Brevet FR2370966A1 — publié le 19780609

La présente invention concerne les dispositifs calorimé triques. Elle a plus particulièrement pour objet un calorimètre du type à détection de flux thermique conçu pour permettre des me sures de grande précision, notamment dans le cadre d'analyses ther miques, sans préjudice pour la simplicité de construction et d'emploi. Le calorimètre selon l'invention comporte essentiellement un ensemble de détection, ou capteur, constitué par un bloc de référence thermique dans lequel sont ménagés dLK alvéoles, par une cellule d'analyse et une cellule de référence respectivement dis posées dans chacun desdits alvéoles et suspendues au bloc de réfé rence par une extrémité ouverte en contact thermique avec le bloc, l'autre extrémité de ces cellules formant un fond fermé, et par des séries de thermo-couplespour détecter les flux thermiques apparaissant en fonctionnement respectivement entre le fond de chacune desdites cellules et le pourtour de l'alvéole correspon dant du bloc de référence thermique, des moyens de chauffage du bloc de référence, un support annulaire par lequel le bloc de ré ference est porté sur une platine, des moyens pour assurer des liaisons étanches à travers ladite platine, au moins pour des fils électriques reliés à I'extrêmité des séries de thermo-couples, et des moyens pour fixer de manière étanche sur ladite platine un couvercle enfermant l'ensemble de détection. Selon une autre caractéristique de l'invention, le calori mètre comprend un ensemble de détection constitué par un bloc de référence thermique en forme de disque percé de deux alvéoles symétriques, une cellule d'analyse et une cellule de référence respectivement disposés à l'intérieur de chacun de-s. alvéoles et chacune suspendue au bloc de référence par un bord supérieur encastré dans ce bloc, et des moyens de détection des flux ther miques apparaissant en fonctionnement respectivement entre chacune des cellules et le bloc de féférence, ces moyens de détection comportant, pour chacune des cellules, des thermo-couples groupés en série pour former un ensemble de thermo-couples sensiblement dans un même plan, toutes les soudures d'un même type étant indi viduellement en contact sur un fond plat inférieur de la cellule et toutes les soudures du type opposé sur une face plane formée par 'un épaulement annulaire du bloc de référence, chacune des soudures en série reliant deux éléments de fils adjacents de natures différentes. D'autres caractéristiques de l1invention apparaRtront à la lecture de la description qui va suivre et qui concerne un mode de réalisation particulier du calorimètre, choisi à titre d'exemple particulièrement avantageux mais non limitatif. La description se réfère aux figures 1 à 5 jointes dans lesquelles: La figure l représente schématiquement l'ensemble de détection du calorimètre décrit, en coupe selon un diamètre du bloc de référence thermique. La figure 2 représente l'ensemble de la figure i vue de dessous. La figure 3 montre un détail de réalisation du calori- mètre, au niveau des thermo-couples. La figure 4 représente schématiquement en coupe verticale le calorimètre selon l'invention, comportant un ensemble de détection tel que représenté sur les figures 1 à 3. La figure 5 représente le meme calorimètre dans une variante de montage. Dans le mode de réalisation décrit, le calorimètre des figures 4 et 5 cimporte un ensemble de détection I monté sur une platine 2 à l'intérieur d'une enceinte limitée soit par une cloche 3 (figure 4), soit par un vase 4 à double paroi (figure 5). Ltensemble de détection est essentiellement constitué, comme le montrent les-figures 1 et 2, de deux cellules, soit une cellule d'analyse 5 et une cellule de référence 6 et d'un bloc de référence thermique 7. Le bloc 7 est constitue par un disque épais en métal bon conducteur de la chaleur, entouré d'un collier annulaire amovible 8 qui renferme une résistance de chauffage 9. Dans ce disque, sont ménagés deux alvéoles 10 et 11 qui reçoivent respectivement chacune des cellules 5 et 6. La forme exacte des alvéoles apparat sur les figures i et 2, de même que celle des cellules. Sur la majeure partie de la hauteur du bloc 7, les parois des alvéoles sont nettement écartées de celles des cellules, pour éviter les pertes thermiques directs. En haut de chaque alvéole, la cellule correspondante est suspendue au bloc de référence et rigidement maintenue sur celui-ci un par son extrémité supérieure. A cet effet, rebord annulaire 12 à l'extrémité supérieure de la cellule est encastré dans le bloc, dans une zone de celui-ci où le diamètre de l'alvéole est réduit jusqutà correspondre sensiblement à celui de la cellule. Pour détecter les flux thermiques créés en fonctionnement entre les cellules et le bloc de référence 7, des séries de thermocouples,respectivement 14 et 15,sont montées entre les fonds plats fermés des cellules, respectivement 16 et 17,et des épaulements annulaires 18 et 19 prévus à cet effet dans la partie inférieure des alvéoles pour former une face plane dans le prolongement du fond des cellules. Chaque série de thermo-couples 14 ou 15 est formée de soudures en série entre des éléments de fils successifs 21, de natures alternativement différentes, tous disposés en étoile, sensiblement dans un mEme plan, celui de la figure 2. Les éléments 21 sont constitués de fils laminés plats, se plaçant à plat dans ce m8me plan. Ce plan est celui du fond des cellules et de la face plane des épaulements annulaires 18 et 19. Dans la disposition en étoile, les soudures d'un type se trouvent toutes en contact thermique sur le fond de la cellule, et les soudures de l'autre type en contact thermique sur l'épaulement du.bloc de référence. Comme le montre la figure 2, les deux séries de thermo-couples 14 et 15 sont connectées ensemble par leurs extrémités, dans un montage en opposition qui permet de transmettre à l'extérieur du calorimètre une indication du flux thermique différentiel entre la cellule d'analyse et la cellule de référence, et d'étudier ainsi le comportement d'un produit ou mélange échantillon introduit dans la cellule d'analyse par rapport à un produit ou mélange témoin contenu dans la cellule de référence.La disposition des thermo-couples au fond de la cellule permeXdtassurer une bonne détection des flux thermiques dûs aux phénomènes apparaissant dans les cellules, cependant que les échantillons suivent régulièrement le programme de température imposé au bloc de référence 7 par la résistance 9 gracie au couplage thermique assuré au niveau du bord supérieur des cellules. La figure 3 montre un détail de montage des thermo-couples. Une pastille 22 est soudée en son centre sous le fond de chaque cellule, 16 par exemple, de manière à former avec celui-ci une gorge annulaire 23, ouverte latéralement. De même, une couronne 24 est soudée sur l'épaulement 18 de l'alvéole correspondant, de manière à former une gorge ouverte latéralement en direction de la gorge 23. Les gorges ainsi constituées sont revêtues d'une céramique isolante, par exemple par projection d'alumine, avant d'y engager les thermo-couples, qui sont ensuite cimentés en place. L'ensemble de détection qui vient d'être décrit est porté par un support annulaire ou socle 26, lui-meme monté sur la platine 2, comme le montre la figure 4. Plus précisément, il est porté par une couronne 27 formant un couvercle parti81 au socle 26, par quatre tubes 28 partiellement encastrés sous le bloc de référence dans des trous borgnes visibles en 29 sur la figure 2. Le socle annulaire 26 comporte en outre un rebord annulaire extérieur 30, prévu pour supporter un écran thermique amovible 31, entourant l'ensemble de détection 1. Sur la platine 2, vienid'autre part se visser un écrou 32 formant une bride pour fixer sur la platine un couvercle enfermant l'ensemble de détection. Dans le cas de la figure 4, ce couvercle est constitué par une cloche transparente 3, par exemple en verre de type Pyrex. L'étanchéité entre la cloche 3 et la platine 2 est assurée par un joint torique logé dans une gorge annulaire 33. Des alésages 34 et 35 percés à travers la platine 2 sont conçus pour les branchements de canalisation permettant soit d'établir le vide dans le volume étanche délimité à l'intérieur du calorimètre , soit d'y faire circuler une atmosphère gazeuse particulière. Un alésage central 36 est également prévu dans la platine 2 pour recevoir une prise étanche 37 assurant le passage deils électriques pour l'alimentation du collier de chauffage 8 et pour le raccordement des extrémités des séries de thermocouples, et deux sondes de température éventuelles, à des appareils de mesure extérieurs. La cloche 3 de la figure 4 est prévue pour être utilisée lors de mesures d'analyse thermique effectuées à partir de la température ordinaire. Elle peut être remplacée par le vase 4 de la figure 5, destiné à contenir un liquide réfrigérant permettant de refroidir l'atmosphère du calorimètre. Le vases 4 constitue également un couvercle enfermant l'ensemble de détection. il est soudé sur un support annulaire 38 par lequel il est monté sur la platine 2 au moyen du mflme écrou 32. Le fond du vase 4 forme une double paroi 39 autour de l'ensemble de détection 1. Le support annulaire 38 est muni d'ailettes extérieures 40 évitant un refroidissement excessif au niveau du joint d'étanchéité logé dans la gorge 33. Naturellement, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation particulier qui a été décrit ci-dessus à titre d'exemple. Elle en englobe au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1t Calorimètre, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de détection comprenant un bloc de référence thermique en forme de disque percé de deux alvéoles symétriques, une cellule d'analyse et une cellule de référence, respectivement disposés à l'intérieur à l'intérieur de chacun desdits alvéoles et chacune suspendue au bloc de référence par un bord supérieur encastré dans ce bloc, et une série de thermo-couples en étoile, formée de soudures entre des éléments de fils successifs de natures alternativement- diffé- rentes, tous disposés sensiblement'dans un même plan, les soudures d'un même type étant individuellement en contact sur un fond plat inférieur de la cellule situé dans ledit plan, et les soudures du type opposé sur une face plane formée dans ledit plan par un épaulement annulaire du bloc de référence. 2. Calorimètre, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble de détection comprenant un bloc de référence thermique dans lequel sont ménagés deux alvéoles, une cellule d'analyse et une cellule de référence respectivement disposées danskhacun desdits alvéoles et suspendues en bloc par une extrémité ouverte en contact thermique avec le bloc, l'autre extrémité de ces cellules formant un fond fermé, et des séries de thermo-couples pour détecter les flux thermiques apparaissant en fonctionnement respectivement entre le fond de chacune desdites cellules et le pourtour de l'alvéole correspondant du bloc de référence, des moyens de chauffage du bloc de déférence;; un support annulaire par lequel le bloc de référence est porté sur une platine, des moyens pour assurer des liaisons étanches à travers ladite platine, au moins pour des fils électriques reliés à I'extr8mité des séries de thermo-couples, et des moyens pour fixer de manière étanche sur ladite platine un couvercle enfermant ltensemole de détection. 3. Calorimètre selon la revendication 1, ceractérisé en ce que les éléments de fils des thermo-couples sont constitués de laminés métalliques disposés à plat dans ledit plan. 4. Calorimètre selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ensemble de détection est réalisé conformément à la revendication 1 ou 3. 5. Calorimètre selonla revendication 2 ou 4, caractérisé en ce que la platine comprend des moyens de fixation étanche d'une cloche ou d'un vase à double paroi amovible. 6. Calorimètre selon l'une quelconque des revendications 2, 4 ou 5, caractérisé en ce que ensemble de détection est porté par une couronne formant un couvercle partiel audit support annulaire par des tubes partiellement encastrés sous le bloc de référence. 7. Calorimètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les soudures des thermo-couples de chaque série sont cimentées dans des gorges ménagées par une pastille métallique soudée sous le fond de la cellule et une couronne métallique soudée sur l'épaulement de l'alvéole, ces gorges étant revêtues de céramique isolante avant d'y engager les thermo-couples.