FR2534015A1

FR2534015A1 - Procede et appareil de mesure de l'epaisseur d'un revetement de zirconium sur un tube en alliage de zirconium

Info

Publication number: FR2534015A1
Application number: FR8315587A
Authority: FR
Inventors: Takahide Sakamoto; Tatsuo Hiroshima
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1982-09-30
Filing date: 1983-09-30
Publication date: 1984-04-06
Also published as: DE3335080A1; US4673877A; SE460309B; DE3335080C2; JPS5967405A; JPH0226721B2; FR2534015B1; SE8305277D0; SE8305277L; CA1237773A

Abstract

PROCEDE ET APPAREIL DE MESURE D'UNE EPAISSEUR D'UN REVETEMENT EN ZIRCONIUM PREVU A LA SURFACE INTERIEURE D'UN TUBE EN ALLIAGE DE ZIRCONIUM, CARACTERISE EN CE QU'IL CONSISTE A INSERER DES BOBINES 48 DANS LE TUBE 21 POUR ENGENDRER UN COURANT INDUIT, A DETECTER LA COMPOSANTE D'IMPEDANCE DANS LA DIRECTION PERPENDICULAIRE A LA DIRECTION DU CHANGEMENT D'IMPEDANCE DE LA BOBINE PROVOQUE PAR LA VARIATION DE L'ENTREFER ENTRE LES BOBINES ET LA SURFACE INTERIEURE DU TUBE, ET A OBTENIR L'EPAISSEUR DE REVETEMENT SUR LA BASE DE CETTE COMPOSANTE D'IMPEDANCE. LORSQUE LA VARIATION DE L'ENTREFER EST PLUS GRANDE, LA COMPOSANTE D'IMPEDANCE DANS LA DIRECTION DU CHANGEMENT D'IMPEDANCE DE LA BOBINE PROVOQUE PAR LA VARIATION DE L'ENTREFER EST DETECTEE, DE SORTE QUE CETTE COMPOSANTE EST UTILISEE POUR CORRIGER LA COMPOSANTE D'IMPEDANCE QUI LUI EST PERPENDICULAIRE, DE FACON A OBTENIR L'EPAISSEUR DU REVETEMENT EN FONCTION DES VALEURS CORRIGEES.

Description

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Procédé et appareil de mesure de l'épaisseur d'un revêtement de zirconium sur un tube en alliage de zirconium. La présente invention concerne un procédé et un appareil de mesure de l'épaisseur d'un revêtement de zirconium pour un tube du type à gainage multiple

comprenant une couche de métal de protection en zirco-

nium, prévue sur la surface intérieure d'un tube en alliage de zirconium pour éléments combustibles de

réacteur nucléaire.

Dans un réacteur, le combustible nucléaire est enfermé de façon étanche dans un tube de gainage de haute qualité en ce qui concerne la résistance à la corrosion, la non réactivité et la transmission de chaleur, les tubes étant assemblés en réseau pour

constituer l'ensemble de combustion.

Un objet principal du gainage du combustible nucléaire est d'éviter la réaction chimique entre le combustible nucléaire et le fluide de refroidissement ou le modérateur et, également, d'empêcher un produit de fission radioactif partiellement gazeux de fuir

dans le réfrigérant ou le modérateur à partir du com-

bustible Un alliage de zirconium (Zilcaloy 2 ou 4, comme spécifié par ASTM SPECIAL TECHNICAL PUBLICATION 639), utilisé comme matière pour le tube de gainage,

est de section transversale plus petite pour l'absorp-

tion des neutrons, résistant en présence d'eau pure ou de vapeur habituellement utilisée comme fluide de refroidissement du réacteur ou modérateur et, à une température de 400 'C ou moins, ductile, extrêmement stable et non réactif, de sorte qu'il est considéré

comme étant le meilleur gainage du combustible nuclé-

aire en régime constant.

La nécessité d'un fonctionnement à charge va-

riable est apparue lorsque le nombre des centrales atomiques a augmenté Dans ces conditions, lorsque la consommation de combustible augmente brusquement, la

différence de dilatation thermique entre le combusti-

ble et le tube de gainage engendre une contrainte loca-

le excessive dans le tube de gainage, ce qui entraîne un risque de fissuration par corrosion sous contrainte due à l'interaction mécanique de la contrainte locale

et de l'action chimique de corrosion du tube de gaina-

ge par le produit de fission.

La solution pour éviter une telle détériora-

tion a été d'essayer d'interposer entre le combusti-

ble et le tube de gainage diverses barrières de métal, parmi lesquelles celle qui donne le plus d'espoir est un revêtement de zirconium de pureté appropriée Ce revêtement de zirconium a une épaisseur de l'ordre de plusieurs dizaines de microns et sa flexibilité est

utilisée pour modifier la fatigue locale qui se pro-

duit à la surface intérieure du tube de gainage lors-

que la charge augmente brusquement, ce qui tend à aug-

menter la résistance contre la fissuration par corro-

sion sous contrainte, le revêtement de zirconium étant de préférence formé sur la surface intérieure du tube, de façon uniforme à une épaisseur prédéterminée, car le revêtement, s'il est d'épaisseur trop faible, ne permet pas d'obtenir l'effet ci-dessus, tandis que si

son épaisseur est trop forte, il faut réduire l'épais-

seur de l'alliage de zirconium afin de maintenir cons-

tante l'épaisseur totale, ce qui pose un problème en

ce qui concerne la résistance mécanique Par consé-

quent, on voit que l'épaisseur du revêtement est un critère important pour l'assurance de qualité, mais

les mesures usuelles d'épaisseur sont basées sur l'ob-

servation de la section transversale d'un tube coupé,

par photographie au microscope ou traitement des infor-

mations de son image Par la suite, il y a pratiquement une impossibilité à une mesure sur toute la longueur avec, en plus, une perte de temps considérable pour

effectuer une telle mesure On a donc cherché à met-

tre en oeuvre un procédé de mesure capable d'éviter

les inconvénients ci-dessus.

On sait que les ondes ultrasoniques sont uti-

lisées pour les mesures non destructives mais les on-

des, même lorsqu'elles sont dirigées à partir de la périphérie extérieure, ne permettent pas de distinguer l'écho engendré par la séparation de celui engendré

par le fond (surface du revêtement) à cause du revête-

ment mince à la périphérie intérieure du tube=; en outre, le revêtement extrêmement mince rend impossible

la mesure à partir de la périphérie intérieure du -

tube. La mesure par induction électromagnétique est également prise en considération mais, dans le cas o une sonde à bobine est introduite dans le tube, un

dispositif de guidage de grande précision est néces-

saire pour maintenir constant l'entrefer, c'est-à-dire

l'intervalle entre la bobine et la périphérie intérieu-

re du tube; un tel dispositif de guidage insérable

dans le tube est presque impossible à fabriquer.

Un procédé de mesure bien connu utilise le phénomène d'induction électromagnétique ou de courant de Foucault, comme expliqué plus loin, qui est décrit dans l'article "Mesure d'épaisseur par des procédés à courants induits", paru aux pages 73 à 84 dans

"Material Evaluation" de mai 1973 Ce procédé est en-

-core défectueux en ce qu'on ne peut pas éviter une erreur provoquée par la variation de l'entrefer. L'invention a pour premier objet un procédé et un appareil de mesure, qui permettent de mesurer avec une grande précision l'épaisseur d'un revêtement intérieur sur toute la longueur et la périphérie d'un tube, par élimination de l'influence de la variation

de l'entrefer.

L'invention a pour deuxième objet un procédé et un appareil de mesure qui permettent de mesurer l'épaisseur d'un revêtement avec une grande précision,

par élimination de l'influence des variations de l'en-

trefer, même pour des fluctuations importantes.

L'invention a pour troisième objet un appareil de mesure capable de mesurer avec une grande précision

l'épaisseur d'un revêtement, indépendamment de la lon-

gueur du tube ou de la position axiale de mesure.

D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront aux hommes de l'art à la lecture de la

description de sa forme de réalisation, non limitative,

représentée sur les dessins annexés dans lesquels:

la figure 1 est une coupe schématique vertica-

le illustrant les conditions de la mesure-; la figure 2 est un plan d'impédance illustrant la variation d'impédance de la bobine la figure 3 est un graphique de l'influence de l'entrefer sur l'impédance; la figure 4 illustre le principe de la mesure -par une différence de phase e la figure 5 représente des tracés de courbes de variation d'impédance lorsque l'entrefer varie la figure 6 est un graphique illustrant la relation entre W/S et une variation de la composante Vx provoquée par une variation de l'espacement; la figure 7 est un graphique de l'influence W/6 sur la composante Vx; la figure 8 est un graphique de la relation entre les composantes Vx et Vy et l'entrefer; la figure 9 est une vue qui illustre la mise en oeuvre pratique du procédé de mesure conforme à l'invention;

la figure 10 est une illustration d'une trans-

formation de coordonnées; la figure 1 i est une vue en plan schématique d'un appareil de mesure conforme à l'invention; la figure 12 est un organigramme de traitement d'une unité arithmétique; et la figure 13 est un graphique qui montre la

précision de la mesure suivant l'invention.

Le procédé de mesure d'épaisseur d'un revête-

ment, suivant l'invention, est caractérisé en ce qu'une bobine, dont une extrémité axiale est opposée

à la surface intérieure d'un tube de gainage, est in-

sérée dans ce tube et excitée à une fréquence choisie en fonction de l'épaisseur nominale de revêtement et

de la profondeur de pénétration des courants de Fou-

cault induits dans la périphérie intérieure du tube par excitation de la bobine, de manière à détecter

une composante d'impédance dans la direction perpendi-

culaire à celle de la variation d'impédance complexe

de la bobine provoquée par la fluctuation de l'entre-

fer entre la bobine et la périphérie intérieure du

tube, ce qui permet d'obtenir l'épaisseur du revête-

ment sur la base de la composante d'impédance.

On explique ci-après le procédé de mesure sui-

vant l'invention Tout d'abord, on explique pour quelle raison le procédé d'induction électromagnétique

permet de mesurer l'épaisseur de revêtement.

Un détecteur 10, contenant une bobine d'exci-

tation 11 et une bobine de détection 12 (les deux bo-

bines peuvent être combinées en fonctionnement), est disposé en face d'une couche de revêtement 13 a d'un

objet 13 à mesurer (par exemple, la couche de zirco-

nium sur un tube à revêtement de zirconium) et on

fait passer un courant de fréquence f (Hz) dans la bo-

bine d'excitation 11 Ainsi, un courant de Foucault est induit dans l'objet 13 à mesurer, ce courant étant fonction de la résistivité et de la perméabilité de l'objet à mesurer, de l'intervalle (entrefer) entre

l'objet à mesurer et le détecteur 10 (bobine d'excita-

tion 11), de la dimension de l'objet à mesurer, de la dimension du détecteur 10 (bobine d'excitation 11) et

de la fréquence utilisée pour la mesure.

Dans le cas d'un tube de zirconium, la couche

de revêtement 13 a et la couche de métal de base (cou-

che d'alliage de zirconium) 13 b sont toutes deux de perméabilité relative égale à 1 et la résistivité du revêtement 13 a est de 40 x 10 o 8 Q 2 m et celle de la couche de métal de base est de 74 x 10 i 8 m (ces deux valeurs étant spécifiées par ASTM STP 639, déjà cité),

la variation d'intensité et-de phase du courant in-

duit étant fonction de la différence entre les résis-

tivités, de l'épaisseur du revêtement et de l'épais-

seur du métal de base Le courant induit présente un effet de peau, en ce qu'il circule facilement aussi

près que possible de la surface, la profondeur de pé-

nétration ô étant donnée par l'équation suivante = / 2 p ( 1), dans laquelle = fréquence angulaire ( 2 uf) Ji = Pr x pl (H/M) pr = perméabilité relative p O = perméabilité du vide ( 4 x 10 7 H/m) p = résistivité (Q m) Par conséquent, lorsqu'on augmente la fréquen- ce f, 6 diminuesuivant l'équation ( 1), l'effet de peau devenant plus grand, de sorte-que dans le cas o

on choisit la fréquence pour que l'intensité du cou-

rant induit ne dépende pas de l'épaisseur du métal de

base (en général, f est choisi pour obtenir la rela-

tion de l'épaisseur du métal de base supérieure ou égale à 5 6), l'intensité du courant induit dépend

seulement de l'épaisseur du revêtement.

Par suite, le champ magnétique engendré par

le courant induit est capté par la bobine de détec-

tion 12, ou on détecte-sa variation d'impédance, ce

qui permet de capter une variation d'intensité du cou-

rant induit et, par suite, une variation d'épaisseur

du revêtement.

Toutefois, comme déjà indiqué, le courant in-

duit dépend de l'entrefer et la variation d'impédance de la bobine de détection, provoquée par la variation de l'entrefer, est sensiblement plus grande que celle qui est provoquée par la variation d'épaisseur de

revêtement, de sorte que l'amélioration de la préci-

sion de la mesure n'est pas envisageable tant que l'entrefer n'est pas constant Ainsi, lorsque l'objet

à mesurer est en forme de plaque, on presse le détec-

teur 10 contre l'objet pour maintenir constant l'en-

trefer mais, dans le cas o l'objet est un tube de petit diamètre et o, en outre, on veut effectuer une

mesure à la périphérie intérieure, le procédé ci-

dessus ne peut être appliqué et il est tout à fait im-

possible de maintenir constant l'entrefer sur toute

la longueur du tube.

En bref, dans le cas o le métal de base et

le revêtement diffèrent en perméabilité ou résisti-

vité, le procédé par induction électromagnétique doit principalement mesurer l'épaisseur de revêtement, ce qui est bien connu, mais la difficulté relative à

l'entrefer n'est en fait pas résolue.

La présente invention résoud le problème de la variation de l'entrefer, au moyen d'un dispositif

de choix de la fréquence d'excitation et de traite-

ment des signaux électriques détectés.

On explique maintenant la raison pour laquel-

le le procédé conforme à l'invention permet de détec-

ter l'épaisseur de revêtement, sans être affecté par la variation de l'entrefer La figure 2 est un réseau

d'impédance illustrant la variation d'impédance provo-

quée par la variation de l'épaisseur de revêtement et de l'entrefer L'axe des abscisses représente (R-RO)/ w L et l'axe des ordonnées représente w L/w Lo, et une courbe A-B-C représente les résultats de mesure pour

une épaisseur de revêtement de 90 microns et un entre-

fer de O micron, une courbe A'-B'-C' les résultats pour une épaisseur de revêtement de 90 microns et un

entrefer de 40 microns et une courbe A"-B"-C" les ré-

sultats pour une épaisseur de revêtement de 50 microns et un entrefer de O micron, les points A, A' et A" correspondant à la fréquence d'excitation f, les points B, B' et B" à la fréquence f 2 et les points C, C' et C" à la fréquence f 3, avec f 1 < f 2 < f 3 R et

L représentent la composante de résistance et la com-

posante d'inductance de la bobine de détection lors-

qu'elle approche de l'objet à mesurer, R O et L O repré-

sentant les mêmes grandeurs lorsque l'objet à mesurer

est placé à une distance infinie de la bobine de dé-

tection. Pour la fréquence de mesure fl, la variation d'épaisseur du revêtement de 90 microns à 50 -microns

apparait par le déplacement de A à A" et la varia-

tion de l'entrefer de O micron à 40 microns apparait par le déplacement de A à A' et de A à A" En bref, les changements d'impédance provoqués par la varia- tion de l'épaisseur de revêtement et la variation de

l'entrefer dans le cas de la fréquence f 1 se produi-

sent dans la même direction (sur la figure, la direc-

tion opposée) et ne peuvent donc pas être distingués.

Plus précisément, une variation de la valeur absolue de l'impédance permet l'évaluation de l'épaisseur de

revêtement, de sorte que, lorsque la variation d'impé-

dance due à la variation de l'épaisseur de revêtement est nettement plus grande que celle qui est due à la

variation de l'entrefer, l'erreur de mesure est petite.

Toutefois, les difficultés suivantes interviennent

en fait pour rendre impossible la mesure de l'épais-

seur de revêtement La figure 3 illustre la relation entre l'entrefer, porté sur l'axe des abscisses, dans le tube à revêtement de zirconium et la variation d'impédance, portée sur l'axe des ordonnées, obtenue pour la fréquence d'excitation de 1 M Hz, la variation d'impédance provoquée par une variation de 40 microns de l'épaisseur de revêtement étant représentée par la flèche On voit donc que l'influence d'une variation de 40 microns de l'épaisseur de revêtement sur la variation d'impédance est sensiblement égale à celle

d'une variation de 10 microns de l'entrefer sur l'im-

pédance Dans ce cas, il est pratiquement impossible d'évaluer l'épaisseur de revêtement par la valeur absolue du changement d'impédance Il est nécessaire,

pour mesurer l'épaisseur de revêtement avec une préci-

sion de 40 microns ou moins, de maintenir l'entrefer

à moins de 1 micron, de sorte que ce maintien de l'en-

trefer du détecteur dans le tube de gainage est bien

entendu impossible à obtenir.

En bref, la mesure de l'épaisseur de revête-

ment est impossible pour la fréquence fl.

Au contraire, pour les fréquences f 2 et f P le changement d'impédance dû à l'épaisseur de revête-

ment est différent en direction et peut être distin-

gué du changement provoqué par la variation de l'en-

trefer Autrement dit, la variation de l'épaisseur de revêtement de 90 microns à 50 microns fait passer B en B" (C en C"), pour la fréquence d'excitation f 2 (f 3), et la variation de l'entrefer de O micron à microns fait passer B en B' (C en C') En bref, les changements sont différents l'un de l'autre, en direction, ce qui permet de distinguer le changement d'impédance provoqué par la variation de l'épaisseur

de revêtement de celui qui est provoqué par la varia-

tion de l'entrefer De plus, le changement d'impé-

dance qui suit un incrément de l'entrefer est bien entendu dirigé vers le point ( 0,1) sur l'axe des

ordonnées.

Ainsi, le choix d'une fréquence appropriée

permet de distinguer les variations d'impédance provo-

quées par les variations de l'entrefer et d'épaisseur de revêtement, de sorte que le document précité de

"Material Evaluation" a proposé un procédé de sélec-

tion de la fréquence dont la différence de phase e

dans la direction de la variation d'impédance mention-

née plus haut dépend de la variation de l'épaisseur de revêtement et dé l'entrefer, et on détecte ainsi

e par la fréquence précitée.

La figure 4 illustre le principe du procédé ci-dessus, la direction de la variation de l'entrefer

étant indiquée sur l'axe des ordonnées et les diffé-

rences de phaseel, 82 ' e 3 des impédances complexes de trois échantillons, ayant chacun une épaisseur de

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revêtement t 1, t 2 ou t 3, étant portées sur la figure.

Lorsque cet angle de phase e, qui varie de façon cor-

respondante à-l'épaisseur de revêtement, est mesuré et qu'on utilise la courbe d'étalonnage préliminaire, on peut obtenir sensiblement l'épaisseur de revête-

ment L'erreur entraînée par la variation de l'entre-

fer est faible, comparativement au procédé de détec-

tion de la valeur absolue de la variation d'impédance, mais lorsque la variation de l'entrefer fait passer

le point D en D', la différence de phase de l'épais-

seur de revêtement t 1 passe de e à e'l, ce qui ne i 1

permet pas d'éviter la formation d'une erreur.

En bref, il est en principe possible de mesu-

rer l'épaisseur du revêtement par le procédé d'induc-

tion électromagnétique, lorsqu'on choisit une fréquen-

ce appropriée, la variation d'impédance peut être dé-

composée en une composante due à la variation de l'en-

trefer et en une composante due à la variation de

l'épaisseur de revêtement, et il est possible d'obte-

nir l'épaisseur de revêtement par mesure de la diffé-

rence de phase par rapport à la direction du change-

ment d'impédance provoqué par la variation de l'entre-

fer, mais la création d'une erreur entraînée par la

variation de l'entrefer est inévitable.

Le procédé de mesure suivant l'invention vise à obtenir une indication correspondant à l'épaisseur

de revêtement, par détection-de la composante sensi-

blement perpendiculaire à la direction du changement

d'impédance provoqué par la variation de l'entrefer.

Il est nécessaire pour une mesure précise que le chan-

gement d'impédance provoqué par la variation de l'en-

trefer soit différent, en direction, de celui qui est dû à la variation de l'épaisseur de revêtement et, également, il est préférable que le lieu géométrique du premier changement d'impédance soit rectiligne La

figure 5 a illustre la condition de variation d'impé-

dance pour la fréquence de 8 M Hz et la figure 5 b

illustre la même grandeur pour la fréquence de 1 M Hz.

La direction du changement d'impédance provoqué par la variation de l'entrefer est portée sur l'axe Vy (l'axe des ordonnées) et le changement d'impédance provoqué par la variation de l'épaisseur de revêtement

est porté sur l'axe Vx (l'axe des abscisses), le repè-

re O désigne une épaisseur de revêtement de 50 microns, A désigne une épaisseur de 90 microns et les indices représentent la valeur de l'entrefer par 1 (O micron), 2 ( 20 microns), 3 ( 40 microns), 4 ( 60 microns), 5 ( 80 microns) ou 6 ( 100 microns) Comme on le voit par comparaison des deux figures, la courbe obtenue pour

la fréquence de 8 M Hz est une droite, ce qui est pré-

férable puisque le procédé de l'invention utilise la coordonnée dans la direction Vx comme information pour obtenir l'épaisseur de revêtement En bref, même lorsqu'il y a variation de l'entrefer (l'indice

diffère), on désire que la composante Vx soit cons-

tante, de sorte que, dans cet exemple, la mesure à 8 M Hz est préférable à la mesure à 1 M Hz D'autre part, la flèche de 1 à A 1 représente la direction du changement d'impédance provoqué par la variation de

l'épaisseur de revêtement.

Ensuite, afin de rechercher une plage appro-

priée de fréquence, les changements de la composante Vx provoqués par la variation de l'entrefer de 60 microns (rapport des déplacements de 1 à 04 et de A 1 à A 4, dans la direction Vx), lorsque l'entrefer varie de O micron à 60 microns, ont été obtenus par utilisation de diverses fréquences, dans le cas d'une

épaisseur de revêtement de 70 microns (épaisseur nor-

male du revêtement ou épaisseur nominale) Les résul-

tats des mesures ci-dessus sont reportés sur la figu-

re 6, sur laquelle la composante Vx diminue lorsque la fréquence augmente et de laquelle on peut déduire

que la fréquence de 6 M Hz ou plus est préférable.

Toutefois, on considère que la plaque de fréquence convenable dépend de l'épaisseur de revêtement et de la profondeur de pénétration, de sorte que, lorsque l'axe des abscisses est transformé pour être remplacé par W/6 (W étant l'épaisseur nominale de revêtement), la plage de fréquence d'excitation de W/S supérieure à 0,5 devient appropriée La fréquence augmente pour

réduire l'erreur, puisque la courbe de variation d'im-

pédance qui résulte de la variation de l'entrefer devient rectiligne, comme déjà indiqué, mais lorsque W/6 dépasse 1, le courant induit est seulement induit dans la peau de la couche de revêtement, ce qui a pour conséquence une corrélation médiocre entre

l'épaisseur de revêtement et l'indication de la com-

posante Vx Par suite, il est préférable que W/8

soit situé dans une plage de 0,5 à 1.

La figure 7 est un graphique illustrant la relation entre la composante Vx (valeur normalisée) et l'épaisseur de revêtement (un rapport lié à

l'épaisseur nominale de revêtement), obtenue par uti-

lisation de W/6 comme paramètre relatif à l'épaisseur nominale de revêtement de 70 microns Cette figure montre que, lorsque W/S devient supérieur à 1, la valeur d'indication de la composante Vx est saturée lorsque l'épaisseur de revêtement augmente, ce qui ne

convient pas pour la mesure.

* Les données ci-dessus sont obtenues au moyen d'une bobine de détection de 1 mm de diamètre, qui est la valeur choisie pour détecter la variation de l'épaisseur de revêtement sur la circonférence du tube avec une résolution élevée, le diamètre de la bobine étant de préférence de l'ordre de 0,5 à 1 mm

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du point de vue de la facilité de fabrication.

Pour une variation plus grande de l'entrefer, la composante Vx doit être corrigée au moyen de la valeur de l'entrefer, puisqu'un entrefer plus grand, même lorsque l'épaisseur de revêtement est constante, diminue la valeur mesurée de la composante Vx Le

lieu du réseau d'impédance complexe, lorsque l'épais-

seur de revêtement est de 50 microns, comme indiqué sur la figure 5 a, est divisé en composantes Vx et Vy et illustré sur la figure 8 On voit, sur la figure 8, qu'il existe une corrélation entre la composante

obtenue dans la direction de la variation de l'entre-

fer (l'axe Vy) et la composante dans la direction de la variation de l'épaisseur de revêtement (l'axe Vx), de sorte qu'on mesure la composante Vy et que la valeur mesurée, au lieu de l'entrefer, corrige la composante Vx, ce qui permet d'obtenir une épaisseur précise de revêtement même lorsque la variation de

l'entrefer est plus grande.

On décrit maintenant un mode de réalisation

de l'invention, illustré sur la figure 9 Comme re-

présenté sur cette figure, un tube 21 à revêtement de zirconium est entraîné en rotation sur son axe par des galets rotatifs 22 Une sonde à bobine 23 est montée sur un porte-détecteur 24, de diamètre plus

petit que le diamètre intérieur du tube 21, le porte-

détecteur 24 étant fixé à l'extrémité d'une tige 25 disposée concentriquement au tube 21 à revêtement de zirconium et insérée dans ce tube de manière à être

déplacée d'une extrémité à l'autre à une vitesse ap-

propriée Ainsi, on balaye tout le tube et on mesure l'épaisseur de revêtement, hélicoldalement D'autre part, le repère 26 désigne des galets de pincement pour déplacer la tige support 25 vers l'avant et vers

l'arrière.

La bobine 23 est reliée à un instrument 27 de

mesure d'impédance, de sorte que son indication d'im-

pédance mesurée est lue dans une unité arithmétique

28 qui est également prévue pour recevoir l'informa-

tion de position de mesure de l'épaisseur de revête- ment Autrement dit, un codeur rotatif 29, qui tourne en association akvec des galets de contact et qui est placé dans une zone de déplacement de la tige support , permet de lire l'information de la position de

mesure, dans la direction longitudinale du tube revê-

tu 21, correspondant à la bobine 23 Un codeur rota-

tif 30, monté sur un galet de rotation 22, est prévu pour fournir l'information de la position de rotation,

ou l'information de la position de mesure circonféren-

tielle du tube revêtu 21, correspondant à la bobine 23 L'unité arithmétique 28 calcule une épaisseur de

revêtement à partir d'une entrée venant de l'instru-

ment 27 de mesure d'impédance, l'épaisseur de revête-

ment calculée et les positions longitudinale et cir-

conférentielle du tube 21 étant affichées sur un dis-

positif d'affichage 31.

L'unité arithmétique 28 traite les informa-

tions comme décrit ci-après Tout d'abord, l'échan-

tillon de référence, d'épaisseur de revêtement connue, est utilisé pour mesurer la valeur d'impédance (X 0, Y 0) (figure 10); on fait varier l'entrefer de l'échantillon de référence, pour mesurer les valeurs d'impédance (XL): les valeurs (X 0, Y 0), (XL; Y

sont envoyées dans l'unité arithmétique 28 pour calcu-

ler la direction de variation d'impédance (par exem-

ple un angle a sur la base de l'axe des abscisses dans le système initial de coordonnées) provoquée par la variation de l'entrefer; et on détermine le système de coordonnées d'origine (X 0, Y 0) et d'axe Vx le long d'un côté de l'angle 0, l'axe Vx étant perpendiculaire

à l'axe Vy La composante Vx, dans le système de coor-

données Vx-Vy de données concernant l'objet à mesurer, obtenues au moyen de l'instrument 27 de mesure d'impé-

dance, est calculée pour être transformée en épaisseur de revêtement Lorsque la variation de l'entrefer est

plus grande, la composante Vy doit bien entendu seule-

ment être obtenue pour corriger la composante Vx Le

mouvement de la tige support 25 et la rotation du tu-

be 21 permettent de mesurer l'épaisseur de revêtement

sur toute la longueur et la circonférence du tube 21.

On décrit maintenant en détail un appareil pour la mise en oeuvre pratique du procédé de mesure suivant l'invention, qui permet une mesure avec une

erreur moindre et une transformation facile de coor-

données.

La figure 11 est une vue en plan schématique d'un exemple de réalisation de l'appareil suivant l'invention Deux rails 41 sont posés sur le socle et un chariot support mobile 42 est placé sur les rails 41, de manière à pouvoir se déplacer vers la gauche et la droite, sur la figure, au moyen d'un moteur à impulsions 44 commandé par l'unité arithmétique 28

et alimenté par une source d'énergie 43.

Le chariot support 42 porte un instrument 27 de mesure d'impédance et supporte une extrémité d'une tige creuse de balayage 46 sur laquelle sont montées des bobines 48, la tige de balayage 46

s'étendant dans la direction de déplacement du-cha-

riot 42, autrement dit dans la direction de pose des rails 41, et étant tenue rigidement par des fixations , 45 sur le chariot 42, en deux points différents

de sa longueur.

A l'extrémité de la tige de balayage 46 qui est à l'opposé du chariot est monté, concentriquement à la tige, un porte-bobines 47 de forme cylindrique

__ __ __ _____ __

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et de diamètre légèrement plus petit que celui d'un

tube revêtu 21 qui constitue l'objet à mesurer Qua-

tre groupes de bobines 48 (chaque groupe comprenant par exemple deux bobines) sont prévus à différentes positions axiales du porte-bobines 47 et elles sont

disposées axialement en parallèle à la direction ra-

diale du porte-bobines 47, près de la périphérie de celui-ci D'autre part, les groupes de bobines 48 sont espacés les uns des autres d'un angle de 90 , à la circonférence du porte-bobines 47, et ils sont séparés les uns des autres par une cloison 47 a en matière de protection électromagnétique, de façon à éliminer l'influence électromagnétique des autres

bobines 48.

Chaque bobine 48 et l'instrument 27 de mesure d'impédance sont reliés par un câble 49 inséré à travers la tige de balayage 46, le câble 49 étant supporté de façon fixe par des bornes sur la tige de

balayage 46 et sur l'instrument 27 de mesure d'impé-

dance, de sorte qu'un interrupteur, non représenté,

prévu sur l'instrument 27 de mesure d'impédance, per-

met d'effectuer la mesure séquentielle et répétée de l'impédance de chaque bobine 48, l'interrupteur étant

commandé par l'unité arithmétique 28.

Entre le porte-bobines 47 et les fixations 45, , des pièces 46 a, 46 a de guidage d'insertion, ayant chacune une configuration de cylindre court arrondi aux deux extrémités axiales, sont fixées à la tige de balayage 46 Le tube revêtu 21, qui est l'objet à mesurer, est disposé à une extrémité des rails 41,

concentriquement à la tige de balayage 46 et au porte-

bobines 47, ce dernier étant inséré dans le tube revê-

tu 21, par son orifice situé du côté du chariot 42, et déplacé en association avec le chariot 42 vers l'autre orifice du tube, par le moteur à impulsions

44 Aux extrémités des rails 41, du côté de la fixa-

tion du tube revêtu 21, est prévu un socle stationnai-

re 50, capable de tenir des tubes de référence 51 et

52 concentriquement à la tige de balayage 46, au por-

te-bobines 47 ou au tube revêtu 21, le socle fixe 50 comportant à une extrémité, du côté du chariot 42, un

tube de guidage 53 à embouchure en trompette pour gui-

der le porte-bobines 47 dans les tubes de référence 51 et 52 Les tubes de référence 51 et 52 ont la même épaisseur nominale de revêtement que le tube revêtu 21 à mesurer, mais ils diffèrent l'un de l'autre en diamètre intérieur Par exemple, le tube 51 et le tube revêtu 21 sont de même diamètre intérieur et le tube 52 est un peu plus grand que les tubes 51 et 21,

en diamètre intérieur De plus, un dispositif d'affi-

chage 31 indique les résultats des mesures.

On décrit maintenant des dispositifs de cal-

cul de l'unité arithmétique 28, avec référence à

l'organigramme de la figure 12.

Lorsqu'on envoie un ordre de début de mesure à l'unité arithmétique 28, après avoir fixé les tubes de référence 51, 52 et le tube revêtu 21 à mesurer, le chariot 42 et le porte-bobines 47, qui sont en position de dégagement vers la gauche sur la figure

11, sont déplacés vers la droite, de la quantité pré-

déterminée afin que le porte-bobines 47 se trouve dans le tube de référence 51 L'unité arithmétique

28 lit les valeurs d'impédance de la bobine prédéter-

minée, ou de toutes les bobines, fournies par l'ins-

trument 27 de mesure d'impédance.

L'impédance du câble 49 entre l'instrument

27 de mesure d'impédance et la bobine 48 a préalable-

ment été fixée dans l'unité arithmétique 28 et elle est utilisée pour effectuer un calcul de correction, afin d'obtenir l'impédance complexe effective de la bobine 48, et on détermine ainsi l'impédance complexe

(X 2 J Y 0).

Ensuite, l'unité arithmétique 28 commande le

moteur à impulsions 44, pour un déplacement à la posi-

tion prédéterminée, et arrête le porte-bobines 47 dans le tube-de référence 52, de sorte que l'entrée

de la valeur mesurée venant de l'instrument 27 de me-

sure d'impédance et le calcul de correction d'impé-

dance du câble sont effectués de la même façon que ci-

dessus, et ainsi on détermine à ce moment l'impédance

complexe (XL' YL) Une différence entre les impédan-

ces résulte de la différence de diamètre intérieur

des tubes de référence 51 et 52.

L'unité-arithmétique 28 calcule ensuite un angle a pour la rotation-du système de coordonnées,

sur la base des deux impédances.

Après achèvement de la préparation ci-dessus,

l'unité arithmétique 28 commande le moteur à impul-

sions 44 pour insérer le porte-bobines 47 dans le tube revêtu 21 à mesurer et le déplacer séquentiellement vers la droite De même, l'unité arithmétique 28 lit les valeurs mesurées d'impédance des quatre bobines

48 chaque fois que le moteur à impulsions 44 est dé-

placé du nombre de pas prédéterminé, effectue le cal-

cul de correction d'impédance du câble et calcule la composante Vy (la direction du changement d'impédance

provoqué par la variation d'entrefer) et la composan-

te Vx (la direction perpendiculaire à Vy) La compo-

sante Vy est comparée à la valeur de référence A, pour décider si la correction de grand entrefer est nécessaire ou non, de sorte que, lorsque la composante Vy est plus petite que A, le calcul d'épaisseur de

revêtement-sur la base de la composante Vx est effec-

tué sur la base des données fournies préalablement.

Lorsque la composante Vy est plus grande que A, la composante Vx est corrigée par des données fournies préalablement, de sorte que l'épaisseur de revêtement

est calculée sur la base des valeurs corrigées.

L'épaisseur de revêtement ainsi calculée est affichée dans le dispositif d'affichage 31, par utili- sation d'un signal de commande du moteur à impulsions 44 et de la sortie de l'unité arithmétique 28, en relation avec la position axiale de mesure du tube

revêtu 21.

Dans le cas o l'on utilise un tel appareil,

puisque l'instrument 27 de mesure d'impédance se dé-

place solidairement avec les bobines 48, la position

du câble 49 et sa position relative par rapport à la.

tige de balayage 46 ne varient pas, indépendamment de

la position de la bobine 48 ou de sa position de me-

sure, ce qui maintient une valeur constante d'impédan-

ce du câble et, en outre, l'impédance du câble doit être corrigée, ce qui évite la création d'une erreur

due à cette impédance de câble.

Ainsi, cette construction de l'appareil con-

forme à l'invention est plus efficace, en ce qu'il n'y a pas de changement d'impédance du câble et en ce

que la précision est meilleure que dans la construc-

tion qui utilise un porte-câble et le montage de l'instrument 27 de mesure d'impédance en dehors du

chariot 42.

La figure 13 illustre les résultats qui per-

mettent d'obtenir, dans des conditions o la fréquen-

ce d'excitation est de 8 M Hz et W/c S X 0,62, la rela-

tion entre les valeurs mesurées de l'épaisseur de re-

vêtement (l'axe des abscisses) et l'indication de composante Vx (l'axe des ordonnées) On voit, sur

cette figure, que la présente invention permet d'obte-

nir une précision de + 5 microns De plus, cette

donnée est utilisée pour la transformation de l'indi-

cation de composante Vx en épaisseur de revêtement,

par l'unité arithmétique 28.

Comme expliqué ci-dessus, dans le procédé et l'appareil de mesure suivant l'invention, les valeurs mesurées de l'épaisseur de revêtement ne sont pas affectées par la variation de l'entrefer ni par l'épaisseur totale (comprenant le tube de métal de

base en alliage de zirconium) et il existe une rela-

tion proportionnelle entre la variation de l'épais-

seur de revêtement et celle de la composante Vx de

l'impédance de bobine, dans la plage de mesure néces-

saire pour une utilisation pratique, ce qui permet

une mesure, d'un mode nouveau, de l'épaisseur de re-

vêtement de zirconium.

Il est entendu que des modifications de dé-

tail peuvent être apportées dans la forme et la mise

en oeuvre du procédé et de l'appareil suivant l'inven-

tion, sans sortir du cadre de celle-ci.

Claims

REVENDICATIONS

1 Procédé de mesure de l'épaisseur d'un re-

vêtement, notamment de l'épaisseur d'un revêtement de zirconium prévu à l'intérieur d'un tube en alliage de zirconium, caractérisé en ce qu'une bobine ( 23), dis- posée de manière à présenter son extrémité axiale en opposition à la surface intérieure du tube ( 21), est insérée dans le tube, ladite bobine étant excitée à

la fréquence choisie sur la base d'une épaisseur nomi-

nale de revêtement (W) et d'une profondeur de pénétra-

tion (<) d'un courant induit engendré sur la surface intérieure du tube par l'excitation, et on détecte une composante d'impédance (Vx) dans la direction

sensiblement perpendiculaire à la direction de la va-

riation d'impédance complexe de la bobine provoquée par une variation de l'entrefer entre la bobine et la surface intérieure du tube, de sorte qu'on obtient

une épaisseur du revêtement sur la base de cette com-

posante d'impédance détectée.

2 Procédé de mesure de l'épaisseur de revête-

ment suivant la revendication 1, caractérisé en ce

que la fréquence est comprise dans une plage répon-

dant à la condition suivante: 0,5 < W/6 < 1, o W est l'épaisseur nominale de revêtement (m), et S est

la profondeur de pénétration du courant induit (m).

3 Procédé de mesure de l'épaisseur d'un

25340 1 5

revêtement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la bobine ( 23, 48) est amenée en face d'un échantillon de référence ( 51) semblable à un objet ( 21) à mesurer, afin de mesurer l'impédance complexe de cet échantillon, et en ce que la bobine est ensuite amenée en face de cet échantillon de référence ou d'un échantillon de référence ( 52) équivalent, dans une position telle que l'entrefer entre la bobine et l'échantillon est différent de l'entrefer lors de la mesure précédente, de sorte qu'on mesure l'impédance

complexe de la bobine, ce qui permet d'obtenir la di-

rection de changement d'impédance au moyen de deux va-

leurs mesurées.

4 Procédé de mesure de l'épaisseur d'un revé-

tement, pour mesurer une épaisseur d'un revêtement de

zirconium prévu à l'intérieur d'un tube ( 21) en allia-

ge de zirconium, caractérisé en ce qu'une bobine ( 23, 48), disposée de manière à présenter son extrémité axiale en opposition à la surface intérieure du tube, est insérée dans le tube, ladite bobine étant excitée à la fréquence choisie sur la base d'une épaisseur

nominale de revêtement et d'une profondeur de pénétra-

tion d'un courant induit engendré sur la surface inté-

rieure du tube par l'excitation, on détecte une compo-

sante d'impédance (Vy) dans la direction-de variation d'une impédance complexe de la bobine provoquée par

une variation de l'entrefer entre la bobine et la sur-

face intérieure du-tube et une composante d'impédance (Vx) dans la direction sensiblement perpendiculaire

à ladite direction de variation, et en ce qu'on corri-

ge la dernière composante d'impédance (Vx) par la pre-

mière composante d'impédance (Vy), de manière à obte-

nir l'épaisseur du revêtement sur la base des valeurs corrigées.

5 Procédé de mesure de l'épaisseur d'un revê-

tement suivant la revendication 4, caractérisé en ce

que la fréquence est comprise dans une plage répon-

dant à la condition suivante: 0,5 < W/6 < 1, o W est l'épaisseur nominale de revêtement (m) et 6 est la profondeur de pénétration du courant induit (m).

6 Procédé de mesure de l'épaisseur d'un revê-

tement suivant la revendication 1, caractérisé en ce

que la bobine ( 23, 48) est amenée en face d'un échan-

tillon de référence ( 51) semblable à un objet ( 21) à mesurer, afin de mesurer l'impédance complexe de cet

échantillon, et en ce que la bobine est ensuite ame-

née en face de cet échantillon de référence ou d'un échantillon de référence ( 52) équivalent, dans une position telle que l'entrefer entre la bobine et l'échantillon est différent de l'entrefer lors de la mesure précédente, de sorte qu'on mesure l'impédance

complexe de la bobine, ce qui permet d'obtenir la di-

rection de changement d'impédance au moyen de deux va-

leurs mesurées.

7 Appareil de mesure de l'épaisseur d'un re-

vêtement, pour mesurer une épaisseur d'un revêtement de zirconium prévu à l'intérieur d'un tube ( 21) en alliage de zirconium, caractérisé en ce qu'il comprend une tige de balayage ( 46) disposée dans le tube ( 21), un porte-bobines ( 47) monté à l'extrémité libre de la

tige de balayage, une ou plusieurs bobines ( 48) sup-

portées par le porte-bobines de manière à ce qu'une

extrémité axiale de chacune des bobines soit en opposi-

tion à la surface périphérique intérieure du tube, un socle support mobile ( 42) portant la tige de balayage à son autre extrémité et déplaçant ladite tige de balayage dans sa direction axiale, un instrument ( 27) de mesure de l'impédance des bobines, qui est monté sur le socle mobile, et une unité arithmétique ( 28)

pour calculer la composante dans la direction particu-

lière de l'impédance complexe mesurée par l'instru-

ment de mesure d'impédance.

8 Appareil de mesure de l'épaisseur d'un re-

vêtement, pour mesurer une épaisseur d'un revêtement de zirconium prévu à l'intérieur d'un tube en alliage de zirconium, caractérisé en ce qu'il comprend une tige de balayage ( 46) disposée dans le tube ( 21), un portebobines ( 47) monté à l'extrémité libre de la

tige de balayage, une ou plusieurs bobines ( 48) sup-

portées par le porte-bobines de manière à ce qu'une

extrémité axiale de chacune des bobines soit en oppo-

sition à la surface périphérique intérieure du tube,

un socle support ( 42) mobile portant la tige de bala-

yage à son extrémité et déplaçant la tige de balayage dans sa direction axiale, un instrument de mesure ( 27)

d'impédance monté sur le socle support mobile et rac-

cordé aux bobines par un câble ( 49), et une unité arithmétique ( 28) qui corrige les résultats de mesure de l'instrument de mesure d'impédance, au moyen de

l'impédance dudit câble, de manière à calculer la com-

posante dans la direction particulière de l'impédance

complexe corrigée.

9 Appareil de mesure de l'épaisseur d'un re-

vêtement suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'un tube de référence ( 51, 52), pour déterminer ladite composante dans la direction particulière, est disposé dans une zone de déplacement de la bobine ( 48)

à l'extérieur du tube ( 21).