Brevet FR2782801A1 — publié le 20000303

Dispositif pour la détermination, dans des conditions de température et de pression extrêmes, des relations entre pression, volume et température d'un corps pur et/ou d'un mélange. L'invention concerne un dispositif pour déterminer, dans des conditions de température et de pression extrêmes, les relations entre pression, volume et température d'un corps pur et/ou d'un mélange. I1 est connu des dispositifs pour mesurer les caractéristiques physiques d'un mélange à haute pression (pouvant atteindre 60 MPa) sous des températures pouvant varier entre - 200 C et + 500 C. Généralement, à la température des mesures, ces mélanges comportent une phase liquide surmontée d'une phase vapeur et/ou gazeuse. Ces dispositifs sont notamment utilisés dans l'industrie pétrolière pour des mesures de densité de liquides comprimés et à saturation (corps purs et mélanges) et/ou des mesures de solubilité de gaz. La déposante a décrit dans des demandes enregistrées sous les numéros 80 01321 et 84 16 364 et publiées sous les numéros 2 474 196 et 2 572 530 de tels dispositifs. De telles cellules comprennent une chambre de volume variable dont on fait varier le volume au moyen d'un piston libre notamment actionné par un fluide sous pression. L'étanchéité entre le piston et la paroi du cylindre dans lequel il coulisse est assurée par un ou plusieurs joints. La présence de ces joints présente des inconvénients. Ils sont incompatibles avec certains fluides. Ils perdent leur caractéristique d'étanchéité aux basses températures comme aux très hautes températures. Leur usure nécessite une maintenance contraignante. Les frottements dûs aux joints affectent la précision des mesures de pression. Il est donc nécessaire de procéder aux mesures dans la chambre contenant le mélange à étudier qui peut être corrosif, les pressions ne peuvent pas être mesurées du côté du fluide (non corrosif) actionnant le piston. Le ou les joints entraînent des volumes morts qui ralentissent la mise en équilibre thermodynamique du fluide étudié. La présente invention a pour objet de résoudre ces problèmes et d'éviter ces inconvénients. Le dispositif selon l'invention comprend une chambre cylindrique étanche, dont l'axe est de préférence vertical. Dans cette chambre cylindrique coulisse, sans joint d'étanchéité, un piston libre. En effet, l'inventeur a constaté de manière surprenante qu'il est possible d'éviter l'utilisation d'un joint d'étanchéité en ajustant le diamètre du piston à celui du cylindre. Le piston libre délimite dans la chambre cylindrique une cellule étanche dont le volume varie en fonction de la position dudit piston dans la chambre cylindrique. La cellule est destinée à recevoir le produit et/ou le mélange surmonté de la phase vapeur et/ou gazeuse. Le dispositif selon l'invention comprend en outre des moyens d'actionnement pour modifier la position du piston libre à l'intérieur de la chambre cylindrique. Il comprend aussi des moyens d'introduction pour introduire sous pression dans ladite cellule - le produit et/ou le mélange en phase liquide, et/ou - la phase vapeur et/ou gazeuse. Le dispositif comprend par ailleurs des moyens de mesure de la température et/ou de la pression à l'intérieur de ladite cellule. De préférence, la tolérance de l'ajustage entre le piston libre et la paroi intérieure de la chambre cylindrique est inférieure au micron. Avantageusement le piston libre délimite une chambre étanche, du coté opposé à ladite cellule. Dans ce cas, lesdits moyens d'actionnement comprennent un fluide sous pression. Ce fluide est introduit dans la seconde chambre par des tubulures et exerce une pression déterminée sur la face extérieure à la cellule dudit piston libre. Avantageusement le dispositif comporte des moyens de mesure de la pression du fluide dans la seconde chambre. Du fait de l'absence de joint, il n'y a pas de frottement. On peut donc déduire la pression dans la cellule de la mesure de la pression dans la seconde chambre. Avantageusement le dispositif comprend en outre des moyens de chauffage et/ou de refroidissement de la cellule contenant ledit produit et/ou ledit mélange en phase liquide surmontée de ladite phase vapeur et/ou gazeuse. Avantageusement, dans le cas o la chambre cylindrique est verticale, le dispositif comprend en outre une sonde coulissante de repérage de la position du piston libre. Dans ce cas également, avantageusement, le dispositif comprend en outre une sonde coulissante de repérage du niveau de la phase liquide. De préférence, il comprend aussi dans ce cas un agitateur magnétique situé dans un évidement de la face du piston libre, située du coté de la cellule. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description de la variante de réalisation de l'invention, données à titre d'exemple indicatif et non limitatif, et de la figure 1 qui représente une vue en coupe longitudinale de cette variante de réalisation. Le dispositif comprend une chambre cylindrique 1 dont l'axe est vertical dans le cas de la variante de réalisation représentée. Cette axe pourrait être incliné dans le cas d'autres variantes de réalisation. La chambre cylindrique 1 a un diamètre de l'ordre de 1, 25 cm et une longueur de l'ordre de 12 cm. Elle est fermée à chacune de ses extrémités par des brides 3 et 4. Les brides 3 et 4 sont maintenues serrées contre les extrémités de la chambre cylindrique 1 par des tirants tels que 5. Dans cette chambre cylindrique 1 coulisse, sans joint d'étanchéité, un piston 2 libre. Le piston libre 2 délimite dans la chambre cylindrique 1, à sa partie supérieure, une cellule étanche 6 dont le volume varie en fonction de la position dudit piston dans la chambre cylindrique. La cellule 6 est destinée à recevoir le système à étudier, notamment le corps pur et/ou le mélange surmonté de la phase vapeur et/ou gazeuse. Les diamètres extérieurs du piston 2 et intérieur du cylindre 1 sont ajustés avec une tolérance inférieure au micron. Ces deux pièces sont polies à 0,2 micron. Leur état de surface permet d'assurer l'étanchéité de la cellule 6, sans qu'il soit nécessaire d'insérer un joint entre le cylindre 1 et le piston 2. Le piston 2 libre délimite une chambre étanche 7, du coté opposé à la cellule 6. Un fluide hydraulique sous pression est introduit dans la chambre 7 par des tubulures 8 sur lesquelles sont montées des vannes 9 et 10. Une presse hydraulique 30 permet d'injecter, via la vanne 9 et la tubulure 8, le fluide hydraulique sous une pression déterminée dans la chambre 7. Le fluide hydraulique exerce une poussée sur la face 2a du piston libre 2, située à l'extérieure de la cellule de mesure 6. 1l est ainsi possible en augmentant ou en diminuant la pression du fluide hydraulique de modifier la position du piston libre 2 à l'intérieur de la chambre cylindrique et de faire varier le volume de la cellule de mesure 6. Une vanne 11 à pointeau non-tournant permet d'introduire sous pression dans la cellule de mesure 6, via des tubulures 13, les composés à étudier contenus dans des containers tels que 12 et de procéder à des opérations de dégazage. L'ensemble du dispositif est contenu dans une enceinte thermostatée (non- représentée) comportant des moyens de chauffage ou de refroidissement permettant de faire varier la température dans la cellule entre - 200 C et + 500 C. Le dispositif comprend des moyens de mesure de la température à l'intérieur de ladite cellule 6 notamment des thermocouples ou sondes de platine (non représentés). Aux températures auxquelles les mesures sont effectuées, la cellule 6 contient en général une phase liquide 6a surmontée d'une phase gazeuse et/ou vapeur 6b. Le dispositif comprend en outre une sonde coulissante de repérage du niveau de la phase liquide. Cette sonde de repérage est composée d'une thermistance 14 portée par une tige mobile 15. La tige mobile 15 a un diamètre d'environ 0,4 cm et coulisse dans un trou 19 percé dans la bride supérieure 4. L'étanchéité est assurée par l'ajustage du diamètre de la tige 15 et du trou 19 et par le polissage à 0,2 micron de la tige 15 et du trou 19. De manière connue en soi, la thermistance 14 est connectée à une source d'alimentation électrique et de contrôle. La réponse de la thermistance varie à l'interface liquide - vapeur. Un dispositif de déplacement 17 permet de déplacer la tige 15 et la thermistance 14 jusqu'à ce qu'elle soit au niveau de l'interface liquide vapeur. Un capteur de déplacement 18 permet de connaître la position de la thermistance 14. On en déduit celle de l'interface liquide - vapeur. Le dispositif de déplacement 17 comporte une chambre cylindrique 17a dans laquelle coulisse la tige support 15. Les tubulures 8a relient la chambre cylindrique 17a aux tubulures 8 alimentant la chambre 7 en fluide hydraulique. Une vanne 31 est disposée sur la tubulure 8a. Elle permet d'isoler la chambre 17a du reste du circuit d'alimentation en fluide hydraulique. nl est ainsi possible de maintenir constant le volume de la cellule 6 lorsque l'on déplace la thermistance 14 et sa tige support 15. En effet, lorsque la thermistance 14 et sa tige support 15 descendent, le fluide hydraulique pénètre dans la chambre 17a, via les tubulures 8 la vanne 31 (ouverte) et les tubulures 8a. La quantité de fluide hydraulique pénètrant dans la chambre 17a est égale à celle qui est prélevée dans la chambre 7. Le piston 2 descend en libérant dans la cellule 6 un volume égal au volume déplacé par la thermistance 14 et sa tige support 15. Le volume de la cellule 6 reste donc constant. Le dispositif comprend en outre une sonde 20 coulissante de repérage de la position du piston libre. Cette sonde est constituée par une tige 20 solidaire du piston 2 dont on mesure les déplacements au moyen d'un capteur de déplacement 21. Cette tige 20 traverse la bride inférieure 3. L'étanchéité est assurée dans les mêmes conditions que celles ci-dessus décrites à propos de la tige 15 support de la thermistance 14. Le dispositif comporte des moyens de mesure 22 de la pression du fluide dans la seconde chambre 7. Du fait de l'absence de joint, il n'y a pas de frottement. On peut donc déduire avec précision la pression dans la cellule 6 de la mesure de la pression dans la seconde chambre 7. Un agitateur magnétique 23, notamment un barreau magnétique, est situé dans un évidement de la face du piston libre 2b, située du coté de la cellule 6. L'absence de joints d'étanchéité supprime les inconvénients de ceux-ci et les problèmes qui leur sont inhérents et dont les principaux ont été ci- dessus décrits. Revendications 1. Dispositif pour la détermination, dans des conditions de température et de pression extrêmes, des relations entre température, pression et volume d'un produit et/ou d'un mélange en phase liquide surmontée d'une phase vapeur et/ou gazeuse, ledit dispositif comprenant: - une chambre cylindrique (1) étanche dans laquelle coulisse, sans joint d'étanchéité, un piston libre (2), ledit piston libre délimitant dans ladite chambre cylindrique (1) une cellule étanche (6) de volume variable selon la position dudit piston (2) dans ladite chambre cylindrique (1), ladite cellule (6) étant destinée à recevoir ledit produit (6a) et/ou ledit mélange surmonté de ladite phase vapeur et/ou gazeuse (6b), ledit dispositif comprenant en outre: - des moyens d'actionnement (7, 8, 9, 30) pour modifier la position dudit piston libre (2) à l'intérieur de ladite chambre cylindrique (1), - des moyens d'introduction (11) pour introduire sous pression dans ladite cellule (6) * ledit produit et/ou ledit mélange en phase liquide (6a), et/ou * ladite phase vapeur et/ou gazeuse (6b), des moyens de mesure de la température et/ou de la pression (22) à l'intérieur de ladite cellule. 2. Dispositif selon la revendication 1, tel que: - la tolérance de l'ajustage entre le piston libre (2) et la paroi intérieure de ladite chambre cylindrique (1) est inférieure au micron. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, tel que ledit piston libre (2) délimite une chambre étanche (7), du coté opposé à ladite cellule (6), lesdits moyens d'actionnement (30) comprenant un fluide sous pression, introduit dans la seconde chambre (7) par des tubulures (8) et, exerçant une pression déterminée sur la face (2a) dudit piston libre, située à l'extérieur de la cellule. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 tel qu'il comporte des moyens de mesure (22) de la pression du fluide dans la seconde chambre, (de sorte que l'on peut déduire la pression dans ladite cellule, de la mesure de la pression dans la seconde chambre). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 comprenant en outre: - des moyens de chauffage et/ou de refroidissement de la cellule contenant ledit produit et/ou ledit mélange en phase liquide surmontée de ladite phase vapeur et/ou gazeuse. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, tel que la chambre cylindrique est disposée en position verticale, ledit dispositif comprenant en outre: - une sonde coulissante (20, 21) de repérage de la position du piston libre. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, tel que la chambre cylindrique est disposée en position verticale. ledit dispositif comprenant en outre: - rune sonde coulissante (14, 15, 16, 17, 18, 19) de repérage de l'interface liquide - vapeur. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, tel que la chambre cylindrique est disposée en position verticale. ledit dispositif comprenant en outre: - un agitateur magnétique (23) situé dans un évidement de la face (2b) du piston libre (2), située à l'intérieur de la cellule (6).