électronique (suite)

À l’aide d’une méthode utilisant des ultrasons, il est possible de déterminer très rapidement l’épaisseur d’une pièce métallique dont une face seulement est accessible, par exemple pour le contrôle d’une tuyauterie ou de la coque d’un navire. La méthode consiste à émettre, à l’aide d’un transducteur appliqué sur la pièce, un faisceau d’ultrasons. Les ondes sont réfléchies sur la surface interne de la pièce, ce qui donne lieu à la formation d’ondes stationnaires. Lorsque la fréquence des ultrasons est égale à la fréquence de résonance de la pièce (fondamentale ou harmonique), la pièce entre à son tour en vibration et absorbe de l’énergie, ce qui provoque une brusque variation de la tension aux bornes de l’oscillateur. Cette variation, après amplification et passage dans un discriminateur de pointes, est appliquée aux plaques de déviation verticales d’un tube à rayons cathodiques. Le balayage du tube cathodique est synchronisé avec la modulation de fréquence des ondes ultrasonores. Le spot du tube occupe donc une position horizontale correspondant à une fréquence déterminée, l’amplitude verticale étant proportionnée à la puissance fournie par le générateur. Lorsque le transducteur est appliqué sur une pièce, on voit donc apparaître sur le tube un ou plusieurs traits verticaux dont la position définit avec précision la fréquence de résonance de la pièce et par conséquent son épaisseur, si l’on connaît la vitesse du son dans le matériau examiné ou si l’on a étalonné l’appareil à l’aide d’une cale d’épaisseur connue. La méthode permet de mesurer, avec précision, des épaisseurs comprises entre 1 et 120 mm.

Mesures sans contact

La mesure de l’épaisseur d’un produit obtenu d’une manière continue, par exemple par étirage, tréfilage ou laminage, ne peut pas être obtenue par utilisation d’un comparateur, le mouvement de la pièce et sa température élevée s’y opposant absolument. On emploie alors une mesure sans contact fondée sur l’utilisation d’un rayonnement traversant la matière, l’atténuation de l’intensité du rayonnement étant proportionnelle au poids par unité de surface du matériau traversé. On peut ainsi mesurer l’épaisseur du produit ; la mesure est instantanée, indépendante de la température et de la vitesse de défilement du produit. On utilise les rayons β, γ ou X. Les rayons β et γ sont fournis par des isotopes radio-actifs, par exemple⁹⁰Sr,²⁰⁷Tl,¹⁰⁶Ru,⁶⁰Co. Les rayons γ permettent de mesurer l’épaisseur de plaques d’acier jusqu’à 22 mm. Les rayons X sont utilisés pour la mesure d’épaisseurs plus fortes, jusqu’à 70 mm pour l’acier.

Le détecteur de rayonnement le plus usuel est le compteur à scintillations (écran à iodure de sodium activé au thallium). L’absorption des rayonnements étant fonction de la densité du produit, la méthode permet de déterminer la densité d’un corps ; le procédé est très employé dans l’industrie du pétrole pour le contrôle de la densité des divers produits circulant dans un pipe-line et pour l’aiguillage automatique de ces produits vers les points de stockage.

Mesure des températures

On se sert d’un capteur fournissant une tension proportionnelle à la température à mesurer. Ces capteurs sont de diverses natures : thermocouples, thermistances, sondes détectrices de rayonnement. Les capteurs à thermocouples comportent une soudure de deux métaux différents, par exemple le couple fer-constantan, qui permet des mesures jusqu’à 600 °C, ou le couple platine-platine rhodié pour les températures jusqu’à 1 700 °C. Grâce à plusieurs couples montés en série, on obtient une pile thermo-électrique qui constitue un détecteur de rayonnement thermique extrêmement sensible. On peut alors réaliser un dispositif de mesure permettant de déceler des différences de température de 10^–6 °C.

Les thermistances, dont la résistance varie très rapidement en fonction de la température, permettent des mesures d’une grande précision. On peut ainsi mesurer des températures jusqu’à 1 200 °C. Pour les mesures de températures élevées, jusqu’à 3 000 °C, on utilise, comme capteurs, des cellules photo-électriques à cathode en césium-argent. Les dispositifs à cellule photo-électrique permettent d’effectuer des mesures de température à distance. Les radiations lumineuses infrarouges viennent frapper cette cellule, qui fournit une tension proportionnelle à l’intensité du rayonnement. Cette tension est amplifiée et commande un indicateur ou un régulateur de température. Il est possible de mesurer la température de pièces en cours de traitement dans les flammes : la cellule est en effet sensible à une bande bien déterminée proche de l’infrarouge et ne répond pas aux radiations des flammes. En utilisant comme capteur une cellule photo-électrique suivie d’un amplificateur à tubes ou à transistors, il est possible de réaliser des dispositifs de mesure de température robustes, transportables et d’une grande précision. Le thermomètre qui applique le principe du potentiomètre automatique fait appel à une méthode de comparaison de la phase de deux courants alternatifs en vue d’obtenir un couple moteur qui actionne l’aiguille d’un indicateur ou d’un enregistreur. Le potentiomètre automatique est particulièrement approprié à la mesure et au contrôle de la température d’une enceinte. Dans ce dispositif, le capteur est un couple thermo-électrique. Le circuit de mesure comporte un couple thermo-électrique CT et un potentiomètre P de compensation. À la tension continue fournie par le couple CT peut être opposée une tension fournie par le potentiomètre P. Le curseur de ce potentiomètre est relié à la lame mobile V d’un vibreur électromagnétique comportant un aimant permanent et une bobine excitatrice alimentée par le secteur alternatif. La lame oscille entre les contacts C₁ et C₂ reliés aux extrémités du primaire d’un transformateur Te, dont le point milieu est connecté au circuit de mesure. Le secondaire du transformateur Te est relié à l’entrée d’un amplificateur A dont l’étage de sortie, monté en différentiel, actionne un moteur M dont le sens de rotation est fixé par un dispositif de comparaison CP de la phase du signal d’entrée à celle du secteur. Le moteur entraîne, par une transmission mécanique, le curseur du potentiomètre P, faisant ainsi varier la tension de compensation opposée à la tension fournie par le couple CT. Le moteur M tourne jusqu’à ce que l’équilibre soit rétabli. L’indicateur lié au potentiomètre donne alors la température de l’enceinte où est placé le couple thermo-électrique.