Brevet FR2647214A1 — publié le 19901123

Dispositif d'extraction dtm échantillon La présente invention concerne un dispositif d'extraction d'un échantillon d'une matière présente dans une enceinte délimitée par un corps, par exemple un corps cylindrique tel qu'un tuyau, que cette matière soit en mouvement (par exemple écoulement d'un liquide), ou immobile (par exemple charge d'un réacteur chimique discontinu). L'un des dispositifs utilisés pour extraire un tel échantillon d'une telle enceinte est appelé robinet à piston, et comporte: - un orifice d'extraction déterminé dans le corps, allongé selon une direction transversale, par exemple perpendiculaire à la direction générale du corps, se confondant par exemple avec la direction d'écoulement de la matière à échantillonner ; cet orifice débouche dans l'enceinte délimitée par le corps ; et cet orifice d'extraction communique avec un passage d'extraction vers l'extérieur, à l'écart de l'enceinte, - un piston extracteur, mobile en translation dans l'orifice d'extraction, de manière étanche; ce piston peut être déplacé entre deux positions, la première de repos, dans laquelle la tête de piston affleure la surface interne de l'enceinte. et le passage d'extraction est obturé, et la seconde d'extraction, reculée, dans laquelle le passage d'extraction est libéré par le piston, et il est possible d'extraire de l'enceinte un échantillon de matière, - un moyen de commande en déplacement du piston, entre les deux positions explicitées précédemment. Un tel dispositif présente les inconvénients suivants. Ce dispositif ne permet pas de calibrer ou doser l'échantillon prélevé. La quantité de matière extraite dépend essentiellement de la durée d'ouverture du passage d'extraction. Ce dispositif établit une communication entre l'intérieur et l'extérieur de l'enceinte, lors de l'ouverture du passage d'extraction. II ne peut donc être utilisé en particulier pour extraire un échantillon d'une enceinte sous dépression, par exemple sous vide partiel. Ce dispositif ne permet d'extraire qu'une matière ayant une fluidité suffisante, ou viscosité relativement faible, pour s'écouler d'elle-même dans l'orifice d'extraction, et au travers du passage d'extraction. La présente invention a pour objet un dispositif du type précité, permettant à la fois de calibrer ou doseur l'échantillon prélevé, d'assurer l'étanchéité de l'enceinte pendant l'extraction de l'échantillon, et d'échantillonner toutes sortes de matières différentes, liquides, gazeuses, visqueuses, pulvérulentes, etc... Selon la présente invention, en combinaison : - deux orifices allongés selon une direction transversale commune sont détermines dans le corps, et disposés en vis à vis de part et d'autre de l'enceinte; ces orifices présentent selon leur longueur une section identique, par exemple cylindrique ; I'un des orifices, dit d'extraction, communique avec un passage d'extraction vers l'extérieur de l'échantillon prélevé, - deux pistons sont disposés dans les deux orifices respectivement, et présentent de manière continue selon leur longueur la même section, adaptée à un déplacement étanche dans les deux orifices respectivement ;I'un des pistons disposé dans l'orifice d'extraction est dit extracteur, et l'autre disposé dans l'autre orifice est dit expulseur, -un moyen de commande en déplacement des pistons, actionnant ces derniers pour les amener successivement dans les positions relatives suivantes, pendant une phase d'extraction d'un échantillon:: + une position de repos, dans laquelle les têtes des deux pistons sont dans une position de repos, par exemple affleurent chacune la surface interne de l'enceinte t une position de calibrage du piston expulseur, dans laquelle la tête de ce dernier est distante de la tête du piston extracteur, selon une distance prédéterminée dite de calibrage + une position d'extraction, dans laquelle le piston expulseur a pénétré dans l'orifice d'extraction et le piston extracteur a reculé cor- comitamment dans ce dernier, leurs deux têtes demeurant séparées par la distance de calibrage, et dans laquelle le volume calibré entre les deux têtes est mis en communication avec le passage d'extraction + une position d'expulsion, dans laquelle la tête du piston expulseur est amenée au contact de la tête du piston extracteur demeurant dans la position d'extraction. Un dispositif selon la présente invention apporte au surplus les avantages significatifs suivants. Dans sa position de repos, mais également dans les positions dites précédemment de calibrage et d'extraction, il ne perturbe pas de manière importante, et localement, I'ordre de la matière prélevée. L'échantillon prélevé est donc homogène et représentatif du milieu disponible dans l'enceinte, à l'endroit du prélèvement. Un dispositif selon l'invention peut être automatisé par des moyens de commande mécanique, hydraulique, pneumatique, électronique, de telle sorte qu'il peut être utilisé de manière répétitive, et avec une fréquence importante. Un dispositif selon l'invention ne présente aucune tone de rétention du produit prélevé,de telle sorte que, d'une part il ne nécessite aucun rinçage ou nettoyage entre deux prélèvements, et d'autre part l'échantillon prélevé représente fidèlement le milieu soutiré. Selon la présente invention, compte tenu de la séparation étanche entre l'intérieur et l'extérieur de l'enceinte, au niveau du dispositif d'extraction, la tone de réception et conditionnement de l'échantillon extrait peut être soumise à une pression et/ou une température différentes de celles régnant dans l'enceinte. La présente invention est maintenant décrite par référence aux dessins annexés, dans lesquels - les figures 1 à 5 représentent de manière schématique un dispositif d'extraction conforme à l'invention, à commande mécanique les figures I à 5 représentent le dispositif en question, respectivement dans les positions suivantes, à savoir une position dite de repos, une position dite de calibrage du piston expulseur, une position intermédiaire entre la position avancée selon la figure 2 et la position d'extraction selon la figure 4, la position d'extraction précitée, et une position dite d'expulsion - la figure 6 représente un autre dispositif d'extraction conforme à l'invention, à commande pneumatique, dans la position de repos, - les figures 7 à 9 représentent le dispositif selon la figure 6, respectivement dans les positions appelées précédemment de calibrage, d'extraction, et d'expulsion. Conformément à la figure 1, on a représenté une enceinte (1) délimitée par un corps cylindrique (2), analogue à un corps de vanne. Cette enceinte (1) comporte donc une direction générale perpendiculaire au plan de la figure 1. correspondant par exemple à la direction d'écoulement du fluide à prélever ou échantillonner. Deux orifices allongés (3) et (4), I'un appelé ci-après orifice d'extraction, et l'autre appelé ci-après orifice d'expulsion, sont formés dans la paroi du corps (2), et sont étanchés vis à vis de l'extérieur de manière traditionnelle, avec un presse-étoupe (5) et une bague filetée (6). Les on fi ces (3) et (4) sont allongés selon une direction transversale commune, perpendiculaire à la direction générale du corps (2). Les orifices (3) et (4) débouchent dans l'enceinte (1), et sont disposés en vis à vis de part et d'autre de l'enceinte précitée.Ces deux orifices (3) et (4) présentent selon leur longueur une section identique, à savoir cylindrique. L'orifice d'extraction (3) communique avec un passage (7) d'extraction vers l'extérieur de l'échantillon prélevé, comme décrit ci-après ; ce passage (7) est disposé à l'écart de l'enceinte (1). Deux pistons (8) et (9) sont disposés dans les deux orifices (3) et (4) respectivement, et présentent de manière continue selon leur longueur la même section cylindrique. Cette dernière est adaptée en forme et en dimensions à un déplacement étanche dans les deux orifices (3) et (4) respectivement. Le piston (8) disposé dans l'orifice d'extraction (3) sera dit ci-après extracteur, et l'autre disposé dans l'autre orifice (4) d'expulsion sera dit ci-après expulseur. Un moyen mécanique, constitué par un moyen moteur (12) et une liaison mécanique (i i). permet de commander en déplacement les deux pistons (8) et (9) selon un séquencement et une cinématique décrits ci-après. Quel que soit le moyen de commande utilisé, de type mécanique, hydraulique, pneumatique, électrique, etc ..., il est agencé pour amener les pistons (8) et (9), successivement dans les positions relatives décrites ci-après par référence aux figures 1 à 5, et ce pendant une phase d'extraction d'un échantillon de la matière présente dans l'enceinte (1). Conformément à la figure 1, dans la position de repos du dispositif d'extraction selon l'invention, les deux têtes (8a) et (9a) des deux pistons (8) et (9) respectivement sont dans une position de repos, par exemple affleurent chacune la surface interne (2a) de l'enceinte (2). Conformément à la figure 2, le piston expulseur (9) est amené dans une position dite de calibrage, dans laquelle la tête (9a) de ce dernier est distante de la tête (8a) du piston extracteur, selon une distance prédéterminée (d) dite de calibrage. Dans la position de calibrage, par conséquent, la tête (8a) du piston extracteur (8) affleure toujours la surface interne (2a) de l'enceinte (2). mais la tête (9a) du piston expul seur a été avancée à l'intérieur de l'enceinte (2), en respectant la distance prédéterminée (d), laquelle va fixer, comme décrit ci-après, le volume calibré extrait ou prélevé. Conformément à la position intermédiaire représentée à la figure 3, et à partir de la position de calibrage selon la figure 2, les deux pistons (8) et (9) sont déplacés dans la même direction concomitamment, en maintenant la distance (d) de calibrage entre les deux têtes (8a) et (9a) des pistons (8) et (9) respectivement. Dans ces conditions, la tête (9a) rejoint et pénètre dans l'orifice d'expulsion (3), tandis que la tête (8a) du piston extracteur (8) recule devant lui. Conformément à la figure 4, ce mouvement relatif des deux pistons (8) et (9) se poursuit, jusqu'à atteindre la position d'extraction représentée à la figure précitée. Dans cette position, le piston expulseur (9) a pénétré dans l'orifice d'extraction (3), et le piston extracteur (8) a reculé, toujours concomitamment, jusqu'à une position de recul extrème libérant le passage d'extraction (7). La distance séparant les têtes (8a) et (9a) est toujours la distance constante dite de calibrage (d). Dans ces conditions, le volume calibré repéré par la référence numérique (13) sur les figures 3 et 4 est mis en communication avec le passage d'extraction (7). Conformément à la figure (5), dans la position d'extraction. le piston extracteur (8) demeure immobile dans la position de recul extrème selon le figure 4, et le piston expulseur (9) poursuit son déplacement à l'intérieur de l'orifice d'extraction (3), jusqu'à ce que sa tête (9a) vienne au contact de la tête (8a) du piston extracteur (8). Dans ces conditions, le volume calibré (13) se trouve expulsé ou extrait par le passage d'extraction (7). Conformément aux figures 1 à 5, la cinématique et le séquence ment décrits précédemment sont obtenus avec un moyen mécanique comprenant : - le moyen moteur (12) pour le déplacement en translation du piston expulseur (9), lequel est donc un piston moteur - la liaison mécanique (11) entre le piston moteur (9) et l'autre piston extracteur (8) entrain6 ; cette liaison comprend un galet (14) mobile dans un plan transversal, à savoir perpendiculaire au corps (2), deux bras (15) et (16) articulés, d'un côté sur le galet (14). et de l'autre côté sur les deux pistons (8) et (9) respectivement, et enfin une glissière (17) fixe par rapport au corps (2), et destinée au roulement du galet (14). La glissière (17) comporte de manière continue et successive de la droite vers la gauche selon les figures I à 5 - une première rampe inclinée (17a), dirigée vers le piston moteur (9), permett-ant le déplacement du piston extracteur de la position de repos selon la figure 1 à la position de calibrage selon la figure 2, tout en maintenant le piston expulseur (8) immobile, - une deuxième rampe (17b), limitant vers le haut la première rampe (17a), cette deuxième rampe étant droite et parallèle à la direction transversale de déplacement des pistons (8) et (9) ; cette deuxième rampe permet de déplacer en même temps les pistons (8) et (9) de la position de calibrage selon la figure 2 à la position d'extraction selon la figure 4 - et une troisième rampe (17c) inclinée ou dirigée vers le piston moteur (9), située au-dessus de la première (17a) ;; cette troisième rampe permet de déplacer le piston expulseur (9), de la position d'extraction selon la figure 4 à la position d'expulsion selon la figure 5, tout en maintenant le piston extracteur (8) immobile. Conformément aux figures 6 à 9, on a représenté un autre dispositif d'extraction conforme à l'invention, à commande pneumatique. Les éléments ou composants portant les mêmes références numériques que celles déjà introduites par référence aux figures 1 à 5, désignent des éléments ou composants ayant les mêmes fonctions que celles décrites précédemment par rapport aux mêmes références numériques. Les figures 6 à 9 explicitent en particulier la même cinématique que celle décrite précédemment, et montrent plus précisemment et respectivement là position de repos, la position de calibrage, la position d'extraction, et la position d'expulsion du dispositif à commande pneumatique. Ce dispositif comprend plus précisemment - deux vérins (21) et (22), d'entrainement en translation du piston expulseur (9) et du piston extracteur (8) respectivement, moyennant quoi le vérin (21) sera dit ci-après expulseur et l'autre (22) extracteur - une tige de liaison (23), solidaire du vérin extracteur (22), disposée parallèlement aux deux pistons (8) et (9), et mobile en translation par rapport au vérin expulseur (21) ; cette tige de liaison (23) comporte une butée (24) contre le vérin expulseur (21), à son extrémité opposée au vérin extracteur (22) - un distributeur (25) à commade manuelle, à deux voies et deux positions, pour commander l'alimention pneumatique du vérin extracteur (22) - un distributeur (26) à commande mécanique, actionné par le déplacement du vérin extracteur (22) ; ce distributeur (26) comporte également deux voies dont une obturée, et deux positions pour commander l'alimentation du vérin expulseur (21). Le fonctionnement du dispositif de commande décrit précédemment se déduit du schéma pneumatique représenté à la figure 6, et correspond aux différentes séquences obtenues selon les figures 7 et 10. REVENDICATIONS 1) Dispositif d'extraction d'un échantillon d'une matière présente dans une enceinte (1) délimitée par un corps (2), par exemple un corps cylindrique, ce dispositif comprenant, d'une part un orifice (3) déterminé dans le corps, allongé selon une direction transversale, par exemple perpendiculaire, à la direction générale du corps, débouchant dans l'enceinte, ledit orifice communiquant avec un passage (7) d'extraction à l'écart de l'enceinte, et d'autre part un piston mobile (8) en translation dans l'orifice (3), de manière étanche, entre deux positions, la première (Fig. 1) dans laquelle le passage d'extraction est obturé par le piston, et la seconde (Fig. 4) reculée, dans laquelle le passage d'extraction est libéré par le piston, pour extraire de l'enceinte un échantillon de matière, caractérisé en ce que, en combinaison - deux orifices (3,4) allongés selon une direction transversale commune sont déterminés dans le corps (2), et disposés en vis à vis de part et d'autre de l'enceinte (1) ; ces orifices présentent selon leur longueur ne section identique, par exemple cylindrique ; l'un (3) des orifices, dit d'extraction, communique avec un passage (7) d'extraction vers l'extérieur de l'échantillon prélevé - deux pistons (8,9) sont disposés dans les deux orifices respectivement, et présentent de manière continue selon leur longueur la même section, adaptée à un déplacement étanche dans les deux orifices respectivement ;I'un (8) des pistons disposé dans I'orifice d'extraction est dit extracteur, et l'autre disposé (9) dans l'autre orifice est dit expulseur - un moyen (11,12) de commande en déplacement des pistons, actionnant ces derniers pour les amener successivement dans les positions relatives suivantes, pendant une phase d'extraction d'un échantil lon + une position de repos (Fig.l), dans laquelle les têtes (8a, 9a) des deux pistons sont dans une position de repos, par exemple affleurent chacune la surface interne (2a) de l'enceinte + une position de calibrage (Fig. 2) du piston expulseur, dans laquelle la tête (9a) de ce dernier est distante de la tête (8a) du piston extracteur, selon une distance prédéterminée (d) dite de calibrage + une position d'extraction (Fig. 4), dans laquelle le piston expulseur a pénétré dans l'orifice d'extraction et le piston extracteur a reculé concomitamment dans ce dernier, leurs deux têtes demeurant séparées par la distance de calibrage. et dans laquelle le volume calibré entre les deux têtes est mis en communication avec le passage d'extraction (7) + une position d'expulsion (Fig.5) dans laquelle la -tête (9a) du piston expulseur est amenée au contact de la tête (8a) du piston extracteur demeurant dans la position d'extraction. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de commande est de type mécanique, et comprend: - un moyen moteur (12) pour le déplacement en translation de l'un (9) des pistons, dit moteur, - une liaison mécanique (11) entre le piston moteur (9) et l'autre piston (8) dit entrainé, comprenant un galet (14) mobile dans un plan transversal, par exemple perpendiculaire au corps (2), deux bras (15, 16) articulés, d'un côté sur le galet, et de l'autre côté sur les pistons respectivement, une glissière (16) fixe par rapport au corps pour le roulement du galet, comportant de manière continue une première rampe inclinée (16a) dirigée vers le piston moteur, limitée par une deuxième rampe (16b) droite parallèle à la direction transversale des pistons. et une troi- sième rampe (16c) inclinée dirigée vers le piston moteur. située au-dessus de la première rampe. 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de commande est de type pneumatique ou hydraulique, et comporte: - deux vérins (21. 22) d'entrainement en translation des deux pistons respectivement, I'un (21) des vérins étant expulseur et l'autre (22) extracteur - une tige de liaison (23) solidaire du vérin extracteur, disposée parallèlement aux deux pistons (8,9), et mobile en translation par rapport au vérin expulseur ; la tige de liaison comporte une butée (24) contre le vérin expulseur, à son extrémité opposée au vérin extracteur - un distributeur (25) à commande manuelle, à deux voies et deux positions, pour commander l'alimentation du vérin extracteur - un distributeur (26) à commande mécanique, actionné par le déplacement du vérin extracteur, à deux voies et deux positions, pour commander l'alimentation du vérin expulseur.