FR2704948A1 - Cellule d'analyse thermique différentielle, dispositif et procédé utilisant une telle cellule. - Google Patents
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Abstract
La présente invention est relative à une cellule d'analyse thermique différentielle, un dispositif d'analyse thermique différentielle intégrant une telle cellule et son procédé d'utilisation. Une cellule (1) d'analyse thermique différentielle à haute température, comporte un premier creuset (2), susceptible de recevoir un matériau (3) de référence, muni d'au moins un premier élément thermo sensible de référence (4); ladite cellule comporte en outre un premier creuset (5) d'échantillon, susceptible de recevoir un matériau (6) échantillon, muni d'au moins un élément thermo sensible (7); ladite cellule comporte au moins un écran (8) interposé entre ledit premier creuset de référence et ledit creuset d'échantillon; ladite cellule comporte en outre une enveloppe (9) conductrice ayant un coefficient de conductivité thermique élevé ainsi qu'une capacité thermique élevée. Le domaine technique de l'invention est celui de la fabrication de dispositifs de calorimétrie.
Description
La présente invention est relative à une cellule d'analyse thermique différentielle, un dispositif d'analyse thermique différentielle intégrant une telle cellule et son procédé d'utiiisation.
Le domaine technique de l'invention est celui de la fabrication de dispositifs de calorimétrie.
Les procédés et dispositifs d'analyse thermique différentielle permettent de déterminer des caractéristiques physico-chimiques de matériaux solides ou liquides.
On utilise habituellement un four dont la température est pilotée, par exemple de manière linéaire en fonction du temps, dans lequel on dispose un creuset comportant l'échantillon à étudier et un autre creuset comportant un matériau de référence thermiquement inerte dans la plage de température explorée, et on mesure simultanément les températures du matériau échantillon et du matériau de référence.
Une transformation physico-chimique de l'échantillon, telle que fusion ou transition de phase, s'accompagne d'un effet thermique qui se traduit par un déséquilibre entre deux températures mesurées ; en effet, la température du matériau de référence suit sensiblement l'évolution de la température du four et/ou de la cellule de mesure, alors que la température du matériau échantillon augmente ou diminue plus rapidement sous l'effet de l'énergie dégagée ou absorbée par la transformation physico-chimique étudiée du matériau échantillon.
De tels appareils sont par exemple décrits dans les brevets ou demandes de brevet US4255961 et W080/00878 (BILTONEN et al).
Ces documents décrivent un calorimètre différentiel comportant un dissipateur thermique thermiquement conducteur de section cylindrique, deux cellules de mesure disposées symétriquement, des moyens de mesure de température et de chauffage, un écran isotherme entourant le dissipateur thermique et écran adiabatique entourant l'écran isotherme.
Les performances recherchées pour ce type d'appareil sont, d'une part d'assurer une maitrise des gradients thermiques dans la cellule de mesure en assurant un flux thermique uniforme de la part du système chauffant, et d'autre part d'assurer un bon découplage thermique entre le matériau échantillon à analyser et le matériau de référence, pour qu'une perturbation thermique dans le matériau échantillon n'affecte pas l'échauffement du matériau de référence et n'affecte pas, par conséquent, le signal différentiel des températures mesurées de ces deux matériaux.
Une performance également recherchée pour ce type d'appareil est de permettre une mesure de différence de température entre le matériau échantillon et le matériau de référence, avec des flux thermiques rentrant ou sortant de la cellule qui soient les plus faibles possible, afin de permettre une observation la plus précise possible des transitions de phase dans des conditions les plus proches de 1 'équilibre thermodynamique.
La présente invention se rapporte plus particulièrement aux procédés et dispositifs d'analyse thermique différentielle à haute température, c'est-à-dire à des températures supérieures à 500"C, notamment aux alentours de 1500 C, et peut être utilisée jusqu'à 200000 et au delà.
Le problème général posé est de fournir un procédé et un dispositif d'analyse thermique différentielle et une cellule d'analyse correspondante, qui répondent à ces critères de performance générale à un moindre court et qui soient d'une conception mécanique simple ; en effet lors de l'utilisation de ses dispositifs aux hautes températures, l'usure thermique1 chimique et mécanique des matériaux utilisables est inévitable ; il est-donc important de pouvoir procurer de tels dispositifs qui soient mécaniquement simples facilement réparables grâce à une interchangeabilité des pièces constitutives, tout en permettant d'assurer de bonnes qualités de précision et de reproductibilité des conditions thermiques des mesures et des mesures de température.
La solution au problème posé consiste à procurer une cellule d'analyse thermique différentielle à haute température, à des températures supérieures ou égales à 500"C, par exemple entre 1000 et 2500 C, comportant un premier creuset, ou tout récipient équivalent, dit de référence, susceptible de recevoir et/ou de contenir un matériau de référence, muni d'au moins un premier élément thermo sensible dit de référence constitué par exemple par un thermocouple, laquelle cellule comporte en outre un premier creuset, ou récipient équivalent, d'échantillon, susceptible de recevoir et/ou de contenir un matériau d'échantillon à analyser, muni d'au moins un premier élément thermo sensible d'échantillon, de préférence un thermocouple, laquelle cellule comporte au moins un écran central, de préférence amovible, interposé entre ledit premier creuset de référence et ledit premier creuset d'échantillon, lequel écran permet d'éviter ou de limiter très fortement un rayonnement thermique direct entre lesdits creusets ; ladite cellule comporte en outre une enveloppe conductrice, ayant de préférence un coefficient de conductivité thermique élevé, dont la valeur à 1000"C est au moins égale à 10 watt par mètre et par degré, de préférence au moins égale à 50 watt par mètre et par degré par exemple voisine de 60 à 120 watt par mètre et par degré, laquelle enveloppe entoure lesdits creusets et ledit écran, laquelle enveloppe conductrice est sensiblement thermiquement continue, et sensiblement fermée, c'est-à-dire munie d'une ouverture de taille réduite ; de préférence ladite enveloppe est obturable par un élément de fermeture non étanche de ladite ouverture, lequel élément de fermeture a un coefficient de conductivité thermique élevé, de préférence de l'ordre du coefficient de conductivité de ladite enveloppe conductrice.
Bien que n'étant pas spécialement conçue pour les températures plus basses que 500 C, elle reste avantageusement performante à partir de la température ambiante.
Avantageusement le matériau constituant.une partie au moins de ladite enveloppe, a une capacité thermique (mesurée à 1000 0C environ) élevée par exemple au moins égale à 2,5.106 joules par degré et par mètre cube.
Avantageusement, une partie au moins de ladite enveloppe est feuilletée, c'est-à-dire comporte plusieurs couches ou parois, sensiblement parallèles entre elles, séparées par des intervalles ou interstices sensiblement lamellaires, lesquels interstices sont de préférence ouverts de sorte qu'un fluide ambiant tel qu'un gaz neutre peut pénétrer dans lesdits interstices, et de préférence lesdites parois de ladite enveloppe feuilletée sont séparées et/ou maintenues à distance les unes des autres par des entretoises, par exemple en matériau réfractaire et/ou par un gaufrage desdites parois ou couches.
Avantageusement, une partie au moins de ladite enveloppe est réalisée dans un matériau ayant un coefficient d'émissivité faible, c'est-à-dire un coefficient de réflectivité élevé, grâce par exemple à un polissage dans le cas d'une paroi métallique ; de préférence ledit coefficient d'émissivité est inférieur à 2.10-1 par exemple voisin de 1.10-1.
Avantageusement ladite enveloppe comporte une partie de révolution, de préférence sensiblement cylindrique, d'axe sensiblement vertical XX1, de préférence fermée à une extrémité inférieure par un fond sensiblement plan, en contact thermique intime, par exemple par soudure, avec ladite partie de révolution, et ladite cellule comporte de préférence un "couvercle" ou deuxième fond supérieur amovible.
Avantageusement ladite cellule comporte un support externe en matériau réfractaire tel que de l'alumine, de préférence en forme de creuset comportant une partie cylindrique obturée par un fond.
Avantageusement une partie au moins de ladite enveloppe est métallique, par exemple comportant et/ou essentiellement constituée par des parois en platine dans le cas d'utilisation de ladite cellule dans une atmosphère oxydante, ou bien en molybdène dans le cas d'utilisation dans une atmosphère réductrice.
Avantageusement ledit écran central est de forme sensiblement tubulaire, creux, de préférence de section cylindrique, d'axe vertical sensiblement confondu avec ledit axe vertical XX1 de ladite enveloppe, de diamètre de préférence au moins égal au diamètre desdits creusets, laquelle cellule comporte en outre des supports de creuset qui sont de préférence amovibles, de forme tubulaire, creux, de section sensiblement cylindrique d'axe vertical, de diamètre par exemple égal audit diamètre dudit écran tubulaire.
Avantageusement ladite cellule comporte deux creusets sensiblement diamétralement opposés et quatre cales permettant un positionnement reproductible desdits creusets dans ladite cellule, lesquelles cales sont de forme sensiblement tubulaire, creuses, de diamètre par exemple sensiblement égal auxdit diamètres respectifs desdits supports de creuset et dudit ecran central, et le diamètre interne de ladite enveloppe conductrice cylindrique est sensiblement égal au triple desdits diamètres.
Avantageusement ladite cellule comporte au moins un creuset de référence, au moins deux creusets d'echantillons, au moins un écran central et au moins trois écrans périphériques intercales entre ledit creuset de référence et un creuset d'échantillon et intercalés entre deux creusets d'échantillons disposés à la périphérie dudit écran central, lesquels écrans périphériques sont de préférence sensiblement tubulaires d'accès vertical et de hauteur de préférence voisine de la hauteur dudit ecran central, laquelle hauteur dudit écran central est de préférence sensiblement supérieure à la hauteur desdits creusets posés sur lesdits supports de creuset.
Avantageusement ladite cellule est susceptible d'être suspendue par une potence comportant une partie tubulaire creuse, d' axe sensiblement vertical, permettant le passage de fils de thermocouple et permettant également le passage d'un tube d'apport d'un fluide de balayage à l'intérieur de ladite cellule, en particulier à l'intérieur de ladite enveloppe.
Avantageusement ledit écran sensiblement central de forme tubulaire est creux permettant le passage de fils de thermocouple de mesure prévus dans des doigts de gants situes en partie inférieure desdits creusets.
La solution au problème posé consiste également à procurer un dispositif d'analyse thermique différentielle comportant un four de forme générale sensiblement cylindrique d'axe vertical, dans lequel peut être introduit et suspendue une cellule selon l'invention.
La solution au problème posé consiste egalement à mettre en oeuvre un procédé d'analyse thermique différentielle comportant les opérations suivantes
- on dispose une quantité prédéterminée d'un matériau de référence dans au moins un creuset de référence équipé d'au moins un élément thermo-sensible de référence,
- on dispose au moins une quantité prédéterminée d'au moins un matériau d'échantillon à analyser dans au moins un creuset d'échantillon muni d'au moins un élement thermo-sensible d'échantillon,
- on dispose lesdits creusets dans une cellule selon l'invention,
- on dispose ladite cellule dans un four,
- on fait varier, en activant et/ou en désactivant des moyens de chauffage et/ou de refroidissement, la température à l'intérieur de ladite cellule avec un rythme de variation de ladite température qui est de l'ordre de ou au plus égal à 0,1"C par minute,
- on mesure simultanément la température dudit matériau échantillon, la température dudit matériau de référence, et éventuellement la température à l'intérieur de ladite cellule, de sorte que l'on peut calculer desdites variations de température, des quantités d'energie dégagées ou absorbées par des transformations physico-chimiques dudit échantillon.
- on dispose une quantité prédéterminée d'un matériau de référence dans au moins un creuset de référence équipé d'au moins un élément thermo-sensible de référence,
- on dispose au moins une quantité prédéterminée d'au moins un matériau d'échantillon à analyser dans au moins un creuset d'échantillon muni d'au moins un élement thermo-sensible d'échantillon,
- on dispose lesdits creusets dans une cellule selon l'invention,
- on dispose ladite cellule dans un four,
- on fait varier, en activant et/ou en désactivant des moyens de chauffage et/ou de refroidissement, la température à l'intérieur de ladite cellule avec un rythme de variation de ladite température qui est de l'ordre de ou au plus égal à 0,1"C par minute,
- on mesure simultanément la température dudit matériau échantillon, la température dudit matériau de référence, et éventuellement la température à l'intérieur de ladite cellule, de sorte que l'on peut calculer desdites variations de température, des quantités d'energie dégagées ou absorbées par des transformations physico-chimiques dudit échantillon.
Avantageusement durant ladite analyse thermique différentielle on introduit à l'intérieur de ladite cellule, de préférence à l'intérieur de ladite enveloppe, un fluide de préférence gazeux de balayage, qui peut s'échapper de ladite enveloppe non étanche par des moyens de fuite situés essentiellement entre ladite ouverture de ladite enveloppe et ledit couvercle de fermeture de ladite ouverture, lequel fluide de balayage est introduit avec un débit tel que le rapport entre la valeur dudit débit d'introduction de fluide et le volume de ladite cellule et/ou de ladite enveloppe est au moins égal à 10 par minute, par exemple de ltordre de 50 à 100 par minute, ce qui permet de renouveler l'atmosphère ambiante à l'intérieur même desdits creusets échantillons et de référence sans perturber 1' équilibre thermique de ladite cellule d'analyse.
Les procédés et dispositifs de mesure thermique différentielle selon l'invention procurent de nombreux avantages.
On peut notamment utiliser les cellules ou dispositif d'analyse thermique selon l'invention pour réaliser des mesures en atmosphère oxydante ou réductrice, ou bien sous vide, en fonction des matériaux à analyser ; grâce à la structure mécanique particulière de la cellule selon l'invention, l'appareil permet d'assurer une bonne fidélité ou reproductibilité du positionnement des principaux éléments constitutifs de la cellule et par conséquent une bonne fidélité des mesures effectuées.
Grâce aux performances particulièrement intéressantes du dispositif selon l'invention, ce dispositif peut etre utilisé avec des flux thermiques faibles provoquant des variations de températures à un rythme faible, par exemple inférieure à 1 C par minute ; dans ces conditions on a pu mettre en évidence, en utilisant un dispositif selon l'invention pour effectuer une analyse thermique différentielle lors de la cristallisation du nickel, un état de surfusion jusqutà une température inférieure d'environ 1800c à la température théorique de cristallisation du nickel qui est voisine de 1453"cl
Grâce aux caractéristiques particulières de ladite enveloppe constituant de préférence sensiblement une boite de géométrie cylindrique à axe vertical, les parois de ladite enveloppe incluant ledit couvercle et ledit fond, realisent un court circuit thermique qui diminue sinon annule tout défaut d'homogénéité de chauffage à l'intérieur de ladite cellule, à proximité desdits creusets, lesquels défauts d'homogénéité sont habituellement dus à un gradient vertical ou radial ; par ailleurs grâce aux caractéristiques particulières de ladite enveloppe et/ou des parois qui la constituent, on peut amortir très fortement toute fluctuation de flux thermiques traversant ladite cellule et plus particulièrement ladite enveloppe.
Grâce aux caractéristiques particulières de ladite enveloppe constituant de préférence sensiblement une boite de géométrie cylindrique à axe vertical, les parois de ladite enveloppe incluant ledit couvercle et ledit fond, realisent un court circuit thermique qui diminue sinon annule tout défaut d'homogénéité de chauffage à l'intérieur de ladite cellule, à proximité desdits creusets, lesquels défauts d'homogénéité sont habituellement dus à un gradient vertical ou radial ; par ailleurs grâce aux caractéristiques particulières de ladite enveloppe et/ou des parois qui la constituent, on peut amortir très fortement toute fluctuation de flux thermiques traversant ladite cellule et plus particulièrement ladite enveloppe.
On a pu observer en effet que l'atténuation d'une perturbation ou pulsation dans le flux thermique, par ladite enveloppe est une fonction croissante de la capacité thermique des parois de ladite enveloppe et de la réflectivité des faces des parois constituant ladite enveloppe ; le coefficient global d'atténuation de ces perturbations est encore augmenté lorsqu'on utilise une enveloppe feuilletée comportant plusieurs parois juxtaposées et séparées entre elles, par des entretoises par exemple.
Il faut remarquer qu'un contact thermique même imparfait est souhaitable entre les parois périphériques de ladite enveloppe et le fond d'une part et le couvercle d'autre part afin d'assurer une bonne homogénéité thermique à l'intérieur de ladite cellule.
Ces résultats peuvent être notamment atteints en réalisant ladite enveloppe à l'aide de feuille de molybdène par exemple d'épaisseur de 15 à 50 microns, qui sont gaufrées, et qui peuvent être utilisées en atmosphère reductrice.
Grâce à l'utilisation dudit écran central et desdits écrans périphériques eventuels, on peut obtenir un bon découplage thermique entre les creusets comportant les matériaux échantillons et le ou les creusets comportant le matériau de référence, en évitant un rayonnement direct entre lesdits creusets;
Le transfert d'énergie entre ces creusets ne peut alors s'opérer que par réfection sur la face interne des parois de ladite enveloppe, lesquelles parois sont isothermes grâce à leur grande conductivité, ce qui diminue fortement le couplage thermique entre les différents creusets par rayonnement et réflection sur les parois de ladite enveloppe.
Le transfert d'énergie entre ces creusets ne peut alors s'opérer que par réfection sur la face interne des parois de ladite enveloppe, lesquelles parois sont isothermes grâce à leur grande conductivité, ce qui diminue fortement le couplage thermique entre les différents creusets par rayonnement et réflection sur les parois de ladite enveloppe.
Dans la configuration particulière où les fils de thermocouples de mesure cheminent parallèlement ou de façon jointive à l'intérieur d'un espace prévu dans ledit écran central, on rend ainsi isotherme une plus grande partie du capteur, ce qui permet d'éviter des fuites thermiques par lesdits thermocouples et permet d'amortir les éventuelles forces électro-motrices parasites pouvant être induites dans les éléments thermo-sensibles ou thermocouples ou leur fils de liaison par d'éventuelles fluctuations thermiques du système de chauffage.
L'invention procure une configuration mécanique particulièrement simple de la cellule, qui comporte notamment lesdits supports de creuset et lesdits écrans entourés par ladite enveloppe, qui sont simplement posés sur le fond du creuset formant support de la cellule et qui peuvent être facilement interchangés ; par ailleurs cette configuration permet un changement facilité du matériau échantillon et du creuset correspondant par une simple ouverture du couvercle et le remplacement du creuset échantillon par un autre creuset échantillon le remplacement d'un thermocouple est rendu possible en dissociant simplement les différents supports tubulaires ou écrans tapissant le fond de la cellule, ce qui permet d'accéder directement au thermocouple.
Les différents constituants principaux de la cellule selon l'invention peuvent être fabriqués par découpe de tronçons d'éléments tubulaires de préférence en matériau réfractaire tel que de l'alumine, sur lequel il suffit d'effectuer des opérations d'usinage très simples afin de réaliser diverses entailles ou encoches permettant la suspension de la cellule d'une part, et permettant également le passage des fils de thermocouple au travers des parois des éléments tubulaires d'autre part.
Un des avantages très important d'un dispositif selon l'invention est qu'il permet d'effectuer un balayage par un gaz neutre oxydant ou réducteur selon le cas, directement à l'intérieur de ladite cellule, à proximité immédiate desdits creusets et des materiaux contenus dans les creusets, sans perturber l'homogénéité thermique de la cellule et ceci avec un taux de renouvellement de l'atmosphère contenue dans ladite cellule par ledit gaz de balayage, au moins égal à 10 par minute, par exemple de l'ordre de 20 à 40 par minute ;; grace à la configuration dans laquelle ladite cellule est suspendue à un tube réfractaire recevant un tube de transport de gaz de balayage, ledit gaz de balayage s'échauffe progressivement lors de sa circulation dans ledit tube jusqu'à introduction à l'intérieur de la cellule, ce qui permet également de ne pas perturber l'équilibre thermique de ladite cellule.
Les nombreux avantages procurés par l'invention, seront mieux compris au travers de la description suivante qui se réfère aux dessins annexés, qui illustrent sans aucun caractère limitatif, des modes particuliers de réalisation de dispositif selon l'invention et de leur procédé d'utilisation.
La figure 1 représente en vue en coupe par un plan vertical transversal une cellule d'analyse thermique selon l'invention.
La figure 2 est une vue selon II.II de la figure 1.
La figure 3 est une vue selon III.III de la figure 1.
La figure 4 illustre en vue en coupe par un plan perpendiculaire à l'axe général de symétrie XX1, un deuxième mode de réalisation d'une cellule selon l'invention.
Par référence aux figures 1 et 2, une cellule 1 d'analyse thermique différentielle selon l'invention reçoit un creuset 2 de référence susceptible de contenir un matériau 3 de référence, et reçoit également au moins un creuset 5 d'échantillon susceptible de contenir un matériau 6 d'échantillon à analyser.
Lesdits creusets 2, 5 sont de préférence en matériau réfractaire, sont de forme généralement cylindrique, formant dans leur partie supérieure une poche susceptible de recevoir ledit matériau, et comportent dans leur partie inférieure de forme également cylindrique de plus faible diamètre, un évidement axial 37 susceptible de constituer un doigt de gant permettant d'y loger un élément thermo sensible placé au contact de la paroi inférieure de la poche du creuset et donc susceptible de mesurer l'évolution de la température du matériau contenu dans le creuset.
Ledit élément thermo-sensible 4 peut être de préférence constitué par un thermocouple, les deux couples thermo électriques mesurant les températures desdits matériaux et loges dans lesdits doigts de gants et prévus dans la partie inférieure desdits creusets, étant de préférence montés en différentiel.
Lesdits creusets 2,5 sont respectivement posés sur un support 20 de creuset qui est avantageusement de forme tubulaire de section circulaire à l'intérieur duquel chemine les fils des thermocouples, chacun desdits supports de creuset étant sensiblement d'axe vertical, posé sur le fond 16 d'un support externe 15 de ladite cellule, chacun desdits supports 20 de creuset étant doté à son extrémité inférieure d'une encoche 23 permettant le passage desdits fils 22 de raccordement des thermocouples.
Lesdits creuset 2, 5 posés sur lesdits supports de creuset respectifs, sont avantageusement disposés diamétralement, de part et d'autre d'un écran central 8 avantageusement réalisé dans un matériau réfractaire, de forme tubulaire de section circulaire d'axe vertical sensiblement confondu avec l'axe vertical général de symétrie XX1 de ladite cellule, lequel écran 8 est également doté dans sa partie inférieure d'encoches 24 permettant le passage desdits fils 22 de raccordement de thermocouple, lequel écran 8 repose par sa face inférieure sur ledit fond 16 dudit support externe 15 de ladite cellule.
Conformément à l'invention, lesdits creusets et ledit écran sont entourés par une enveloppe 9 qui comporte une paroi 13 de fond intercalée entre ledit écran 8 et lesdits supports 20 de creuset d'une part, et ledit fond 16 dudit support externe d'autre part, laquelle paroi 13 de fond de ladite enveloppe 9 est par exemple soudée aux parois périphériques 121, 122 de ladite enveloppe 9 ; lesdites parois périphériques 121, 122 de ladite enveloppe sont de préférence sensiblement cylindriques ayant pour axe ledit axe XX1, lesdites parois 13, 121, 122 étant de préférence réalisées dans un matériau métallique ayant une forte capacité thermique et une forte réflectivité aux longueurs d'ondes considérées, et particulièrement à des températures de l'ordre de 1000 à 1500 C.
Ladite enveloppe 9 présente dans sa partie supérieure une ouverture 10 qui permet l'introduction et la manipulation des éléments de la cellule située à l'intérieur de ladite enveloppe et qui, lors de la mise en place de ladite cellule dans un four, est de préférence fermée par une paroi li d'obturation telle qu'un couvercle recouvrant et obturant (de façon non étanche aux fluides) ladite ouverture 10 de ladite enveloppe ; ledit couvercle 11 est de préférence dans un matériau ayant des caractéristiques similaires au matériau utilisé pour la réalisation des parois 13, 121, 122 de ladite enveloppe, l'ensemble de ces parois de ladite enveloppe permettant d'assurer un court circuit thermique et par conséquent une bonne homogénéité des flux thermiques émis par chacune des faces de ladite enveloppe, dont tous les points desdites parois sont sensiblement en permanence à la même température, grâce notamment à la conductivité thermique élevée du matériau choisi pour réaliser lesdites parois de ladite enveloppe.
Lesdits éléments constitutifs essentiels de ladite cellule à savoir lesdits creusets et leurs supports respectifs, ledit écran central et ladite enveloppe sont contenus et/ou supportés par un support externe 15 comportant ledit fond 16 obturant une partie cylindrique 17 -dudit support 15, ledit support étant ouvert dans sa partie supérieure et par exemple réalisé dans un matériau réfractaire tel que de l'alumine de même que lesdits creusets, supports de creuset et écran central 8.
Ledit support externe 15 dont ladite partie cylindrique 17 est sensiblement vertical d'axe XX1, peut être avantageusement suspendu par l'intermédiaire d'une potence 40 par exemple constituée par un morceau de tube de matériau réfractaire comportant dans sa partie inférieure un perçage 36 dans lequel peut être logée une traverse 35 servant à l'accrochage dudit support externe 15 grâce à des encoches 34 prévues dans la partie supérieure de ladite partie cylindrique dudit support externe et permettant un accrochage facilement amovible dudit support externe 15 à ladite potence 40.
Ladite potence 40 comporte comme illustré aux figures 1 et 3 un évidement central permettant le passage d'une part desdits fils 22 de raccordement des thermocouples de mesure, permettant également le passage des fils de raccordement d'un thermocouple 30 de mesure de la température à l'intérieur de ladite cellule et permettant également le passage d'un conduit 31 de transport (ou d'amenée selon les flèches 32, 33), d'un fluide de balayage tel qu'un gaz neutre par exemple, permettant d'assurer une atmosphère fluide sensiblement homogène dans ladite cellule et d'éviter l'accumulation à proximité de la surface desdits matériaux échantillon d'une atmosphère non contrôlée qui serait susceptible de modifier le comportement du matériau à analyser.
Avantageusement ledit conduit 31 de transport de fluide de balayage est également réalisé dans un matériau réfractaire, et permet l'échauffement progressif dudit gaz de balayage lors de sa circulation dans ledit conduit afin que ledit gaz pénètre dans ladite cellule à une température très voisine de la température de ladite cellule.
Ledit fluide de balayage peut bien sûr s'échapper de ladite cellule par les interstices non étanches existant entre la partie supérieure des parois 121, 122 de ladite enveloppe et ledit couvercle 11 obturant ladite ouverture 10 de ladite enveloppe.
Avantageusement, comme illustré à la figure 1, la hauteur 28 dudit écran central 8 mesurée par rapport audit fond 16, est au moins égale à la hauteur 27 du bord supérieur desdits creusets, de manière à éviter tout transfert thermique par rayonnement direct entre lesdits creusets de référence et échantillon 2,5.
I1 est également intéressant que la hauteur 29 de la partie supérieure desdites parois périphériques 121, 122 de ladite enveloppe, s'détendant au dessus du bord supérieur desdits creusets soit suffisante, par exemple au moins égale au double du diamètre desdits creusets de manière à limiter ou éviter toute perturbation due à un éventuel défaut d'homogénéité de température entre le couvercle fermant l'ouverture de ladite enveloppe et le reste de l'enceinte de ladite cellule.
Dans ce mode de réalisation présenté figure 1 où on dispose uniquement un creuset de référence et un creuset échantillon, il est intéressant que lesdits supports 20 de creuset ainsi que des cales 25 (par référence à la figure 2) de diamètre 26, qui sont situées autour dudit écran central 8 entre lesdits supports 20 de creuset, soient de même diamètre que le diamètre 19 desdits supports 20 de creuset qui est avantageusement égal au diamètre 21 dudit écran central 8 de manière à permettre un positionnement précis desdits supports 20, écran 8 et cales 25 à l'intérieur de la paroi interne 122 de ladite enveloppe cylindrique, qui est avantageusement d'un diamètre 18 voisin du triple desdits diamètres, 19, 21, 26.
Par référence à la figure 2 on voit qu'avantageusement lesdites parois 121 et 122 cylindriques de ladite enveloppe sont séparées par des entretoises 38 par exemple réalisées en matériau réfractaire alternativement lesdites parois de ladite enveloppe peuvent être gaufrées afin d' aménager entre elles des interstices et d' améliorer leur capacité d'atténuation de fluctuation de flux thermique.
La figure 4 illustre un autre mode de réalisation d'une cellule d'analyse différentielle dans laquelle peuvent être introduits, régulièrement disposes autour d'un écran central 81 tubulaire d'axe XX1 sensiblement commun avec l'axe de symétrie verticale de la partie 17 cylindrique dudit support externe de ladite cellule, une pluralité de support 20 de creuset d'échantillon et/ou de reférence qui sont sépares par des écrans périphériques 82 et qui permettent d'effectuer des mesures d'analyse thermique différentielle sur plusieurs échantillons simultanément, et qui sont tous entourés par ladite enveloppe 9 conductrice.
Claims (14)
1. Cellule (1) d'analyse thermique différentielle à haute température, comportant un premier creuset (2), susceptible de recevoir un matériau (3) de référence, muni d'au moins un premier élément thermo sensible de référence (4), laquelle cellule comporte en outre un premier creuset (5) d'échantillon, susceptible de recevoir un matériau (6) échantillon, muni d'au moins un élément thermo sensible (7), laquelle cellule comporte au moins un écran (8) interposé entre ledit premier creuset de référence et ledit creuset d'échantillon, laquelle cellule comporte en outre une enveloppe (9) conductrice ayant un coefficient de conductivité thermique élevé ainsi qu'une capacité thermique elevée.
2. Cellule selon la revendication 1 caractérisée en ce qu une partie au moins de ladite enveloppe à un coefficient d'emissivité faible.
3. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 caractérisée en ce qu'une partie au moins de ladite enveloppe (9) comporte plusieurs parois (121, 122) sensiblement parallèles entre elles, séparées par des intervalles ou interstices (14) sensiblement lamellaires, et de préférence lesdites parois de ladite enveloppe sont maintenues à distance les unes des autres par des entretoises.
4. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que ladite enveloppe (9) comporte une partie (12) de revolution, de préférence sensiblement cylindrique, de préférence fermée à une extrémité inférieure par un fond (13) sensiblement plan, en contact thermique intime avec ladite partie de révolution, et ladite cellule comporte de préférence un couvercle.
5. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce qu'elle comporte un support externe (15) en matériau réfractaire, de préférence en forme de creuset comportant une partie cylindrique (17) obturée par un fond (16).
6. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce qu'une partie au moins de ladite enveloppe est métallique, par exemple comportant et/ou essentiellement constitué par des parois en platine dans le cas d'utilisation de ladite cellule dans une atmosphère oxydante, ou bien en molybdène dans le cas d'utilisation dans une atmosphère réductrice.
7. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que ledit écran (8) est sensiblement tubulaire, creux, de préférence de section cylindrique, de diamètre (21) de préférence au moins egal au diamètre (39) desdits creusets (2,5), laquelle cellule comporte en outre des supports (20) de creuset qui sont de forme tubulaire, creux, de section sensiblement cylindrique.
8. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisée en ce qu'elle comporte deux creusets sensiblement diamétralement opposés et quatre cales (25) de forme sensiblement tubulaire, creuses, de diamètre (26) par exemple sensiblement égal audit diamètre (19, 21) respectifs desdits supports de creuset et dudit écran, et le diamètre interne (18) de ladite enveloppe conductrice cylindrique (9) est sensiblement égal au triple desdits diamètres (19, 21, 26).
9. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un creuset de référence, au moins deux creusets d'échantillons, au moins un écran central (8) et au moins trois ecrans périphériques intercalés entre ledit creuset de référence et un creuset d'échantillon, ou intercalés entre deux creusets d'échantillons disposés à la périphérie dudit écran central, lesquels écrans périphériques sont de préférence sensiblement tubulaires.
10. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisée en ce qu'elle est susceptible d'être suspendue par une potence comportant une partie (40) tubulaire creuse permettant le passage de fils (22) de thermocouple et permettant également le passage d'un tube d'apport d'un fluide de balayage à l'intérieur de ladite cellule.
11. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisée en ce que ledit écran (8) est de forme tubulaire, creux permettant le passage de fils (22) de thermocouple.
12. Dispositif d'analyse thermique différentielle comportant un four de forme générale sensiblement cylindrique d'axe vertical, dans lequel peut être introduit et suspendu une cellule selon l'une quelconque des revendications I à 11.
13. Procédé d'analyse thermique différentielle comportant les operations suivantes
- on dispose une quantité prédéterminée d'un matériau (3) de référence dans au moins un creuset (2) de référence équipé d'au moins un élement thermo-sensible de référence,
- on dispose au moins une quantité prédéterminée d'au moins un matériau (6) d'échantillon à analyser dans au moins un creuset (5) d'échantillon muni d'au moins un élément thermo-sensible d' échantillon,
- on dispose lesdits creusets dans une cellule (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11,
- on dispose ladite cellule dans un four,
- on fait varier, la température à l'intérieur de ladite cellule avec un rythme de variation de ladite température qui est de l'ordre de ou au plus égal à 0,1 C par minute,
- on mesure simultanément la température dudit matériau échantillon, la température dudit matériau de référence, et éventuellement la température à l'intérieur de ladite cellule.
14. Procédé selon la revendication 13 caractérisé en ce que durant ladite analyse thermique différentielle, on introduit à l'intérieur de ladite enveloppe, un fluide de balayage, avec un débit tel que le rapport entre la valeur dudit débit d'introduction de fluide et le volume de ladite enveloppe est au moins égal à 10 par minute.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9305540A FR2704948A1 (fr) | 1993-05-03 | 1993-05-03 | Cellule d'analyse thermique différentielle, dispositif et procédé utilisant une telle cellule. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9305540A FR2704948A1 (fr) | 1993-05-03 | 1993-05-03 | Cellule d'analyse thermique différentielle, dispositif et procédé utilisant une telle cellule. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2704948A1 true FR2704948A1 (fr) | 1994-11-10 |
Family
ID=9446921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9305540A Withdrawn FR2704948A1 (fr) | 1993-05-03 | 1993-05-03 | Cellule d'analyse thermique différentielle, dispositif et procédé utilisant une telle cellule. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2704948A1 (fr) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1946057B1 (fr) * | 2005-10-31 | 2017-10-11 | Senzime AB (publ.) | Appareil a biodetecteur pour la detection d'un ecoulement thermique |
| CN110988027A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-04-10 | 中国石油大学(北京) | 页岩热传导参数的测试装置及其测试方法 |
| CN114814072A (zh) * | 2022-05-05 | 2022-07-29 | 中冶赛迪工程技术股份有限公司 | 一种粉状铁矿石直接还原及综合热性分析测定系统、方法及其应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2704871A1 (de) * | 1977-02-05 | 1978-08-10 | Bayer Ag | Verfahren zur differenzthermoanalyse |
| WO1980000878A1 (fr) * | 1978-10-17 | 1980-05-01 | Univ Virginia Alumni Patents P | Systeme de circulation de fluide producteur d'energie |
| EP0051266A2 (fr) * | 1980-11-03 | 1982-05-12 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Méthode et appareil calorimétrique pour l'analyse thermique différentielle |
-
1993
- 1993-05-03 FR FR9305540A patent/FR2704948A1/fr not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
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