Brevet FR2300612A1 — publié le 19760910

La présente invention concerne un procédé pour connaitre l'état d'un lit à échange d'ions, s'appliquant aux processus de décalcification et autres. Dans le brevet français n, 69 32468, on décrit un procédé et un agencement permettant de connaitre l'état d'un lit de résine à échange d'ions, basé sur l'obtention d'une tension proportionnelle au quotient de la valeur de la résistance mesurée à l'intérieur du lit et de la résistance mesurée dans une cuve témoin pleine de résine épuisée et d'eau brute. Cette cuve témoin pouvait être remplacée par un ensemble comprenant des résistances fixes et une ou plusieurs résistances constituées par des cuves comportant des électrodes, par 'où circulait l'eau brute. Les résistances fixes pouvaient être remplacées par des ensembles de résistances fixes et de thermistances. La résistance de l'ensemble était approximativement proportionnelle à la résistance d'une masse de résine épuisée en contact avec l'eau brute. De cette façon, on obtenait la constance maximale du coefficient indiqué lorsque le lit était épuisé. Néanmoins, on a constaté qu'il serait commode de disposer d'un système dans lequel la constance maximale du paramètre mesuré serait obtenue lorsque le lit se trouverait à ltétat régénéré, du fait que, pendant presque tout le cycle, les mesures effectuées seront réalisées sur la résine régénérée.La zone dans laquelle sont effectuées les mesures doit être localisée au voisinage de la sortie de l'eau de la colonne d'échange, La présente invention permet de mettre en oeuvre un appareil fonctionnant selon l'idée que l'on vient d'exposer, de sorte que, par des procédés électroniques, on obtient une tension, ou valeur numérique, directement ou inversement proportionnelle au résultat de l'addition d'une constante au quotient de la résistance mesurée à l'intérieur du lit d'échange d'ions, au moyen d'électrodes situées dans une zone voisine de l'emplace- ment de sortie de l'eau à l'extérieur, et de la résistance mesurée dans une cuve auxiliaire comportant des électrodes et remplie de résine à échange d'ions à l'état régénéré et d'eau traitée.La valeur de la constante citée peut être, et est de préférence, égale à zéro. Cette tension ou indication, par définition, doit être constante dans toutes les conditions de résistivité et de tempé rature de l'eau, pendant que la zone du lit où se trouvent les électrodes reste à l'état régénéré, c'est-à-dire pendant que les deux masses de résine sont dans des conditions identiques. La tension ou valeur numérique obtenue peut être utilisée pour disposer d'une indication visuelle continue de l'état du milieu échangeur, ainsi qu'un signal d'épuisement, lorsque la tension ou indication atteint une valeur prédéterminée. Ledit signal peut être utilisé pour actionner un dispositif d'alarme, déclencher un processus de régénération automatique, etc. Un autre mode de réalisation de l'invention permet d'obtenir la tension ou indication définie précédemment, que l'on appellera à des fins de simplification paramètre résultant, sans qu'il y ait lieu de disposer d'une cuve témoin remplie de résine régénérée et d'eau traitée. On utilise à sa place une résistance composite qui sera définie plus loin, dont la valeur est fonction de la résistivité de l'eau et éventuellement de la température. En utilisant la résistance composite indiquée, on obtient des valeurs de paramètre résultant qui vérifient avec une très bonne approximation la relation que l'on vient de définir comme objet de la présente invention. Dans tous les cas, il faudra utiliser du courant alternatif, bien qu'il puisse être non sinusordal, pour limiter les phénomènes de polarisation. D'autres objets et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre en regard du dessin annexé donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, dans lequel: Les figures 1 à 4 sont des schémas électriques relatifs à des diviseurs de tension appropriés pour obtenir la tension ou indication de l'état de l'échangeur, selon l'invention, les figures 5 à 9 correspondent à des variantes relatives à la résistance composite; a figure 10 correspond à un schéma de résistance compensée thermiquement, remplaçant l'une quelconque des résistances représentées sur les figures 5 à 9; et les figures îl et 12 sont des schémas relatifs à des exemples pratiques décrits dans la description. Dans la réalisation pratique de la présente invention on peut considérer différents cas. 1) Tension appliquée à un diviseur de tension. a) On dispose d'un diviseur de tension, selon la figure 1, constitué par la résistance mesurée à l'intérieur du lit de résine et la résistance mesurée dans la cuve témoin, et l'on applique entre les extrémités de ce diviseur une tension alternative V de valeur efficace constante. On obtient une tension, mesurée entre les bornes de l'une des deux résistances, qui est en fait le paramètre résultant. Soit R1 la résistance mesurée à l'intérieur du lit et R2 la résistance mesurée dans la cuve témoin. On obtient: R vl = Y Rtt R2 V 1 + R2/R1 R2 R, I v2 = R2 +R1 1 + R IR b) Le diviseur de tension de la figure 2 est constitué par une résistance fixe et par une autre résistance, qui est la résistance mesurée à l'intérieur du lit ou dans la cuve témoin. Si -l'on appelle: R3 la résistance fixe; et R4 la résistance mesurée à l'intérieur du lit ou dans la cuve témoin, on a R v3 = V 3 et R3 + R4 R4 4 V R4 + R3 Si R3 est beaucoup plus faible que R4, on pourra considérer que la tension mesurée entre les bornes de R3 est inversement proportionnelle à la valeur de R4. R v3 = V R4 Si R3 est beaucoup plus élevée que R4, on pourra considérer que la tension mesurée entre les bornes de R4 est directement proportionnelle à la valeur de cette résistance. R4 v4 = V R4 R3 Les tensions directement ou inversement proportionnelles aux résistances mesurées dans le lit et dans la cuve témoin peuvent être divisées, ou bien une tension directement proportionnelle et une autre inversement proportionnelle peuvent être multipliées, au moyen de l'un quelconque des procédés connus en électronique. Le résultat obtenu sera le paramètre résultant. c) On peut obtenir les résultats indiqués dans les cas a) et b) sans utiliser de cuve témoin qui serait remplacée par la résistance composite. Néanmoins, dans ce cas, il ne serait pas nécessaire de maintenir la limitation établie en b), à savoir que la résistance fixe doit être très supérieure ou inférieure à la résistance composite, pour obtenir une tension approximativement directement ou inversement proportionnelle à la valeur de résistance que l'on mesurerait dans une cuve témoin remplie de résine régénérée et d'eau traitée. Si l'on calcule la résistance composite de façon correcte, on peut obtenir la proportionnalité approximative indiquée,même si la valeur de la résistance fixe n'est pas d'un ordre de grandeur totalement différent de la résistance composite. 2) On utilise un amplificateur opérationnel fonctionnant en montagne inverseur ou non inverseur. Le réseau de contre-réaction est un diviseur de tension constitué par les résistances R5 et R6. En montage inverseur (figure 3), le gain est donné par - R6 l'expression : G = R6 Rg En montage non inverseur (figure 4) le gain de l'étage est donné par l'expression G - 1 + R6 R5 a) Si R5 = R1 et R6 = R2 ou bien si R5 = R2 et R6 = R1, le gain de l'étage est égal au paramètre résultant. R1 et R2 ont été définis au paragraphe 1. Si l'on introduit dans l'amplificateur un signal alternatif Ve dont la valeur efficace de la tension (valeur quadratique moyenne) est constante, la valeur efficace de la tension de sortie Vo est le paramètre résultant. Remarque préalable. Dans les cas b) et c) que l'on décrit dans la suite, on établit une limitation consistant en ce que, lorsque l'amplificateur est monté en non inverseur, le gain doit toujours être très supérieur à l'unité pour que l'on puisse considérer sans erreur appréciable que, dans ce cas :G= R6 b) Si R6 est une résistance fixe et R5 = R1 ou R2, R5 le gain sera inversement proportionnel à R1 ou R2, et si l'on introduit dans l'amplificateur un signal alternatif Ve dont la tension a une valeur efficace directement proportionnelle à R2 ou à R11 la valeur efficace de la tension de sortie Vo est le paramètre résultant. Si le signal introduit avait une valeur efficace de tension constante, la valeur efficace de la tension à la sortie de l'amplificateur serait inversement proportionnelle à R1 ou à R2. c) Si R5 est une résistance fixe et si R6 ' R1 ou R21 le gain est directement proportionnel à R1 ou R2 ,et si l'on introduit dans l'amplificateur un signal alternatif Ve dont la valeur efficace de la tension est inversement proportionnelle à R2 àu R1, la valeur efficace de la tension de sortie Vo est le paramètre résultant. Si le signal introduit avait une valeur efficace de la tension constante, la valeur efficace de la tension à la sortie de l'amplificateur serait directement proportionnelle à R1 ou à R2. d)Dans tous les cas décrits dans ce paragraphe, on peut remplacer la cuve témoin par la résistance composite, mais sans nécessairement la limitation établie dans la remarque pour les cas b) et c), du fait que, si l'on calcule la résistance composite de façon correcte, on peut faire en sorte que le gain de l'am- plificateur soit approximativement inversement ou directement proportionnel à la résistance qu'aurait une cuve témoin remplie de résine régénérée et d'eau traitée, mArne si la valeur de la résistance fixe n'est pas d'un ordre de grandeur totalemènt différent de la résistance composite. La résistance composite dont il vientd'être question est conforme à la configuration représentée sur la figure 5, Elle comprend une résistance fixe Rg, en série avec trois branches résistives en parallèle. L'une des trois branches est constituée par une résistance fixe R12 et les deux autres se composent de deux résistances chacune, dont l'une (R10 et R1l respectivement) est une résistance fixe, et l'autre est proportionnelle à la résistivité de l'eau p et est constituée dans chacun des deux cas par des cuves X1 et X2 pourvues d'électrodes par lesquelles passe l'eau traitée. La valeur de la résistance mesurée dans celles-ci est X1p et X2p respectivement.Dans les processus de décalcification, on peut admettre que c'est l'eau brute qui circule à l'intérieur des cuves, la résistivité de l'eau ne variant en général presque pas à cause de ce type d'échange ionique. Cet agencement général est susceptible d'être réalisé suivant -différentes variantes. 1) I1 peut n'y avoir que l'une des branches, composée par une résistance fixe et une cuve pourvue d'électrodes R1oXl ou 10 1 R .iX2 2) Les résistances Rg, R10 et R1l peuvent être nulles. 3) ta résistance R12 peut être infinie. En gardant ces conditions présentes à l'esprit, on peut voir que les agencements des figures 6 à 9, indiqués à titre d'exemple, entrent dans le cadre de l'invention. Une autre variante de la présente invention est représentée par la figure 10, sur laquelle on peut remplacer une ou deux résistances quelconques parmi les résistances Rg, R10, R111 R12 précitées, par un agencement qui comprend des résistances fixes et une thermistance du type suivant: une résistance fixe R13 en série avec deux branchesrésistives en parallèle entre elles. L'une d'elles est formée par une résistance fixe R15 et l'autre par deux résistances en série, dont l'une est une résistance fixe R14 et l'autre une thermistance Rt. Ce schéma de. base est susceptible d'être réalisé suivant différentes variantes. R13 et R14 peuvent être nulles, et R15 peut etre infinie. La thermistance, convenablement isolée électriquement,doit être en contact avec l'eau pour se mettre b sa température. Lorsqu'on n'utilise pas de thermistances, le remplacement de la cuve témoin par la résistance composite, seulement à une température déterminée, n'introduit pas d'erreurs appréciables sur le paramètre résultant. Les erreurs augmentent de plus en plus, à mesure que la température de l'eau s'en écarte, La valeur du paramètre résultant, à température constante, reste moins constante lorsque la résistivité de l'eau varie et, d'autre part, la valeur du paramètre résultant varie, la résistivité de l'eau restant constante, lorsque la température varie. En utilisant la thermistance ou les thermistances comme on l'a décrit, on peut corriger la première des erreurs indiquées, ou les deux. Les exemples non limitatifs qui suivent servent à illustrer l'invention. EXEMPLE 1. Soit le circuit représenté sur la figure 11, où R1 est la résistance mesurée entre les électrodes du lit de résine; s est la résistance mesurée dans une cuve X comportant des électrodes par où circule l'eau traitée, V est une tension alternative de valeur efficace constante, C1, C2 et C3 sontdes condensateurs destinés à empêcher le passage du courant continu, mais dont l'impédance, à la fréquence du courant alternatif utilisé, peut être considérée comme nulle. On a choisi les valeurs de Ra,Rb, Rcî de façon que R1 soit très inférieure à Ra et que R1 soit très inférieur à (Rb+ Rc) de sorte que l'on peut considérer que la valeur efficace de la tension Ve est directement proportionnelle à la résistance mesurée entre les électrodes situées dans le lit de résine. La tension Vo que l'on obtiendra à la sortie de l'amplificateur sera égale au produit de Ve par le gain de l'amplifica teùr. Dans ce cas, au lieu de la cuve témoin, on utilise une résistance composite du type représenté sur la figure 7 et constituée par les résistances R e et Rpi, Si l'on a calculé correctement la résistance composite, la valeur efficace de la tension VO sera le paramètre résultant ( sans compensation de température) qui sera proportionnel à R1/R2. EXEMPLE II. Selon la figure 12: V est la tension alternative de valeur quadratique moyenne constante; R1 est la résistance mesurée entre électrodes dans le lit de résine et RM,RM2 sont les résistances mesurées entre les électrodes de deux cuves X1 et X2, respectivement, par où doit circuler l'eau traitée. L'ensemble formé par X1, X2 et les résistances fixes Rgî Rh, Rj, ainsi que par la thermistance Rt, constitue une résistance composite du type décrit antérieurement (figure 6), formant, avec Rf, un diviseur de tension. Si la résistance composite a été calculée correctement, la valeur efficace de la tension V sera directement proportionnelle à la résistance qu'aura une cuve remplie de résine régénérée et d'eau traitée. Si R1 est très inférieure à Rk, selon la figure 12, la valeur efficace de la tension V2 sera approximativement directe ment proportionnelle à la résistance mesurée à l'intérieur du lit d'échange. Si l'on obtient le quotient de ces deux tensions, par l'un quelconque des procédés connus en électronique, analogiques ou numériques, après mise des tensions obtenues sous forme de valeurs numériques dans ce dernier cas, le résultat sera le paramètre résultant. Il va de soi que l'on peut apporter à la description précédente et au dessin annexé de nombreuses modifications de détail sans, pour cela, sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS Procédé pour connattre l'état d'un lit d'échange ionique, caractérisé en ce que l'on obtient, par des moyens électroniques, une tension ou une valeur numérique, directement ou inversement proportionnelle à la somme d'une constante et du quotient de la résistance mesurée à l'intérieur d'un lit d'échange, au moyen d'électrodes situées dans sa masse et de la résistance mesurée dans une cuve témoin pourvue d'électrodes et pleine de résine à échange d'ions à l'état régénéré et en présence d'eau traitée, de façon que ladite tension ou valeur numérique puisse entre utilisée pour obtenir une mesure continue permettant de connattre l'état du lit, et/ou également pour déclencher un signal indiquant l'épuisement du lit d'échange, lequel signal peut être utilisé pour déclencher un processus de régénération, pour déclencher un dispositif d'alarme, ou pour une autre action analogue. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on obtient la tension ou valeur numérique en utilisant un diviseur de tension constitué par deux résistances, l'une d'elles étant la résistance mesurée à l'intérieur du lit d'échange et l'autre la résistance mesurée dans la cuve témoin pleine de résine échangeuse régénérée, en contact avec l'eau traitée. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en.ce que lton utilise un amplificateur auquel on applique une tension d'entrée-alternative de valeur efficace constante, le réseau de contre-réaction se composant de deux résistances dont l'une est la résistance mesurée dans le lit d'échange et l'autre la résistance mesurée dans la cuve-témoin pleine de résine d'échange régénérée en contact avec l'eau traitée, une extrémité du diviseur étant reliée à la sortie de l'amplificateur, le point-milieu à l'entrée inverseuse et l'autre extrémité à la masse ou à la source du signal à amplifier,selon que l'amplificateur fonctionne en montage non inverseur ou inverseur,respectivement. 4.- Procédé selon la revendication 1,caractérisé en ce que l'on utilise un amplificateur à l'entrée duquel on applique une tension alternative de valeur efficace directement ou inversement proportionnelle à la valeur de la résistance mesurée à l'intérieur du lit d'échange,ou de la résistance mesurée dans la cuve-témoin pleine de résine régénérée et d'eau traitée, l'amplificateur devant avoir un gain inversement ou directement proportionnel à la résistance mesurée dans la cuve-témoin pleine de résine régénérée et d'eau traitée, ou à la résistance mesurée dans le lit d'échange. 5.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on obtient des tensions dont l'une est directement ou inversement proportionnelles à la résistance mesurée à l'intérieur du lit, et l'autre à la résistance mesurée dans la cuve témoin pleine de résine régénérée et d'eau traitée, et en ce que l'on divise ces tensions lorsqu'elles sont toutes deux directement ou inversement proportionnelles, ou en ce que l'on multiplie une tension directement proportionnelle par l'autre inversement proportionnelle. 6.- Procédé selon les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que la branche de contre-réaction de l'amplificateur est constituée par un diviseur de tension se composant de deux résistances, l'une d'elles étant une résistance fixe et l'autre la résistance mesurée entre les électrodes du lit d'échange, ou la résistance mesurée dans la cuve-témoin pleine de résine régénérée et d'eau traitée. 7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que, lorsque l'amplificateur est monté en non inverseur, la résistance du diviseur de tension qui constitue la branche de contre-réactton de l'amplificateur, montée entre la sortie de l'amplificateur et son entrée inverseuse, est très supérieure à la résistance montée entre l'entrée inverseuse et la masse. 8.- Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que, lorsque la résistance montée entre la sortie de 1 'ampli- ficateur et son entrée inverseuse est la résistance fixe, le gain est inversement proportionnel à la valeur de l'autre résistance (résistance du lit d'échange ou de la cuve témoin) qui est montée entre l'entrée inverseuse et la masse, si l'amplificateur est monté en non inverseur, ou est montée entre l'entrée inverseuse et la source de la tension d'entrée, si l'amplificateur est monté en inverseur. 9.- Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que, lorsque la résistance montée entre la sortie de l'amplificateur et son entrée inverseuse est la résistance mesurée à l'intérieur du lit d'échange, ou dans la cuve-témoin pleine de résine et et d'eau traitée, le gain est directement proportionnel à ladite résistance. 10.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on obtent ladite tension d'entrée alternative de l'amplifica- teur qui a une valeur efficace directement ou inversement proportionnelle à la valeur de la résistance mesurée dans le lit d'échange ou de la résistance mesurée dans la cuve-témoin pleine de résine régénérée et d'eau traitée, en utilisant un second amplificateur qui a un gain directement ou inversement proportionnel à la résistance mesurée dans le lit d'échange ou à la résistance mesurée dans la cuve-témoin pleine de résine régénérée et d'eau traitée, une tension de valeur efficace constante étant appliquée à ce second amplificateur. 11.- Procédé selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que l'on obtient une tension alternative dont la valeur efficace est inversement proportionnelle à la résistance mesurée dans le lit d'échange ou dans la cuve-témoin pleine de résine régénérée et d'eau traitée, au moyen d'un diviseur de tension constitué par deux résistances dont l'une est fixe et l'autre est la résistance mesurée dans le lit d'échange ou la cuve-témoin, en appliquant entre les bornes du diviseur une tension alternative de valeur efficace constante, ladite tension alternative de valeur efficace constante inversement proportionnelle étant mesurée entre les bornes de la résistance fixe, la valeur de la résistance fixe étant très inférieure à celle de l'autre résistance. 12.- Procédé selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que lton obtient une tension alternative dont la valeur efficace est directement proportionnelle à la résistance mesurée dans le lit d'échange ou dans la cuve-témoin pleine de résine régénérée et d'eau traitée, au moyen d'un diviseur de tenske constitué par deux résistances dont l'une est fixe et l'autre est la résistance mesurée dans le lit d'échange ou dans la cuvetémoin, en appliquant entre les bornes du diviseur de tension une tension alternative de valeur efficace constante, ladite tension alternative de valeur efficace constante directement proportionnelle étant mesurée entre les bornes de la résistance constituée par le lit d'échange ou la cuve-témoin , la valeur de la résistance fixe étant très supérieure à celle de l'autre résistance. 13.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise, au lieu de la cuve-témoin pourvue d'électrodes et pleine de résine régénérée et d'eau traitée, une résistance composite constituée par une résistance fixe (R9) en série avec un ensemble de trois branches résistives parallèles entre elles, dont l'une se compose d'une résistance fixe (R12)- et les autres de deux résistances en série dont l'une est une résistance fixe (R10 ou R11) et l'autre la résistance mesurée dans une cuve (X1 ou X2) pourvue d'électrodes par où passe l'eau traitée, de sorte qu'éventuellement l'une des branches résistives se composant d'une résistance fixe et d'une résistance de cuve peut être absente, la résistance R12 peut être infinie, et les résistances R9, R10 et R11 peuvent être nulles. 14. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que, dans le cas où la résistance composite remplace la cuve-témoin pleine de résine régénérée et d'eau traitée, dans les agencements définis dans les revendications 6, 7 et 10, il n'est pas nécessaire d'imposer la condition restrictive consistant en ce que le gain de l'amplificateur à montage non inverseur doive toujours être très inférieur à l'unité ou que la valeur de la résistance fixe doive être très supérieure ou très inférieure à la résistance dans la cuve-témoin, qui serait, dans ce cas, remplacée par la résistance composite. 15.- Procédé selon les revendications 1 et 6, caractErisé- en ce que l'une ou deux des résistances fixes qui font partie de la résistance composite sont remplacées par un ensemble de résistances fixes et d'une thermistance, formé par une résistance fixe (R13) en série avec un ensemble de deux branches résistives en parallèle dont l'une est constituée par une résistance (R15) et l'autre par un ensemble série comprenant une résistance fixe (R14) et une thermistance (rut), dont la résistance R15 peut être infinie, et les résistances R13 et R14 peuvent etre nulles, tandis que la thermistance, convenablement isolée électriquement, doit être en contact avec l'eau pour se mettre à sa température.