Procédé de mesure du temps de multiplication par un facteur donnE de la valeur d'une grandeur à variation
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rexponenmeme, eL aisposmr pour ia mise en oeuvre au
procédé.
La présente invention a pour objets un procédé de
mesure du temps de multiplication par un facteur donné de
la valeur d'une grandeur à variation au moins approximati
vement exponentielle, ainsi qu'un dispositif pour la mise
en oeuvre de ce procédé.
Une des applications possibles de l'invention est
par exemple, la mesure du temps de doublement de la puis
sance d'un réacteur nucléaire.
La mesure des temps de doublement des réacteurs a
été effectuée jusqu'à maintenant au moyen de dispositifs
relativement compliqués et dont le fonctionnement ne pré-
sente pas une précision suffisante pour qu'ils puissent
satisfaire aux exigences toujours plus poussées qui s'im-
posent dans cette branche de la technique.
Dans certains dispositifs de contrôle automatique,
par exemple des dispositifs de contrôle automatique du
gain d'un photomultiplicateur, on a déjà utilisé des cir
cuits électriques qui subissent des commutations déclen
chées par certains phénomènes. On connaît aussi des cir
cuits électriques notamment du type convertisseur analogi-
que-digital qui comprennent des ensembles série ou paral lèle de résistances dont les valeurs constituent une progression géométrique.
Or, on a trouvé qu'il était possible de mettre à profit les propriétés des circuits subissant des commutations sous l'effet de phénomènes déterminés, en utilisant dans la construction d'un dispositif du genre mentionné ci-dessus des séries de résistances dont les valeurs constituent une progression géométrique, pour obtenir une mesure du temps de doublement d'une grandeur à variation exponentielle telle que la puissance d'un réacteur qui soit plus précise et qui mette en oeuvre des moyens plus simples que celle que l'on obtenait avec les dispositifs connus jusqu'à maintenant.
Dans ce but, le procédé, objet de l'invention, est caractérisé en ce qu'on injecte un courant proportionnel à la grandeur à mesurer à l'entrée d'un réseau comprenantun amplificateur à contre-réaction et forte résistance d'entrée, en ce qu'on modifie les connexions entre certains éléments du réseau et l'amplificateur chaque fois que la tension de sortie du dit amplificateur atteint une valeur finale donnée de façon à ramener la dite tension à une valeur initiale déterminée et en ce qu'on mesure le temps qui s'écoule entre les périodes où la tension de sortie est ramenée à la dite valeur initiale.
Le dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend un amplificateur à forte résistance d'entrée, une série de (n+1) résistances dont la première présente une conductance donnée (Go) tandis que les autres ont pour valeur de conductance les n premiers termes d'une progression géométrique de raison 2 et de premier terme Got ces résistances étant réunies par une de leurs extrémités à l'une des bornes d'entrée de l'amplificateur, une connexion intermittente permettant de relier l'une quelconque des dites résistances à l'une des bornes de sortie de l'amplifica- teur, une seconde connexion intermittente permettant de relier en parallèle les résistances de rang inférieur une borne maintenue à un potentiel donné correspondant au dit potentiel initial,
et un dispositif de mesure du temps relié par un organe de transmission et de commutation à la sortie de l'amplificateur.
Afin de compenser l'imprécision des résistances, la borne de sortie non réunie à la masse de l'amplifi- cateur peut tre réunie à la masse par une résistance munie d'un curseur auquel est réunie la résistance constituant la voie de rétroaction de l'amplificateur.
Dans le cas od ce dispositif est appliqué à la mesure du temps de doublement de la puissance d'un réacteur nucléaire, le courant proportionnel à cette puissance est produit par une chambre d'ionisation.
Divers exemples de mise en oeuvre du procédé selon l'invention sont décrits ci-dessus, à titre d'exem- ple, en se référant au dessin annexé dans lequel :
La fig. 1 est une vue schématique d'un dispositif de mesure selon l'invention,
la fig. 2 est un tableau comportant une courbe de la tension de sortie de l'amplificateur au cours des opérations de commutation avec indication des conductan ces mises en jeu,
les fig. 3A et 3B sont deux schémas du dispositif de mesure expliquant le fonctionnement entre deux opérations de commutation,
la fig. 4 est un schéma analogue à la fig. 3B, et relatif à une variante,
la fig. 5 est un schéma explicatif du mode d'étalonnage,
la fig. 6 est un schéma d'un exemple de circuit de changement de commutation,
la fig.
7 est un schéma d'un exemple du circuit mesurant le temps.
Le dispositif de mesure du temps de doublement d'un phénomène à variation exponentielle, représenté à la fig. 1, comprend une source produisant un courant proportionnel à la grandeur mesurée. Dans le cas comme ici, où le dispositif est appliqué à la mesure du temps de doublement de la puissance d'un réacteur nucléaire, la source est une chambre d'ionisation compensée 1 dont le courant est supposé proportionnel à la puissance--------------------------------------------- du rÚacteur et q@i est reliÚe par un cÔble coaxial 2 Ó l'entrÚe 3 d'un amplificateur 4 linÚaire Ó tube Úlectrom¯tre d'entrÚe, et demain élevé, supérieur à 5 000 par exemple.
L'entrée 3 de cet amplificateur est reliée par un conduc- teur 5 au centre 6 d'une "@toile" 7 constituÚe de (n + 1) résistances R, R, R,,...... R. Sur la figure le nombre n a été lii. ité à 5, 1-lais pratiquenent ce noLobre n est supérieur à ce chiffre et peut entre de l'ordre de plusieurs dizaines.
Les conductances de ces résistances ont les valeures sui- vans s :
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On reLiarquera que les conductances des dernières r@@sta@@@@ constituent les n preuiers ternes d'une progression géométrique de raison 2 et de prenier terue G.
Un calcul simple établi à partir des (n + 1) égalisa cidessus montre que la conductance Gk est Úgale Ó la somme des conductances des résistances de rang inférieur : G1 à G. En d'autres ternes Ja conductance d'une résistance de rang i est égale à la concluctarce globale des résistances de rang inférieur réunis en parallèle.
La sortie 8 ile l'amplifi@@teur est reliÚe par un conducteur;) Ó un point 10 avec lequel chacune des résistances vient successive ent en contf. et, tandis que laB résistances de rang inférieur viennent au contact d'un élément conducteur 11 cn forme d'ar@ circulaire de centre 6 relié a une borne d'une source ce tension portée au potentiel -U.
Sur la figure la résistance R est connectée entre le point t 6 et 1'élément 11, c'est-à-dire entre l'entrée de l'amplificateur et relouent qui est au potentiel-U, tandis que la résistance R1 est connectée entre les points 6 et 10, c'est-à-dire entre l'entrée et la sortie de l'amplificateur.
Bien entendu, la pièce de contact 11 qui met les résistances, successivement, en parallèle, entre le point 6 et le point de poteltiel-U peut être rei. placée p-r tout dispositif de commutation perrettant d'obtenir le uêr. te résultat. L'éludent 11 constitue une représentation schéniutique du système de commutation qui peut 2tro, en fait, réalisé sous des foroes très diverses ; notaoaent, les cor. ti. ! utations peuvent être réalisées au ncyen de relais à haut isolement, chaque relais ne pouvant commuter qu'une seule résistance.
Lt : s noi.. breuses variantes possibles sont Ó la portÚe du spécialiste et il n'est donc pas nécessaire d'en faire des descrip- tions spéciales,
Enfin, l'amplificateur est connecté à un dispositif eoni. iu- tateur 13, lequel est lui-mÛme reliÚ Ó un dispositif de usure du temps 15.
D'une mani¯re gÚnÚrale, le dispositif dÚcrit fo@ctionne de lan.anièresuivante:
Au début de la divergence du rÚacteur l'extrÚmitÚ libre de la conductance Go est reliée à la sortie de l'amplificateur.
Quand la tension de sortie Vs de l'amplificateur devient supérieure à une valeur-U de l'ordre de (-IOV) le dispositif commutateur @@ connecte : a) la conductance Go Ó l'ÚlÚment 11, qui est au potentiel fixe de valeur-U, b) la conductance G1 au point 10, c'est-Ó-dire Ó la sortie de l'@@- plificateur.
A la ni¯me commutation la conductance Gn remplace la conductance Gn-1 entre les bornes 3 et 8 de l'amplificateur toutes les conductances de rang inférieur, de G à G (inclusivement) étant reliées Ó relouent 11 de potentiel fixe-Us ce faisceau de rÚsistances en parall¯le ayant une conductance gn = Gn
Le tableau de la Fig. 2 illustre les diffÚrentes phases de ce fonctionne. ent.
Ici la première case horizontale indique les instants des (n + 1) com@@@@tions successives numérotées de 1 à n + 1.
-la seconde c. se horizontale est un graphique représentant les variations de la tension de sortie V de l'amplificateur en fonction
s du temps; chaque fois que cette tension Vs atteint la valeur -U, il se produit une commutation qui réduit la valeur de cette tension
VS a zéro puis cette tension croft Ó nouveau, en valeur absolue, au cours de la nouvelle période.
-la troisième case horizontale indique pour chacune des périodes la référence de la conductance Gk de la résistance qui est branchée en dérivation sur l'amplificateur.
-la quatrièLe case horizontale indique les références des faisceaux de cond@ctances Go Ó Gk-1 des rÚsistances qui sont branchÚes en parall¯le entre l'entrÚe de l'amplificateur et le point Ó potentiel -U durant chacune des périodes, après une commutation quelconque, la k , les conductances G a G, snt ainsi branchées en parallèle, et leur conductance totale gk est égale à la valeur de la conductance
Gk branchée en dérivation sur 1'amplificateur.
Sur la Fig. 3A est reprÚsentÚ l'Útat du syst¯me de rÚsistances au dÚbut de la ni¯me mesure c'est-Ó-dire aussit¯t apr¯s la ni¯me commutation, Gn venant d'Ûtre co@mutÚe en dÚrivation sur l'amplificateur tandis que G vient d'être couuutée au conducteur 11 ; l'enseable des conductances Go à G ainsi connectées en parallèle est indiquÚ au schÚma par la rÚfÚrence gn.
Le courant Ich de la chambre est alors Úgal Ó 2 UGn-1' c'est-Ó-dire Ó UGn ; il est absorbÚ enti¯rement par gn, et est done reprÚsentÚ par le courant In (Fig. 3A) la tension de sortie est done nulle, comme indiquÚ sur la Fig. 2.
A la fin de la ni¯me pÚriode, le courant Ich va s'élever à la valeur 2UG = 21 = valeur absolue de la tension de sortie va s'élever de nouveau à-U et le dispositif de commutation vr être actionné.
Si l'on admet que le dispositif comprend une n+1 i¯me résistance, une nouvelle coLinutation s'effectue et une nouvelle @ période de mesure succ¯de Ó la période de rang n.
La tension dû sortie évolue dnnc biun entre 0 et -U comme le montre la courbe II de la Fig. cr.
Le te. ps séparant deux changements de gamme correspond au tcrps de doublelient du courant de chaubre donc au teaps de doubleccnt de la puissance dû réacteur.
Les commutations successives sont effectuées par le commu tâteur 13 de changement de gammes, et les intervalles de ta, ps qui séparer. t ces changements de garjrs sont mesurÚs par le dispositif 15 de sure de temps ; des exemples de ces dispositifs seront dÚ rits plus loin,
Dans ce qui précède, on a supposa que les valeurs des rÚsistances Ro Ó Rn ... Útaient rigoureusement Úgales Ó leurs valeurs thÚoriques. Pratiquement, cette condition ne peut Ûtre satisfaite et il est nécessaire de prévoir un élément de réglage pour chacune des rÚsistances utilisÚes.
A cet effet, (Fig. 4), la résistance qui est montÚe en dérivation sur l'@@ plifi@ateur est reliée, du côté de la sortie de cet @@plifi@ateur, au curseur 21 d'un potontiouëtre 22 dont l'extré- iitc 23 est reliée à la sortie 8. Ce potentionëtro présente une valeur de rÚsistance ÚlevÚe, 100 k?par exemple.
/décrit/
Ce dispositif/ git de la naniere suivante.
On supposera, par exemple, que le fonctionne... ent atteint la fin de la ni¯me phase de rLesure quand la chambre dÚbite un courant In+1 = 2 In : si Gn est trop fort, la tension de sortie n'atteindra pas la valeur -U et le dispositif de commutation ne sera pas actionne. Mais en réglant la position du curseur 21 on peut alors ajuster la tension de sortie à la valeur -U requise pour provoquer le changement de gaie.
En fait, a chacune des résistances est associe en perla- nence un potentiouetre, les commutations se faisant au niveau de l'extraite 23 de ces potentiomètres.
Ce potentiomètre peut être étalonné très siraplenent en le dÚconnectant de la chaubre d'ionisation et en portant l'bluent 11 non plus à un potentiel-U, nais a un potentiel +U. On obtient alors le r-ontage représenté à la Fig. 5. L'Útalonnage s'effectue alo@s de la @ani¯re suivante :
/le dispositif/
On supposera que/décrit est aene à l'c'tat correspon- dant Ó la ni¯me mesure, et que toutes les conductances ont été ajustÚes au moyen de leurs potentiom¯tres respectifs. La valeur de ?n est done ajustÚe et va done fournir Ó l'entrÚe de l'amplificateur un courant 1 = Ug (Fig. 5).
Ce courant passant dans G@n devrait, si l'étalonnage était bien rÚalisÚ, provoquer en sortie de e l'amplificateur l'apparition d'une tension fg21e à-U. S'il n'en est pas ainsi, on ajoute la tension de sortie à cette valeur par l'intermÚdiaire du rhéostat correspondant a la conductanceG'.
On voit qu'en partant de la position correspondant à la pr mesure on peut de proche en proche étalonner tout l'appareil.
Cet étalonnage ne nécessite qu'une seule opération par période de doublement.
Au lieu du dispositif de commutation 13, on peut utiliser, par exemple, le dispositif représenté schématiquement à la fig. 6.
Sur cette figure, le rectangle 31 représente l'ensemble comprenant la chambre d'ionisation 1, l'amplificateur 4 et son jeu de résistances.
32a, 32b sont des circuits à seuils S1 et S2 montés en paral 14le à la sortie de l'amplificateur : 32a déclenche lorsque la tension de sortie devient inférieure A-U et 32b déclenche lorsque cette tension devient supérieure à zéro.
Les deux circuits à seuils S1 et S2 commandent respectivement un compteur électronique 33 de façon qu'il compte et décompte.
Si l'une quelconque des valeurs de seuils S1 eu S2 est fran- chie un circuit OU 34 ouvre une porte électronique 35 qui met un multivibrateur 36 à 10 Hz en communication avec le compteur 33.
La position des bascules de ce compteur est décodée par une matrice 37 dont les sorties sont reliées aux bobines de relais 38a, 38b... à haut isolement, qui commandent la commutation des résistances Ro Rn tant que la tension de sortie n'est pas comprise entre l'intervalle 0 à-U.
Ce dispositif de changement de gammes fonctionne soit à la montée soit à la descente en puissance du réacteur, l'étoile des résistances tournant soit dans un sens soit dans l'autre.
L'invention n'est pas non plus limitée à l'emploi d'un dispositif de mesure de temps d'un type particulier. Ainsi, on peut utiliser, par exemple, le dispositif représenté schématiquement à la fig. 7. La mesure à effectuer est celle des intervalles de temps séparant les commutations successives définies par les déclenchements des circuits à seuils 32a à la montée, 32b à la descente en puissance du réacteur.
Une échelle de comptage 41 est actionnée par une base de temps 42 qui, suivant la gamme choisie, peut être de 1 kHz, 100
Hz ou 10 Hz. A cette échelle de comptage sont annexés un registre 43, une commande 44 de transfert de l'échelle 41 au registre 43 et un circuit de commande 45 de la remise à zéro de 1'échelle 41J légèrement retardé, les commandes 44 et 45 étant reliées aux circuits 32a, 32b par l'intermédiaire d'une porte OU, 46.
Quand un seuil 32a ou 32b bascule, le compte de l'échelle de comptage 41 est transféré dans le registre 43 et l'échelle est ensuite remise à zéro. Le temps nécessaire au transfert et à la remise à zéro peut être considéré comme négligeable (de l'ordre de 10 micro-secondes par exemple). Après le transfert, la mesure n-1 est dans le registre alors que l'échelle recommence aussit8t à compter pour réaliser la mesure n. Au cours de cette nouvelle a mesure, la mesure n-1 peut Xtre imprimie par le registre sur une machine imprimante.
On voit que le dispositif de mesure décrit comporte notamment les avantages suivants : -la dynamique de l'appareil peut être aussi grande que l'on veut : le nombre de temps de doublement peut être important, par exemple de 20 ou supérieur à ce chiffre, -l'utilisation de l'amplificateur opérationnel de grand gain permet, grâce aux excursions de tension très faibles de l'entrée de l'amplificateur, de réduire à une faible valeur les limitations provoquées par la capacité répartie du câble de liaison de la chambre (temps de réponse) et par sa résistance d'isolement (courant minimal de prise en charge du courant de chambre).
-On peut étalonner très facilement le dispositif sans utiliser des appareils extérieurs.
Les,., iodes de de lisp. tison représentas et décrits
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n'ont etb c'iciis qu'a titre d'exemple.
En particulier, le dispositif co@@utateur de changement dega.eet le dispositif de. sure de te,. ps peuverît être de tous types appropriÚs aux fonctions remplies par ces dispositifs dans le dispositif de.-.esure de doublement de te... ps suivant l'invention.
Il est entendu Úgalement que le dispositif de mesure suivant l'invention est applicable Ó la mesure du tet. ips de doubleuent de tout phi'noumène à allure exponentielle, l'application à un réacteur n'ayant ÚtÚ choisie qu'Ó titre d'exei : iple.
Par exe@ple, co dispositif, qui peut, comme indiquÚ ci-dessus, fonctionner dr. ns le sens de la décroissance du phénomène à allure exponentielle, peut être utilisÚ pour suivre la d@croissance de corps radio-actifs.
Le phennuène à étudier au npyen de ce dispositif peut être de toute nature : électrique, thernique, mÚcanique, chinique, etc...