Brevet FR2437613A1 — publié le 19800425

La présente invention est relative à un procédé, ainsi qu'à un dispositif permettant de mesurer la vitesse de variation du coefficient de transmission (ou transparence) d'un bain de coloration variable, notamment applicable à la mesure de l'épuisement d'un bain de teinture de matières textiles en vue d'assurer à partir de cette information, la régulation du processus de teinture de ces matières. Une grandeur caractéristique conditionnant les opérations de teinture est, en effet, "l'épuisement du bain", défini comme la quantité de colorant (en pourcentage de la concentration initiale ou en poids) qui, par unité de temps, est retirée du bain, et donc fixée sur les matières à teindre, et il est souhaitable de pouvoir mesurer à chaque instant cette grandeur. On sait que dans les installations de teinture, on fait circuler un bain de teinture à travers les matières à colorer (fils ou tissus). Ce bain traverse un grand nombre de fois les matières à traiter, la migration ou la fixation du colorant sur celles-ci étant fonction de plusieurs paramètres, et notamment de la température. A basse température, il y a très peu de colorant absorbé et le bain garde une transparence faible, sensiblement constante, mais arrivé dans une zone de température critique qui dépend à la fois du colorant et des matières textiles considérés, le colorant migre alors rapidement dans les matières à teindre tandis que la transparence du bain augmente.Un processus identique se reproduit pour chaque colorant du bain à des températures de fixation ou migration différentes, l'épuisement du bain suivant chaque fois une loi non linéaire ~ On a constaté dans chacun de ces processus que, pour les températures encadrant la zone de température critique, leur variation n'influe pratique-ment pas sur la qualité de la teinture des matières obtenue. Il est donc souhaitable d'augmenter rapidement la température tant qu'elle reste inférieure à la zone critique immédiatement supérieure. En revanche, si la montée en température dans cette zone critique est trop rapide, on obtient une teinture des matières non uniforme ou "mal unie" qui résulte en une perte de productivité de l'installation. Pour éviter cet inconvénient, une solution largement utilisée consiste à programmer un accroissement de température suffisamment lent pour que la zone critique soit traversée sans risquer de compromettre le bon "unisson" de la teinture des matières à traiter. Bien que donnant des résultats acceptables, il est aussi évident que cette solution est préjudiciable au rendement de l'installation du fait de la lenteur du processus, puisque la vitesse de chauffage est maintenue à une valeur faible, même dans les zones de températures extérieures à la zone critique correspondant à chaque colorant considéré. Une autre solution proposée consiste à mesurer la transparence du bain de teinture et à commander la température de telle sorte que, lorsque la transparence du bain ne varie pas, on augmente sa température et que, lorsque la transparence du bain varie, on maintient alors sa température constante. Cette dernière solution par tout ou rien est meilleure que la précédente, mais sa mise en oeuvre présente des difficultés, car la variation de transparence du bain est difficile à apprécier avec une sensibilité suffisante du fait qu'on effectue une mesure absolue et non relative. En effet, les colorants introduits dans les bains de teinture sont constitués, dans la grande majorité des cas, d'un mélange d'une couleur de base, et d'un (ou plusieurs) "nuanceur" en très faible quantité. L'oeil est très sensible au nuanceur. Celui-ci migre dans les matières à teindre en général plus vite que la couleur de base, mais étant donné qu'il est en plus faible quantité dans le bain, son importance relative par rapport à l'ensemble du spectre visible risque d'être trop faible pour que l'on perçoive sa migration. L'invention a donc pour objet un procédé et dispositif de mesure de la vitesse de variation du coefficient de transmission d'un bain coloré permettant, dans le cas plus particulier d'un bain de teinture, de détecter chaque fois avec précision la migration successive des différents colorants dans les matières à teindre, de manière que la température du bain (ou tout autre paramètre du processus de teinture) puisse être toujours contrôlée avec sécurité dans des conditions de chauffage permettant de réduire notablement la durée des opérations de teinture des matières à traiter. Le procédé, suivant l'invention, consiste à - éclairer en lumière polychromatique un échantillon de bain de référence et le bain de coloration variable au moyen de deux voies optiques corres pondantes, - convertir photoélectriquement les flux lumineux ayant parcouru ces deux voies en signaux électriques correspondants, et il est caractérisé en ce qu'il consiste en outre à - stocker à des instants déterminés un échantillon de bain de coloration variable en tant qu'échantillon de référence, et - produire au moyen d'au moins deux filtres de bande colorés, des signaux photoélectriques respectifs relatifs à chacune des deux voies et à chacun desdits filtres, et permettant par combinaison de ces signaux d'élaborer un signal représentatif de la vitesse de variation du coefficient de trans mission dudit bain- de coloration variable. Pour la mise en oeuvre de ce procédé, l'invention prévoit aussi un dispositif comportant - une source émettrice de lumière polychromatique associée à des moyens optiques pour projeter un faisceau lumineux à travers deux voies optiques, l'une de référence comprenant un échantillon de bain de référence, l'autre de mesure comprenant une fraction de bain de coloration variable, et - au moins un récepteur photoélectrique recevant les flux lumineux respectifs à la sortie de ces deux voies et fournissant des signaux électriques corres pondants, et caractérisé en ce qu'il présente en outre - des moyens permettant de remplacer à des instants déterminés l'échantillon de bain de référence par l'échantillon de bain de coloration variable exis tant à ces instants, - au moins deux filtres colorés disposés sur chacune des deux voies en amont dudit récepteur et, - un circuit de traitement élaborant par comparaison desdits signaux élec triques un signal représentatif de la vitesse d'absorption des colorants dans ledit échantillon de coloration variable. De préférence, la source lumineuse est équipée de moyens tels qu'un filtre infrarouge, éliminant les radiations ayant des longueurs d'onde dans l'infrarouge au-delà du spectre visible. En variante, la source polychromatique peut aussi etre constituée par trois sources monochromatiques à condition qu'elles recouvrent l'ensemble du spectre visible pour ne pas laisser de zones inexplorées. Le procédé de l'invention consiste ainsi à comparer la transparence du bain à l'instant "t" à celle d'un échantillon isolé à un instant antérieur "t - but". En outre, les composants du bain ayant la plus grande affinité ou la plus faible concentration risquant de s'épuiser plus vite quand la température augmente, les mesures sont faites en polychromie de manière à pouvoir détecter par exemple la plus grande variation de transparence. Le fait d'opérer ainsi un filtrage à plusieurs longueurs d'ondes permet de détecter aisément quelle est celle, à l'instant de la mesure, qui est la plus influencée par la migration du colorant dans les matières à teindre, et par là même, d'améliorer la sensibilité du dispositif. Cette sensibilité est en outre augmentée par la présence du filtre infrarouge qui, réduisant le spectre d'émission de la source, évite que le signal à la longueur d'onde la plus influencée se trouve noyé dans un bruit de fond important pouvant masquer le phénomène. Les signaux de sortie du dispositif sont traités pour déterminer par comparaison par exemple quel est celui qui présente la plus grande amplitude à chaque instant, et ce signal est utilisé pour piloter le processus de teinture par commande du chauffage, ou éventuellement d'un autre paramètre. Au lieu de déterminer le signal de plus grande amplitude, on peut aussi combiner les trois signaux de sortie suivant une relation déterminée en fonction de l'application considérée. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif comporte une source d'émission commune, deux voies optiques éclairant deux cuves en permanence, l'une contenant l'échantillon de bain de référence, l'autre étant parcourue par le bain de coloration variable, et trois paires de photorécepteurs précédées de trois filtres colorés, par exemple bleu, vert et rouge, couvrant à eux trois tout le spectre visible, chaque voie optique se subdivisant en trois, après transmission de la lumière à travers une cuve, pour aboutir respectivement à l'un des récepteurs d'une des trois paires. Cependant, en utilisant un procédé de multiplexage, il est aussi possible d'éclairer les deux cuves successivement et périodiquement au moyen d'un commutateur optique, et de recevoir les flux lumineux transmis sur un seul récepteur devant lequel se présentent successivement les trois filtres de couleur à une fréquence triple de celle de l'éclairement des cuves. Les signaux de sortie du photorécepteur sont ensuite démultiplexés pour fournir trois paires de signaux,chaque paire correspondant aux signaux relatifs aux deux cuves.pour un meme filtre coloré. I1 est cependant préférable d'éviter la présence d'éléments de commutation mobiles en raison des conditions d'ambiance sévères rencontrées dans ce genre d'installation,en particulier la température et les atmosphères corrosives. Les voies optiques sont de préférence réalisées à l'aide de faisceaux de fibres de verre, permettant d'éloigner la source d'émission et les récepteurs avec leurs filtres associés, des canalisations parcourues par le bain dont la température peut atteindre 1500 C. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui va suivre en relation avec le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif. Sur ce dessin La figure 1 est un schéma d'un dispositif conforme à l'invention. La figure 2 explique le fonctionnement de ce dispositif à l'avide de courbes de transmission. La figure 3 est un schéma d'application du dispositif suivant l'invention à la régulation d'un processus de teinture. En se reportant à la figure 1, un boitier d'émission 10 contient : une source lumineuse polychromatique, constituée par une lampe 11 placée au foyer d'un miroir parabolique 12 ; un filtre anticalorique 13 coupant l'infrarouge au-delà de 0,7ym, et une lentille 14 concentrant le faisceau lumineux émis par la lampe sur l'extrémité d'un faisceau de fibres émettrices 15. Ce faisceau de fibres se subdivise en deux faisceaux 15A, 15B dont les extrémités aboutissent à deux cuves 16A, 16 B, l'une pouvant contenir un échantillon de bain de teinture de référence isolé au moyen de deux électro-vannes 17, 18, l'autre parcourue par un bain de mesure de coloration variable.La lumière transmise par les faisceaux 15k, 15B est recueillie, après transmission à travers les cuves 16A, 16B par deux faisceaux de fibres réceptrices 19A, 19B, qui se subdivisent ensuite en trois faisceaux respectifs 19A1, 19A2, 19A3 et 19B1, 19B2, 19B3. Les faisceaux référencés d'un meme indice aboutissent respectivement, à travers des filtres 21, à des paires de photorécepteurs 20 : les faisceaux 19A1, 19B1 à la paire de photorécepteurs 20A1, 20B1 à travers un filtre monochromatique vert 211 ; de même, les faisceaux 19A2, l9B2 à la paire de photorécepteurs 2ou2, 20B2 à travers un filtre monochromatique bleu 212, et les faisceaux 19A3, 19B3 à une troisième paire de photorécepteurs 20A3, 20B3 à travers un filtre monochromatique rouge 213. Un circuit électronique ce comparaison 22 permet d'élaborer à partir des signaux de sortie(des six photorécepteurs)TAl, TB1 ; TA2, TB2 ; TA3, TB3, trois signaux de comparaison différentiels 4T1, iST2, A T3 tels que a T1 = TB1 - TA1, correspondant aux trois couleurs des filtres 21, et trois signaux de comparaison relatifs AT1 , åT2 , bT3 . I1 est possible TA1 TA2 TA3 de concevoir le circuit 22 pour effectuer sur ces trois signaux différentiels ou où différentiels relatifs z T , des opérations de sélection ou de T combinaison suivant une relation déterminée à priori.Par convention, on considère le signal T de plus grande amplitude comme étant représentatif T de la vitesse de variation du coefficient de transmission, et on peut afficher cette grandeur mesurée sur un appareil indicateur 23, tel qu'un voltmètre ou un ampèremètre. Le circuit 22 est en outre adapté pour fournir cette grandeur suivant un format au standard régulation 0-20 mA, ou 4-20 mA. Dans le cas d'application à un processus de teinture, la cuve de mesure 16B parcourue par le bain de coloration variable est, par exemple, montée en dérivation sur la conduite par laquelle le bain de teinture est recyclé à travers le bac contenant les matières à traiter. Le contenu de la cuve de référence 16A est renouvelé, à des instants déterminés, par ouverture temporaire des électro-vannes 17, 18 qui permettent son remplacement par le bain de recyclage existant parcourant la cuve 16B.Les instants auxquels ce renouvellement a lieu sont déterminés par exemple périodiquement sous la commande d'une horloge, ou de façon non périodique sous la commande d'un autre paramètre que le temps, tel que par exemple le débit passant dans la conduite de recyclage. I1 est à noter que l'échantillon de bain de référence garde sensiblement la même température que celle du bain en circulation, ce qui rend leur comparaison plus fiable. Pour la simplicité de l'exposé, on a supposé qu'il existait une cwe de référence 16A et une cuve de mesure 16B remplissant toujours les mêmes fonctions. En pratique, il est cependant plus avantageux d'utiliser des électro-vannes à trois voies fermant alternativement l'une des cuves pour isoler l'échantillon de référence, et libérant l'autre cuve pour la laisser parcourir par l'échantillon de coloration variable, ces cuves assurant alors, à tour de rale, la fonction cuve de référence et cuve de mesure.Si on désire cependant que chaque cuve conserve sa fonction spécifique, on peut ajouter une temporisation de manière que, à chaque signal de commande, la cuve de référence soit temporairement balayée par le bain tandis que la cuve de mesure est isolée, et qu'à la fin de la temporisation, un nouvel échantillon soit isolé dans la cuve de référence. La figure 2 montre des courbes de transmission T, en fonction de la longueur d'onde > , du bain de teinture contenu dans les deux cuves, pris par exemple à des instants différents, la courbe S1 étant relative à la cuve de référence, la courbe S2 à la cuve de mesure. On voit par exemple que la mesure différentielle de transmission T3 à la longueur d'onde X 3 dans la bande passante F3 du filtre 213 est nettement plus marquée qu'aux deux autres longueurs d'onde ,\ 1, > ' 2 des filtres 211 et 212 de bande passante F1 et F2.Ceci n'aurait pu être décelé si, de façon connue, on avait effectué une mesure de transmission globale et non différentielle au moyen d'un filtre de bande passante F couvrant tout le spectre. I1 est aussi à noter que la présence du filtre infrarouge 13, éliminant les composantes de longueurs d'onde élevées, permet de diminuer le bruit de fond qui autrement, en relevant les courbes de transmission S1 et 52 dans la zone )93, aurait masqué la variation localisée 9 T3 et permis difficilement de déceler son existence. Dans l'application particulière à la teinture de matières textiles, il n'est pas nécessaire de connaitre en soi l'information affichée sur l'indicateur 23, mais il est souhaitable de pouvoir en disposer pour commander la régulation du processus de teinture, par exemple en agissant sur la température du bain. Un exemple d'une telle installation de régulation de teinture est représentée schématiquement figure 3, où l'on a désigné par 25 l'ensemble du dispositif précédemment décrit à la figure 1. Sur ce schéma, 30 désigne le récipient contenant les matières à teindre 31 la pompe assurant la circulation du bain ; 32 un capteur de débit ; 33 un dispositif de chauffage permettant, par exemple au moyen d'un circuit de vapeur, d'agir sur la température du bain ; 34 une horloge fournissant des signaux électriques périodiques, par exemple toutes les X minutes, pour la commande des électro-vannes 17, 18 à une fréquence choisie en fonction de la nature des matières à traiter. Le signal élaboré par le circuit 22 joue le rôle de signal de mesure de la boucle de régulation et il est appliqué sur l'une des entrées d'un circuit comparateur différentiel 35 recevant sur une seconde entrée un signal de consigne prélevé par exemple sur un potentiomètre 36 relié à une source de tension.Le signal d'écart issu du circuit 35 est appliqué sur un amplificateur de puissance 37 fournissant un signal amplifié apte à actionner la vanne de commande du dispositif de chauffage 33. Cette installation fonctionne à la manière habituelle d'une boucle de régulation : au début du processus, la vanne de chauffage est ouverte au maximum sous la commande du signal de consigne lorsque la transparence varie de façon quasi-nulle. Puis, quand la migration des colorants, sur les matières à teindre est amorcée, la variation de vitesse de la transparence du bain est détectée dans les cuves 17, 18, ce qui se traduit par un signal d'écart à la sortie du comparateur 35 beaucoup plus faible et a pour effet de réduire le chauffage par fermeture progressive de la vanne du dispositif 33. Au lieu d'utiliser les signaux de l'horloge 34 pour déclencher les commutations des électro-vannes 17, 18, on peut, en variante, utiliser les signaux du débitmètre 32, adapté pour émettre un signal chaque fois qu'un volume déterminé de bain a été recyclé, par exemple le volume du récipient 30 comme représenté en traits interrompus sur la figure 3, le débitmètre pouvant être par exemple de type électromagnétique. REVENDICATIONS 1. Procédé pour mesurer la vitesse de variation du coefficient de transmission d'un bain de coloration variable, consistant à - éclairer en lumière polychromatique un échantillon de bain de référence et le bain de coloration variable au moyen de deux voies optiques corres pondantes, - convertir pohtoélectriquement les flux lumineux ayant parcouru ces deux voies en signaux électriques correspondants, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à - stocker à des instants déterminés un échantillon de bain de coloration variable en tant qu'échantillon de référence et, - produire au moyen d'au moins deux filtres de bande colorés, des signaux photoélectriques respectifs relatifs à chacune des deux voies et à chacun desdits filtres, et permettant par combinaison de ces signaux d'élaborer un signal représentatif de la vitesse de variation du coeffi cient d'absorption dudit bain de coloration variable. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits instants sont déterminés en fonction du temps de façon périodique. 3. Procédé suivant la revendication 1, dans lequel le bain de coloration variable est en circulation dans une conduite, caractérisé en ce que lesdits instants sont déterminés en fonction du débit du bain de coloration variable dans cette conduite. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, comportant - une source émettrice de lumière polychromatique associée à des moyens optiques pour projeter un faisceau lumineux à travers deux voies optiques, l'une de référence comprenant un échantillon de bain de référence, l'autre de mesure comprenant une fraction de bain de coloration variable et, - au moins un récepteur photoélectrique recevant les flux lumineux res pectifs à la sortie de ces deux voies et fournissant des signaux électri ques correspondants, caractérisé en ce qu'il comporte en outre - des moyens permettant de remplacer à des instants déterminés l'échantillon de bain de référence par l'échantillon de bain de coloration variable existant à ces instants, - au moins deux filtres colorés disposés sur chacune des deux voies en amont dudit récepteur et, - un circuit de traitement élaborant par combinaison desdits signaux électri ques un signal représentatif de la vitesse de variation du coefficient de transmission dudit échantillon de coloration variable. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens optiques comportant un filtre infrarouge. 6. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens permettant de remplacer l'échantillon de bain comportent deux cuves branchées en parallèle pour être parcourues par le bain de coloration variable et deux électro-vannes isolant le contenu de l'une des cuves sous la commande de signaux émis auxdits instants déterminés. 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que lesdites électro-vannes sont des vannes à trois voies branchées respectivement aux entrées et aux sorties des deux cuves et isolant alternativement le contenu de l'une et de l'autre cuve. 8. Application du dispositif suivant l'une des revendications 4 à 7 à la régulation d'un processus de teinture de matières plongées dans un récipient parcouru par un bain de teinture dont la température est commandée par un dispositif de chauffage, caractérisée en ce que ledit signal représentatif de la vitesse de variation du coefficient de transmission est utilisé comme signal de mesure pour agir sur ledit dispositif de chauffage.