Brevet FR2524144A1 — publié le 19830930

La présente invention concerne un releveur d'echantillons, notamment pour les liquides, comprenant un piston se déplaçant dans une chemise. Il est reconnu que la constitution d'un echantillon représentatif d'une veine liquide en écoulement, dont les caractéristiques physicochimiques varient au cours du temps, constitue un probleme difficile à résoudre. Les dispositifs de prélèvements connus utilisés le plus couramment pour constituer de tels echantillons sont les systèmes à cuillere, les systèmes à pompes doseuses et les systèmes à volume intermédiaire. Dans les systemes à cuillère, le liquide à échantillonner arrive dans un volume intermédiaire dans lequel plonge une cuillere qui est ensuite redressée, l'échantillon contenu dans la cuillère s'écoulant par gravité. Le principal defaut de ce système est qu'à la longue il s'encrasse, si bien qu'au cours du temps le volume prélevé diminue.Dans les systèmes à pompes doseuses, la plupart de celles utilisées sont des pompes péristaltiques dont le débit n'est pas constant au cours du temps du fait du vieillissement du tuyau écrasé par les galets tournants. Enfin, dans les systemes à volume intermédiaire, le liquide à echantillonner est dirigé vers une capacité intermediaire où le niveau de liquide est ajusté à une hauteur déterminée, puis evacué gravitairement par une vanne dans un récipient collecteur. Ici encore, le défaut majeur de ce dispostif, lorsqu'il est utilisé avec des liquides chargés de matieres en suspension, est l'encrassement au cours du temps de la vanne d'evacuation et de la capacité intermediaire , qui n'a donc plus son volume initial. L'invention remedie à ces inconvénients. Elle a pour objet un préleveur d'échantillons délivrant des échantillons de volume constant dans lequel l'évacuation de l'échantillon prelevé s'effectue sous l'effet d'un gaz préalablement comprimé. Le preleveur est constitué d'un piston mobile dans une chemise cylindrique, qui comportent respectivement au moins une chambre pouvant être mise en communication, d'une part, avec des tubulures d'entree et de sortie et, d'autre part, avec une tubulure de sortie de l'échantillon preleve et au moins un canal de transfert permettant l'expulsion de l'échantillon prélevé sous l'action d'un gaz comprimé. Grâce à cette disposition, l'integralite de l'échantillon preleve est evacuee. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description ci-apres , faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif et parmi lesquels - la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de prélèvement d'échantillons comprenant un prélever selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe selon un plan diamétral d'une chemise cylindrique faisant partie du prélever ; - la figure 3 est une vue en élévation d'un piston mobile dans la chemise representee à la figure 2 ; - la figure 4 est une vue en coupe selon un plan diamétral d'un préleveur selon l'invention, le piston etant dans la position repos ;; - la figure 5 est une vue en coupe selon un plan diamétral du préleveur selon l'invention, le piston étant dans la position d'évacuation de l'échantillon preleve ; - la figure 6 est une vue en coupe selon un plan diamétral d'une variante de l'invention ; - la figure 7 est une vue en élévation d'un piston adapte à une variante de l'invention. Le préleveur d'échantillons objet de l'invention est la partie essentielle d'un dispositif de prélèvement représente à la figure 1. Le liquide dont on désire prélever des échantillons circule, par exemple, dans une conduite 1. Un piquage menage dans celle-ci permet l'alimentation du prélever d'échantillons 2 par une tubulure 3, soit gravitairement, soit au moyen d'une pompe 3a. Deux tubulures 4 et 5 sont reliées à des orifices de sortie correspondants du préleveur d'échantillons. L'une, 4, évacue l'échantillon prélevé vers un répartiteur 6 qui le distribue à l'un des flacons récepteurs disposes dans une enceinte thermostatée 7. L'autre, 5, permet de rejeter à l'égout la partie de liquide non prélevée. Le préleveur d'échantillons 2 se compose d'une chemise 8 dans laquelle se déplace un piston 9. La chemise 8 (figure 2) comporte une paroi cylindrique 10 d'axe X-X fermée par deux fonds opposés 11 et 12 perpendiculaires à l'axe X-X. Deux trous débouchant 13 et 14 diamétralement opposés et de même axe sont perces dans la partie centrale de la paroi 10 de la chemise 8. Deux perçages 15 et 16 communiquant entre eux d'axes perpendiculaires sont ménagés, l'un 15 dans le fond 11, perpendiculairement à l'axe X-X, l'autre 16 dans la paroi 10 de la chemise 8, parallèlement à l'axe X-X. Ces deux perçages 15 et 16 constituent un canal de transfert T qui communique avec l'intérieur de la chemise 8 par des orifices 17 et 18 perces respectivement dans le fond 11 et la paroi 10. Un trou débouchant 19, diamétralement opposé à l'orifice 18 et de même axe, est percé dans la paroi 10.Les axes de l'orifice 18 et du trou 13 sont situes sur une même génératrice, les axes des trous 14 et 19 sont situés sur une seconde génératrice diamétralement opposee à la précédente. Enfin, un trou débouchant 20, d'axe confondu avec l'axe X-X, muni d'une bague de guidage 21 est ménage dans le fond 12. Le piston 9 (figure 3) cylindrique, d'axe Y-Y, d'un diamètre très légèrement inférieur à celui de la chemise 8, comporte deux chambres ou gorges annulaires 22, 23 de profil semi-circulaire et d'entraxe E egal a l'entraxe des tubulures 4 et 5. Trois joints d'étanchéité 24, 25, 26 logés dans des gorges correspondantes assurent l'étanchéité entre chemise et piston et la non-communication des volumes definis par les gorges 22 et 23. L'une des faces terminales 27 du piston porte une tige de manoeuvre 28, dont l'axe est confondu avec l'axe Y-Y du piston, se terminant par une chape d'articulation 29 dans laquelle est ménagé un trou oblong 30 dont la plus grande dimension est parallèle à l'axe Y-Y. Le piston 8 est accouplé par la chape 29 de sa tige de manoeuvre 28 à un organe moteur (non représenté), tel que l'extrémité de la tige d'un vérin à double effet ou l'extrémité d'une bielle solidaire d'un arbre moteur, lui assurant un mouvement de translation selon l'axe X-X de la chemise 8. Le montage du préleveur est extrêmement simple. Le piston muni de ses joints 24, 25, 26 et de sa tige de manoeuvre 28 est enfilé dans la chemise 8 obturée à l'une de ses extrémités par le fond-ll. Puis le fond 12 est mis en place et fixé sur la chemise 8, la tige de manoeuvre etant engagée dans la bague de guidage 21. La chape d'articulation 29 est ensuite montée à l'extrémité libre de la tige de manoeuvre 28. Enfin, cette dernière est accouplée par sa chape 29, au moyen d'un axe 31 engagé dans le trou oblong 30, à l'organe moteur (fxtremit de la tige d'un vérin ou extrémité d'une bielle solidaire d'un arbre moteur). On va maintenant décrire le fonctionnement du preleveur en faisant référence aux figures 4 et 5. A la figure 4, le prélever est represente en position de repos. La gorge 22 du piston 9 est située en face des trous 13 et 14 de la chemise 8, relies respectivement aux tubulures 3 et 5. Dans cette position du piston, le liquide s'ecoulant de la conduite 1 dans le piquage qui y est ménage gagne le preleveur 2 par la tubulure 3, s'écoule par la gorge 22, en un écoulement ascendant garantissant le bon remplissage de cette dernière, jusqu'à la tubulure 5 et est évacue. Il n'y a donc pas de prélèvement d'echantillon.Lorsque, à partir de la position de repos, on imprime au piston 8 un mouvement de translation suivant la flèche F vers la gauche de la figure 4, le liquide contenu dans le volume défini par la gorge 22 est transféré vers la partie gauche de la chemise 8. Au cours du déplacement du piston 9, l'air compris entre la face avant de celui-ci et le fond 11 de la chemise 8 est refoule par l'orifice 17 du fond 11 et comprimé dans le canal de transfert T dont l'orifice 18 est obturé par la surface latérale du piston 9. Lorsque la face avant du piston arrive au contact du fond 11, position d'expulsion de l'échantillon (figure 5), la gorge 22 du piston 9 se trouve en face de l'orifice 18 et du trou 19 de la chemise 8. L'air comprimé dans le canal de transfert T peut alors s'échapper, expulsant le liquide contenu dans la gorge 22 par le trou 19 et la tubulure 4 jusqu'au repartiteur 6 et de là dans un recipient récepteur placé dans l'enceinte thermostatique 7. Dans cette même position du piston 9, la gorge 23 se trouve en face des trous 13 et 14 de la chemise 8, ce qui permet au liquide s'ecoulant par la tubulure 3 de traverser le préleveur par la gorge 23 et d'être évacue par la tubulure 5 sans être prélevé.Ainsi, dans le cas ou le preleveur est alimenté par une pompe 3a, celle-ci n'aura pas à supporter trop longtemps une surpression au refoulement qui, à la longue, pourrait nuire à son bon fonctionnement. Lorsque l'échantillon prélevé a été expulsé, par detente de l'air comprimé dans le canal de transfert T, le piston 9 est ramené à sa position initiale de la figure 4 par l'organe moteur et un autre cycle de prélèvement peut alors commencer. Dans ce mouvement de retour, lorsque le joint 24 vient en coincidence avec la tubulure de sortie 4, le volume de la chemise 8 compris entre le fond 11 et la face avant du piston 9 est mis à l'atmosphère par la tubulure Q sertie 4. L'invention présente un certain nombre d'avantages et notamment les suivants - Le volume de l'échantillon prélevé est constant puisqu'il est défini par le volume de la gorge 22 isolée par les joints d'étanchéité 24 et 25. - L'échantillon prélevé est évacue du préleveur par une chasse à l'air comprimé, ce qui élimine pratiquement les risques d'encrassement du préleveur et permet d'utiliser ce dernier même avec des liquides chargés de matières en suspension. - On peut augmenter la puissance de la chasse à l'air comprimé en diminuant le volume du canal de transfert T par rapport au volume compris entre la face avant du piston et le fond 11 de la chemise. Avec une grande puissance de chasse, on peut utiliser ce preleveur pour constituer des échantillons de boues, de fluides à forte viscosite ou de poudres. - Le jeu ménage entre la tige de manoeuvre du piston et l'organe moteur, grâce au trou oblong 30 dont est dotée la chape d'articulation 29, permet un temps d'arrêt du piston dans les positions extrêmes de son mouvement alternatif, temps correspondant au rattrapage du jeu, ce qui permet le remplissage parfait et la vidange complète de la gorge 22. - Le prélever est extrêmement souple d'emploi : il suffit de programmer les sequences de marche de l'organe moteur pour determiner le nombre de coups de piston dans un temps donné et la fréquence des sequences de prélèvement. - Le nombre de prélèvements effectués dans un temps donné peut être rendu facilement proportionnel au débit du liquide s'écoulant dans la conduite en pilotant la marche de l'organe moteur par des informations fournies par un débitmètre. Diverses variantes de l'invention peuvent être envisagees ; on peut notamment remplacer les gorges 22 et 23 par des trous diamétraux percés dans le piston 9 dont les extrémités correspondent respectivement aux trous 18 et 19, d'une part, 13 et 14, d'autre part, lorsque le piston est dans la position représentée à la figure 5. I1 est envisageable également de doter le fond 11 de la chemise 8 d'un clapet unidirectionnel qui est fermé lorsque le piston 9 se déplace dans le sens de la fleche F et qui s'ouvre lorsque le piston 9 revient à sa position de repos, permettant la mise à l'atmosphère de la partie de la chemise 8 comprise entre le fond 11 et l'avant du piston 9. Enfin, il est encore envisageable, comme représenté à la figure 6, de rendre la chemise 8 symétrique par rapport au plan parallèle aux fonds ll et 12 et passant par l'axe commun des trous 13 et 14. Pour cela, un canal de transfert T', débouchant dans la chemise 8 par des orifices 117 et 118 est ménage, et un trou 119 relie à une tubulure d'évacuation 104 est percé dans la paroi 10 de la chemise. Un dispositif d'étanchéité 121, du type presse-étoupe, remplace la bague de guidage 21 dans le fond 12. Le piston 9, représenté à la figure 7, est prolonge vers son extrémite portant la tige de manoeuvre 28 de façon telle que, lorsqu'il vient en contact avec le fond 12, la gorge 23 est situee en face de l'orifice 118 et du trou 119 tandis que la gorge 22 est située en face des trous 13 et 14. Le montage et le fonctionnement de cette variante de l'invention sont les mêmes que ceux décrits pour la version de base. L'avantage de cette version est que, lors d'un aller et retour du piston, deux echantillons sont prélevés au lieu d'un seul. REVENDICATIONS 1.- Prélever d'échantillons délivrant des échantillons de volume constant caractérisé en ce qu'il est constitue d'un piston (9) mobile dans une chemise (8) cylindrique,qui comportent respectivement, au moins une chambre (22, 23) pouvant être mise en communication, d'une part, avec les tubulures d'entree (3) et de sortie (5) et, d'autre part, avec une autre tubulure de sortie (4) et au moins un canal de transfert (T) permettant l'expulsion de l'échantillon préleve contenu dans la chambre (22, 23), sous l'action d'un gaz comprimé. 2.- Preleveur d'échantillons suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le canal de transfert (T) communique avec l'intérieur de la chemise (8) par des orifices (17, 117) et (18, 118) menagés respectivement dans un fond (11, 12) et la paroi latérale (10) de la chemise (8). 3.- Préleveur d'échantillons suivant la revendication 2 caractérisé en ce qu'au moins un trou débouchant (19,119) relie à la tubulure de sortie (4, 104) de l'échantillon prélevé et ménage dans la paroi (10) de la chambre (8) est diamétralement opposé à l'orifice (18, 118). 4.- Préleveur d'échantillons suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que dans la partie centrale de la paroi (10) de la chemise (8) sont ménagés deux trous debouchant (13) et (14) diamétralement opposés reliés respectivement aux tubulures d'entrée (3) et de sortie (5) du produit à prélever. 5.- Preleveur d'échantillons suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le piston (9) comporte deux chambres constituées par deux gorges annulaires (22,, 23) d'entraxe (E) égal à l'entraxe des tubulures de sortie(4 et 5). 6.- Preleveur d'échantillons selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que des joints d'étanchéité (24, 25, 26) sont disposés de part et d'autre de chacune des chambres (22, 23) dans des gorges correspondantes du piston (9). 7.- Préleveur d'échantillons selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le piston (9) est muni à l'une de ses extremites d'une tige de manoeuvre (28), dont l'axe est confondu avec l'axe Y-Y du piston, et dont l'extrémité libre porte une chape (29) d'articulation dans laquelle est ménagé un trou oblong(30). 8.- Préleveur d'échantillons suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7 caracterise en ce que, en position de repos, la chambre (22) du piston (9) est en communication avec les tubulures d'entrée (3) et de sortie t5) et que, en position d'expulsion de l'echantillon, la même chambre (22) est en communication avec le canal de transfert (T) et la tubulure de sortie (4) de l'échantillon prélevé. 9.- Préleveur d'echantillons suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que la chemise (8) comporte deux canaux de transfert (T et T') et deux tubulures de sortie (4 et 104) symétriques par rapport au plan transversal passant par l'axe des tubulures d'entree (3) et de sortie (5) et que le piston (9) comporte deux-chambres (22, 23) pouvant être mises en communication respectivement avec les tubulures d'entrée (3) et de sortie (5) et avec l'une des tubulures (4, 104). 10.- Préleveur d'échantillons selon l'une quelconque des revendications i à 9 caractérisé en ce que l'un des fonds (11) ou chacun des fonds (11) et (12) de la chemise (8) est muni d'un clapet unidirectionnel de mise à l'atmosphère.