Procédé de mesure de pression dans les phénomènes d'explosion
et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé
L'invention a pour objet un procédé de mesure de pression dans les phénomènes d'explosion et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
On sait que les mesures de pressions dans les phénomènes d'explosion sont rendues très délicates en raison des conditions d'expérience particulière- ment difficiles. Ces mesures s'effectuent généralement de manière qualitative, en comparant, par exemple, les effets mécaniques produits sur différents matériaux plus ou moins résistants, disposés à proximité de l'explosion. En tenant compte de la déformation mécanique de ces matériaux, on peut déduire une valeur approximative de la pression maximale consécutive à l'explosion. La présente invention a pour but de permettre des mesures plus précises, plus rapides, et d'une lecture extrêmement simple.
Elle a pour objet un procédé de mesure de pression dans les phénomènes d'explosion, caractérisé en ce qu'il consiste à transformer la pression à mesurer en une pluralité de pressions différentes d'ans des rapports connus, à faire agir chacune des pressions ainsi obtenues sur un échantillon de mesure identique en un matériau présentant une discontinuité de conductivité pour un seuil de pression déterminé et à repérer les échantillons dont la conductivité a dépassé le seuil de discontinuité et oeux dont la conductivité est restée inchangée, pour en réduire la pression à mesurer.
Elle concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, comportant une pluralité de pastilles de transformation de pression disposées sur au moins une plaque de référence destinée à être soumise à la pression à mesurer chacune de ces pastilles étant en un matériau différent, un échantillon présentant une discontinuité de conduc tivité pour un seuil de pression déterminé en con- tact avec chaque pastille et, dans chacun de ces échantillons identiques, deux électrodes reliées à un organe indicateur extérieur à l'échantillon.
La lecture des résultats est ainsi très rapide puisqu'il s'agit simplement d'une donnée plar tout ou rien et cependant, en utilisant de préférence des pastilles de transformation en matériaux de caractéristi- ques voisines qui multiplient la pression à mesurer par des coefficients 'suffisamment rapprochés, bien que s'étendant sur une gamme importante, on peut obtenir une mesure qui peut être extrêmement précise pour des chocs de natures très diverses.
Quelques mises en oeuvre particulières du procédé selon l'invention seront exposées ci-après, à titre d'exemple non limiabif, en regard du dessin annexé qui représente des formes d'exécution particulières de dispositifs pour ces mises en oeuvre.
La fig. 1 montre la courbe de variation de la résistance électrique d'un échantillon de soufre en fonction de la pression
la fig. 2 représente une première forme d'exécution comportant deux éléments détecteurs;
la fig. 3 est une représentation graphique destinée à expliquer le processus de transformation;
la fig. 4 représente un élément détecteur d'une seconde forme d'exécution;
la fig. 5 représente le montage électrique associé à l'élément détecteur de la fig. 4.
On a représenté sur la fig. 1 la courbe de variation de la résistance électrique, exprimée en ohms, d'un échantillon, en une substance telle que le sou±re, en fonction de la pression, en kilobars, du choc auquel il est soumis. Cette résistance correspond à celle mesurée entre deux électrodes de forme déte°- minée en bon contact électrique avec l'échantillon.
L'échelle des ordonnées est logarithmique.
On voit, sur cette courbe, que, pour une pression donnée de quatre-vmgt dix kilobars environ, l'échantillon devient brusquement conducteur; sa résistance, pratiquement infime pour des valeurs inférieures à ce seuil de basculement, atteint alors des valeurs relativement faibles et décroît ensuite à mesure que la pression appliquée augmente.
Le procédé est basé sur cette apparition de la conductivité dans un matériau tel que le soufre, lorsque la pression atteint sa valeur de basculement.
Pour cela on transforme la pression à mesurer en une pluralité de pressions dIfférentes par passage de l'onde de choc dans un certain nombre de matériaux appropriés, montés côte à côte, qui modifient sa pression dans des rapports déterminés. I1 est en effet bien connu qu'un changement de milieu de propagation modifie les caractéristiques des ondes de choc et que cette modification dépend de la nature du nouveau milieu rencontré. On connaît par ailleurs la polaire de choc, ou courbe donnant les valeurs correspondantes des pressions et des vitesses matérielles dans un solide soumis à un choc, de nombreux matériaux et notamment de nombreux métaux.
En faisant agir la pression de l'onde de choc sur des pastilles en matériaux différents de caractéristiques bien connues tels que le cuivre, le plomb, le zinc, l'uranium ou l'aluminium, par exemple, placés en ligne sur son passage, on multiplie celle-ci par une série de coefficients déterminés. Ce sont ces pressions transformées qui agissent sur des échantillons de mesure en un même matériau à seuil de conductivité déterminé, tous les échantillons ayant par suite la même pression de basculement.
Les matériaux de transformation sont choisis de façon à obtenir une série de pressions régulièrement réparties sur une gamme donnée, de telle sorte que des pressions voisines agissant sur les échantillons et certains de ceux-ci devenant conducteurs tandis que d'autres restent inchangés, il est aisé de déduire la pression à mesurer.
La fig. 2 représente un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé. Pour simplifier l'explication, on a supposé que ce dispositif comportait seulement deux matériaux de transformation, mais il est bien évident que le nombre de ceux-ci dépend de la mesure à effectuer, notamment de la précision que l'on veut obtenir ainsi que de l'étendue de la surface d'égale intensité du choc à un instant donné.
Le dispositif de la fig. 2 comporte deux détecteurs 1 et 2 disposés sur le trajet d'une onde de choc incidente 3 que l'on supposera plane. Le détecteur 1 est constitué par un échantillon 4 en un matériau de mesure à seuil de basculement, tel que le soufre, la paraffine ou tout autre matériau approprié, en amont duquel est placée une pastille de transformation 5. L'ensemble est disposé, parallèlement au plan de l'onde incidente, sur une plaque 6 en un matériau de référence, de l'aluminium par exemple, dans lequel on désire connaître l'intensité du choc. Le détecteur 2 est placé de la même manière sur la plaque 6; sa structure diffère de celle du détecteur 1 seulement par la nature du matériau constituant la pastille de transformation 7, les échantillons 4 et 8 étant identiques.
A l'intérieur des échantillons 4 et 8 sont disposées des électrodes de mesure, respectivement 9, 10, 11 et 12, servant à déceler le basculement de conductivité résultant du choc.
La fig. 3 montre une représentation graphique illustrant le processus de transformation de l'onde de choc jusqu'à sa rencontre avec l'échantillon.
Sur cette figure, on a tracé dans le plan d'ordonnée p, d'abscisse u, respectivement pression et vitesse matérielle, les polaires de chocs des matériaux de mesure, de transformation et de référence. Les repères entre parenthèses attribués à ces courbes sont ceux des éléments de la fig. 2.
Si le choc induit par l'onde 3 dans la plaque de référence 6 est représenté par le point A de la polaire de choc (6) du matériau constituant la plaque 6 ayant pour coordonnées la pression et la vitesse matérielle dans ce corps, le choc transmis dans la pastille 5 aura son point représentatif AS situé à la fois sur la courbe (5) caractéristique du métal constituant cette pastille et sur la courbe symétrique de la polaire de choc (6) par rapport à la verticale passant par A puisqu'un choc est réfléchi dans la plaque 6 par la pastille 5. Il en sera de même du point A7 caractéristique du choc transmis dans la pastille 7 qui se trouvera à l'intersection de la polaire de choc (7) du métal de la pastille 7 et de la courbe symétrique de la polaire (6) par rapport à l'ordonnée passant par le point A.
De la même manière, le choc transmis par les pastilles 5 et 7, respectivement aux échantillons 4 et 8, auront leurs points représentatifs A4 et A8 situés à l'intersection de la courbe caractéristique (4, 8) du matériau constituant les deux échantillons, l'un avec la courbe symétrique de la polaire de choc (5) par rapport à la verticale passant par le point A5, et l'autre avec la courbe symétrique de la polaire de choc (7) par rapport à la verticale passant par A7.
Si Z est le point représentatif du choc dans le matériau de mesure (courbe caractéristique (4, 8)), ayant pour ordonnée la pression de basculement de ce matériau, une construction inverse de la précédente donne deux points Z1, Z2 sur la polaire de choc (6) représentant les chocs incidents dans le matériau de référence, pour lesquels se produit le basculement des détecteurs 1 et 2 respectivement.
On voit que le point A4 est situé au-dessus du point Z et le point A8 au dessous, par suite le choc
A produira la conduction de l'échantillon 4, alors qu'entre les électrodes 1 1 et 12 la résistance sera pratiquement infinie, On peut dire de manière équivalente que ceci résulte de ce que le point A, représentant le choc incident dans la plaque de référence 6 est situé au-dessus du point Z1 et au-dessous du point Z2, les ordonnées de ces points pouvant être appelées seuils ramenés des détecteurs 1 et 2 au niveau de la plaque de référence 6.
On voit qu'il est possible de généraliser cette construction en utilisant des matériaux de transformation judicieusement choisis de façon à réduire les intervalles entre les seuils ramenés des divers détecteurs tout en couvrant une gamme étendue de pressions.
On a supposé, dans ce qui précède, que les éléments détecteurs 1, 2, etc., étaient placés sur une même plaque de référence. En fait, pour des raisons d'ordre technologique et pour une grande souplesse d'emploi, on réalise des montages indépendants, disposés sur des plaques de référence de même nature.
La fig. 4 représente en détail, à titre d'exemple, un élément détecteur muni de sa plaque de référence.
Ce détecteur comprend un corps cylindrique 13, servant à l'assemblage de ses divers organes constitutifs et comportant des évidements cylindriques destinés à la mise en place d'un échantillon de mesure 14 en un matériau à seuil de basculement, tel que le soufre par exemple, et d'une pastille de transformation 15.
Une plaque 16 en un matériau de référence, tel que l'aluminium, forme couvercle; elle est fixée au corps par des moyens non représentés et assure en même temps le serrage des pastille 14 et échantillon 15. Le corps 13 est percé de deux canaux longitudinaux 17, 18, permettant le passage des électrodes de mesure 19, 20, disposées au sein de l'échantillon 14. Ces électrodes sont reliées à un montage électrique qui sera décrit ci après, transformant la variation de conductivité de l'échantillon 14 en une impulsion électrique visible par exemple sur l'écran d'un os il loscope.
On a été conduit à prendre certaines précautions en raison des conditions de mesure. En effet, sous l'action du choc incident, la pastille de transformation 15, en général métallique, peut dans certains cas se déplacer à une vitesse supérieure à celle des électrodes 19 et 20 et courcircuiter celles-oi ; dans ce cas, l'indication de l'oscilloscope serait évidemment fausse.
Pour lever cette ambiguïté, on dispose entre les pastille 14 et échantillon 15 une sondle de contact ayant pour rôle d'inscrire sur l'oscillogramme une impulsion de référence permettant de repérer le temps d'induction de l'onde dans le matériau 14; l'observation de l'intervalle de temps séparant l'impulsion de référence du signai de conduction permet de lever le doute. On voit sur la fig. 4 le canal transversai 21 permettant le passage de cette sonde de contact (constituée par exemple de deux fils adjacents venant en contact au passage de l'onde). Une autre sonde de contact 22 a été insérée entre la plaque de référence 16 et la pastille d'adaptation 15 pour déclencher l'oscilloscope.
La fig. 5 montre le schéma électrique associé au détecteur de la fig. 4.
Sur cette figure, les deux électrodes de mesure 19 et 20 sont, l'une reliée à la masse, et l'autre à un circuit classique comportant un condensateur 23 dont une armature est reliée à une source de tension à travers une résistance 24, tandis que l'autre est mise à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 25 dans laquelle se décharge le condensateur 23 lorsque l'espace entre les électrodes 19 et 20 est rendu conducteur. La tension apparaissant aux bornes de la résistance 25 est alors appliquée à l'entrée d'un oscilloscope 26.
Le circuit associé à la sonde de contact du canal 21 de la fig. 4 est monté en parallèle sur la résistance 25. I1 se compose des mêmes éléments que précédemment, c'est-àzdax1e d'un condensateur 27 chargé par une source de tension à travers une résistance 28 ; une diode 29 empêche le condensateur 23 de se décharger dans le condensateur 27 lorsque la sonde 21 est en courtçrcuit. On n'a pas représenté sur la figure le circuit de déclenchement de l'oscilloscope, associé à la sonde 22 qui est classique.
On voit de oe qui précède qu'il suffit de disposer d'une série de montages identiques constitués de détecteurs analogues à celui de la fig. 4, associés à des circuits tels que celui de la fig. 5, pour réaliser ce qu'on peut appeler un manomètre de chocs; seuls les matériaux constituant les pastilles de transformation 15 seront différents. Les détecteurs seront par exemple disposés côte à côte de manière que l'inten- sité du choc induit dans leur plaque de référence 16 soit la même. La mesure s'effectuera en identifiant les détecteurs correspondant au plus haut seuil de basculement parmi ceux ayant produit une impulsion de conduction et parmi ceux n'ayant pas réagi.
La pression de l'onde dans la plaque de référence ou pression à mesurer est comprise entre ces deux seuils.
En choisissant des matériaux de transformation de caractéristiques assez voisines, on obtient ainsi une mesure rapide qui peut être extrêmement précise.