Brevet FR2020222A1 — publié le 19700710

i 2020222 La présente invention est relative à tn appareil pour mesurer la concentration de particules solides dans un fluide. Il est souvent souhaitable de pouvoir mesurer la concentration de particules solides en suspension dans un fluide,par exemple 5 dans le trop plein de cuves de concentration, ou dans le filtrat provenant d'une installation de filtrage sous pression, ou encore dans un effluent aqueux qui doit être évacué dans une rivière ou dans un courant, afin de fournir'une information si la concentration des solides dans le fluide s'élève au dessus d'un 10 seuil critique. Sans un appareil connu pour effectuer une telle mesure, la concentration des solides d'une suspension est déterminée en mesurant par voie photo-électrique l'atténuation d'un faisceau lumineux envoyé à travers un échantillon de la suspension, mais un appareil de ce type présente l'inconvénient majeur 15 que son pouvoir discriminatoire est très faible pour de faibles concentrations en solides, c'est à dire pour des concentrations inférieures à 200 parties par million.' Dans d'autres appareils connus, la concentration en solides d'une suspension est déterminée en comparant la quantité de lumière transmise avec la quan-20 tité de lumière réfléchie suivant un angle d'approximativement 90°. Cependant, un tel appareil est très complexe et couteux. l^un des'buts de l'invention est de réaliser un appareil de construction simple, qui puisse être utilisé pour déterminer la concentration en solides en suspension dans un fluide, 25 plus particulièrement lorsque la concentration en solides est inférieure à 200 parties par million. L* invention vise en conséquence à réaliser un appareil pour, détërminer la concentration des solides en suspension dans un fluide, caractérisé en ce qu'il comprend une source lumineuse 30 uïie chambre de mesure construite et agencée de telle sorte que, en cours d'utilisation, cette chambre peut contenir une quantité de la suspension et peut recevoir seulement un simple faisceau lumineux provenant de ladite source, une première cellule photoélectrique construite et agencée pour recevoir la lumière 35 émise par ladite source et refléchie suivant un angle d1approximativement 180° par des particules solides contenues dans la suspension et pour produire un signal proportionnel à 1*intensité de la lumière réfléchie, une second cellule photoélectrique 69 34337 2020222 agencée pour recevoir directement sur elle la lumière provenant de ladite source lumineuse et pour produire un signal proportionnel à l'intensité de la lumière, et des moyens pour .comparer les signaux produits, oar la première et la seconde cellules photo-5 électriques comme une fonction de la concentration en solides de la•suspension dans la chambre de mesure. Dans l'appareil suivant l'invention la longueur effective du trajet de la lumière à travers la suspension se trouvant dans la chambre de mesure varie avec la concentration des soli-10 des dans la suspension. Ainsi, pour de faibles concentrations, la longueur du trajet est courte. Ceci à pour résultat une bonne sensibilité aux faibles concentrations en particules solides. On remarquera que l'appareil selon l'invention donne sa plus grande précision lorsqu'il est utilisé avec des suspen-15 sions de particules qui ont une faible couleur, par exemple avec des particules à pigments blancs. La chambre de mesure est avantageusement du type à écoulement traversant, c'est à dire du type dans lequel une suspension peut être fournie de façon continue dans la chambre par un 20 orifice d'admission et peut s'écouler hors de la.chambre de façon continue par un orifice de sortie. Lorsque l'on utilise l'appareil, il est important de remplir la chambre de mesure avec la suspension, ou au moins de maintenir dans cette chambre une quantité suffisante de la suspension pour assurer qu'une inter-25 face suspension/air ne coupe pas le faisceau lumineux transmis à travers la suspension d'une façon qui affecte la quantité de lumière réfléchie vers la première cellule photoélectrique. En variante, en remplacement de la "chambre de mesure du type à écoulement traversant, on peut utiliser une chambre de mesure qui 30 est adaptée pour être remplie avec un volume fixé de la suspension à examiner pendant un temps suffisant pour effectuer une mesure, et ensuite vidée. D'une façon- avantageuse,- la chambre de mesure a dans son- ensemble une forme.régulière, de préférence cylindrique, et a un diamètre ou une largeur telle que seulement 35 une proportion insignifiante de la lumière réfléchie.par les parois latérales est inçident.e sur la première cellule photoélectrique. D'une fa-jon générale, on a constaté que le diamètre ou la largeur de la chambre de mesure est de préférence d'au moins 76 mm. Le faisceau lumineux peut être admis dans la chambre de 69 34337 3 2020222 mesure à travers une fenêtre montée dans une paroi d'extrémité de la chambre. De préférence-, le faisceau lumineux est dirigé suivant l'axe de la chambre. Avantageusement, la chambre com-prend la première et la second cellules photo-électriques. De 5 préférence, la paroi d'extrémité de la chambre qui fait face à la fenêtre est constituée par, ou comporte, une surface réfléchissant la lumière,.par exemple elle est faite en chlorure de polyvinyle blanc, ou elle comporte une couche de peinture blanche, de sorte que même lorsque l'a chambre de mesure est remplie 10 d'eau claire, il y a toujours un peu de lumière réfléchie, qui facilite l'étalonnage précis de l'appareil sur de l'eau claire.. D'une faoon avantageuse, la longueur' de la chambre de mesure est telle que lorsqu'elle est remplie d'eau claire, l'intensité de * la lumière réfléchie par la paroi d'extrémité est égale à l'in-15 tensité de la lumière réfléchie par une suspension contenant environ 10 parties par million de solides dans une chambre de mesure ayant une longueur infinie. On a trouvé que, d'une façon générale, l'on obtient des résultats satisfaisants lorsque la longueur de la chambre de mesure, telle que mesurée entre la fe-20 nêtre et la paroi d'extrémité opposée, est d'au moins 50 mm. et pas supérieure à 500 mm., mais la distante optimale est fonction de la puissance dé la source lumineuse, _du diamètre du faisceau lumineux à son entrée dans la chambre de mesure et de la plage de concentration en particules solides que l'on désire mesurer. 25 Par exemple, avec une lampe de 6 watts donnant un faisceau lumineux ayant un diamètre de 25 mm. à son entrée dans la chambre de mesure et utilisé pour mesurer une concentration en particules solides de l'ordre de 0 à 1.000 parties par million^ la longueur de la chambre est avantageusement de l'ordre de 150 à 300 mm. 30 là chambre de mesure est de préférence orientée, en cours d'utilisation, de telle sorte que le faisceau lumineux est incliné par rapport à la verticale, et est de préférence à peu près horizontal, afin d'-éviter le développement de bulles d'air, ou d'une pellicule huileuse sur la fenêtre, qui tendraient à se produire si 35 le faisceau lumineux était dirigé verticalement vers le bas. la vitesse linéaire d'écoulement de la suspension dans la chambre., de mesure doit être suffisamment élevée, au moins 1,2 cm/sec. pour éviter toute sédimentation de matière dans la chambre, pour 69 34337 + 2020222 éviter 1'encrassage de la fenêtre et pour obtenir une réponse rapide aux variations de la ooncentration en particules solides de la suspension parvenant à la chambre, mais pas trop élevée cependant pour éviter qu'il se produise une cavitation ou enco-5 re qu'un grand nombre de bulles d'air ne se forment dans la suspension. Par exemple, si la chambre de mesure a une forme cylindrique et un diamètre interne d'environ 100 mm. , la vitesse linéaire d'écoulement de la suspension est de préférence comprise dans une plage de 1,8 cm/sec. à 4,8 cm/sec. (qui correspond à un 10 débit volumetrique de 9 à 18 litres par minute). Gomme on l'a indiqué ci-dessus, la première et la seconde cellules photoélectriques sont avantageusement noyées dans une matière transparente massive qui constitue la fenêtre à travers laquelle la lumière est admise dans la chambre. Des matiè-15 res massives transparentes appropriées sont par exemple les po-lyméthacrylates, les résines epoxy et polyester limpides, la • première cellule photoélectrique, qui mesure l'intensité de la lumière réfléchie, est de préférence disposée en arrière de la surface interne de la fenêtre, d'une distance d'au moins 3,15 mm. 20 de telle sorte que,toute ombre de la cellule provoquée par la lumière provenant de la source lumineuse tombe presque entièrement dans la matière de la fenêtre et ne se projette à peu près pas dans la suspension. la première et la seconde cellules sont de préférence du type photo-résistant, de sorte que leur réponse peut 25 être détectée par un circuit de résistances en pont. Le signal de déséquilibre provenant du circuit en pont peut être adapté pour donner une lecture directe de la concentration en particules solides de la suspension, en parties par million, ou encore il peut être adapté pour être enregistré sur un appareil d' en-30 registrement approprié de diagrammes. Un dispositif avertisseur peut être incorporé à l'appareil si on le désire pour fournir un signal d'avertissement visible ou audible lorsque la concentration en solides de la suspension atteint une valeur indésirable-ment élevée. Il est également possible de prévoir que l'appareil 35 soit relié à une installation de commande appropriée, de sorte qu'une action de correction puisse être déclenchée automatiquement lorsque la concentration ae la suspension atteint un niveau trop élevé. De préférence, un filtre optique neutre, c'est à dire un filtre qui atténue également toutes les longueurs d'ondes, 69 34337 2020222 est monté entre la seconde cellule, qui mesure l'intensité de la lumière reçue directement de la source, et la source lumineuse, de sorte que l'intensité de la lumière reçue'pai4 la seconde cellule est du même ordre que celle de la lumière reçue 5 par la première cellule. La puissance de la source lumineuse doit être suffisante pour donner une lumière diffractée par les particules solides dans la suspension, ayant une intensité appréciable, mais elle ne doit cependant pas être suffisamment grande pour pro-10 voquer un chauffage nuisible de l'appareil. On a trouvé qite la puissance de la source lumineuse est de préférence de l'ordre de 3 à 12 watts. D'une'façon avantageuse, la fenêtre, lés cellules, la source lumineuse et les organes associés sont contenus dans une 15 tête de mesure qui peut être adaptée dans la chambre de mesure à-travers un orifice approprié. ■ " D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivrë. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d*exemple; 20 la Fig. 1 est une vue' schématique d'uii mode de réalisa tion de l'invention; • la Fig. 2 est une vue détaillée d'une partie de l'appareil représenté à la Fig. 1; la Fig. 3 est une vue schématique du circuit électri-25 que de l'appareil représenté aux Fig. 1 et 2;. la Fig. 4 est unë vue/échématique d'un second mode de réalisation de l'invention; la Fig. 5 montre line partie d'une installation de déshydratation de kaolin à laquelle est adapté un appareil suivant 30 1'invention. l'appareil représenté à la Fig. 1 comprend une chambre de mesure 1 et une tête de mesure 5. la chambre de mesure 1 est constituée par un vaisseau cylindrique ayant un diamètre interne 100 mm. et qui comporte un orifice d'admission 2, un orifice de 35 sortie 3 et un orifice 4 dans lequel est adaptée la tête 5. la tête d'ê mesure 5 comprend une fenêtre 22 constituée par un bloc de résine transparente. Une bague d'étanchéité circulaire 6 est prévue entre la chambre de mesure 1 et la tête dé mesure 5. la paroi d'extrémité 7 de la chambre 1, qui fait face à la tête 5, 69 34337 6 2020222 est peinte en blanc, et la longueur de la chambre 1, entre la paroi 7 et la surface'externe de la fenêtre 22 est de 178 mm. En fonctionnement, une suspension'de particules solides dans un liquide, qui doit être examinée, circule dans la chambre 1 avec 5 une vitesse d'environ 22,5 litres/minute. La tête 5 est représentée de façon plus 'détaillés à la Fig. 2. Elle comprend un corps cylindrique 21 en laiton dans 1* une des extrémités duquel est scellée une fenêtre cylindrique 22 en une résine époxy limpide, par exemple du type araldite, ou 10 autre résine appropriée. A l'autre extrémité du corps 21 est montée, dans une douille 23, line ampoule électrique 24 d'une puissance de 6 watts. Le bloc cylindrique de résine constituant la fenêtre 22 est percé pour recevoir une première cellule photoélectrique 25 au sulfure de cadmium, une seconde cellule pho-15 to'électrique 26 au sulfure de cadmium, et un filtre optique neutre 27. La première cellule 25 est éloignée de la face externe de la fenêtre 22 d'environ 3,15 mm., et la seconde cellule 26 est disposée en face de la lampe 24. Le filtre optiquement neutre 27 est prévu de telle sorte que la seconde cellule 26 a une 20 résistance qui est du même ordre que celle de la cellule 25. Les deux cellules 25 et 26 et le filtre 27 sont fixés en place en les entourant avec une solution d'une résine époxy que l'on laisse ensuite durcir. Une bague circulaire d'étanchéité 28 est prévue entre le corps 21 en laiton et la fenêtre 22. Un couvercle 25 d'extrémité 29 est vissé sur l'extrémité du corps 21. Une bague circulaire d'étanchéité 30 est prévue afin de constituer un joint entre le couvercle 29 et le corps 21. Un câble 31 reliant les organes de la tête 5 au disposit-if électronique sort par l'in- - » termédiaire d'un serre-garniture 32 étanche au liquide. Une 30 gorge 42 est prévue dans la tête 5 pour permettre de fixer cette dernière à la chambre 1 d un organe de tension (non représenté). Le schéma du dispositif électronique est représenté à la Fig. 3. 11 comprend une source 38 d'alimentation en courant continu stabilisé' qui fournit l'énergie à la lampe 24, et un circuit 35 en pont 39 qui est alimenté par cette même source. La plage de mesures de l'appareil peut être modifiée de façon très simple en réglant des résistances variables 40.et 41 du circuit en pont. La première cellule, ou cellule de mesure 25, reçoit la lumière réfléchie par toutes particules en suspension qui se trouvent 69 34337 7 2020222 dans le trajet de la lumière. Ainsi, plus les particules sont nombreuses, plus la lumière est réfléchie et plus grand est le signal de déséquilibre du pont. La second cellule, ou cellule de référence 26, a pour rôle de diminuer les effets des varia-5 tions de température et de brillance de la lampe. Si l'appareil est installé de façon permanente pour un passage continu d'une suspension dans la chambre, par exemple d'un effluent dont la concentration en particules solides doit être réglée, la partie avant du bloc de résine constituant la fenêtre 22 doit être net-10 toyée à des intervalles de 1.à 7 jours, suivant la nature de la suspension. Dans une variante de l'appareil représenté aux Fig. 1 et 2, l'axe de la chambre de mesure, en fonctionnement, est incliné par rapport à l'horizontale, et l'orifice de sortie est 15 disposé dans la chambre de telle sorte qu'en fonctionnement, il se trouve au point le plus bas de la chambre, l'orifice d'entrée étant disposé dans la partie supérieure de la chambre éloignée de l'orifice de sortie. De cette façon, toutes matières solides qui se déposent dans la chambre sont balayées de celle-ci sous 20 Inaction de 1'écoulement de la suspension à travers l'orifice de sortie. II. e3t également avantageux dans un tel agencement de prévoir à la partie la plus élevée de la chambre de mesure tuyau assurant le transport/à l'air emprisonné dans 25 la chambre de s'échapper et empêche également la chambre de se vider par-effet de siphon si l'écoulement de la suspension par l'orifice de sortie est interrompu. En se reportant à la Fig. 4, on voit un appareil comprenant une tête de mesure 105 montée dans une chambre de mesure 101. 30 La chambre 101 est constituée par un tube classique, ou raccord, en '■£ de 150 mm. en chlorure de polyvinyle auquel est soudée une collerette 110, également en chlorure de polyvinyle. A l'opposé de la partie droite, ou verticale, du tube en est prévu un orifice pour recevoir un manchon 111 ayant une bride 112, La 35 tête 105 est introduite dans le manchon 111 et est maintenue en place au moyen d'organes de serrage (non représentés). Une bague circulaire d'étanch;ité 106 est disposée entre la tête 105 et . le manchon 111. Une garniture 113 est boulonnée sur la collerette 110, ainsi qu'une plaque réfléchissante 107 en chlorure de 69 34337 8 2020222 polyvinyle blanc et qu'une plaque protectrice 108. Comme on le voit plus clairement à la Fig. 5, la chambre 101 est du type à écoulement traversant et est incorporée dans une installation destinée à régler la concentration en par-5 ticules solides d'un effluent aqueux devant être évacué dans une rivière ou un ruisseau. L'effluent aqueux encre dans l'appareil par des conduits par exemple 102,-et traverse un tube en TJ 114 dans l'une des branches duquel est montée la chambre de mesure 101. la vitesse d'écoulement de 1'effluent ne doit pas être 10 inférieure à 1,2 cm/sec. ou supérieure à 1,2 cm/sec. Si la teneur en solides de 1'effluent traversant la chambre 101 s'élève au dessus d'un chiffre prédéterminé, un signal provenant de la tête de mesure ouvre une soupage à membrane 115, actionnée pneu-matiquement et 1'effluent s'écoule dans un tuyau 116 vers une 15 installa-cion pour un nouveau traitement. Si la teneup en solides a une valeur.comprise ,dans des limites acceptables* 1, effluent. de 1 effluentQuitte r* installation par un tuyau 103 et est évacué dans une rivière. Un tuyau ouvert 117 est prévu pour éviter tout effet de siphon. Pour nettoyer la fenêtre de la tête de mesure, il est 20 prévu des vannes 118 et 119 pour isoler le tube 114 en U dans lequel est montée la chambre de mesure. Lorsque les vannes 118 et 119 sont fermées, une vanne 120 peut être ouverte pour envoyer la totalité de 1*effluent à l'installation dans laquelle s'effectue le nouveau traitement. Une vanne de vidange 109 est 25 prévue pour vider le tube en U lorsque cela est néeéssaire. Il est essentiel que la tête de mesure soit immergée dans l'eau pendant tout le temps où la lampe est allumée afin de maintenir la tête de mesure froide, e_t le tube en U est prévu dans ce butc II est également important de conserver la tête immergée 3U dans de l'eau en cours d'utilisation de l'appareil afin d'empêcher qu'il se produise une interface entre l'air et l'eau, qui heurte la fenêtre. 69 34337 9 2020222 REVENDICATIONS 1. Appareil pour déterminertla concentration en particules solides en suspension dans un fluide, caractérisé en ce qu'il comprend une source lumineuse, une chambre de mesure construite et agencée de telle sorte que, en cours d'utilisation, cette chambre 5 peut contenir une quantité de la suspension et peut recevoir % seulement un simple faisceau lumineux provenant de ladite source, une première cellule photoélectrique construite et agencée pour recevoir la.lumière émise par ladite source et réfléchie suivant un angle d'approximativement l80° par des particules solides 10 contenues dans là suspension et pour produire un signal proportionnel à l'intensité de la lumière réfléchie, une: seconde cellule photoélectrique agencée pour recevoir directement sur elle la lumière provenant de ladite source lumineuse et pour produire un signal proportionnel à l'intensité de la lumière, et dès moyens 15 pour comparer les signaux produits par la première et la seconde cellules photoélectriques comme une fonction de la concentration en solides de la suspension dans la chambre de mesure. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la source lumineuse, la première et la seconde cellules *pho- 20 toélectriques sont logées dans une tête de mesure qui'comprend une fenêtre à travers laquelle ledit faisceau lumineux unique peut être dirigé, ladite tête de mesure étant montée dans un orifice formé dans une paroi de la chambre de mesure. 3. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce 25 que ladite fenêtre est en une matière plastique transparente, la " première'et la seconde cellules photoélectriquës étant noyées dans ladite fenêtre. 4. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la chambre de mesure a dans son ensemble une forme cylindri- 50.que et a une longueur comprise entre 50 et 500 mm et un diamètre d'au moins 76 mm , ladite tête de mesure étant montée dans un orifice prévu dans une paroi d'extrémité de la chambre de mesure cylindrique. 5- Appareil suivant l'une quelconque des revendications précé-35 dentes, caractérisé en ce que la chambre de mesure comporte un orifice de sortie,grâce à quoi une suspension peut s'écouler à travers I 69 34337 lo 2020222 la chambre, des moyens étant prévus pour assurer que la suspen-.sion s® écoule à travers ladite chambre avec une vitesse linéaire de 1,2 cm/sec. 6. Appareil suivant l'une des revendications précé-5 dentés, caractérisé en es que la source lumineuse est une lampe ayant une puissance comprise entre 3 et 12 watfs. 7. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un filtre optique neutre est disposé entre la seconde cellule photoélectrique et la sour- 10 ce lumineuse, de sorte" que l'intensité de la lumière reçue par la seconde cellule est du même ordre que celle de la lumière reçue par la première cellule. 8. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi de la chambre 15 de mesure qui se trouve dans le trajet direct de la lumière provenant de ladite source lumineuse comporte une.surface réflé-' chissant la lumière. ba'b original