FR2783324A1 - Noack test apparatus for lubricating oil, has microprocessor controlled heating and timer - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention se rapporte à la mesure de la volati-The invention relates to the measurement of the volatility
lité d'échantillons liquides, plus ou moins visqueux et, en lity of liquid samples, more or less viscous and, in
particulier, de produits pétroliers, notamment d'huiles lu- particular, petroleum products, especially lu- oils
brifiantes. Pour effectuer cette mesure, les spécialistes du domaine de la pétrochimie utilisent classiquement l'essai dit de " Noack " qui est défini par les Normes CEC L-40A93 et ASTM D-5800 et qui consiste à déterminer la perte de masse brittle. To carry out this measurement, specialists in the petrochemical field conventionally use the so-called "Noack" test which is defined by the CEC L-40A93 and ASTM D-5800 standards and which consists in determining the mass loss
d'une quantité donnée de l'échantillon à tester, chauffé pen- of a given quantity of the sample to be tested, heated during
dant une heure dans une enceinte de chauffage portée à 250 C, ce dans des conditions déterminées en particulier de pression for one hour in a heating chamber brought to 250 ° C., under specific conditions of pressure
et d'aspiration.and suction.
Pour mettre en oeuvre cet essai, on utilise un To carry out this test, a
appareil connu en lui-même dit " appareil de mesure de vola- known apparatus in itself known as "volumetric meter
tilité Noack " qui est décrit dans les normes susmentionnées. Noack "which is described in the above standards.
Cet appareil est schématiquement constitué par This device is schematically constituted by
une enceinte de chauffage (four) comportant un évidement des- a heating enclosure (oven) comprising a recess of the
tiné à recevoir un creuset d'évaporation renfermant l'échantillon à tester; ce creuset d'évaporation est fermé hermétiquement par un couvercle relié à une pompe à vide et équipé d'orifices calibrés d'aspiration et de passage de ready to receive an evaporation crucible containing the sample to be tested; this evaporation crucible is hermetically closed by a cover connected to a vacuum pump and equipped with calibrated orifices for suction and passage of
l'air aspiré avec une dépression devant être contrôlée. the air drawn in with a vacuum to be controlled.
Dans sa version automatisée, l'enceinte de chauf- In its automated version, the heating enclosure
fage est équipée d'une sonde de température coopérant avec fage is equipped with a temperature sensor cooperating with
des organes de commande de façon à réguler la température ré- control members so as to regulate the temperature
gnant à sa partie interne sur la valeur de consigne de 250 C gaining in its internal part on the set point of 250 C
(par exemple).(for example).
Le creuset d'évaporation renfermant l'échantillon à tester doit être introduit dans le four préalablement chauffé; une horloge permet d'indiquer la fin de l'essai (60 minutes après l'introduction du creuset dans le four chaud). The evaporation crucible containing the sample to be tested must be introduced into the preheated oven; a clock indicates the end of the test (60 minutes after the crucible has been placed in the hot oven).
Il est à noter que lors de cette mesure, la mon- It should be noted that during this measurement, the
tée en température de l'échantillon n'est pas contrôlée, sample temperature is not controlled,
seule étant asservie la température régnant à la partie in- only being controlled by the temperature prevailing in the part
terne du four.dull from the oven.
Par suite, pour garantir l'obtention de résultats Therefore, to ensure that results are obtained
fiables et reproductibles, il est impératif de mettre en oeu- reliable and reproducible, it is imperative to implement
vre des organes assurant un excellent contact thermique entre vre bodies ensuring excellent thermal contact between
le bloc chauffant et l'échantillon renfermé dans le creuset. the heating block and the sample enclosed in the crucible.
Pour cette raison, dans l'appareil de mesure de volatilité Noack classique, l'évidement recevant le creuset d'évaporation est rempli d'un alliage particulier à base de For this reason, in the classic Noack volatility measurement device, the recess receiving the evaporation crucible is filled with a particular alloy based on
métaux lourds: le métal de Wood qui garantit à l'état li- heavy metals: Wood's metal which guarantees in the li-
quide une transmission de la chaleur supposée constante entre le bloc chauffant et le creuset d'évaporation plongeant dans that a supposed constant heat transmission between the heating block and the evaporation crucible plunging into
cet alliage.this alloy.
Celui-ci, dont le point de fusion est de 70 C, est constitué de 50 % de bismuth, 25 % de plomb, 12,5 % This, whose melting point is 70 C, consists of 50% bismuth, 25% lead, 12.5%
d'étain et 12,5 % de cadmium et a par suite un caractère no- tin and 12.5% cadmium and therefore has a no-
cif rendant sa manipulation délicate et son inhalation dange- cif making it difficult to handle and inhaling dangerous-
reuse. Cette nocivité fait que l'utilisation de métal de Wood va prochainement être fortement réglementée voire totalement reuse. This harmfulness means that the use of Wood metal will soon be highly regulated or even totally
interdite pour certains pays.prohibited for some countries.
Outre cette nocivité, l'utilisation de métal de Wood pour assurer le transfert de la chaleur dans l'appareil In addition to this harmfulness, the use of Wood metal to ensure the transfer of heat in the device
de Noack est liée à des inconvénients autres. Noack's is linked to other disadvantages.
Il est, en particulier, à noter que l'obtention de mesures fiables oblige à veiller à maintenir constant le niveau du métal en fusion autour du creuset d'évaporation, à empêcher toute oxydation de ce métal et à nettoyer le creuset It should, in particular, be noted that obtaining reliable measurements requires taking care to keep constant the level of the molten metal around the evaporation crucible, to prevent any oxidation of this metal and to clean the crucible
après chaque série de mesures.after each series of measurements.
Un autre inconvénient lié à l'utilisation de mé- Another drawback related to the use of
tal de Wood réside dans le fait qu'il est nécessaire de pré- Tal de Wood is that it is necessary to pre-
chauffer le four à 250 C avant la première utilisation (ce qui demande environ 1/2 heure), et de mettre en place le creuset dans l'alliage fondu déjà chaud ce qui correspond à une opération délicate (risque d'éclaboussures...) devant être effectuée très rapidement, parallèlement à la mise en route de la pompe à vide et de l'horloge, et à la fermeture heat the oven to 250 C before first use (which requires about 1/2 hour), and put the crucible in the already hot molten alloy which corresponds to a delicate operation (risk of splashing ... ) to be carried out very quickly, in parallel with starting the vacuum pump and the clock, and closing
du circuit d'aspiration d'air.of the air intake circuit.
De plus, compte tenu du fait qu'il n'est pas pré- In addition, given the fact that it is not pre-
vu de mesurer directement la température de l'échantillon à tester, certains paramètres peuvent influer sur la fiabilité des mesures effectuées, tels que par exemple la température Since the temperature of the sample to be tested is directly measured, certain parameters can influence the reliability of the measurements made, such as for example the temperature
ambiante, la pression barométrique, la précision du thermomè- ambient, barometric pressure, thermometer accuracy
tre mesurant la température du bloc chauffant ou encore des variations du débit d'air aspiré pouvant survenir suite à un tre measuring the temperature of the heating block or variations in the air flow sucked which may occur following a
encrassement des orifices calibrés du couvercle du creuset. fouling of the calibrated holes in the crucible cover.
La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif de chauffage et de mesure de la volatilité d'un échantillon liquide selon The object of the present invention is to remedy these drawbacks by proposing a device for heating and measuring the volatility of a liquid sample according to
l'essai de Noack (normes CEC L-40A93 et ASTM D-5800) permet- tant d'éviter d'avoir recours à l'utilisation de métal de Wood pour effectuer la transmission de chaleur entre le bloc10 chauffant et l'échantillon à tester. Noack's test (standards CEC L-40A93 and ASTM D-5800) avoiding having to resort to the use of Wood metal to carry out the heat transmission between the heating block10 and the sample test.
Pour parvenir à ce but, on a dans un premier temps cherché à remplacer purement et simplement l'alliage de Wood par un matériau autre de nature à assurer un contact thermique suffisant; il n'a cependant pas été possible de To achieve this goal, we first sought to purely and simply replace the Wood alloy with a material other than such as to ensure sufficient thermal contact; however, it was not possible to
découvrir un matériau pleinement satisfaisant. discover a fully satisfactory material.
Compte tenu de cette situation, on a eu l'idée de tenter de remplacer la régulation de la température régnant Given this situation, we had the idea of trying to replace the prevailing temperature regulation
au sein de l'enceinte de chauffage, par une régulation di- within the heating enclosure, by a regulation
recte de la température de l'échantillon, ce, dans le but de correct the temperature of the sample for the purpose of
pouvoir se limiter à la mise en oeuvre d'un agent de trans- ability to limit themselves to the use of a trans-
fert thermique ayant des caractéristiques inférieures à cel- thermal fert with characteristics inferior to that
les du métal de Wood.Wood's metal.
Or, on a pu constater que, d'une manière surpre- Now, we have seen that, in a surprising way
nante, il est ainsi possible de reproduire les conditions de l'essai de Noack, et en particulier la courbe de montée en température de l'échantillon suivie d'un palier à température constante, en ne modifiant que dans une très faible mesure la configuration de l'appareil classiquement utilisé pour la nante, it is thus possible to reproduce the conditions of the Noack test, and in particular the temperature rise curve of the sample followed by a plateau at constant temperature, by only modifying the configuration to a very small extent of the device conventionally used for
mise en oeuvre de cet essai.implementation of this test.
En conséquence, l'invention concerne un disposi- Consequently, the invention relates to a device
tif de chauffage et de mesure de la volatilité d'un échan- heating and volatility measurement of a sample
tillon liquide selon l'essai de Noack, en déterminant la perte de masse d'une quantité donnée de cet échantillon chauffé pendant une durée déterminée et dans des conditions déterminées, caractérisé en ce qu'il comporte: * une enceinte de chauffage renfermant un creuset d'évaporation métallique cylindrique fermé par un couvercle relié à une pompe à vide et destiné à recevoir l'échantillon à tester, * des'organes mécaniques de chauffage et de transmission de liquid tillon according to the Noack test, by determining the loss of mass of a given quantity of this sample heated for a determined period and under determined conditions, characterized in that it comprises: * a heating chamber containing a crucible cylindrical metallic evaporation closed by a cover connected to a vacuum pump and intended to receive the sample to be tested, * mechanical mechanical heating and transmission components
la chaleur, à contact sec commandés électriquement et en- heat, dry contact electrically controlled and
tourant le creuset d'évaporation, * une sonde de température passant au travers du couvercle du creuset d'évaporation pour plonger dans l'échantillon, * une horloge, et turning the evaporation crucible, * a temperature probe passing through the cover of the evaporation crucible to plunge into the sample, * a clock, and
* des organes de commande renfermant un microprocesseur coo- * control elements containing a co-microprocessor
pérant avec la sonde de température et avec les organes de chauffage et de transmission de la chaleur pour réguler la température de l'échantillon ainsi qu'avec l'horloge pour operating with the temperature probe and with the heating and heat transmission devices to regulate the temperature of the sample as well as with the clock for
brancher ou débrancher ces organes. connect or disconnect these devices.
Un tel dispositif est en fait largement calqué sur l'appareil de Noack dont tous les éléments essentiels restent identiques à l'exception de l'ajout d'une sonde de température dans le couvercle et du remplacement du bain de métal de Wood par des organes mécaniques de chauffage et de Such a device is in fact largely modeled on the Noack device, all the essential elements of which remain identical except for the addition of a temperature probe in the cover and the replacement of Wood's metal bath with organs. mechanical heating and
transmission de la chaleur à contact sec. dry contact heat transmission.
Selon l'invention, ces derniers organes sont, de préférence, constitués par un collier de serrage métallique, notamment en laiton, chauffé électriquement, formant manchon pour envelopper la paroi latérale du creuset d'évaporation et coopérant avec une plaque chauffante sur laquelle est posé ce According to the invention, these latter members are preferably constituted by a metal clamp, in particular brass, electrically heated, forming a sleeve for enveloping the side wall of the evaporation crucible and cooperating with a heating plate on which is placed. this
creuset.crucible.
Cette plaque chauffante peut, quant à elle, avan- This heating plate can, for its part,
tageusement être constituée par un disque en particulier en taggingly be constituted by a disc in particular in
laiton percé en sa partie centrale d'un orifice radial tra- brass pierced in its central part with a radial orifice
versant recevant un cylindre chauffé électriquement. slope receiving an electrically heated cylinder.
Selon une autre caractéristique de l'invention, According to another characteristic of the invention,
le cylindre chauffé électriquement est constitué par une ré- the electrically heated cylinder consists of a re-
sistance noyée dans une céramique et portant un revêtement en resistance embedded in a ceramic and covered with a
acier inoxydable.stainless steel.
Il est à noter qu'outre le remplacement du bain It should be noted that in addition to replacing the bath
de métal de Wood par des organes de chauffage et de transmis- of Wood metal by heating and transmitting
sion de la chaleur à contact sec, la mise en oeuvre du dispo- dry contact heat, the implementation of the
sitif conforme à l'invention présente de multiples avantages; ceux-ci sont en particulier liés, d'une part, à une augmentation de la précision du test suite à la mesure sitive according to the invention has multiple advantages; these are in particular linked, on the one hand, to an increase in the accuracy of the test following the measurement
directe de la température de l'échantillon et donc à la limi- temperature of the sample and therefore to the limit
tation de l'influence de paramètres externes tels que le dé- tation of the influence of external parameters such as the
bit de l'air aspiré et, d'autre part, à la suppression de l'obligation de débarrasser le creuset d'évaporation du métal bit of sucked air and, on the other hand, the removal of the obligation to rid the crucible of metal evaporation
de Wood après chaque essai, comme c'était auparavant néces- Wood after each try, as was previously necessary
saire. L'invention se rapporte également à un procédé to be. The invention also relates to a method
mis en oeuvre lors de l'utilisation du dispositif susmention- implemented when using the above device-
né et permettant de reproduire parfaitement un essai de vola- born and allowing to reproduce perfectly a test of vola-
tilité de Noack au niveau de l'échantillon à tester, en Noack tility at the level of the test sample, in
reproduisant la courbe de température de cet échantillon. reproducing the temperature curve of this sample.
Un tel procédé a pu être conçu grâce au fait que, comme on l'a constaté de manière surprenante, lors de la mise en oeuvre d'un essai de Noack, en deçà d'un certain seuil, la première partie de la montée en température n'influe pas sur Such a process could have been conceived thanks to the fact that, as was surprisingly observed, during the implementation of a Noack test, below a certain threshold, the first part of the rise temperature does not affect
le résultat de la mesure et est donc sans importance. the result of the measurement and is therefore unimportant.
Le procédé conforme à l'invention est, par suite, caractérisé en ce que: * dans une étape préliminaire, on détermine une température de consigne correspondant à la température d'équilibre d'un The process according to the invention is, therefore, characterized in that: * in a preliminary step, a set temperature corresponding to the equilibrium temperature of a
échantillon placé dans l'enceinte de chauffage d'un appa- sample placed in the heating chamber of an appliance
reil de Noack classique chauffé à une température de 250 C reil of Noack classic heated to a temperature of 250 C
(par exemple),(for example),
e on verse l'échantillon à tester dans le creuset d'évaporation, on referme le creuset avec le couvercle, on le met en place dans l'enceinte de chauffage du dispositif de chauffage et de mesure de la volatilité, e the sample to be tested is poured into the evaporation crucible, the crucible is closed with the cover, it is placed in the heating chamber of the heating and volatility measurement device,
* on branche les organes de chauffage et de vide et de trans- * the heating and vacuum and trans-
mission de la chaleur de façon à commander la montée en température de l'échantillon à tester et puis on régule celle-ci sur la valeur de consigne, * lorsque la température de l'échantillon atteint une valeur heat mission so as to control the rise in temperature of the sample to be tested and then it is regulated to the set value, * when the temperature of the sample reaches a value
située 5 C au-dessous de la température de consigne, on ac- located 5 C below the set temperature,
tionne l'horloge pour une durée de 55 minutes, et ò lorsque ces 55 minutes se sont écoulées, on débranche les organes de chauffage et de transmission de la chaleur, on extrait le creuset renfermant l'échantillon de l'enceinte de chauffage et on détermine la perte de masse de celui-ci operates the clock for a period of 55 minutes, and when these 55 minutes have elapsed, the heating and heat transmission devices are disconnected, the crucible containing the sample is extracted from the heating chamber and determines the loss of mass of it
après refroidissement.after cooling.
Il est clair que lors de la mise en oeuvre de ce procédé, le positionnement du creuset d'évaporation renfer- It is clear that during the implementation of this process, the positioning of the evaporation crucible contains
mant l'échantillon à tester est notablement simplifié; en effet, l'appareil est opérationnel dès sa mise sous tension et donc ce positionnement peut être effectué à froid et sans précipitation; de plus, la température de l'échantillon en fin d'essai peut être visualisée, ce qui permet le cas échéant d'éviter les brûlures et le chauffage du four est, en mant the sample to be tested is significantly simplified; indeed, the device is operational as soon as it is switched on and therefore this positioning can be carried out cold and without precipitation; in addition, the temperature of the sample at the end of the test can be displayed, which makes it possible to avoid burns and the heating of the oven is
outre, arrêté après chaque essai. in addition, stopped after each test.
Selon l'invention, on a pu observer que la tempé- According to the invention, it has been observed that the temperature
rature de consigne pour un essai classique à 2500C est située set point for a standard test at 2500C is located
entre 244 C et 247 C avec une stabilité de 0,5 C. between 244 C and 247 C with a stability of 0.5 C.
On a également observé que la montée en tempéra- It was also observed that the rise in temperature
ture de l'échantillon entre 100 C et la température de consi- sample temperature between 100 ° C and the set temperature
gne -5 C demande 5 minutes et que cette montée en température gne -5 C requires 5 minutes and this rise in temperature
doit être terminée au bout de 10 minutes. must be completed after 10 minutes.
Par suite et selon une autre caractéristique de l'invention permettant de faciliter le travail de l'opérateur, pour un essai classique de 60 minutes, lorsque Consequently and according to another characteristic of the invention making it possible to facilitate the work of the operator, for a conventional test of 60 minutes, when
la température de l'échantillon atteint 100 C, l'horloge in- the sample temperature reaches 100 C, the clock
dique le temps restant de 55 minutes (décompté automatique- shows the remaining time of 55 minutes (automatic countdown-
ment) lorsque la température de consigne moins 5 C est ment) when the set temperature minus 5 C is
atteinte.reached.
Selon une caractéristique particulièrement avan- According to a particularly advantageous characteristic
tageuse de l'invention, la mise en oeuvre du procédé est com- tagger of the invention, the implementation of the method is com-
mandée automatiquement.automatically mandated.
Les caractéristiques du dispositif ainsi que du procédé qui font l'objet de l'invention seront décrites plus en détail en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une coupe schématique du creuset The characteristics of the device as well as of the method which are the subject of the invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which: - Figure 1 is a schematic section of the crucible
d'évaporation entouré des organes de chauffage et de trans- of evaporation surrounded by heating and trans-
mission de la chaleur, - la figure 2 est un gabarit de la température de heat mission, - Figure 2 is a template of the temperature of
l'échantillon en cours de test.the sample being tested.
Selon la figure 1, l'échantillon à tester E est placé dans un creuset d'évaporation métallique cylindrique 1 fermé par un couvercle 2 équipé d'une tubulure d'aspiration 3 reliée à une pompe à vide ainsi que d'une sonde de tempéra- ture 4 plongeant dans l'échantillon E à une distance du fond H de 10 mm au centre du creuset.5 Le creuset d'évaporation 1 est monté à la partie interne d'une enceinte de chauffage non représentée o il est posé sur une plaque chauffante en laiton 5 en forme de disque percée en sa partie centrale d'un orifice radial traversant recevant un cylindre 6 chauffé électriquement.10 Le cylindre 6, qui est représenté schématiquement sur la figure, est constitué par une résistance noyée dans une céramique et portant un revêtement en acier inoxydable. La paroi latérale 7 du creuset d'évaporation 1 est, en outre, entourée d'un collier de serrage en laiton 8 According to FIG. 1, the sample to be tested E is placed in a cylindrical metallic evaporation crucible 1 closed by a cover 2 equipped with a suction tube 3 connected to a vacuum pump as well as a temperature probe - ture 4 immersing in the sample E at a distance from the bottom H of 10 mm in the center of the crucible. 5 The evaporation crucible 1 is mounted on the internal part of a heating enclosure, not shown, where it is placed on a brass heating plate 5 in the form of a disc pierced in its central part with a through radial orifice receiving an electrically heated cylinder 6. The cylinder 6, which is shown diagrammatically in the figure, is constituted by a resistor embedded in a ceramic and bearing a stainless steel coating. The side wall 7 of the evaporation crucible 1 is, moreover, surrounded by a brass clamp 8
formant manchon.forming a sleeve.
Selon la figure 2, la température de l'échantillon doit respecter les conditions suivantes: Températures de consigne -10 C atteinte en 5 minutes According to Figure 2, the temperature of the sample must meet the following conditions: Setpoint temperatures -10 C reached in 5 minutes
maximum (à partir du moment o l'échantillon a at- maximum (from the moment the sample has
teint 100 C), Températures de consigne 0,5 C atteinte au plus tard en minutes, La régulation doit ensuite maintenir l'échantillon à la complexion 100 C), Setpoint temperatures 0.5 C reached at the latest in minutes, The regulation must then maintain the sample at
température de consigne 0,5 C.setpoint temperature 0.5 C.
Claims (7)
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