PT1850122E

PT1850122E - Forno para a execução de análises dilatométricas

Info

Publication number: PT1850122E
Application number: PT07106087T
Authority: PT
Inventors: Heinz Baehr
Original assignee: Baehr Thermoanalyse Gmbh
Priority date: 2006-04-24
Filing date: 2007-04-12
Publication date: 2012-04-13
Also published as: CN101063603A; ATE540309T1; DE102006019434B4; CN101063603B; ES2382637T3; EP1850122A3; EP1850122A2; DE102006019434A1; US20070248493A1; EP1850122B1

Description

DESCRIÇÃO "FORNO PARA A EXECUÇÃO DE ANÁLISES DILATOMÉTRICAS" A presente invenção refere-se a um forno de acordo com o conceito genérico da reivindicação 1. A partir do documento EP 1199541 é conhecido um dispositivo para a medição de alterações dimensionais em amostras que são submetidas a variações de temperatura, no qual um suporte para a amostra se encontra disposto entre dois sistemas ópticos. A amostra está neste caso envolvida por um corpo de forno tubular, para que correspondentes alterações de temperatura possam actuar sobre a amostra. Neste caso, a produção de um campo térmico uniforme num forno para a execução de análises dilatométricas deste género, representa um problema considerável. Na zona da amostra, as linhas dos gradientes de temperatura devem prolongar-se o mais possível paralelamente entre si, pelo menos simetricamente em relação à amostra, para que resultem condições de temperatura o mais idênticas possível sobre toda a amostra.

No caso de fornos conhecidos do tipo acima referido partiu-se até agora do princípio de obter a uniformidade do campo térmico no compartimento de amostras, através da configuração de um corpo de forno tubular, em que os elementos de aquecimento se encontravam nas paredes laterais do compartimento de amostras e, correspondentemente à estrutura tubular, se prolongavam sobre uma altura considerável. As desvantagens de fornos conhecidos deste tipo de construção consistem no facto de na zona do 1 compartimento de amostras poder ser obtido um campo térmico apenas aproximadamente homogéneo e a superfície da amostra poder ter uma distância consideravelmente diferente em relação ao elemento de aquecimento, consoante o local em que a amostra se encontra disposta e a geometria que ela possui. Além disso, o compartimento de amostras é apenas dificilmente acessível e adequa-se mal para ser carregado automaticamente.

Por este motivo, a invenção tem como objectivo subjacente o de conceber um forno do tipo referido no início, no qual pode ser obtida uma uniformidade mais elevada do campo térmico no compartimento de amostras e ser realizada uma melhor acessibilidade ao compartimento de amostras.

Este objectivo é solucionado com um forno com as características da reivindicação 1. Outras configurações vantajosas encontram-se indicadas nas reivindicações dependentes.

De acordo com a invenção, os elementos de aquecimento são configurados no essencial de forma plana, no lado virado para o suporte de amostras e delimitam o compartimento de amostras no lado superior e no lado inferior, sendo que os elementos de aquecimento se prolongam segundo uma direcção horizontal em todos os lados, para além do suporte de amostras. A vantagem particular do forno consiste no facto de, observado segundo a direcção radial ou horizontal, as paredes nos lados superior e inferior do compartimento de amostras, equipadas com os elementos de aquecimento, serem muito mais compridas do que a amostra disposta centralmente entre as mesmas, de modo que no centro do compartimento de amostras resultam as mais reduzidas influências perturbadoras sobre o padrão de temperatura e se 2 estabelece uma distribuição de temperatura uniforme na zona da amostra. A uniformidade do campo térmico no compartimento de amostras pode ainda ser aumentada pelo facto de o compartimento de amostras entre o elemento de aquecimento no lado superior e no lado inferior ter uma altura que é mais reduzida por um múltiplo do que o diâmetro do compartimento de amostras. Numa configuração conveniente, o compartimento de amostras é neste caso cilíndrico oco e, correspondentemente aos seus elementos de aquecimento nos lados superior e inferior, é em forma de circulo.

Numa outra configuração vantajosa de acordo com a invenção, os elementos de aquecimento no lado superior e no lado inferior, bem como as paredes laterais do compartimento de amostras são revestidos no lado posterior com um isolamento térmico.

Uma estrutura vantajosa do forno resulta através de um corpo de forno dividido numa parte superior e numa parte inferior, sendo que o plano de separação entre a parte superior e a parte inferior passa entre o elemento de aquecimento no lado superior e no lado inferior, através do compartimento de amostras. Por conseguinte, a parte superior pode ser removida da parte inferior do corpo de forno, com o qual o compartimento de amostras é facilmente acessível e é também possível carregar facilmente o compartimento de amostras através de robótica. Neste caso, o corpo de forno tem convenientemente uma forma base cilíndrica, cujo eixo coincide com o do compartimento de amostras. 3

Radialmente na parte inferior do forno, respectivamente no lado oposto, está prevista uma janela óptica para o trajecto dos raios do dispositivo de medição óptica. 0 forno é concebido para o funcionamento sob vácuo e gás inerte. As correspondentes providências como elementos de vedação no plano de separação e nas janelas ópticas garantem este modo de funcionamento.

No que se segue, a invenção é explicada mais ao pormenor com base em dois exemplos de realização, com referência aos desenhos em anexo. Mostram:

Figura 1 uma vista lateral em corte sobre um exemplo de realização de um forno de acordo com a invenção; Figura 2 uma vista de cima em corte sobre o forno da figura 1; Figura 3 uma vista em perspectiva do forno da figura 1; Figura 4 uma vista em perspectiva do forno da figura 1, com a parte superior aberta; Figura 5 uma vista em perspectiva de um exemplo de realização modificado, e Figura 6 uma vista em perspectiva do forno da figura 5, com a parte superior aberta.

Nas figuras 1 até 4 encontra-se representado um forno 1 que tem uma forma base cilíndrica. Este divide-se numa parte 2 superior e numa parte 3 inferior, que podem ser destacadas uma 4 da outra e podem ser colocadas de forma coincidente uma em cima da outra, ao longo de um plano 4 de separação que se prolonga horizontalmente. 0 destacamento e a colocação da pate 2 superior podem ser efectuados através de uma dobradiça 5 que está fixada na parte 2 superior e na parte 3 inferior. No lado oposto, um manipulo 6 está previsto na parte 2 superior. A parte 2 superior e a parte 3 inferior encerram, centralmente no interior do corpo 1 de forno cilíndrico, um compartimento 8 de amostras, que tem uma configuração cilíndrica oca plana e se encontra disposto coaxialmente no corpo 1 de forno. 0 plano 4 de separação entre a parte 2 superior e a parte 3 inferior atravessa este compartimento 8 de amostras segundo a direcção horizontal. Com a colocação da parte 2 superior sobre a parte 3 inferior, o compartimento 8 de amostras fica fechado. No lado superior, o compartimento 8 de amostras é delimitado por um elemento 9 de aquecimento que pode ter, no essencial, a configuração, por exemplo, de um disco circular que se encontra disposto no lado inferior da parte 2 superior na direcção do plano 4 de separação. De um modo análogo, o compartimento 8 de amostras é delimitado para baixo por um elemento 10 de aquecimento inferior, sendo que os elementos 9 e 10 de aquecimento circulares coincidem entre si. O compartimento 8 de amostras cilíndrico oco tem uma altura que é mais pequena por um múltiplo do que o diâmetro do compartimento 8 de amostras. O compartimento de amostras está encerrado por uma parede 13 lateral em forma de uma superfície interior circunferencial de um corpo de cilindro, sobre a qual se prolonga a junta do plano 4 de separação. O diâmetro do compartimento 8 de amostras apresenta um tamanho aproximadamente idêntico aos elementos 9 e 10 de aquecimento superior e inferior 5 que são abrangidos por um isolamento 19 térmico. 0 isolamento térmico na parte 2 superior e na parte 3 inferior do corpo 1 de forno encontra-se disposto de tal modo que, com a parte 2 superior fechada, o compartimento 8 de amostras está termicamente isolado e pode ser aquecido para temperaturas elevadas, por exemplo até 2000 °C.

Centralmente no compartimento 8 de amostras encontra-se disposto um pedestal 14 como suporte de amostras, que tem um lado superior horizontal plano. Sobre o pedestal 14 encontra-se uma amostra 11 que pode ser colocada a partir de cima. Para uma medição, a amostra 11 pode ser depositada em qualquer local do pedestal 14, na zona de um trajecto 35 dos raios, sendo que se forma um perfil de temperatura uniforme na zona do pedestal 14 devido à disposição dos elementos 9 e 10 de aquecimento.

Na proximidade do pedestal 14 encontra-se ainda um termopar 18 da amostra e dentro do ou no disco 10 de aquecimento, encontra-se um termopar 17 de regulação. Para o funcionamento do forno 1 a temperaturas elevadas está ainda previsto um dispositivo 25 de refrigeração por água na parte 2 superior e na parte 3 inferior.

Adjacente ao forno 1 encontra-se disposto um sistema óptico que mede a variação do comprimento da amostra 11 em função da temperatura.

O sistema óptico compreende um emissor 30 óptico e um receptor 31. 0 emissor 30 tem uma fonte de luz em forma de um LED 32 de GaN de alta potência, que emite luz com um comprimento de onda muito constante, e uma unidade 33 de difusão, bem como uma lente 34 colimadora que emite a luz paralelamente. O 6 trajecto 35 dos raios paralelo deste modo produzido entra através de uma janela 21 formada na parte 3 inferior e incide ai sobre a amostra 11. Apenas os raios que não incidem sobre a amostra 11 saem novamente através de uma janela 20, que se encontra disposta no lado da parte 3 inferior oposto à janela 21. A janela 21 está fixada numa parede lateral do compartimento 8 de amostras através de um vedante 23 e a janela 20 através de um vedante 22. A parte 2 superior encontra-se ainda disposta na parte 3 inferior de forma vedada com um vedante 24, de modo que o compartimento 8 de amostras pode estar provido de um enchimento de gás ou de um vácuo.

Por este meio originam-se raios de sombra que no lado do receptor 31 incidem em primeiro lugar sobre um filtro 36. O filtro 36 pode ser configurado de tal modo que deixa apenas passar os raios com o comprimento de onda emitido pelo LED 32 de GaN de alta potência. Em seguida, os raios atravessam um sistema 37 óptico telecêntrico com uma ou com várias lentes e incidem depois sobre um sensor 38 CCD linear de alta velocidade. Para a análise, os sinais do sensor 38 são transmitidos para um conversor A/D e depois para um processador digital de detecção de margens e para a unidade central de processamento.

Nas figuras 5 e 6 encontra-se representado uma forma de realização modificada de um forno 1', no qual, em vez da dobradiça 5, está previsto um mecanismo 7 de elevação e oscilação. Através do mecanismo 7 de elevação e oscilação, a parte 2 superior é destacada da parte 3 inferior e afastada lateralmente por oscilação, de modo que o compartimento 8 de amostras é acessível a partir de cima, para inserir ou retirar a 7 amostra exemplo 11. De resto, o forno 1' é configurado como no caso do de realização anterior.

Lisboa, 3 de Abril de 2012 8

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Forno para a execução de análises dilatométricas, com um compartimento (8) de amostras que pode ser fechado e no qual estão previstas janelas (20, 21) para a passagem de raios (35), sendo que um suporte (14) de amostras com uma superfície de apoio horizontal para a recepção de amostras (11) se encontra disposto no compartimento (8) de amostras, sendo que o compartimento de amostras pode ser aquecido através de um ou de vários elementos (9, 10) de aquecimento, caracterizado por os elementos (9, 10) de aquecimento serem configurados no essencial de forma plana, no lado virado para o suporte (14) de amostras e delimitarem o compartimento (8) de amostras no lado superior e no lado inferior, sendo que os elementos (9, 10) de aquecimento se prolongam segundo uma direcção horizontal em todos os lados, para além do suporte (14) de amostras.
2. Forno de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o comprimento ou o diâmetro dos elementos (9, 10) de aquecimento serem por um múltiplo mais compridos do que a superfície de apoio do suporte (14) de amostras.
3. Forno de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por um elemento (9) de aquecimento superior em forma de disco estar previsto numa parte (2) superior e um elemento (10) de aquecimento inferior em forma de disco estar previsto numa parte (3) inferior, sendo que a parte (2) superior é configurada de modo a pode ser removida da parte (3) inferior. 1
4. Forno de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por um plano (4) de separação horizontal entre a parte (2) superior e a parte (3) inferior passar entre os elementos (9, 10) de aquecimento no lado superior e no lado inferior, através do compartimento (8) de amostras.
5. Forno de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o compartimento (8) de amostras entre os elementos (9, 10) de aquecimento no lado superior e no lado inferior ter uma altura que é mais reduzida por um múltiplo do que o diâmetro do compartimento (8) de amostras.
6. Forno de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por o compartimento (8) de amostras ser cilíndrico oco e os elementos (9, 10) de aquecimento nos lados superior e inferior serem configurados em forma de circulo.
7. Forno de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por os elementos (9, 10) de aquecimento, bem como as paredes (13) laterais do compartimento (8) de amostras serem revestidos no lado posterior, no lado oposto ao compartimento (8) de amostras, com um isolamento (19) térmico.
8. Forno de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por o compartimento (8) de amostras possuir uma forma cilíndrica e o suporte (14) de amostras se encontrar disposto no compartimento de amostras, de forma radialmente central. 2
9. Forno de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por adjacente a uma primeira janela (21) na parte (3) inferior se encontrar disposta uma fonte (32) de luz e no lado oposto da parte (3) inferior estar prevista uma segunda janela (20), adjacente à qual se encontra disposto um sensor para a detecção do comprimento de uma amostra (11). Lisboa, 3 de Abril de 2012 3