Brevet FR2500163A1 — publié le 19820820

I L'invention a pour objet un appareil pour la détection de la présence d'un corps dans un flui- de en circulation; elle concerne aussi un procédé et un appareillage pour l'utilisation de cet appareil. De préférence, l'invention est utile pour détecter la présence d'un corps indésirable dans un fluide qui a subi préalablement une opération tendant à le débarrasser de ce corps. Toutefois, cet emploi de l'invention ne doit être considéré comme limitatif. De plus, ainsi qu'il apparaîtra plus loin, l'invention n'est pas limitée non plus à la constatation de l'absence tota- le ou de la présence du corps en question; elle peut être mise en oeuvre aussi pour détecter la présence de ce corps en quantité supérieure à un niveau de seuil donné, le ni- veau zéro ou pratiquement égal à zéro étant un cas parti- culier servant plus fréquemment de référence. L'invention repose sur le principe de l'absorption des radiations découlant de la présence d'un corps dans un fluide qui a une transparence connue à ces mêmes radiations en l'absence de ce corps ou en présence d'une quantité déterminée de ce dernier. Ce principe est exploité dans des appareils de mesure appelés colorimètres dont on peut trou- ver une description dans le brevet français No 76 12 416 (2 309 845). Un tel appareil est conçu pour la mesure de la caractéristique calorimétrique de divers constituants liquides. Il est donc d'usage universel, ou au moins capa- ble de couvrir une gamme assez étendue de mesures. fl com- prend une lampe qui émet des radiations dans une large bande et qui est associé à un condensateur et à un filtre de référence que l'on remplace en fonction des mesures à faire. Un tel appareil fonctionne de manière discontinue; il est trop coûteux, en raison de sa conception même, pour être utilisé comme un simple détecteur. En d'autres termes, la fonction de détection est exclue des emplois possibles de cet appareil du fait même de sa structure. Le but principal de l'invention est 2500163' d'apporter un appareil de conception simple, parfaitement apte à servir de manière continue à la détection de la présence, au-dessus d'un certain seuil déterminé, d'un corps absorbant dans un fluide en circulation. Un appareil conforme à l'invention comprend une source émettrice de radiations placée à égale distance entre deux tubulures en matière transparente & ces radiations dans lesquelles circulent en pei=manence respectivement un fluide de référence et un fluide surveil- lé; ces tubulures sont disposées sur deux citez opposés de la source et sont suivies chacune d'une cellule détec- trice à &émission photovoltaïque sous l'effet des -.di'-'ns L.a source est choisie pour emettre daurI une bande qui correspond à un pic, de prôfércnce le pic le plus élevé, de la courbe d'absorption de ces radiations par le corps à détecter dans le fluide surzeill De préférence, les tubulu:ucs: c C't lindriques et sont écartés chacun dce la pu-p-e.c... a.t être associé à ce dernier appareil. Selon le procédé de l'invention, on utilise le même fluide pour alimenter les deux tubulures. 0o Dans la tubulure du fluide de référence, on fait passer un fluide chargé du corps indésirable, on fait passer ensuite ce fluide à travers un épurateur destiné à éliminzer ce corps et on fait passer le fluide épuré à travers la uulue de fluide à surveiller. Conformément à une variante du procédé de l'invention, pour surveiller la pureté d'un effluent dont un corps indésirable a été éliminé, on fait passer l'effluent chargé dans un premier épurateur o ce corps est éliminé au moins jusqu'à une valeur résiduelle déter- minée, on fait passer l'effluent ainsi épuré à travers la tubulure du fluide de référence puis on lui fait traverser un second épurateur de même nature que le premier et on fait passer le fluide sortant de ce second épurateur à travers la tubulure de fluide à surveiller. Dans une installation de mise en oeuvre du procédé ci-dessus, le premier et le second épu- rateurs sont identiques et ils sont raccordés à l'appareil de détection par un ensemble de canalisations équipées de vannes permettant de faire circuler le fluide du pre- mier au second épurateur à travers une tubulure de l'appa- reil. Au moins une canalisation et une vanne supplémentaires permettent d'envoyer le fluide chargé directement à la tubulure du fluide de référence et d'isoler un épurateur en vue de sa régénération. On donnera maintenant, uniquement à titre d'exemple, une description d'un appareil de détection et d'une installation conformes à l'invention. On se repor- tera au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est une représentation schématique d'un appareil de détection selon l'invention, - la figure 2 est un schéma d'une installation conforme à l'invention comprenant l'appareil de la figure 1. Pour donner une description plus con- crète de l'invention, on prendra l'exemple d'un appareil destiné à détecter la présence de chrome hexavalent (Cr6+) dans les eaux de cuves d'électrolyse qui sont traitées avant d'être rejetées à la rivière, ou autrement. La législation actuelle impose l'épu- ration des eaux résiduaires avant leur rejet. Le chrome hexavalent est un corps considéré comme très toxique; se- lon les normes actuelles sa présence dans les eaux de re- jet ne doit pas dépasser 0,1 mg/l. Il est donc important d'être alerté dès que sa teneur atteint cette valeur afin que l'on remédie aussitôt à la défaillance d'un poste d'épuration qui comprend fréquemment un échangeur d'ions. Cette surveillance doit être continue et doit etre réali- sable à l'aide de moyens s rs et économiques. La courbe d'absorption d'une solution à 20 ppm de Cr6+ présente un pic remarquable à 3550 nm qui s'étend de 330 à 410 nm pour une absorption supérieure à 50%. De plus ce pic est tout-à-fait caractéristique du chrome. Un autre pic d'absorption de Cr6+ se remarque à 270 nm mais plusieurs solutions d'autres corps ont égale- ment une absorption notable aux environs de cette longueur d'onde. Conformément à l'invention, on prend comme source émettrice de radiations une lampe UV dont le pic spectral est lui-même compris entre 330 et 410 nm. Une telle lampe est disponible dans le commerce; on peut adop- ter par exemple une lampe à mercure munie d'un filtre de Wood, ayant le spectre recherché, telle qu'une lampe vendue sous la marque PEIRAY de la Société américaine Ul,_ra-Violet Products Incorporated. On place cette lampe I (figure 1), qui a un diamètre de 0,6 cm et une longueur éclairante de 5,3 cm entre deux tubulures 2,3 en matière transparente aux radiations de la lampe 1. Les tubulures 2, 5 sont disposées sur deux côtés opposés de la lampe 1 et sont directement exposées aux radiations de celle-ci. La tubulure 2 est raccordée à un circuit (non représenté) de circulation d'un fluide de référence; ce fluide peut être un liquide totalement exempt de Cr6+ ou en contenant une quantité dont la teneur est connue d'une manière absolue ou relative. La tubulure 5 est raccordée à un cir- cuit (non représenté) de circulation du fluide surveillé, c'est-à-dire, dans cet exemple, du liquide d'une cure d'e- lectrolyse qui est passé dans un épurateur à résine échan- geuse d'ions pour être débarrassé du chrome entraîné, avant son rejet à l'extérieur. Derrière chaque tubulure 2, 3 par rapport à la lampe 1, est placée une cellule photovoltaï- que 4, 5, sensible à l'émission de la lampe 1 et fournis- sant un courant proportionnel à la puissance reçue. Ces cellules sont disponibles dans le commerce; par exemple on peut adopter des cellules vendues sous la référence S 876-1010 BQ par la Société Japonaise Hamamatsu. A la longueur d'onde de 350 nm, ces cellules ont une sensibili- té de 0,15 A/W environ. Chaque cellule 4, 5 est reliée par des conducteurs appropriés 6, 7 à une entrée correspondante d'un amplificateur différentiel 8 qui peut être, par exem- ple, du type Teledyne Philbrick 1035 bien connu dans le commerce. La sortiede l'amplificateur 8 est réunie par un conducteur 9 à une entrée d'un second ampli- ficateur différentiel 10 dont une autre entrée est réunie par un conducteur 11 à un potentiomètre d'étalonnage 12. Après le second amplificateur 10 le circuit électrique est choisi, en fonction des besoins, pour commander une alarme et/ou un appareil indicateur ou enregistreur, selon des dispositions bien connues, par l'intermédiaire d'un relais par exemple. Il est préférable de placer l'ensemble de la lampe 1 et des tubulures 2, 3 dans un unique bloc 13, en aluminium par exemple, dans lequel on a ménagé un loge- ment borgne 14 pour la lampe 1, des passages 15, 16 pour les tubulures 2, 3, et des logements convenables 17, 18 pour les cellules 4, 5. Le logement 14 et les passages 15, 16 sont élargis à leurs extrémités et filetés pour recevoir des écrous annulaires 19, 20. Ceux-ci se terminent à leur extrémité intérieure par une face en oblique apte à com- primer un Joint torique 21 de diamètre convenable qui en- toure la lampe 1 ou les tubulures 2, 3. D'autres moyens équivalents de maintien de la lampe 1 et des tubulures 2, 3 dans le bloc 13 pourraient être adoptés. Un conduit 22 est foré à travers le bloc 13, entre les logements 17, 18 des cellules 4, 5, transversalement aux passages 15, 16 et au trou borgne 14. Ce conduit 22a, en section droite, les dimensions qui conviennent pour diriger le flux de radiations de la lampe 1 à travers les tubulures 2, 3 et de celles-ci aux cellu- les 4, 5. Bien que les tubulures 2, 3 puissent avoir un profil quelconque, il est avantageux d'adopter des tubulures cylindriques ayant, par exemple, un diamètre extérieur de 22 mm. Une telle tubulure a un effet de foca- lisation des radiations qui la traversent en provenance de la lampe 1. En espaçant ies tubulures 2, 3 d'une distan- ce de 15 mm de la lampe 1, on peut placer les cellules 4, pour que leur surface active reçoive la totalité du fais- ceau concentré par cet effet de focalisation. Pendant le fractionnement, les cellu- les 4, 5 fournissent des courants égaux, ou diffSrents d'une valeur donnée qui reste constante tant que le fluide & surveiller est dépourvu de Cr hexavalent ou en contient une quantité qui reste constante. Le potenticrztre 1' per- met de régler le signal de sortie du second amplificateur à une valeur nulle, ou déterminée, qui ne déclenche au- cune alarme. Dès que l'effluent qui traverse la tubulure 3 est plus chargé en chrome, l'absorption des radiations à travers la tubulure 3 s'élève et il se crée un déséquilibre qui, à une valeur prédéterminée, provoque le déclenchement d'une alarme. A l'aide d'un appareil réalisé commte décrit ci-dessus, on a constaté que le seuil de déclenchiement de l'alarme peut être réglé à une valeur aussi basse que 0,05 mg/l de chrome hexavalent dans le liquide qui traverse la tubulure 5. En variante à ce qu'on vient d'expli- quer, au lieu d'utiliser en plus du fluide à surveiller un autre fluide servant de référence, il est préférable de procéder de la façon suivante. Avec un seul épurateur El (figure 2), on fait passer le même liquide à travers les tubulures 2 et 3. La tubulure 2 est traversée par le liqui- de chargé en chrome, en amont de l'épurateur El et la tu- bulure 3 est traverséepar le liquide épuré, en aval de l'épurateur El. Quand ce dernier n'agit plus avec la même efficacité, le déséquilibre expliqué plus haut se produit et l'alarme est déclenchée. Toutefois, ce fonctionnement repose sur la supposition que le liquide chargé a une te- neur constante en chrome. Il est préférable, en-core davantage, selon le procédé de l'invention, d'utiliser avec l'appa- reil décrit plus haut, deux épurateurs El, E2, identiques et de les raccorder à l'aide de canalisations appropriées dessinées en trait plein sur la figure 2. L'effluent char- gé à épurer arrive par une canalisation 23 à l'épurateur E2; à la sortie de celui-ci l'effluent débarrassé de son chrome hexavalent,au moins jusqu'à la limite de tolérance, est conduit par une canalisation 24 à la tubulure 2, qui sert de tubulure de référence, puis une canalisation 25 raccorde cette dernière à l'entrée de l'épurateur El. A la sortie de celui-ci une canalisation 26 aboutit à la tubulure 3 après quoi une canalisation 27 s'étend jusqu'au lieu de rejet. Tant que l'épurateur E2 agit avec l'effi- cacité voulue, l'épurateur El reste pratiquement sans effet et il se fait à travers les tubulures 2, 3 une absorp- tion sensiblement égale, ou de différence relative cons- tante, des radiations émises par la lampe (non représentée sur la figure 2). Dès que l'effet de l'épurateur E2 com- mence à s'épuiser, l'effluent qui traverse la tubulure 2 est progressivement plus chargé en chrome mais l'épurateur El retient le chrome excédentaire de sorte que l'effluent rejeté par la canalisation 27 reste conforme aux normes d'épuration. En même temps, les radiations sont absorbées davantage à travers la tubulure 2. Le déséquilibre entre les signaux fournis par les cellules (non représentées sur la figure 2) finit par provoquer l'alarme. A ce moment, grâce à une canalisation supplémentaire et à des vannes appropriées, au lieu que 1'efliuent suive le circuit décrit ci-dessus indiqué par des flèches en trait plein, on lui fait suivre un circuit indiqué par une flèche en trait intereompu de façon qu'il arrive d'abord grace & une canalisation 24' à la tubulure 2 pour être conduit par la canalisation 25 a l'épurateur El et traverse la canalisation 3 avant d'être rejeté par la canalisation 27. Ce procédé est particulièrement avan- tageux quand les épurateurs E1 et E2 sont du type & ré- sine échangeuse, ainsi qu'il est connu. Ces épurateurs sont eux-mêmes connus et ne font pas partie de l'invention; il n'est pas nécessaire de les décrire en détail. Pendant le changement de la circulation, comme expliqué ci-dessus, on peut procéder à la régénération de la résine de l'épu- rateur E2 et aussit8t après reprendre le circuit initial & travers les deux épurateurs. Pendant la circulation mo- difiée, le réglage de l'appareil détecteur est corrigé en conséquence. De nombreuses variantes sont possibles & l'installation décrite ci-dessus. Dans tous les cas, selon le procédé de l'invention, on se sert du meme fluide avant épuration et après épuration pour l'alimentation en continu des tubulures 2 et 3, en évitant la nécessité de disposer d'un fluide spécial de référence. & 9 REVENDICATIONS 1) Appareil pour la détection de la présence d'un corps absorbant dans un fluide en circula- tion, au-dessus d'un seuil déterminé, comprenant une sour- ce de radiations (1), un premier volume contenant un flui- de de référence, un second volume contenant le fluide sur- veillé, caractérisé en ce que la source (1) est choisie pour émettre des radiations dans une bande qui correspond à un pic remarquable de la courbe d'absorption de ces ra- diations par le corps à détecter dans le fluide surveillé. 2) Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que la source émettrice (1) est placée entre deux tubulures (2, 3) en matière transparente aux radiations, une tubulure (2) étant destinée à être traver- sée par le fluide de référence et l'autre tubulure (3) étant destinée à être traversée par le fluide à surveiller, des cellules détectrices (17, 18) à émission photovoltal- que sensibles auxdites radiations sont disposés respective- ment derrière chaque tubulure (2, 3) et sont reliées cha- cune à une entrée d'un amplificateur différentiel (8). 3) Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux tubulures (2, 3) sont cy- lindriques et sont espacées chacune de la source (1) de radiations d'une distance suffisante à donner naissance à un effet de focalisation, et chaque cellule détectrice (17, 18) est disposée dans la zone de focalisation de la tubu- lure correspondante. 4) Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la source (1) de radiations, les tubulures (2, 3), les cellules (4, 5) sont montées dans un bloc (13) dans lequel sont prévus des logements appro- priés (14, 17, 18) pour la source (1) et les cellules (4, ) et des passages (15, 16) pour les tubulures (2, 3), et dans lequel est ménagé un conduit (22) entre les loge- ments (17, 18) des cellules (4, 5) transversalement aux passages (15, 16) et au logement (14) de la source (1) pour guider les radiations de celle-ci. ) Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 pour la détection du chrome hexa- valent caractérisé en ce que la source (1) est une lampe UV associée à un filtre de Wood émettant dans la bande 330 à 410 nm qui contient un pic d'absorption à 350 nm du chrome hexavalent. 6) Procédé d'utilisation d'un appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caract6- risé en ce qu'on utilise comme fluide de référence le flui- de même à surveiller, on dirige le fluide chargé à la tubulure de référence (2) avant son épuration destinée à éliminer le corps indésirable et ou dirige le fluide épuré à la tubulure (3) du fluide à surveiller, avant ole rjet de ce dernier. 7) Procédé selon la reve dLcatiou 3, caractérisé en ce qu'on fait passer le fluide chàr?' a travers un premier épurateur (E2), on fit pas er le flui- de ainsi épuré à travers la tubulure de r'f6rece (2) puis on lui fait traverser un second épurateur (El) avant do le faire passer à travers la tubulure (5) du fltuide à sur- veiller. 8) Appareillaoge pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 7 compreniant un appareil selon l'une quelconque des revendications I a 5, caracté- risé en ce qu'il comprend un premier et un second épura- teur (E2, El) de préférence identiques raccordés par des canalisations dont une canalisation (24) raccorde la sor- tie de l'épurateur (E2) à la tubulure de référence (2), une canalisation (25) raccorde cette dernière a l'entrée de l'épurateur (El) et une canalisation (26) raccorde la sortie de cet épurateur (El) à la tubulure (3) du fluide à surveiller. Il 9) Appareillage selon la revendica- tion 8 caractérisé en ce que les deux épurateurs (El, E2) sont du type à résine échangeuse et une canalisation sup- plémentaire (24') ainsi que des vannes appropriées per- mettent de faire arriver le fluide chargé directement & la tubulure de référence (2) et d'isoler l'épurateur (E2) en vue de sa régénération.