Brevet FR2543683A1 — publié le 19841005

PROCEDE D'ANALYSE THERMIQUE DIFFERENTIELLE ET DISPOSITIF POUR SA MISE EN OEUVRE La présente invention concerne la thermographie, et plus particu lierement, les procédés d'analyse thermique différentielle et les dispositifs pour leur mise en oeuvre. La présente invention peut être utilisée pour l'analyse continue des phases des substances et pour le contrôle de la composition et de la qualité des roches, des minerais, des matières premières et d'autres ma rires thermoactives dans l'industrie minière et dans l'industrie chimique. Les exigences de qualité et de continuitépourles matières premidres (par exemple, des minerais), et les reactifs chimiques utilisés dans les industries minière et chimique, surtout en cas d'utilisation de lignes de production continues devenant de plus en plus sévères, le contrôle doit être de plus en plus rigoureux,cequi augmentel'exiqencedeprécision requise pour l'analyse des phases. L'évaluation quantitative de la composition des phases d'une substance à analyser peut être réalisée de façon simple a l'aide d'une analyse thermique différentielle. Il existe un procédé d'analyse thermique différentielle (cf. par exemple, Tsvetkov A.I., Pîloyan G.A. "Tendances actuelles du développement de l'analyse thermique différentielle1'. Recueil d'articles "Bilan scient1- risque, "Geochimie, mineralogie, pétrographie 1963-1964", Mos cou, 1965, p. 167) consistant à amener de la substance à analyser, à la chauffer et a mesurer la caractéristique thermique de la substance à analyser pour déterminer son effet thermique.Selon ce procédé, l'amenée de la substance à analyser s'effectue par phases isoles, alors que la mesure de la carac éristique thermique de la substance à analyser s'effectue au cours du chauffage de cette phase sur tout l'intervalle de température. I1 existe par ailleurs un dispositif d'analyse thermique differentielle (cf., la reférence déjà citee de Tsvetkov A.I., Piloyan G.A.) qui réalise le procédé connu et qui comporte un support de la substance à analyser, un four produisant un gradient de température s'étalant sur toute sa longueur dans le sens de déplacement du support portant la substance à analyser et un organe de mesure de temperature avec une sonde en contact avec la substance a analyser. Dans ce dispositif, le support de la substance à analyser se présente sous la forme d'un creuset et l'organe de mesure de température est rigidement fixé au support de la substance a analyser. Pourtant, ces procédés et les dispositifs qui les mettent en oeuvre permettent l'étude des substances dans chaque cycle de chauffage seulement pour une quantité limitée de cette substance. On enregistre alors toute les caractéristiques thermiques de la substance à analyser dans toute la gamme des températures, y compris dans les zones non informatives, alors que l'effet thermique réel n'est enregistré qu'unie seule fois ce qui reduit le rendement de l'analyse et la précision de la mesure de l'effet thermique de la substance à analyser. Pour obtenir des résultats valables avec ces procédés et avec leurs dispositifs de mise en oeuvre, on doit, pour obtenir l'analyse phasique quantitative de la substance à analyser, prélever plusieurs caracterasti- ques thermiques tant pour les mélanges de tarage que pour les substances a analyser et ceci en maintenant rigoureusement l'identité des conditions de l'expérience, et on peut ensuite, comparer les paramètres de leurs effets thermiques. Les procédés et dispositifs connus ne permettent pas non plus de faire une analyse rapide de la composition phasique de la substance à analyser compte tenu de la durée d'obtention de la caractéristique thermique pour chaque lot de la substance a analyser Le but de l'invention est de créer un procedé d'analyse différentelle qui permette de réaliser une analyse thermique différentielle en continu et d'élever la précision des mesures de l'effet thermique de la substance à analyser, ainsi qu'un dispositif pour sa mise en oeuvre dont la réalisation permettrait d'augmenter le rendement de l'analyse et la precision des;;mesures de l'effet thermique de la substance à analyser A cet effet, dans un procéde d'analyse thermique ifférentielle consistant à faire défiler une substance à analyser, à la chauffer et a mesurer la caractéristique thermique de la substance à analyser afin diob- tenir son effet thermique, conformément a l'invention, l'amenée d'au moins une substance à analyser d'une manière continue s'effectue par déplacement régulier d'un flux ou d'une coulée de la substance à analyser, le chauffage du flux en déplacement régulier de la coulée de la substance a analyser en déplacement s'effectuant simultanément dans tout l'intervalle des tem peratures, et ensuite simultanément avec le chauffage on localise au moins une zone. de température le long du flux de la substance à analyser en déplacement régulier, sur laquelle apparat't l'effet thermique,et la mesure de la caracteristique thermique du flux de la substance a analyser en déplace- ment régulier s'effectue en continu dans cette zone de temperature. Dans un dispositif d'analyse thermique différentielle pour la mise en oeuvre du procédé selon l'tnvention et comportant un support de réception de la substance à analyser, un four à zones de température croissante dans lequel se déplace le support avec la substance à analyser et un organe de mesure de la température muni d'une sonde en-contact avec la substance à analyser5 selon l'invention, le support de la substance à analyser est réalisé sous la forme d'un transporteur dont la longueur dépasse la lon gueur du four et dont la surface utile porte le flux de la substance à analyser, et la sonde du mesureur de température est disposée à l'intérieur du four dans la zone de temperature correspondant à l'apparition d'un effet thermique sur le flux ou la coulée de la substance a analyser en déplacement sensiblement régulier Il est avantageux de réaliser la surface utile du transporteur du dispositif selon l'invention sous la forme d'une auge et le transporteur peut présenter la fol e d'un anneau dont le centre de rotation est disposé en dehors du four. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif comporte un mecanisme provoquant un deplacement de va-et-vient de l'organe de mesure de température et relié mécaniquement à ce dernier Le dispositif selon l'invention comporte alors un mécanisme de ha- lancement de l'organe de mesure de température relié mécaniquement à ce dernier et au mécanisme provoquant un déplacement de va-et-vient de l'organe de mesure de température. Il est avantageux que le dispositif selon I'invention comporte en plus un organe de correction du déplacement de va-et-vient de l'organe de mesure de température relie a ce dernier et au mécanisme de deplacement de va-et-vient à l'organe de mesure de température. Le dispositif selon l'invention peut comporter des organes de mesure de température supplementaires, affectes à la détection d'effets thermiques supplémentaires de la substance à analyser. Chaque organe de mesure de température du dispositif selon l'invention peut comporter une plaque arquée placée sur la sonde- et glissant le long de la coulée ou du flux de la substance à analyser en deplacement régulier. Il est possible de munir le dispositif selon l'invention d'un racloir disposé à la sortie du four et épousant la forme de la surface de réception du transporteur. La présente invention permet de réaliser une analyse thermique dif férentielle en continu d'une coulée ou d'un flux de la substance a analyser ce qui améliore le rendement de l'analyse. En outre, la présente invention permet d'obtenir plusieurs effets thermiques pour différentes zones de température de la substance analyser et de déterminer son hétérogénéité ce qui augmente la precision des mesures de l'effet thermique. La présente invention permet egalement de créer, dans la zone de mesure, un effet thermique non atténué et d'une durée déterminée ce qui augmente également la précision des mesures de l'effet thermique. L'invention assure également une mesure simultanée des-effets thermiques a différentes températures d'une substance à analyser ce qui réduit la durée des mesures de la caractéristique thermique. La présente invention permet aussi de déterminer en continu la composition phasique de la substance à analyser ce qui assure un meilleur contrôle de sa qualité. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention appa raieront à la lecture de la description de divers modes de réalisation, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé,.ou: - la figure 1 représente -schématiquement l'ensemble du dispositif d'analyse thermique différentielle, selon l'invention; - la figure 2 représente en coupe partielle l'ensemble du dispositif d'analyse thermique différentielle selon l'invention dans le cas d'un transporteur annulaire; - la figure 3 représente en coupe partielle l'ensemble du dispositif d'analyse thermique différentielle selon l'invention semblable a celui de la figure 2, mais avec deux orga nes de mesure des températures. Le procédé d'analyse thermique différentielle consiste à amener en continu au moins un flux ou une coulée d'une substance à analyser en depla- cement régulier et à la chauffer sur tout l'intervalle de température. En Rêmc temps que l'on chauffe, on-localise au moins une zone de tempera- ture suivant le flux de la substance à analyseren déplacement continu et sur laquelle apparaît l'effet thermique. Simultanément, on mesure en permanence la caractéristique thermique du flux de la substance analyser sur cette zone de température en déplacement régulier. Le dispositif d'analyse thermique différentielle réalisant le procédé selon l'invention comporte une trémie 1 (figure 1) contenant une substance à analyser 2. Sous l'ouverture de la trémie 1 est disposée une surface de réception 3 en forme d'auge, d'un transporteur 4 sur un support rotatif 5. Sur la surface 3 du transporteur 4 se trouve réparti un flux ou une coulée 6 de-la la substance 2. Le transporteur 4 traverse un four 7 à zones de température croissante, la longueur du four étant inférieure à celle du transporteur 4. Près de l'ouverture d'entrée 8 du four 7 est prevu un égaliseur 9 du flux 6 de la substance à analyser. Pres de l'ouverture de sortie 10 du four 7 se place un racloir 11 épousant la surface 3.Le dispositif d'analyse comporte un organe de mesure de température 12 muni d'un tube 13 avec une sonde 14 à une extremite. La sonde 14 se place à l'intérieur du four 7 sur une zone de température 15 où l'intervalle des températures correspond a l'apparition d'un effet thermique du flux 6 (sur la figure 1 la aisposition de la zone 15 est indiquée conventionnellement par des traits alternés). La sonde 14 porte une plaque arquee 16 en contact avec le flux 6 de la substance 2. Le tube l3 est placé sur un support de pivotement 17 d'un mécanisme de balancement 18. Un contre-poids 19 du mécanisme 18 est disposé sur l'extrémité libre du eube 13.Le dispositif comF porte également un mécanisme 20 de deplacement en va-et-vient constitué d'une commande 21 avec une vis rotative 22 qui porte le support 17 du mécay nisme 18. Le support 17 du mécanisme 18 se déplace sur un guide 23 du mecanisme 20. Un organe 24 de correction du déplacement de va-et-vient de l'organe de mesure de temperature 12 est branché sur la commande 21 du mecanis- me 20 et sur le tube 13 de l'organe 12. Conformément à une autre variante d'exécution du dispositif d'ana- lyse thermique différentielle mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, le transporteur 25 (figure 2) présente une forma annulaire, le four 26 est en arc de cercle et son rayon de courbure correspond au rayon de courbure du transporteur 25, alors que le centre de rotation du transporteur 25 se trouve en dehors du four 26. Conformément à une autre variante de réalisation représentée sur la figure 3, le dispositif d'analyse thermique différentielle mettant en oeuvre le procedé selon l'invention comporte un organe de mesure de eempera- ture 27 placé sur une zone 28 (sur la figure 3, les zones 15 et 28 sont indiquées conventionnellement en traits alternés) sur laquelle se manifeste l'autre effet thermique de la substance à analyser 2. Le procédé d'analyse thermique différentielle est mis en oeuvre a l'aide du dispositif qui vient d'être décrit de la façon qui va maintenant être décrite. On met d'abord en régime le four 7 qui assure le gradient longitudinal de température de telle façon que la température près de l'ouverture d'entrée 8 du four 7 soit minimale et maximale près de l'ouverture de sortie 10. Ensuite, on met en marche le transporteur 4. On place dans la trémie 1 la substance à analyser 2 qui passe en continu à travers l'ouverture inférieure de la trémie 1 et se répartit sur la surface utile 3 du transporteur en forme d'auge 4 qui se met en mouvement. La répartition uniforme du flux ou coulée 6 de la substance 2 à analyser tant en volume qu'en densité le long du transporteur 4,est obtenue au moyen de l'égalisateur 9. La coulée 5 de la substance 2 passe dans le four 7, dans le sens de l'accroissement de la température. Comme le four 7 présente un gradient de température stable et le transporteur 3 se déplace avec une vitesse constante, la coulée 6 s'échauffe d'une façon uniforme dans tout l'intervalle de température.Chaque tronçon de la coulée 6 présente donc des températures différentes suivant sa longueur, et dans une même zone du four 7, chaque tronçon de la coulée 6 s'échauffe jusqu'à la même tempéra- ture. Par consequenl;* la caractéristique thermique de la substance 2 à analyser se développe le long de la coulée 6 à l'intérieur du four et tant que la substance se déplace, dans chaque zone de température 15, 28, la substance à analyser 2 renouvelle en continu l'effet thermique qui ne s'amortit pas. Dans ces conditions, la valeur de l'effet thennique est fone- tion de l'hétérogénéité de la substance 2 à analyser c'est-à-dire qu'elle caractérise la qualité de cette dernière. Pour réaliser les mesures, on installe au préalable l'organe de mesure de température 12 à l'intérieur du four 7 sur la zone 15 qui correspond à la température d'apparition de l'effet thermique. Si la place de cette zone n'est pas connue avant l'analyse, ou si l'intervalle des tem pératures de l'effet thermique n'est pas établi, la sonde 14 du mesureur de température 12 est déplacée à l'aide du mecanisme de va-et-vient 20 le long de la coulée 6 à l'interieur du four 7 jusqu'au moment où l'on trouve la zone 15 du four 7 où apparaît l'effet thermique de la substance 2. Ensuite, dans les limites de la zone de température du tronçon 15 sont enregistrés en permamence les effets thermiques de la coulée 6 de la substance 2 en déplacement. Le contact de la sonde 14 avec la coulée 6 s'effectue à travers une plaque thermoconductrice 16 dont la forme en arc assure un glissement facile le long bye la coulée 6. Comme l'organe de mesure de la température 12 se trouve toujours dans la même zone 15 du four 7 et dans des conditions isothermiques, les fluctuations de la température dans cette zone 15 ne peuvent être que la conséquence de l'action thermique de la substance 2 à analyser. Ceci permet de realiser avec un seul organe de mesure de la température 12 un enregistrement différentiel de la caractéristique thermique par compensation elec- trique des indications de la température dans la zone 15 du four 7. Parmi les substances analysées par la méthode de l'analyse thermique différentielle, il en existe dont la température d'effet thermique varie en fonction de la teneur en phase thermoactive, des conditions de l'expe- rience et d'autres facteurs. Dans ce cas, la position de la zone 15 cor- respondant à la température d'apparition de l'effet thermique peut se depla- cer le long de la coulée 6 dans l'un ou l'autre sens. Pour maintenir l'organe 12 dans la zone de l'effet thermique, le dispositif peut fonctionner à deux régimes de déplacement en va-et-vient de l'organe de mesure 12, ces deux régimes étant assurés par le mécanisme 20 et l'organe 24 de correction du déplacement en va-et-vient. Selon le premier régime, l'amplitude du deplacement en va-et-vient est choisie maximale lorsque l'organe de correction 24 inverse le déplacement de l'organe 12 à la diminution de la valeur de l'effet thermique jusqu'à la valeur minimale a l'origine et a la fin de l'intervalle de températures de l'effet thermique. Dans ce régime, le même-effet thermique est enregis tré d'une façon complet et plusieurs fois à l'aller et au retour de l'or- gane 12 en répétant plusieurs reprises la caractéristique thermique pour les différents tronçons de la coulée 6 de la substance 2. Selon le deuxième regime, si l'on veut mesurer seulement la valeur maximale de l'effet thermique qui se place le long de la coulée 6, l'amplitude du déplacement en va-et-vient de l'organe 12 est choisie minimale et l'organe de correction 24 inverse le déplacement de l'organe 12 dès qu'il se produit une réduction de la valeur de l'effet thermique. Selon ce regime, on enregistre une serie de maxima de l'effet thermique pour les différents tronçons de la coulée de la substance. La possibilité d'obtenir une série d'effets thermiques permet d'utiliser les méthodes statistiques de traitement des résultats ce qui permet d'augmenter la fiabilité des mesures. En outre, le procede et le dispositif selon l'invention, permettent de réaliser l'analyse thermique différentielle d'une série de substances (figure 3). à analyser en continu. Ceci permet 1'analyse phasique quantitative de ces substances. Pour cela, on amène successivement dans la zone de mesure du four 7 au moins deux coulées 6 de mélanges étalons à teneur connue en phase thermoactive et ensuite une coulée 6 de substance 2 a analyser dont la teneur en phase thernoactive est inconnue. En comparant les valeurs de leurs effets thermiques on détermine la teneur en phase thermoactive recherchée dans chaque substance 2 à analyser. Dans le cas (figure 3) où la substance à analyser est caractérisée par plusieurs effets thermiques à des températures différentes et qui apparaissent aux différentes zones 15 et 28 le long de la coulée 6. Ces effets peuvent être mesures en parallèle à l'aide d'un nombre correspondant d'organesde mesure 12 et 27. Ces mesures permettent d'obtenir soit la detenni- nation de plusieurs phases thermoactives dans une substance 2 a analyser, soit la détermination d'une seule phase thermoactive avec une grande précision d'après plusieurs effets thermiques la caracténsant. Conformément à l'invention, la forme annulaire du transporteur 25 (figure 2) permet de simplifier sa technologie de fabrication et, par conséquent, la construction du dispositif La présente invention permet d'automatiser le processus d'analyse thermique différentielle de substances a analyser. Bien entendu, la présente invention nlest pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'artS sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé d'analyse thermique différentielle consistant a faire défiler une substance à analyser, à la chauffer et à mesurer la caractéris- tique thermique de la substance a analyser pour déterminer son effet thermique, caractérise en ce que l'amenée d'au moins une substance (2) a analyser d'une manière continue s'effectue sous la forme d'un flux ou coulee (6), le chauffage du flux (6) en déplacement régulier de la substance (2) à analyser s'effectuant simultanément dans tout l'intervalle des tempera tures, en ce qu'ensuite simultanément avec le chauffage, on localise au moins une zone de température (15) le long du flux (6) en déplacement régulier sur laquelle apparalt l'effet thermique, et que la mesure de la caractéristique thermique du flux (6) en écoulement régulier de la substance (2) à analyser s'effectue en continu dans cette zone de tempera= ture (15). 2.- Dispositif d'analyse thermique différentielle pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 et comportant un support de réception de la substance à analyser, un four a zones de température croissante dans lequel se déplace le support avec la substance à analyser et un organe de mesure de la température muni d'une sonde en contact avec la substance a analyser, caractérisé en ce que le support de la substance à analyser est réalisé sous la forme d'un transporteur (4) dont la longueur dépasse celle du four (7) et dont la surface utile (3) porte le flux (6) de la substance (2) a analyser, et en ce que la sonde (14) de l'organe de mesure de la température (12) est disposée a l'intérieur du four (7) dans la zone de température (15) correspondant à l'apparition d'un effet thermique sur le flux (6) en déplacement régulier de la substance (2) à analyser. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface de réception (3) du transporteur (4) est en forme d'auge 4.- Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le transporteur (25) presente la forme d'un anneau dont le centre est disposé en dehors du four (26). 5.- Dispositif selon la revendication 29 caractérisé en ce qu'il comporte un mécanisme (20) provoquant un déplacement de va-et-vient de l'organe de mesure de temperature (12) et relié mécaniquement à ce dernier 6.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un mecanisme de balancement (18j de l'organe de mesure de température (12) relie mécaniquement à ce dernier et au mecanisme (20) provoquant un déplacement de va-et-vient de l'organe de mesure de temperature(12f. 7.- Dispositif selon la revendication 5, caractérise en ce qu'il comporte en plus un organe (24) de correction du déplacement de va-etvient de l'organe de mesure de la température (12) relié a ce dernier et au mecanisme (20) de déplacement de va-et-vient de l'organe de mesure de température (12). 8.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte des organes de mesure de la température (27) supplementaires affectés à la détection d'effets thermiques supplémentaires de la substance (2) à analyser 9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque organe de mesure de température (12) comporte une plaque arquée (16) placée sur la sonde (14) et glissant le long du flux (6) en déplacement regulier de la substance à analyser (2). 10.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un racloir (fol) placé pres de l'ouverture de sortie (10) du four (7) et épousant la srme de la surface de réception (3) du transporteur (4, 25).