Brevet FR2097130A1 — publié le 19720303

La présente invention concerne une cellule de mesure diélectrique pour effectuer des mesures sans contact, notamment pour surveiller l'état de congélation et de dessiccation de produits traités dans des installations de cryodessiccation. En outre, l'invention indique un procédé de mesure rationnel faisant usage de la cellule de mesure conçue selon l'invention. Dans les installations de cryodessiccation il est absolument essentiel de pouvoir déterminer avec précision l'état des produits traités lors du passage de ceux-ci de la phase glace à la phase déshydratée. Ce n'est que si l'on tient compte à tout moment de l'état dans lequel se trouvent les produits qu'une régulation optimale du processus de cryodessiccation est possible. Les propriétés diélectriques de la matière traitée peuvent être surveillées par exemple entre des électrodes en fil métallique introduites dans cette matière, mais avec cette méthode connue de mesure par condensateur les influences perturbatrices ne sont pas suffisamment éliminées. En outre, les électrodes entrent en contact avec la matière à déshydrater et il n'est pas possible d'obturer automatiquement l'ampoule servant à la mesure. L'invention se propose donc de permettre, avec une précision et une reproductibilité suffisantes des valeurs mesurées, l'application à des matières soumises à la cryodessiccation d'un principe de mesure par condensateur connu en métrologie électrique en faisant usage de la variation des propriétés diélectriques, c'est-à-dire de la variation de capacité du condensateur.Pour parvenir à ce but, l'invention prévoit essentiellement que la cellule de mesure diélectrique est conçue sous forme d'un récipient en matière isolante, et que sur la surface extérieure de ce récipient sont prévues au moins deux électrodes -condensateurs qui sont entourées par un blindage conducteur de lLectricité de façon que le champ de fuite de ces électrodes parvienne dans l'enceinte du récipient Les propriétés favorables d'une telle cellule de mesure reposent sur la structure de champ particulière à laquelle en général la partie essentielle de la mesure est constituée par l'influence qu'exerce la matière traitée sur le champ de fuite des électrodes-condensateurs. Ces électrodes peuvent être disposées de différentes façons sur la surface de la paroi ou du fond du récipient. Dans une forme de réalisation rationnelle, le récipient peut comporter deux électrodes -condensateurs voisines l'une de l'autre et munies de blindages qui les recouvrent jusqu'à la paroi du récipient. Il peut cependant y avoir intérêt à donner aux électrodes-condensateurs une Forme annulaire avec une électrode centrale circulaire, le blindage étant alors relié à cette électrode centrale circulaire et à un anneau de blindage disposé entre les électrodes annulaires servant à la mesure. Dans une autre forme d'exécution intéressante dans certains cas, le récipient a une section transversale circulaire, et les électrodes-condensateurs appliquées à la suràce de la paroi du récipient ainsi que les blindages qui les recouvrent sont con çus sous forme de surfaces constituant des parties de cylindre. Dans une réalisation simple et rationnelle, le récipient peut être en un matériau ayant les propriétés diélectriques du verre. Un autre avantage peut éventuellement être assuré en prévoyant que l'enceinte intérieure libre entre les électrodescondensateurs et le blindage soit comblée par un diélectrique solide, ou liquide, par exemple par un caoutchouc de silicone. De ce fait, la pénétration d'eau de condensation et d'humidité est empêchée. Dans le but d'améliorer la précision des indications fournies par le procédé de mesure selon l'invention en utilisant une telle cellule de mesure, il peut en outre être avantageux de séparer en composante réelle et en composante imaginaire la tension prélevée aux électrodes-condensateurs, et de ne laisser aqir pour l'indication que la composante imaginaire proportionnelle à la constante diélectrique. Une telle séparation est réalisée de manière simple par interposition d'un condensateur ayant un bon diélectrique et/ou un redressement du signal de mesure sensible à la phase. Bien qu'une telle cellule de mesure puisse être utilise dans les circuits de mesure connus les plus divers pour de Faibles variations de capacité, par exemple dans des ponts à courant alternatif, il apparaît particulièrement avantageux de choisir un circuit qui permette de Façon rationnelle de réaliser une indication optique. Dans ce but les électrodes-condensateurs peuvent être incorporées dans un circuit sensible à la phase, avec indication oscillographique, connu en soi, et on peut alors, pour déter miner l'état dans lequel se trouve la matière traitée, se baser sur la figure géométrique fermée résultant de la déflexion à décalage de phase dans les deux directions de coordonnées.Une telle indication dépendant de la phase est extrêmement sensible et permet de suivre avec précision le déroulement du processus de dessiccation, le réglage sur la disparition de la composante réelle pouvant être effectué par exemple de façon qu'en présence de matière traitée liquide on ait une forme circulaire exacte qui, lorsque cette matière est gelée, se transforme en une ellipse aplatie dont la longueur du petit axe est une mesure du degré de siccité atteint. Bien que la cellule de mesure selon l'invention ait été conçue spécialement pour être utilisée dans des installations de cryodessiccation, elle peut, grace à sa grande-sensibilité de mesure, être éventuellement mise en oeuvre dans d'autres buts, par exemple pour surveiller des différences de dosage de liquides. Des exemples d'exécution de l'objet de l'invention sont décrits ci-après avec référence au dessin schématique sur lequel - la figure 1 est une vue en élévation latérale et en perspective d'une cellule de mesure selon l'invention, - la figure 2 est une vue en plan de la cellule de mesure selon la fig.l, - la Figure 3 représente une variante de disposition des électrodes dans la zone de la surface du fond du récipient contenant la matière à traiter, - la figure 4 représente une disposition annulaire des électrodes, - la Figure 5 est une vue en plan correspondant à la fig. 4, et - la Figure 6 représente un exemple de circuit pour la cellule de mesure. On a représenté aux fig. 1 et 2 un récipient cylindrique 1 en verre sur la paroi extérieure duquel sont appliquées deux électrodes-condensateurs 2,3 voisines l'une de l'autre. Ces électrodes sont recouvertes par des blindages 4 et 5 qui sont reliés à la terre et dont les arêtes touchent la surface de la paroi extérieure du récipient le L'espace libre entre ces blindages et ce récipient est rempli par une masse de caoutchouc de silicone 6 ou 7. L'amenée de courant aux électrodes-condensateurs 2,3 est effectuée par l'intermédiaire de conducteurs 8 et 9 passant dans des traversées 10 et 11. Tant les électrodes-condensateurs 2,3 que les bandages 4,5 sont par leur forme des éléments de surfaces cylindriques. Dans la forme d'exécution selon la fig.3, deux électrodescondensateurs rectangulaires planes 12, 13 se trouvent sur la surface extérieure du fond du récipient 1 et sont recouvertes chacune par un blindage 14 ou 15. Les fig. 4 et 5 représentent une disposition avec des electrodes annulaires 16, 17 qui entourent à distance une électrode centrale 19 reliée au blindage 18. Egalement dans cet exemple les électrodes-condensateurs sont disposées sur le fond du récipient 1. Dans la disposition selon la fig.6, les lectrodes- condensateurs 2,3 sont raccordées aux entrées d'un amplificateur diférentiel 20 dont la sortie est envoyée à un oscillographe 21. Dans cette disposition, les électrodes sont disposées dans un pont de mesure à courant alternatif connu en soi et qui, en outre, comporte un condensateur 22, une résistance réglable 23 et un poten tiomètre 24. L'alimentation est assurée par un générateur de courant alternatif 25. La Sortie du pont est appliquée à l'amplificateur différentiel 20. Grâce au pont de mesure à courant alternatif l'équilibrage de la composante réelle et de la composante imaginaire peut être exécuté indépendamment l'une de l'autre, ce qui fait qu'une mesure précise de la composante imaginaire correspondant à la firaC- tion capacitive et de la composante réelle correspondant à la résistance de pertes est possible. Les fractions peuvent être déterminées également individuellement, c'est-à-dire chacune sans équilibrage de 1'autre. REVENDICATIONS 1.- Cellule de mesure diélectrique pour effectuer des mesures sans contact, notamment pour surveiller l'état de congéla tion et de dessiccation de produits traités dans des installations de cryodessiccation, cette cellule étant remarquable en ce qu'elle est conçue sous forme d'un récipient en matière isolante , et que sur la surface extérieure de ce récipient sont prévues au moins deux électrodes-condensateurs qui sont entourées par un blindage conducteur de l'électricité de façon que le champ de fuite de ces électrodes parvienne dans l'enceinte du récipient. 2.- Cellule de mesure diélectrique selon la revendication 1, remarquable en ce que le recipient comporte deux électrodes-condensateurs voisines l'une de l'autre et munies de blindages qui les recouvrent jusqu'à la paroi du récipient. 3.- Cellule de mesure diélectrique selon la revendication 1, remarquable en ce que les électrodes-condensateurs ont une forme annulaire avec une électrode-centrale circulaire, le blindage étant relié à l'électrode centrale circulaire. 4.- Cellule de mesure diélectrique selon la revendication 1 ou 2, remarquable en ce que le récipient a une section transversale circulaire, et en ce que les électrodes-condensateurs appliquées à la surface de la paroi du récipient ainsi que les blindages qui les recouvrent sont conçus sous forme de surfaces constituant des parties de cylindre. 5.- Cellule de mesure diélectrique selon la revendication 1, remarquable en ce que l'enceinte intérieure libre entre les électrodes-condensateurs et le blindage est comblée par un diélectrique solide. 6.- Cellule de mesure diélectrique selon la rcvendica- tion 1, remarquable en ce que l'enceinte intérieure libre entre les électrodes-condensateurs et le blindage est comblée par un diélectrique liquide. 7.- Cellule de mesure diélectrique selon la revendication 1, remarquable en ce que l'enceinte est constituée en un matériau ayant les propriétés diélectriques du verre. 8.- Procédé de mesure de l'état de congélation ou de dessiccation de matières traitées dans des installations de cryodessiccation, en faisant usage d'une cellule de mesure diélectrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, ce procédé étant remarquable en ce que la composante réelle de la tension aux électrodes-condensateurs est séparée de la composante imaginaire proportionnelle à la constant diélectrique, et en ce que l'indication de la mesure part de la composante imaginaire de la ten sion. 9.- Procédé de mesure de l'état de congélation ou de dessiccation de matières traitées dans des installations de cryodessiccation, en faisant usage d'une cellule de mesure diélectrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, ce procédé étant remarquable en ce que les électrodes-condensateurs sont incorporées dans un circuit sensible .d la phase, avec indication oscillographique, connu en soi, et en ce que l'état de congélation ou de dessiccation de la matière est déterminé d'après la figure géométrique fermée résultant de la déflexion à décalage de phase dans les deux directions de coordonnées.