Brevet FR2148030A1 — publié le 19730311

L'invantion concerne un dispositif de mesure photometri que en continu; en particulier de opacité de liquides troubles, selon le principe de la mesure de la dispersion de lumière, suivant lequel l'extinction produite par le liquide étudié constitue une grandeur de référence. lorsqu'un liquide contient des matières non dissoutes finement reparties, c'est-à-dire des matières denses en suspension, il est plus ou moins fortement trouble. Dans les dispositifs fonction nant en continu, le liquide est dirigé à travers un photomètre et la mesure porte soit sur l'affaiblissement d'intensité du faisceau lumineux traversant le liquide, soit sur l'intensité de la lumière disper sée latéralement. Le premier cas est celui dit de la mesure de l'extinc- tion, la mesure portant sur les rayons lumineux non déviés entre la source lumineuse et le récepteur par rencontre avec des particules solides. Dans le second cas, les rayons lumineux dispersés latérale ment par les particules solides servent à la mesure. Une mesure d'extinction, dont le résultat constitue une grandeur de référence, est effectuée en plus de la mesure de la dispersion de la lumière dans les opacimetres modernes afin d'en amélio- rer ltexactitude. Il est ainsi possible d'eliminer pratiquement les erreurs dues au vieillissement de la source de lumière, à ltencrassement de la fendre de la cuvette ou à a coloration du liquide. Un opacimètre connu comprend des miroirs et un diaphragme rotatif à trou. excentrique qui dirigent alternativement dans la cu vette de mesure deux rayons lumineux émis par une source et décalés de 900. la lumière qui tombe sur le photorécepteur est soit celle qui est dispersée, soit celle qui est affaiblie par extinction, selon celui des deux rayons qui passe. Les impulsions électriques émises par le photorécepteur correspondent au signal lumineux instantané et un circuit convenable de démodulation peut les séparer, car elles sont déphasées. La lumière dispersée et la lumière transmise subissant approximativement le même affaiblissement par l'encrassement de la fenêtre de la cuvette et par la coloration du liquide, la formation du quotient des deux signaux permet d'éliminer l'influence de ces facteurs.Toutefois, le signal de sortie de ce dispositif de mesure a l'inconvénient de suivre une courbe qui n'est ni logarithmique,ni linéaire et donc il faut une courbe d'étalonnage pour analyser la mesure. Un miroir à scintillations produit les deux rayons décalés de 900 dans un autre dispositif connu de mesure. Un photorécepteur convertit l'intensité lumineuse des rayons en un signal électrique qui est ensuite amplifié et qui fait marcher un servo-moteur qui modifie au moyen d'un diaphragme mécanique l'intensité du rayon de comparaison à transmission directe jusqu'à ce que l'intensité lumineuse des deux rayons tombant sur le photo-récepteur soit la même. Le diaphragme est couplé mécaniquement à un tambour gradué, la mesure étant donnée et pouvant être lue en fonction de la position de ce diaphragme. Ce systeme de mesure nécessite donc de nombreux dispositifs mécaniques et de nombreuses pièces mobiles. Un autre appareil connu dans lequel l'extinction, qui n'est mesurée qutà certains intervalles de temps, est utilisée pour modifier l'amplification, n'en comporte pas moins des pièces mobiles. Les dispositifs mécaniques à pièces mobiles étant non seulement coûteux, mais tombant aussi très facilement en panne lors- qu'ils sont durement traités, l'invention vise à les éliminer par un appareil dont la plage de mesure est treks vaste et pratiquement linéaire. Selon une particularité essentielle du dispositif du type mentionné selon l'invention, un faisceau lumineux émis par une source traverse le liquide qu'une cuvette contient et le faisceau lumineux affaibli par extinction tombe sur un premier photorécepteur, tandis que la lumière dispersée tombe sur un second photorécepteur, et cet appareillage ou une partie de ce dernier ainsi que son circuit électrique correspondant forment un circuit de réglage de la luminosité de la source lumineuse en fonction de la différence d'un signal tiré de la mesure de l'extinction et d'un signal de comparaison. Selon un mode de réalisation avantageux d'un dispositif dont les plages de mesure sont étroites, le signal de comparaison est une tension ou un courant constant et le signal tiré de la lumière dispersée est affiché après amplification convenable. Par contre, lorsque le dispositif est destiné à de grandes plages de mesure, e signal de comparaison est tiré de la mesure de la dispersion de la lumière et, par ailleurs, lorsque l'équilibre de réglage est atteint, ce signal est affiché après amplification convenable. Selon un mode de réalisation avantageux de ce dispositif, le signal. électrique tiré de la mesure de l'extinction est mis sous forme logarithmique et/ou subit une autre modification de l'allure de sa courbe puis, après formation de la différence avec un signal électrique constant, le signal résul-. tant est comparé à celui qui est tiré de la mesure de la dispersion de la lumière et la différence de ces deux signaux est utilisée, éven tuellement après amplification, pour la commande de l'intensité de la source lumineuse. Selon un mode de réalisation permettant au signal de sortie du dispositif d'être tres exactement proportionnel à l'opa- cité du liquide trouble, un circuit électrique convenable transforme la caractéristique de la mesure de l'extinction, qui descend suivant une courbe approximativement exponentielle avec l'augmentation de opacités de maniere que les deux signaux tirés des mesures d'extinction et de dispersion forment un signal de différence dont la grandeur est telle que le signal tiré de la dispersion de la lumière et modifié par réglage d'intensité de la source lumineuse varie de manière sensiblement linéaire en fonction de l'opacité du liquide trouble. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples et sur lesquels la figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif avantageux pour de petites plages de mesure la figure 2 est un schéma synoptique d'un dispositif avantageux pour de grandes plages de mesure ; et les figures 3 à 6 représentent des courbes caractéristiques de quelques signaux du dispositif de la figure 2. Un circuit 1 de commande de la source lumineuse détermine le flux lumineux Ibg qu'une lampe dirige dans une cuvette 2, de La manière représentée sur la figure 1. Le liquide que la cuvette contient affaiblit par extinction le flux lumineux, dont la valeur est & à la sortie de cette cuvette. Un photorécepteur 3 détecte ce flux affaibli le le convertit en un signa) électrique UR et le transmet à un ampli- ficateur de réglage. Celui-ci forme à l'aide d'un signal constant Uv de comparaison d'une source 5 de tension constante et à l'aide du signal UR un signal de différence URv, qui est renvoyé sur le circuit 1 de commande de la source lumineuse. Le flux lumineux fR et donc le signal UR diminuent avec l'augmentation de l'extinction. Le signal Uv de comparaison restant constant, le signal de différence qui en résulte augmente l'intensité de la lampe au moyen du circuit de commande de la source lumineuse jusqu'à ce que la montée de UR ramène sa valeur à zéro. Les particules solides se trouvant dans la cuvette 2 dispersent le flux lumineux 0 selon l'opacité du liquide trouble et le flux luminewLx S qui ressort de la cuvette sous un angle de 90est détecté par un photo récepteur 6 . La conversion du flux lumineux en un signal électrique Us offre par elle-meme La possibilité de diriger le signal de mesure sur un appareil électrique d'affichage. Il est ce pendant préférable dans de nombreuses applications, et en particulier pour les télémesures, de transformer préalablement le signal Us en un courant modulé au moyen d'un amplificateur 7.Le circuit de réglage de la figure 1 maintenant le flux lumineux fR à une valeur constante et le flux lumineux aS subissant la même extinction, l'encrassement de la fenêtre de la cuvette -étant admis que cet encrassement est uniforme-, une coloration du liquide et un vieillissement de la lampe n'ont aucune influence sur la mesure. Le figure 2 représente un mode de réalisation partie Fièrement avantageux du dispositif décrit. Alors que le signal de sortie I émis par le dispositif de la figure 1 ne suit un tracé linéaire a qu'aussi longtemps que le rapport de pS à l'opacité du liquide reste constant, ce qui est le cas pour des valeurs d'opacité atteignant approximativement 100 ppm de SiO2, le dispositif perfectionné de la figure 2 permet de conférer une allure linéaire au signal de sortie I au-deà a de ces valeurs d'opacité. Dans le dispositif de la figure 2, une lampe, dont une commande 8 détermine la luminosité, dirige un flux lumineux dans une cuvette 9.Le flux lumineux résultant fS fortement dispersé par les particules solides et donc 7.e signal US suivent une courbe très différente d'une droite lorsque l'opacité est forte. Comme le montre la figure 5, le signal de mesure US qui n'est pas modifié par le circuit de réglage atteint un maximum pour une opacité déterminée et ensuite la courbe qu'il suit retombe. Donc, toutes les valeurs de US correspondent à deux opacités différentes et en conséquence, la mesure n'est pas univoque. Donc, les appareils connus de mesure de l'opacité d'un liquide trouble ne conviennent qu'à la mesure de faibles opacités. La disposition selon l'invention qui va être décrite permet d'élargir la plage de mesure à des opacités supérieures à 10 000 ppm de Six2. Comme le montre la figure 3, le signal par affaibli par extinction, par rapport à 0, a une allure exponentielle, selon la loi de Lambert-Beer, en fonction de l'opacité du liquide. Un circuit non linéaire, relié au photorécepteur 10, permet de donner une forme liné- aire à cette partie de la courbe. fl est par ailleurs possible, selon le type et le mode de réalisation du circuit non linéaire, d'incurver la courbe vers un côté ou vers l'autre dans la plage des grandes opacités qui n'obéit plus exactement à 7.a loi de Lambert-Beer. Un amplifia teur différentiel 11 compare alors le signal UR avec un signal constant Uv.La courbe caractéristique du signal de différence UT telle que représentée sur 7a figure 6 est ainsi inversée par rapport à celle du si gnal X ét ce signal de différence peut Ftre utilisé comme signal de cosparaison. Un autre amplificateur différentiel 13 compare le signal UT tiré de la mesure de l'extinction et le signal US tiré de la mesure de la dispersion lumineuse. Lorsque les deux signaux ne sont pas égaux, il en résulte un signal de différence injecté sur un amplifia~ teur 14 de réglage et dans la commande 1 de la source lumineuse qui agissent sur la lampe jusqu'à ce que la luminosité de cette dernière donne des signaux UT et Us qui sont égaux. Ce réglage supprime la branche tombante de la caractéristique Us aux fortes opacités correspondant à la partie de cette courbe, qui est située au-delà du point d'inversion. Ainsi, non seulement la caractéristique représentée sur la figure 5 est rendue linéaire, mais de plus, une grandeur univoque I de sortie cor a respond à chaque valeur de l'opacité. Les essais effectués avec le nouveau dispositif selon l'invention ont montré aussi que les résultats de mesure dépendent beaucoup moins de la substance que ceux donnés par les appareils connus. Il va de soi que les dispositifs décrits et représentés peuvent subir diverses modifications, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure photométrique en continu, en particulier de l'opacité de liquides troubles, selon le principe de la mesure de la dispersion de lumière, suivant lequel l'extinction produite par le liquide étudié constitue une grandeur de référence, ca- ractérisé en ce qu'un faisceau lumineux émis par une source traverse le liquide qu'une cuvette contient et le faisceau lumineux affaibli par extinction tombe sur un premier photorécepteur ,tandis que la lumière dispersée tombe sur un second photorécepteur, et cet appareillage ou une partie de ce dernier, ainsi que son circuit électrique correspondant, forment un circuit de réglage de la luminosité de la source lumineuse en fonction de la différence d'un signal tiré de la mesure de l'extinc- tion et d'un signal de comparaison. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de comparaison est une tension ou un courant constant et le signal tiré de la lumière dispersée est affiché, éventuellement après amplification. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de comparaison est tiré de la mesure de la dispersion de la lumière, puis affiché , éventuellement après amplification. 4. Dispositif selon les revendications 1 et 3 prises ensemble, caractérisé en ce que le signal électrique tiré de la mesure de l'extinction est mis sous forme logarithmique ou subit une autre modification de l'allure de sa courbe puis, après formation de la différence avec un signal électrique constant, le signal résultant est comparé à celui qui est tiré de la mesure de la dispersion de la lumière et la différence de ces deux signaux est utilisée, éventuellement après amplification, pour la commande de l'intensité de la source lumi- neuse. 5. Dispositif selon les revendications 1, 3 et 4 prises ensemble, caractérisé en ce qu'un circuit électrique convenable transforme la caractéristique de la mesure de l'extinction'. qui descend suivant une courbe approximativement exponentielle avec l'augmentation de l'opacité, de manière que les deux signaux tirés des mesures d'extinction et de dispersion forment un signal de différence dont la grandeur est telle que le signal tiré de la dispersion de la lumière et modi fié par réglage d'intensité de la source lumineuse varie de manière sensiblement linéaire en fonction de l'opacité du liquide trouble.