Brevet FR2482298A1 — publié le 19811113

La présente invention concerne les échantillonneuses et notamment celles permettant de réaliser un prélèvement de liquide, ou produit équivalent quelconque, contenu dans tan réservoir, ou d'échantillonner un flux de liquide s'écoulant en surface libre, comme les flux d'eaux résiduaires des activités humaines ou industrielles qui contiennent des déchets solides ou en solutions de toute sorte. Actuellement, l'échantillonnage précis d'un flux de liquide s écoulant en surface libre commence par la connaissance du débit du liquide, notamment par la mesure de la hauteur du li quide en amont d'un déversoir calibré, ce débit est fonction de la hauteur du liquide au-dessus du déversoir utilis2. Lorsque le résultat de la mesure est obtenu on peut ainsi commander la fréquence du prélèvement d'une quantité connue et constante du liquide par l'intermédiaire de moyens mécaniques ou électroni ques qui prennent en compte la formule propre du déversoir. Actuellement, tous les appareils de prélèvements d'échantillons de liquides résiduaires présentent des inconvénients de fonc tionnement, dus essentiellement au risque de bouchage créé par les déchets véhiculés par le liquide. De plus, parmi tous les appareils connus qui fonctionnent en automatique, beaucoup procèdent par pompage ou aspiration en un seul point de la tran che de liquide et ne tiennent pas compte de ce fait, par exem ple des matières flottantes. L'invention a pour but de réaliser un dispositif automatique simple d'échantillonnage d'une nappe de liquide fixe ou en mouvement, par prélèvements, en différents points de cette nappe, y compris la surface, d'un volume qui est, pour chaque hauteur de la nappe,proportionnel au débit du liquide ou proportionnel au volume du récipient le contenant et dont les risques de bouchage dus aux solides éventuellement véhiculés ou en suspension sont très faibles, permettant ainsi un fonctionnement automatisé sans surveillance. Plus particulièrement, la présente invention a pour objet un procédé pour prélever un échantillon de liquide ou analogue consistant en une isolation dans la tranche du flux de liquide à échantillonner, d!un volume proportionnel au débit et représentatif de l'état du fluide à tous les niveaux de ladite tranche à échantillonner et en un prélèvement dudit volume isolé, caractérisé par le.fait que l'isolation dans la tranche du flux de liquide dudit volume consiste en une isolation d'un nombre de volumes élémentaires, chacun desdits volumes élémen taires etant l'image des''état du fluide à tous les niveaux de ladite tranche à échantilloner et la somme desdits volumes élémentaires proportionnelle audit débit. La présente invention a aussi pour objet un dispositif pour prélever un échantillon dans un liquide ou analogue, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour isoler un volume de liquide dans une tranche dudit liquide à échantilloner représentatif du débit à tous les niveaux de ladite tranche et des moyens pour prélever ledit volume. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif de l'échantillonneuse comprend des moyens de prélèvements en différents points d'une nappe de liquide de volumes d'échantillons fonction de la hauteur du liquide. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comporte des moyens pour déplacer une chambre dont le volume intérieur est une fonction déterminée de la hauteur du liquide à échantilloner. Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite chambre comporte des orifices hauts et bas et des moyens pour fermer les orifices lorsque la chambre est en position basse dans ledit liquide pour isoler ainsi le volume désiré à échantillonner. Selon une autre caractéristique, les moyens pour prélever ledit échantillon emprisonné dans ladite chambre comporte un tube plongeant muni d'un ou plusieurs orifices, aptes à délivrer du gaz comprimé pour expulser ledit échantillon de ladite chambre. Selon une autre caractéristique très avantageuse, ladite chambre comporte des moyens pour souffler du gaz compris sur la paroi de ladite chambre quand ledit échantillon a été prélevé. Selon une autre caractéristique, les moyens pour prélever ledit échantillon dans ladite chambre sont constitués par des moyens d'aspiration. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif, mais nullement limitatif dans lesquels - la figure 1 représente un schéma d'ensemble d'un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, - la figure 2, un détail de réalisation à plus grande échelle du dispositif selon la figure 1, - la figure 3 un ensemble de schémas permettant d'illustrer le fonctionnement du dispositif selon les figures 1 et 2, - la figure 4 un autre mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, et - la figure 5, une courbe permettant de comprendre la fonction nement du mode de réalisation du dispositif selon la figure 4. La figure 1 représente un schéma d'ensemble à petite échelle d'un dispositif permettant de prélever des échantillons de liquide utilisable notamment pour le contrôle des eaus résiduaires. Le dispesitif comprend un vérin 1 dont l'amplitude des déplacements ou d'action du piston est choisie égale à au moins la hauteur maximale de liquide à échantillonner. Ce vérin 1 est fixé avantageusement verticalement au-dessus de la surface du liquide à échantilloner. Ces moyens comprennent notamment une plaque d'embase 21. Sur la tige inférieure 22 est fixé un étrier double, 2, à la base duquel est attachée une plaque 3 qui forme la partie supérieure d'une chambre de prélèvement 4 qui est dans- l'exemple de réalisation illustré de forme de -tronc de cne circulaire. Un tube 5 est disposé dans l'axe du vérin 1 et coulisse par des orifices ajustés 23 au centre de la partie médiane 6 de l'étrier 2 d'une part et au centre de la partie supérieure 3 de la chambre de prélèvements 4 d'autre part. Ce tube comporte à son extrémité inférieure un orifice 7 et en dessous de cet orifice 7 un clapet 8 permettant d'obturer cet orifice inférieur 25 de la chambre 4 lorsque le bord 26 de cette chambre 4 vient en contact avec surface du clapet 8. La partie supérieure 26 du tube 4 échappe de l'axe de l'étrier 2 et remonte le long du vérin pour être fixée sur l'extrémité de la tige supérieure 27 de ce vérin.Ce tube 5 est prolongé par exemple par un tuyau souple 9 qui permet d'aboutir à une sortie 28 fixée par tous moyens à un support 29 servant de capot de protection, cette partie permettant de recueillir l'échantillon prélevé dans un récipient. Sur le tube 5 et entre la partie médiane 6 de l'étrier 2 et la partie supérieure 3 de la chambre 4 est fixé solidairement un barreau 10 supportant deux tiges 11' et ll" de longueur réglable grace à leur filetage 30 qui traverse des orifices 31 et 32 prévus dans la partie supérieure de la chambre de prélèvement 4 et sur chacune desquelles sont fixés des obturateurs 12 et 12' qui sont aptes à coopérer avec ces orifices formant siège 31 et 32 pour obturer ceux-ci lorsque la chambre est dans une position basse comme il sera explicité ci-après. Un second tube 13 est fixé à la partie basse 33 du corps 34 du vérin 1. Ce tube traverse l'étrier double et la partie supérieure 3 de la chambre 4 par des orifices ajustés. Ce tube 13 s'écarte de l'axe de l'ensemble vérin 1 et chambre 4 et se termise à sa partie basse extrème en une couronne 14 percée d'orifices orientés de telle sorte que leur ensemble permette de balayer avec du gaz comprimé comme par exemple de l'air, ou un gaz neutre tel que de l'azote, éjecté par ceux-ci, la totalité de la paroi interne de la chambre 4 et de la paroi externe du tube central 5. Ces jets de gaz sont indiqués sur la figure 2 par les flèches 35 et 36. La longueur du tube 13 sous le vérin est telle que la couronne se situe au niveau de l'orifice inférieur 25 de la chambre 4 lorsque celle-ci est placée en position haute et à proximité des clapets 12 et 12' quand la chambre est en position basse tel qu'il sera explicité ci-après. Ce tube 13 comporte une partie souple longeant le corps 34 du vérin 1 pour être amenée à la sortie 28 ci-dessus. Sous la plaque de fixation 2 du vérin 1 est placé un cache cylindrique 37 muni à sa partie inférieure 38 d'un épaulement intérieur 15 dont la position est réglable au moyen de lumières ménagées comme 39 dans la paroi du cache 37. L'épaulement est réglé de telle façon que le barreau 10 vienne en contact avec cet épaulement 15 au cours de la descente de la chambre et lorsque le clapet 8 atteint le niveau zéro du liquide à échantillonner. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, il a été mentionné une forme de chambre de prélèvement particulière, par exemple de forme tronconique. Il est bien évident que dans un autre mode de réalisation la chambre peut être de forme cylindrique et révolution sur toute sa hauteur, mais par contre, c'est la forme externe du tube central 5 qui engendre la variation désirée de volume interne de la chambre comme mentionné ci-dessus. Le dispositif selon l'invention et illustré sur les figures 1 et 2 fonctionne de la façon suivante : ce fonctionnement sera donné en regard des figures 4A à 4F représentant les différentes positions de la chambre de prélèvement par rapport à un fluide en mouvement 40 dont le niveau 41 est une fonction du débit qui est fixé, de façon bien connue, au moyen d'un seuil 42. La position d'attente du dispositif est représentée sur la figure 4A dans laquelle les clapets haut et bas, respectivement 12, 12' et 8, sont en position ouverte, libérant la chambre 4 de tout contenu. Lorsqu'un prélèvement est désiré, sous l'action d'un fluide de commande, le vérin 1 amorce une descente dont la vitesse peut entre commandée et réglée, notamment en fonction de la viscosité du liquide à échantillonner ou d'autres paramètre-s, afin que la quantité de liquide 41 qui est introduite dans la chambre soit une partie isolée de la nappe de liquide et que par conséquent les niveaux 44 dans la chambre 4 et le niveau 41 de la nappe soient sensiblement dans un même plan. La figure 4B représente la chambre 4 ayant légèrement pénétré dans le fluide 40, les deux clapets haut et bas étant toujours en position ouverte. Le niveau le plus bas ou zéro du fluide, est représenté en pointillés en 43 et est fixé en fait par le sommet du seuil 42 ainsi, lorsque le vérin a été actionné et que le clapet 8 est arrivé au niveau 43 du fluide, le barreau lOdoit alors buter contre l'épaulement 15. Sous l'action du vérin 1 la chambre continue sa descente, le clapet 8 restant toujours au même niveau jusqu'à ce que, d'une part le bord 26 vienne au contact du clapet 8 et que, d'autre part, les orifices 31 et 32 viennent coopérer avec les deux clapets 12 et 12' pour être obturés. Dans ce cas, la chambre est alors fermée en haut c&commat; et en bas, ceci étant représenté sur la figure 4C. Il est à remarquer que dans cette position la couronne 14 de l'extrémité du tube 13 est dans la position haute de la chambre et de préférence audessus du niveau 41 du liquide à échantillonner. Sous 1faction d'un gaz comprimé injecté par les orifices pratiqués sur la couronne 14, la pression au-dessus du niveau 44 de liquide dans la chambre 4 est augmentée et ainsi l'échantillon emprisonné dans cette chambre est évacué par l'orifice 7 à l'extrémité du tube 5. Par l'intermédiaire de ce tube 5, l'échantillon ainsi prelevé est envoyé vers la sortie 28 pour être collecté dans un récipient non représenté.Ainsi, lorsque tout l'échantillon enfermé dans la chambre 4 a été expulsé'et recueilli, et que la chambre est vidée du liquide, celle-ci est relevée par une commande du vérin dans le sens contraire. Dès que le vérin commence à monter , les deux clapets haut et bas de la chambre s'ouvrent, par le fait que le barreau 10 quitte ltépaulement 15. Ainsi, la couronne 14 entourant le tube central 5 a un mouvement relatif de descente par rapport au tube central 5, le gaz comprimé continuant à soufflet nettoie de ce fait les parois de la chambre 4 et du tube 5. Ce nettoyage s'effectue par soufflage des éventuels résidus qui seraient. restés collés sur la paroi interne de la chambre 4 ou externe du tube 5. De même le liquide qui aurait pu repénétrer dans la chambre 4 au moment du relevage, serait expulsé par soufflage du gaz comprimé émis par les orifices de la couronne 14.Les différentes phases mentionnées ci-dessus sont illustrées sur Les figure 4D à 4F qui représente tent successivement le début de la remontée de la chambre 4, le début de l'expulsion du liquide emprisonné 45 dans le bas de la chambre 4 lorsque le vérin a commencé sa remontée, et enfin sa -position finale quiet identique à la position initiale ou origine d'attente. Pour pouvoir effectuer des préîèvements en différents points du liquide 40, le dispositif comprend des moyens pour déplacer l'ensemble du vérin et de la chambre, suivant un axe transversal. Ces mayens sont très schématiquement illustrés et peuvent etre constitués par exemple par des rails disposés au-dessus de la surface du liquide 40 perpendiculairement à la direction d'écoulement de ce fluide, et d'un chariot sur lequel est fixée l'embase 21 mentionnée ci-avant. Ces moyens sont très schémati quement illustrés sur la figure et référencés en 50. Ainsi, en déplaçant transversalement le chariot 50, on peut effectuer des prélèvements dans toute la section de la tranche de liquide à échantillonner. Ces différents déplacements du chariot seront commandés en fonction des conditions d'échantillonnage qui seront fixées par les impératifs de contrôle de cet effluent. Le dispositif illustré sur les figures 1 et 2 représente un mode de réalisation possible. Il est bien évident que certains moyens peuvent être remplacés par des moyens équivalents et notamment on peut réaliser le clapet 8 non pas à l'extrémité de la tige 5 mais directement sur le fond 46 du récipient, le clapet étant disposé au niveau 0 du liquide, c'est-à-dire au niveau représenté en pointillés 43, c'est-à-dire le niveau passant par le sommet du seuil 42. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus notamment à l'appui des figures 1 à 3, la chambre de prélèvement a une forme particulière sensiblement en tronc de cône étant donné que le débit du liquide régulé par un seuil n'a pas une réponse linéaire. La forme exacte, ou la plus exacte, sera calculée en fonction de la loi du seuil considéré. Il s'avère donc qu'avec une -telle forme de chambre, le volume prélevé à chaque fois est bien proportionnel au débit du fluide. Cependant, du fait de sa forme canique, la chambre prélève plus de liquide en surface qu'en profondeur et si la répartition des impuretés n'est pas uniforme à tous niveaux de la tranche de liquide à échantillonner, le volume total prélevé n'est pas parfaitement représentatif des différentes concentrations d'impuretés dans le liquide. Pour certaines applications, les résultats obtenus avec un tel mode de réalisation sont suffisants pour les précisions demandées, par contre, pour d'autres applications, il est nécessaire d'avoir un prélèvement, le plus représentatif possible de la concentration en impuretés du liquide à 'échantillonner. Pour résoudre ce problème, on doit alors utiliser une chambre de forme cylindrique qui prélève des échantillons dans un plan perpendiculaire au sens de l'écoulement du liquide, L'échantillon ainsi prélevé est donc parfaitement représentatif de la concentration en impuretés sur toute la hauteur du flux à échantillonner, mais par contre, les volumes ou les différents volumes prélevés additionnés ne sont plus proportionnels au débit lorsque le prélèvement s'effectue en amont d'un seuil de régulation à fréquence constante. Le mode de réalisation illustré sur la figure 4 permet de pallier l'inconvénient mentionné ci-dessus. Ce dispositif comprend un ensemble de prélèvements,-vérin et chambre essentiellement ayant une structure identique à celle de la figure 1, à l'exception de la chambre 54 du prélèvement qui a une forme cylindrique. Le dispositif comprend eh outre un débitmètre 55 qui dans le cas d'une détection associée à un seuil sera constitué par exemple comme un bulle à bulle,bien connu en lui-même. Ce débitmètre 55 délivre à sa sortie 56 généralement un signal électrique sous la forme d'une tension proportionnelle au débit. Cette sortie 56 est reliée à l'entrée 57 d'un convertisseur 58 transformant le signal électrique appliqué à son entrée 57 en un signal de fréquence comme des impulsions, qui est délivré à la sortie 59. La sortie 59 de ce convertisseur 58 est reliée à l'entrée 61 d'un organe de commande 62 de l'ensemble de prélèvements 63. Le fonctionnement du dispositif illustré sur la figure 4 est le suivant. Ce fonctionnement sera fait en regard de la figure 5 donnant une courbe du débit du fluide "d" en fonction du temps. il est rappelé que la chambre 54 est de forme cylindrique et les différents prélèvements dans le fluide 60 s'effectuent, comme décrit précédemment avec le dispositif selon les figures 1 à 3. Les différents échantillons seront prélevés et recueillis à la sortie 64 dans un récipient adapté qui n'est toujours pas représenté sur cette figure 4. Comme la chambre de prélèvements 54 est de forme cylindrique, tous les volumes prélevés qui peuvent être dénommés comme élémentaires ne sont pas proportionnels au débit, et la somme des volumes, si les prélèvements sont faits à périodes constantes, ne peut pas etre représentative du débit du fluide 60 au-dessus du seuil 65.Dans ce cas le dispositif débitmétrique 55 délivre des impulsions qui commandent chaque prélèvement. La fréquence de ces impulsions est déterminée de façon que la somme des volumes prélevés soit proportionnelle au débits La courbe 66 sur la figure 5 représente des variations de débit en amont d'un seuil. On s'aperçoit que lorsque le débit est le plus élevé, il est nécessaire d'avoir une fréquence de prélèvements 71 à P 1 plus grande que lorsque le débit est plus faible, par exemple des fréquences de prélèvements Pnl à Pn2. Avec un tel mode de prélèvements sur une certaine période, la somme des volumes élementaires prélevés sera bien représente tative de la teneur en divers constituants du liquide en écoulement et la somme des volumes sera bien proportionnelle au débit du fluide 60 ayant passé au-dessus du seuil 65. Ainsi, l'échan tigron prélevé sera bien représentatif en volume et concentration du flux de liquide passé sur le seuil. Revendications 1. Procédé pour prélever un échantillon de liquide ou analogue consis tant en une isolation, dans la tranche du flux de liquide à échan tillonner, d'un volume proportionnel au débit et représentatif de l'état du fluide à tous les niveaux de ladite tranche à échantil lonner et en un prélèvement dudit volume isolé, caractérisé par le fait que l'isolation dans la tranche du flux de liquide dudit vo 'lume consiste en une isolation d'un nombre de volumes élémentaires, chacun desdits volumes élémentaires étant l'image de l'état du flui de à tous les niveaux de ladite tranche à échantillonner et la som me desdits volumes élémentaires étant proportionnelle audit débit. 2. Dispositif pour prélever un échantillon dans un liquide ou analo gue, caractérisé par le fait qutil comprend des moyens (1,4) pour isoler un volume de liquide dans une tranche dudit liquide à échan tillonner représentatif du débit dudit liquide à tous les niveaux de ladite tranche et des moyens (5) pour prélever ledit volume. 3 > Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par.le fait que les moyens pour isoler un volume de liquide dans une tranche sont constitués par une chambre (4) comportant des ouvertures (25,31'3?) respectivement aux deux extrémités, des moyens commandables (8,12, 12w) pour obturer lesdites ouvertures et des moyens (1) pour dépla cer ladite chambre en relation avec ledit liquide à échantillonner. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (13) pour amener un fluide sous pression à 1' intérieur de ladite chambre (4). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que lesdits moyens pour amener un fluide sous pression à l'intérieur de ladite chambre (4) comportent un tube (13) plongeant dans ladite chambre par un passage étanche, l'extrémité (14) dudit tube pou vant balayer au moins une partie de l'intérieur de ladite chambre quand ladite chambre se déplace. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ladite extrémité (14) dudit tube (13) est d'une forme sensiblement équivalente à l'intérieur de ladite chambre (4), et comporte une pluralité dlorifices dirigeant le fluide sous pression vers la pa- roi intérieure de ladite chambre. 7. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que ladite chambre (4) a une forme annulaire. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la partie interne de ladite chambre annulaire (4) comporte des moyens pour la déplacer par rapport à la partie externe. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les moyens commandables pour obturer lesdites ouvertures sont cons titués par au moins un clapet (8,12 > 12') solidaire de ladite par tie interne de ladite chambre annulaire (4). 10. Dispositif selon l'une des revendications 7 à9, caractérisé par le faic que la partie interne de la chambre annulaire (4) est cons titués d'un conduit (5) ayant un orifice de prélèvement (7) sensi blement dans la partie basse de ladite chambre, et des moyens de sortie (9) pour recueillir ledit liquide prélevé par ledit orifice de prélèvement. 11. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 10 > caractérisé par le fait que ladite chambre (4) a une section de forme évolutive. fonction du débit dudit liquide à échantillonner. 12. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 10, caractérisé par le fait que ladite chambre (54) a une forme circulaire. 13. Dispositif selon les revendications 3 et 12, caractérisé par le fait que lesdits moyens pour déplacer ladite chambre (54) compren nent des moyens (55,58) pour déterminer un signal de fréquence re présentatif du débit dudit liquide à échantillonner (60), des mo yens (62) pour commander des déplacements de ladite chambre en re lation avec la fréquence dudit signal, et des moyens pour totali ser les volumes prélevés à chaque dépEacement de ladite chambre.