EP0010461B1 - Câble coaxial antimicrophonique pouvant fonctionner à haute température - Google Patents

Câble coaxial antimicrophonique pouvant fonctionner à haute température Download PDF

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EP0010461B1
EP0010461B1 EP19790400610 EP79400610A EP0010461B1 EP 0010461 B1 EP0010461 B1 EP 0010461B1 EP 19790400610 EP19790400610 EP 19790400610 EP 79400610 A EP79400610 A EP 79400610A EP 0010461 B1 EP0010461 B1 EP 0010461B1
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EP
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core
beads
coaxial cable
metallic
cable according
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EP19790400610
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Georges Melet
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B11/00—Communication cables or conductors
    • H01B11/18—Coaxial cables; Analogous cables having more than one inner conductor within a common outer conductor
    • H01B11/1834—Construction of the insulation between the conductors
    • H01B11/1856—Discontinuous insulation

Definitions

  • the invention relates generally to coaxial cables which are used in electronics techniques for transmitting electrical signals of very low intensity and applies more particularly to those of these cables which operate in medium hostile and high temperature.
  • Such a coaxial cable known per se is shown in FIG. 1 and consists of two electrodes, namely a central core 1 and an outer braid 3 separated by a dielectric medium 2 surrounding the central core.
  • the central core 1 is generally made of sometimes tinned red copper
  • the dielectric 2 is made of a material with high resistivity such as Teflon
  • the external conductive braid 3 is generally made of sometimes silvery red copper.
  • This antimicrophonic protection in itself known, however, has the disadvantage that it does not overcome the electric charges induced by the friction phenomena developing between the core 1 and the dielectric 2; on the other hand, when it comes to making a coaxial cable operating in a hostile environment having vibrations and in particular at a high temperature of the order of several hundred degrees Celsius as is the case for the transmission of measurements coming from a nuclear reactor core, it is then impossible to use such an intermediate plastic envelope and the problem of microphonic protection of the cable is then completely called into question.
  • the coaxial cables undergo a transformation essentially concerning their dielectric, which then consists of a number of high density ceramic beads, generally in pure alumina, strung on the core of the cable and covered by an outer stainless steel braid.
  • Fig. 1 shows such a coaxial cable for high temperature of a type known per se.
  • a coaxial cable comprising a central core 1 of stainless steel or copper covered with stainless steel on which beads 2, made of pure alumina, constituting the dielectric are strung.
  • the pearls 2 preferably have the shape of a portion of a cylinder limited by respectively convex and concave end surfaces so as to be able to fit perfectly into each other.
  • the second electrode of this cable consists of an outer braid 3, also made of stainless steel and which may comprise several layers.
  • the present invention specifically relates to an antimicrophonic coaxial cable which can operate in a hostile environment and in particular at high temperature, without having the drawbacks of the prior art.
  • the coaxial cable also includes a certain number of metallic intermediate pieces threaded on the core and placed between each of the consecutive beads, which gives it a certain complementary flexibility.
  • the metallic coating of the friction surfaces can be produced in two different ways.
  • the metallic coating of said surfaces is produced by means of a deposit made on the parts of the surface thereof which are in contact with the core, the braid and / or the intermediate pieces, said deposit possibly being constituted for example by an alloy of molybdenum and manganese obtained from a pulverulent solution in an appropriate solvent which is left to dry and which is fixed by a treatment at a high temperature oven to make the combination of the alloy with the alumina surfaces of the pearls.
  • the metallic coating of the friction surfaces consists of rings and metal sleeves which are crimped directly around the pearls or which are forced into their central orifice.
  • an advantageous variant of the invention consists in using said metal sleeves threaded into the central orifice of each pearl to constitute at the same time the intermediate pieces making the desired spacing between two consecutive pearls.
  • FIG. 2 there are also the main constituent elements of a coaxial cable according to the invention and the corresponding elements which bear the same reference numbers as in the previous example.
  • the intermediate pieces 4 are constituted by small cylinders 4 of stainless steel pierced along their axis with an orifice allowing the passage of the steel core 1 and are thus threaded onto said core 1 alternately with the pearls 2.
  • the edges 10 of the intermediate cylinders 4 as well as the outer edges 11 of the beads 2 have a rounded or hemispherical shape, since the presence of sharp angles would deteriorate the metallic coating deposited on the dielectric 2.
  • the different previous conditions mean that neither the intermediate pieces 4, nor the outer ringed tube 3 come into contact with the ceramic constituting the pearls 2. In this embodiment it may sometimes be desirable to divide the intermediate elements 4 into two parts to give more flexibility to the entire cable.
  • Fig.3 shows an embodiment of the second embodiment of the invention in which the metallic coating of the pearls 2 is constituted with respect to the external surface by a stainless steel ring 12 mounted hot or by any other known means on the dielectric and shown in more detail in FIG. 4; the metallic coating of the central orifices as well as the spacers 4 are produced using sheaths 13, one of which is more particularly shown in FIG. 5, the sleeves 13 being made of a stainless steel cylinder force-fitted at very low temperature (in liquid nitrogen for example) inside the central orifices 5 of the alumina beads 2.
  • the sleeves 13 are made of stainless steel and fitted after fitting the rings 12; they are drilled right through along their axis with an orifice 14 intended for the passage of the stainless steel core 1 of the coaxial cable (fig. 5).
  • the external electrode 3 is also constituted by a ringed tube made of stainless steel and each alumina pearl 2 is a disc pierced along its axis with a hole whose diameter is equal to the outside diameter steel sleeves 13.
  • Fig. 6 finally shows a very interesting variant of the invention in which we manage to further improve the electrical qualities of the cable while eliminating the intermediate parts.
  • the dielectric 2 the form of spherical balls or (ellipsoid ) alumina which are metallized on all their surface portions in contact with the core 1 or the braid 2 in stainless steel as well as the neighboring pearls.
  • four pearls 2a to 2d are shown, the first two 2a and 2b on the left side of the drawing are seen in section and the last two 2c and 2d on the right side, are seen from the front in elevation .
  • the metallized parts are shown in reinforced lines. This configuration, which is easier to manufacture because it requires only one component, offers, in addition to its antimicrophonic qualities, the advantage of eliminating any capacitive effect which occurs in the other variants between the metallized external faces of the intermediate pieces and the metal sheath.
  • a coaxial cable according to the invention was the subject of a comparative test with a cable of known type as shown in FIG. 1 in which the alumina beads had no protection particular metal on their surface part in connection with the core and the external braid.
  • the cable sample was placed in a shielded enclosure and rigidly fixed at two points.
  • a mechanical device gave the cable an alternating movement with an amplitude of 4 mm, the period of which was 2 seconds.

Landscapes

  • Communication Cables (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Insulated Conductors (AREA)

Description

  • L'invention se rapporte d'une manière générale aux câbles coaxiaux que l'on utilise dans les techniques de l'électronique pour transmettre des signaux électriques d'intensité très faible et s'applique plus spécialement à ceux de ces câbles qui fonctionnent en milieu hostile et à température élevée.
  • Un tel câble coaxial en soi connu, est représenté sur la fig. 1 et se compose de deux électrodes à savoir une âme centrale 1 et une tresse extérieure 3 séparées par un milieu diélectrique 2 entourant l'âme centrale. L'âme centrale 1 est généralement constituée en cuivre rouge parfois étamé, le diélectrique 2 est composé d'un matériau à haute résistivité tel que le téflon et la tresse externe 3 conductrice est généralement en cuivre rouge parfois argenté.
  • Il est également connu qu'un tel câble présente ce que l'on appelle l'effet microphonique lorsqu'il est soumis même de façon très faible aux contraintes engendrées par un régime vibratoire. En effet, dans ce cas, les glissements relatifs qui existent entre les trois éléments rappelés précédemment, entraînent des frottements qui sont générateurs de charges électriques d'autant plus grandes que le diélectrique est plus parfait. Ces charges créent un champ électrique qui par induction crée des courants venant se superposer aux signaux électriques que le câble est précisément chargé de véhiculer et perturbe d'une façon parfois inacceptable la réception sûre du signal à transporter. Pour lutter contre ce phénomène, on a envisagé de placer entre le diélectrique 2 et la tresse 3, une enveloppe en matériau plastique chargée en carbone qui, étant par conséquent semiconducteur, limite le niveau des charges électriques engendrées et permet l'écoulement de celles-ci dans la tresse 3 avec laquelle il est en contact. Cette protection antimicrophonique en soi connue a toutefois l'inconvénient qu'elle ne permet pas de s'affranchir des charges électriques induites par les phénomènes de friction se développant entre l'âme 1 et le diélectrique 2; d'autre part, lorsqu'il s'agit de réaliser un câble coaxial fonctionnant en milieu hostile présentant des vibrations et notamment à une température élevée de l'ordre de plusieurs centaines de degrés Celsius comme c'est le cas pour la transmission de mesures en provenance d'un coeur de réacteur nucléaire, il est alors impossible d'utiliser une telle enveloppe plastique intermédiaire et le problème de la protection microphonique du câble est alors totalement remis en cause.
  • D'une façon générale d'ailleurs, pour supporter des températures de plusieurs centaines de degrés centigrades, les câbles coaxiaux subissent une transformation concernant essentiellement leur diélectrique, lequel est alors constitué d'un certain nombre de perles en céramique à haute densité, généralement en alumine pure, enfilées sur l'âme du câble et recouvertes par une tresse extérieure en acier inoxydable. La fig. 1 représente un tel câble coaxial pour haute température d'un type connu en soi.
  • Sur cette fig.1, on a représenté un câble coaxial comportant une âme centrale 1 en acier inoxydable ou en cuivre recouvert d'acier inoxydable sur lequel sont enfilées des perles 2, en alumine pure, constituant le diélectrique. Comme on voit sur la fig. 1, les perles 2 ont de préférence la forme d'une portion de cylindre limitée par des surfaces d'extrémités respectivement convexes et concaves de façon à pouvoir s'emboîter parfaitement les unes dans les autres. La deuxième électrode de ce câble est constituée d'une tresse extérieure 3, également en acier inoxydable et pouvant comporter plusieurs couches.
  • Jusqu'à présent, de tels câbles qui de par leur constitution peuvent résister aux hautes températures, n'ont pas pu être munis de dispositifs antimicrophoniques.
  • On a déjà envisagé, pour des câbles coaxiaux fonctionnant sous tension ou fréquence relativement élevées et utilisant l'air comme diélectrique d'éviter les phénomènes de décharge électrique par étincelles en revêtant partiellement les surfaces des corps d'espacement enfilés sur l'âme du câble en contact avec la tresse d'une couche de métal noble. C'est le cas par exemple des câbles coaxiaux faisant l'objet des brevets DE-C-702 951 et GB-A-397 081. Les solutions décrites dans ces brevets sont toutefois inapplicables pour obtenir l'effet antimicrophonique dans les conditions physiques rappelées ci-dessus, et ce pour les deux raisons suivantes :
    • a) les câbles en question sont à diélectrique à air, et les corps d'espacement prévus de place en place ne sont là que pour servir d'entretoise, maintenant l'âme du câble au centre de la tresse ; or, à haute température, et sous rayonnement l'air s'ionise, ce qui perturbe le fonctionnement du câble de façon inacceptable.
    • b) les surfaces en présence et susceptibles de frotter l'une sur l'autre ne sont métallisées que partiellement et, notamment, de façon discontinue entre l'âme et les différents corps d'espacement. Il en résulte que de telles structures ne permettent absolument pas de supprimer les nuisances dues à l'effet microphonique, en particulier lors des torsions du câbles qui peuvent engendrer des frottements entre des portions de surfaces isolantes non revêtues et l'une des électrodes métalliques.
  • La présente invention a précisément pour objet un câble coaxial antimicrophonique pouvant fonctionner en milieu hostile et notamment à haute température, sans présenter les inconvénients de l'art antérieur.
  • Il se caractérise essentiellement en ce que toutes les surfaces de contact entre les perles et l'âme, entre les perles et la tresse extérieure et entre les perles consécutives sont pourvues d'un revêtement métallique conducteur, ledit revêtement étant en particulier continu sur l'âme du câble.
  • De cette façon en effet, les glissements ou frottements qui peuvent intervenir lorsqu'un tel câble subit des vibrations ou des contraintes mécaniques alternatives, n'engendrent pratiquement plus l'apparition de charges du type électrostatique ou du type piézoélectrique, puisque les glissements relatifs qui interviennent ont lieu entre les deux parties métalliques et non plus entre une partie métallique et un diélectrique et que l'âme est en quelque sorte protégée par une enveloppe métallique continue.
  • Dans des modes de mise en oeuvre de l'invention, le câble coaxial comporte également un certain nombre de pièces intercalaires métalliques enfilées sur l'âme et placées entre chacune des perles consécutives, ce qui lui confère une certaine souplesse complémentaire.
  • Selon la présente invention, le revêtement métallique des surfaces en frottement peut être réalisé de deux façons différentes.
  • Dans un premier mode de mise en oeuvre, le revêtement métallique desdites surfaces est réalisé à l'aide d'un dépôt fait sur les parties de la surface de celles-ci qui sont en contact avec l'âme, la tresse et/ou les pièces intercalaires, ledit dépôt pouvant être par exemple constitué par un alliage de molybdène et de manganèse obtenu à partir d'une solution pulvérulente dans un solvant approprié que l'on laisse sécher et que l'on fixe par un traitement au four à haute température pour réaliser la combinaison de l'alliage avec les surfaces d'alumine des perles.
  • Selon un second mode de réalisation de la présente invention, le revêtement métallique des surfaces en frottement est constitué par des bagues et des fourreaux métalliques que l'on sertit directement autour des perles ou que l'on rentre à force dans leur orifice central. Dans ce cas, une variante intéressante de l'invention consiste à utiliser lesdits fourreaux métalliques enfilés dans l'orifice central de chaque perle pour constituer en même temps les pièces intercalaires réalisant l'espacement voulu entre deux perles consécutives.
  • De toute façon, l'invention sera mieux comprise en se référant aux exemples d'application décrits ci-après, et donnés à titre d'exemples non limitatifs en se référant aux fig. 2 à 6 ci-jointes sur lesquelles :
    • la figure 2 représente un exemple de réalisation du premier mode de mise en oeuvre de l'invention selon lequel les perles de diélectrique sont recouvertes partiellement d'une couche métallique ;
    • la figure 3 représente un exemple de réalisation du deuxième mode de mise en oeuvre de l'invention dans lequel les perles de matériaux diélectriques sont serties de bagues et de fourreaux métalliques ;
    • la figure 4 représente le détail d'une bague d'acier inoxydable ;
    • la figure 5 représente le détail d'un fourreau d'acier inoxydable utilisé dans le dispositif de la fig. 3 ;
    • la figure 6 représente une variante intéressante de l'invention dans laquelle manquent les pièces intercalaires.
  • Dans le mode de mise en oeuvre représenté sur la fig. 2 on retrouve également les éléments constitutifs principaux d'un câble coaxial selon l'invention et les éléments correspondants qui portent les mêmes nombres de référence que dans l'exemple précédent.
  • Dans cet exemple toutefois, les pièces intercalaires 4 sont constituées par des petits cylindres 4 d'acier inoxydable percés selon leur axe d'un orifice permettant le passage de l'âme d'acier 1 et sont ainsi enfilés sur ladite âme 1 alternativement avec les perles 2. Dans ce mode de mise en oeuvre seuls les bords latéraux externe 6 et interne 7 ainsi que les portions de paroi 9 des perles 2 doivent être métallisés. Pour plus de souplesse dans l'assemblage, les bords 10 des cylindres intercalaires 4 ainsi que les bords externes 11 des perles 2 ont une forme arrondie ou hémisphérique, car la présence d'angles vifs détériorerait le revêtement métallique déposé sur le diélectrique 2. Les différentes conditions précédentes font que ni les pièces intercalaires 4, ni le tube annelé extérieur 3 ne viennent en contact avec la céramique constituant les perles 2. Dans ce mode de mise en oeuvre il peut parfois être souhaitable de diviser les éléments intercalaires 4 en deux parties pour donner plus de souplesse à l'ensemble du câble.
  • La fig.3 montre une réalisation du deuxième mode de mise en oeuvre de l'invention dans lequel le revêtement métallique des perles 2 est constitué pour ce qui concerne la surface externe par une bague d'acier inoxydable 12 montée à chaud ou par tout autre moyen connu sur le diélectrique et représentée plus en détail sur la fig. 4 ; le revêtement métallique des orifices centraux ainsi que les pièces d'espacement 4 sont réalisés à l'aide de fourreaux 13 dont l'un d'entre eux est plus spécialement représenté sur la fig. 5, les fourreaux 13 étant constitués d'un cylindre d'acier inoxydable emmanché à force à très basse température (dans l'azote liquide par exemple) à l'intérieur des orifices centraux 5 des perles d'alumine 2. Les fourreaux 13 sont en acier inoxydable et emmanchés après le montage des bagues 12 ; ils sont percés de part en part selon leur axe d'un orifice 14 destiné au passage de l'âme en acier inoxydable 1 du câble coaxial (fig. 5).
  • Dans la réalisation de la fig.3, l'électrode externe 3 est également constituée par un tube annelé en acier inoxydable et chaque perle d'alumine 2 est un disque percé selon son axe d'un trou dont le diamètre est égal au diamètre extérieur des fourreaux d'acier 13.
  • La fig. 6 montre enfin une variante très intéressante de l'invention dans laquelle on parvient à améliorer encore les qualités électriques du câble tout en supprimant les pièces intercalaires. On parvient à ce résultat en donnant au diélectrique 2 la forme de billes sphériques ou (ellipsoïdales) d'alumine qui sont métallisées sur toutes leurs portions de surface en contact avec l'âme 1 ou la tresse 2 en acier inoxydable ainsi que les perles voisines. Sur la fig.6, on a représenté quatre perles 2a à 2d dont les deux premières 2a et 2b sur la partie gauche du dessin sont vues en coupe et dont les deux dernières 2c et 2d sur la partie droite, sont vues de face en élévation. Sur cette fig. 6 les parties métallisées sont représentées en traits renforcés. Cette configuration, plus facile à fabriquer car elle ne nécessite qu'un seul composant, offre, en plus de ses qualités antimicrophoniques, l'intérêt de supprimer tout effet capacitif qui se produit dans les autres variantes entre les faces extérieures métallisées des pièces intercalaires et la gaine métallique.
  • A titre d'exemple, un câble coaxial selon l'invention a fait l'objet d'un essai comparatif avec un câble de type connu tel que représenté sur la fig.1 dans lequel les perles d'alumine n'avaient pas de protection métallique particulière sur leur partie de surface en liaison avec l'âme et la tresse externe. L'échantillon de câble était placé dans une enceinte blindée et fixée rigidement en deux points. Un dispositif mécanique imprimait au câble un mouvement alternatif d'une amplitude de 4 mm dont la période était de 2secondes. Les mesures, effectuées sur deux échantillons de câble, l'un selon l'art antérieur, l'autre selon l'invention, ont permis de constater une amplitude du signal piézoélectrique qui était de 3,4· 10-12 ampère dans le premier cas et seulement de 2,4 10-14 ampère pour un câble coaxial du type antimicrophonique réalisé selon l'invention et conforme au mode de mise en oeuvre de la fig. 3.

Claims (6)

1. Câble coaxial antimicrophonique, du genre de ceux qui comprennent de façon connue entre l'âme (1) et la tresse extérieure (3) un diélectrique constitué de perles (2) en céramique à haute densité enfilées sur l'âme du câble, caractérisé en ce que toutes les surfaces de contact entre les perles et l'âme, entre les perles et la tresse extérieure et entre les perles consécutives sont pourvues d'un revêtement métallique conducteur, ledit revêtement étant en particulier continu sur l'âme du câble.
2. Câble coaxial selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement métallique desdites surfaces est constitué d'un alliage de molybdène et de manganèse.
3. Câble coaxial selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement métallique conducteur est constitué de bagues (12) et de fourreaux métalliques (13) sertis sur lesdites perles (2).
4. Câble coaxial selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les perles (2a, 2b, 2c, 2d) sont des billes d'alumine pure enfilées de façon jointive sur l'âme (1) et métallisées sur leurs portions de surface en contact avec l'âme (1), la tresse extérieure (3) et les perles voisines.
5. Câble coaxial selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un certain nombre de pièces intercalaires métalliques (4) enfilées sur l'âme (1) et placées entre chacune des perles (2) consécutives.
6. Câble coaxial selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits fourreaux métalliques sont enfilés à force dans l'orifice central (5) de chaque perte (2) et constituent en même temps des pièces intercalaires.
EP19790400610 1978-09-08 1979-09-04 Câble coaxial antimicrophonique pouvant fonctionner à haute température Expired EP0010461B1 (fr)

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