufflet 16 Un ressort 17 est appuye
d'un cote sur l'electroaimant 12 et de l'autre cote sur la tete de
centrage 14, laquelle est pressee par ce res- sort contre des butees
18 prevues a l'interieur du tube 15 en l'absence d'autres forces.
Le soufflet 16 est essentiellement cylindrique et se termine en haut
par un bouchon 19 fixe dans le tube 15 formant le corps du thermometre
Le bouchon 19 est traverse d'un tube capillaire 20 par lequel des
impulsions de pression sont appliquees pendant le fonctionnement au
soufflet 16, de sorte que la tete de centrage 14 est brievement
deplacee axialement de sa position de repos a chaque impulsion Les
impulsions pneumatiques appliquees au soufflet 16 sont ainsi
transformees en impulsions mecaniques de poussee et/ou de traction sur
la sonde filiforme 9.
Le soufflet 16 n'est pas dispose coaxialement dans j.e tube 15 formant
le corps du thermometre mais en une position legerement excentree,
afin de laisser la place necessaire au pas- sage du cable 13 du
systeme magnetique Pour cette raison, le soufflet 16 est fixe de facon
excentree a la tete centree 14 Le tube 15 est ferme en haut par un
disque de recouvrement 21 tra- verse par le c Able 13 et le tube
capillaire 20.
Pendant le fonctionnement, des impulsions de pres- sion sont
appliquees a des intervalles de temps courts ou longs, suivant les
besoins, au tube capillaire 20, provoquant chaque fois un deplacement
longitudinal bref de la sonde filiforme 9, de sorte que les ponts
eventuellement formes entre la sonde et la gaine 6 sont detruits Des
mesures de la temperature ne sont naturellement pas possibles pendant
la duree des impulsions de pression Comme ces dernieres ne durent pas
longtemps, le thermometre est neanmoins disponible pratiquement de
facon illimitee.
Il est egalement dans le cadre de l'invention de rem- placer le
soufflet par un autre generateur d'impulsions mecaniques, par exemple
par un systeme electromagnetique De plus, le fil for- mant la sonde
peut egalement presenter plus d'une constriction 10, par exemple en
vue du releve-du profil des temperatures sur toute la hauteur du coeur
du reacteur Comme il n'y a pas d'appuis entre le fil formant la sonde
et la gaine, le thermometre selon l'inven- tion permet d'obtenir une
definition locale poussee d'un tel profil.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATI O NS
1 Capteur de temperature a ultrasons, comprenant une sonde (9) formee
d'un fil etendu en longueur, une gaine (6) formee d'un tube entourant
la sonde et un systeme magnetique (12) au moyen duquel, d'une part,
des impulsions ultrasonores sont appliquees a une extremite de la
sonde filiforme, d'autre part, des echos d'ultra- sons sont transmis
de la sonde a un dispositif electronique d'exploi- tation, avec
utilisation du temps de retard entre les echos de points de reflexion
definis de la donde comme mesure de la temperature a mesurer,
caracterise en ce que le fil formant la sonde (9) est ral- longe
mecaniquement vers l'arriere a travers le systeme magne- tic (12) et
aboutit sur une piece mobile (14) d'un generateur d'impulsions
mecaniques (16) qui'delivre periodiquement des impul- sions de poussee
ayant pour effet que la sonde filiforme est brieve- ment deplacee
longitudinalement de sa position de repos contre la force d'un ressort
de compression (17).
2 Capteur selon la revendication 1, caracterise en ce que le
generateur d'impulsions mecaniques est un soufflet cylin- drique (16)
qui recoit des impulsions pneumatiques a travers un tube (20).
3 Capteur selon la revendication 2, caracterise en ce que l'axe du
soufflet (16) est legerement decale par rapport a l'axe (3) de la
sonde filiforme (9) et en ce que la piece mobile ou membrane (14) du
soufflet forme une tete de centrage qui est centree sur l'axe de la
sonde filiforme.
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