Brevet FR2236169A1 — publié le 19750131

La présente invention concerne une cellule à décharge luminescente sous atmosphère de gaz rarefiée pour analyse spectrographique, du type comportant : une chambre étanche dans laquelle débouchent un conduit d'arrivée de gaz et un conduit de pompage, une cathode qui est reliée au ptle négatif d'un générateur électrique, une anode qui est reliée au pble positif du générateur électrique et qui est munie d'un perçage rectiligne qui la traverse de-part en part et qui débouche, d'une part, par une face extrême de l'anode sur l'échantillon à analyser et, d'autre part, par la face extrême opposée de l'anode sur une fenêtre transparente, des moyens pour appliquer l'échantillon, par sa face dite interne, sur une face annulaire, dite d'étanchéité, d'une paroi dite d'appui, de telle sorte que ledit échantillon délimite ladite chambre étanche. Dåns > une cellule connue de ce type, la cathode est creuse et constitue la paroi d'appui sur laquelle est-applique de façon étanche, par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité torique, l'échantillon à analyser qui constitue le fond de cathode le corps de cette cellule connue est muni d'un embout pénétrant dans le corps de cathode. La conception et la géométrie de cette cellule connue font qu'au cours des analyses, en raison des effluves notamment radiales s'établissant entre anode et cathode, il se forme des bourrelets métalliques risquant de provoquer des courts-circuits qui ont pour conséquence de fausser les résultats d'analyses et ainsi de limiter les performances de l'appareillage. De plus, dans cette cellule connue, la présence du joint torique entre l'échantillon et la paroi d'appui constituant la cathode - ou paroi de cathode - fait que le contact électrique entre ledit échantillon et ladite paroi n est pas franc. Pour réaliser un contact franc, il faudrait utiliser un ressort puissant sollicitant l'échantillon contre ladite paroi de cathode, ce qui ertratnerait un écrasement néfaste du joint. Par ailleurs, lorsque l'échantillon présente une forme courbe, il faut, pour réaliser l'étanchéité échantillon/surface d'appui et leur contact élec trique dans cette cellule connue, utiliser des pièces intermé diaires de formes compliquées avec des joints toriques de formes appropriées. I1 en résulte que cette cellule connue est d'emploi malaisé et limité. L'invention supprime ces inconvénients et a notamment pour but de réaliser une cellule-d'analyse spectrographique éliminant toute effluve parasite entre anode et cathode et permettant d'effectuer une large gamme d'analyses spectrographiques qualitatives et quantitatives de matériaux avec une consommation très faible desdits matériaux. Pour une cellule du type susmentionné, ce but est atteint, conformément à-llinvention, du fait que la cathode est constituée par l'échantillon seul qui est relié au pôle négatif du générateur électrique par l'intermédiaire d'organes conducteurs distincts de la paroi d'appui de la chambre cependant qu'entre l'extrémité cdté échantillon de l'anode et la paroi d'appui est interposé un manchon cylindrique isolant qui entoure ladite extrémité de l'anode, coulisse parallèlement à l'axe de l'anode et qui est susceptible d'être appliqué par une face annulaire suivant un contact continu le long de cette face, contre la face interne de 1 'échantillon. Ainsi dans cette nouvelle cellule, l'extrémité du manchon isolant vient s'appliquer sur la cathode, plane ou non, cons- tituée par l'échantillon à analyser, de sorte que ce manchon isolant délimite avec précision la surface concernée par l'analyse. De plus ce manchon isolant élimine toute effluve parasite. Enfin, ce manchon isolant assure une liaison étanche à l'effluve électrique, avec d'une part, l'échantillon et, d'autre part, le corps de l'anode de manière à délimiter avec la face interne du perçage de l'anode et la face intérieure de l'échantillon, la chambre de cellule. Une autre caractéristique fondamentale de la nouvelle cellule réside dans le parcours des gaz. Ceux-ci, passant par le passage interne de l'anode reviennent par des passages axiaux prévus le long d'une partie au moins de la longueur de l'anode. De tels passages axiaux sont par exemple réalisés par usinage de la surface externe de l'anode. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels - la figure I est une vue en coupe axiale d'une cellule selon un mode de réalisation, - la figure 2 est une vue, à plus grande échelle, en coupe transversale de l'anode de la cellule illustrée figure T, selon un mode de réalisation de cette anode. - la figure 3 est une vue partielle en coupe axiale d'une cellule selon un autre mode de realisation. La figure I représente une cellule à décharge luminescente pour analyse spectrographique comportant une chambre étanche de cellule I dans laquelle débouchent un conduit d'arrivée 2 d'un gaz neutre, tel que de l'argon, et un conduit de pompage 3 relié à un groupe de pompage non représenté. La cellule comprend une cathode reliée au pôle négatif d'un générateur électrique non représenté, et une anode reliée au pôle positif dudit générateur. L'anode est constituée sous la forme d'un tube métallique 4 et est muni à cet effet d'un alésage rectiligne 4aqui la traverse de part en part et qui débouche, d'une part, par une face extrême de l'anode sur l'échantillon à analyser 5 et, d'autre part, par la face extrême opposée sur la fenêtre transparente 6. La cellule représentée comprend en outre des moyens pour appliquer de façon étanche l'échantillon 5, par sa face, dite interne 5a, sur une face annulaire, dite d'étanchéité 7a, d'une paroi métallique annulaire 7, dite d'appui, isolée électriquement par rapport à l'anode 4, de telle sorte que ledit échantillon 5 délimite la chambre de cellule I. La paroi annulaire d'appui 7 est refroidie par une circulation d'eau, cette circulation étant symbolisée sur la figure I par la flèche + Conformément à l'invention, la cathode de la cellule est constituée par l'échantillon 5 seul qui est relié au pôle négatif du générateur électrique par l'intermédiaire d'organes conducteurs distincts de la paroi annulaire d'appui 7 dé la cellule. Par ailleurs, entre l'extrémité côté échantillon 5 de l'anode 4 et la paroi d'appui 7 est interposée une paroi annulaire continue isolante - ou manchon isolant - 8 qui est emmanchée sur et entoure ladite extrémité de l'anode 4, qui est montée sur ladite anode à coulissement axial parallèlement à l'axe de l'alésage 4a de l'anode 4 et qui est susceptible d'entre appliquée par une face annulaire extrtme 8a et sur toute l'étendue de cette face contre la face interne 5a de l'échantillon 5. Le manchon 8 est facilement interchangeable. La paroi annulaire d'appui 7 est logée et fixée dans un corps de cellule 9 en plexiglas ou en toute autre matière isolante Dans l'exemple de la figure I où cette paroi 7 est-métallique, elle reçoit une gaine 10 isolante, en téflon par exemple. A l'intérieur de la gaine 10 qui est par exemple emmanchée à force dans un alésage axial de ladite paroi 7, le manchon 8 peut coulisser axialement.- Ce manchon peut être réalisé en quartz ou en tout autre isolant électrique de bonne tenue thermique. Un ressort de compression II est interposé entre le mar- chon isolant 8 et un épaulement de l'anode 4 et est agencé de manier:--- à solliciter ledit manchon isolant 8 contre l'échantillon 5 en pre nant appui sur ledit épaulement de l'anode 4. Le ressort facilite également l'extraction du manchon 8. L'anode 4 qui est réalisée par exemple en- cuivre, est montée dans- la cellule de manière à pouvoir être déplacée parallèlement à son axe. Atitre exemple, ce déplacement peut être réalisé à l'aide d'un pignon I2 solidaire de l'anode 4 et d'une vis sans fin 13, la rotation de l'anode filetée 4-dans son support I4, provoque le déplacement axial de l'anode. Ces moyens de déplacement sont agencés de manière à permettre d'effectuer de l'extérieurun règlage de la position axiale de l'anode 4 et, par conséquent, de l'écartement existant entre ladite anode 4 et la cathod9-échantil- lon 5. L'anode 4 et le manchon 8 peuvent être facilement démontes et remplacés par des organes-similaires de dimensions différentes. Il est avantageux de donner au manchon 8 une longueur suffisante permettant des écartements entre anode 4 et cathode échantillon 5 allant de quelques dixièmes de millimètres à plusieurs centimètres. fl est ainsi possible par un réglage convenable de cet écartement, de se placer dans les conditions optimales d'analyse en limitant la vaporisation de l'échantillon et les effets de celle-ci entre les deux électrodes 4 et 5. La fenêtre 6 est, soit une lame à faces parallèles (lame de quartz dans l'exemple représenté), soit une lentille non absorbante ; elle a pour rôle de laisser passer le rayonnement lumineux vers un spectrographe non représenté. On remarquera que les possibilités de réglage offertes permettent des temps de pose variés, notamment des temps de pose prolongés et également l'emploi d'intensités de courant variées. De telles possibilités assurent une large exploitation des équipements spectrométriques de mesure utilisés pour analyser la lumière émise par la cellule. Le gaz (argon par exemple) est introduit dans la cellule par le conduit 2, passe dans l'alésage axial 4a puis retourne entre l'anode 4 et le manchon 8 par des cannelures ménagées, soit dans la face extérieure de l'anode 4, (cas des cannelures 30 représentées fig. 2), soit dans la face intérieure du manchon 8, ou par tous autres évidements convenables, l'anode 4 étant emmanchée avec jeu dans ledit manchon 8. La pression de gaz dans la chambre de cellule I est main tenue å une valeur convenable, entre 2 et 30 mm de mercure, au moyen d'une pompe reliée au conduit 3. L'etanchéité entre l'échantillon 5 et la face d'étanchéité 7a est réalisée au moyen d'un joint torique I5. Le support d'anode 14 est également refroidi par une circulation d'eau symbolisée sur la figure I par la flèche f2. L'arrivée du courant à l'anode est réalisée par l'intermédiaire du support I4 au moyen d'une borne I4b L'échantillon 5 est composé, dans l'exemple représenté, par une couronne de cuivre 5k, enfermant en son intérieur une poudre conductrice 5c (graphite par exemple) dont la surface 5a supporte les particules à analyser (non representées). On utilise un organe de centrage et de refroidissement tel que 18 spécialement lorsque l'échantillon 5 est flexible etXou présente des dimensions faibles. Si ce dernier est rigide un ressort tel que 16 suffira pour l'appliquer contre la paroi 7. Le refroidissement est assuré par la circulation d'eau f3. La figure 3 représente un mode de réalisation particuniè- rement adapté pour l'étude des surfaces courbes. Selon ce mode de réalisation, une rondelle, ou autre pièce intermédiaire, 19 est emmanchée dans une extrémité du manchon isolant 8 et est appliquée de façon étanche par l'intermédiaire de joints toriques, respectivement 20,2I, d'une part sur la face d'étanchéité 7a de la paroi-d'appui 7 et, d'autre part sur la face d analyser Sa de l'échantillon 5. Etant donné les possibilités de réglage, l'interchangeabilité, l'accessibilité et le nettoyage aisé de toutes les parties constituant la cellule à décharge décrite, elle peut s'adapter à de nombreux problèmes analytiques. En particulier, en ce qui. concerne l'analyse des solides, elle permet de s'appliquer à l'examen des pièces finies planes ou courbes ou a celui des couches superficielles des matériaux. De mime, elle peut être employée dans l'analyse des liquides (cathode imprégnée) ou des gaz, dans ce cas la circulation des gaz se fait, soit å partir du compartiment anodique, soit à partir de la cathode. On peut aussi analyser des gaz extraits au cours du bombardement cathodique.Enfin, une application importante est la possibilité, gracie au réglage permettant de limiter la vaporisation du métal, d'effectuer plusieurs analyses quantitatives sur une-meme particule de petites dimensions, en particulier sur celles recueillies dans les filtres à huile des machines. En effet, l'usure des pièces tournantes dans un moteur se manifeste entre autres, par le passage dans l'huile de lubrification de particules métalliques de grosseurs et de formes très diverses ; certaines restent en suspension dans l'huile, d'autres peuvent Etre retenues par les filtres disposés dans les circuits En aviation, il est particulièrement intéressant de suivre l'évolution de l'usure des moteurs par des analyses de particules solides, que la'huile entrain en fonctionnement. L'analyse de ces particules et la connaissance des matières constitutives facilitent grandement la localisation d'une avarie. L'analyse s'effectue après enrobage de la particule à l'aide d'une poudre conductrice formant un disque conducteur de l'électricité utilisé comme cathode. Un dispositif automatique de manipulation des disques peut être réalisé afin de présenter successivement les particules en position d'analyse. Enfin, en raison de la possibilité d'effectuer des analyses non destructives, ce dispositif peut également s'appliquer au contrôle de la nature de surface des pièces finies. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention R E 17 E N D T C T I 0 N S I) Cellule à décharge luminescente sous atmosphère de gaz raréfiée pour analyse spectrographique, du type comportant une chambre étanche dans laquelle débouchent un conduit d'arrivée de gaz et un conduit de pompage, une -cathode qui est reliée au pôle négatif d'un générateur électrique, une anode qui est reliée au pôle positif du générateur électrique, et qui est munie d'au moins un perçage rectiligne qui la traverse de part en part et qui débouche, d'une part, par une face extrême de 1'anode sur l'échan- tillon à analyser, et d'autre part1 par la face opposée de l'anode sur une fenêtre transparente, des moyens pour appliquer de façon étanche l'échantillon, par sa face dite interne, sur une face annu laire dite d'étanchéité, d'une paroi, dite d'appui, de telle sorte que ledit échantillon délimite ladite chambre étanche, caractérise en ce que la cathode est constituée par l'échantillon seul qui est relié au pôle négatif du générateur électrique par l'intermédiaire d'organes conducteurs distincts de la paroi d'appui de la chambre, cependant qu'entre l'extrémité côté échantillon de l'anode et la paroi d'appui est interposé un manchon cylindrique isolant qui entoure ladite extrémité de l'anode, coulisse parallèlement à l'axe de l'anode et qui est susceptible d'être appliqué par une face annulaire suivant un contact continu le long de cette face, contre la face interne de l'échantillon. 2) Cellule selon la revendication I, caractérisée en ce qu'un ressort de compression est interposé entre le manchon cylindrique isolant et un épaulement de 1'anode et est agencé de manière à solliciter ledit manchon isolant contre l'échantillon en prenant appui sur ledit épaulement de l'anode. 3l Cellule selon l'une des revendications I ou 2, carac tériséa en ce que l'anode comporte une partie filetée de manière à pouvoir être déplacée axialement dans une pièce de support au moyen d'un pignon solidaire de l'anode dont la denture coopère avec une vis sans fin montée rotative autour d'un axe fixe dans la cellule. 4) Cellule selon l'une des revendications I à 3, caractérisée en ce que la paroi d'appui est métallique et isolée de l'anode à l'aide d'une gaine, réalisée en un matériau isolant et résistant à la chaleur, interposée entre ladite paroi d'appui et le manchon cylindrique isolant, ledit manchon cylindrique coulissant dans ladite gaine. 5) Cellule selon l'une des revendications I a 4, caractérisée en ce que l'échantillon est connecté directement, par soudure ou vissage, au conducteur d'alimentation du générateur électrique. 6) Cellule selon l'une des revendications I å 4, caractérisée en ce que l'échantillon est relié au pôle négatif du générateur par l'intermédiaire des moyens pour appliquer la face interne de l'échantillon sur la face d'étanchéité de-la paroi d'appui. 7) Cellule selon l'une des revendications I à 6, caractérisée en ce que l'anode, d'une part, et le manchon isolant, d'autre part, sont amovibles. 8) Cellule selon l'une des revendications I à 7, caractérisée en ce que des passages axiaux de circulation du gaz sont prévus le long a d'une partie au moins de la longueur de l'anode. 9) Cellule selon la revendication 8, caractérisée en ce que lesdits passages axiaux sont ménagés dans l'épaisseur de l'anode ou du manchon cylindrique isolant. I0) Cellule selon la revendication 8, caractérisée en ce que lesdits passages axiaux sont usinés sur la surface externe de l'anode. Il) Cellule selon la revendication 8, caractérisée en ce que lesdits passages axiaux sont usinés sur la surface interne du manchon. 12) Cellule selon la revendication 8, caractérisée en ce que lesdits passages axiaux sont constitués par un jeu ménagé entre l'anode et le manchon.