Brevet FR2517060A1 — publié le 19830527

PROCEDE POUR DETERMINER L'HUMIDITE DES MATIERES FIBREUSES ET PULVERULENTES ET DISPOSITIF METTANT EN OEUVRE CE PROCEDE La présente invention concerne les appareils de mesure et a notamment pour objet un procédé pour déterminer l'humidité de matières fibreuses et pulvérulentes, ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. L'invention peut être utilisée pour déterminer lthumi- dité de matières telles que, par exemple, des cuirs, des fourrures, des textiles, du bois, des grains, et trouver son application dans les industries du cuir et de la chaussure, dans la pelleterie, dans l'industrie textile, pour contrôler l'humidité desdits matières pendant leur séchage. La détermination de l'humidité des matières, par exemple des produits finis et semi-finis, lors de leur séchage exige une précision et une rapidité de mesures très hautes. Il va desci qu'il serait préférable obtenir la précision et la rapidité élevées à l'aide de dispositifs relativement bon marché, d'une longévité considérable et dont les indications ne dépendent pas des variations de température ni d'autres propriétés physiques des matières et du milieu ambiant. On connaît un procédé de détermination de l'humidité des matières fibreuses par analyse de la cinétique de gonflement des matières polymères consistant en ce qu'un échantillon d'une matière fibreuse à étudier portant un élément sensible sous forme d'une thermistance est mis dans un solvant, qu'on mesure la variation de courant pen dj'nt l1élimination du solvant imbibant 1'échantillon et que par la quantité d'énergie consommée par cette élimination on juge du degré d'humidité (cf. le certificat d'auteur de l'URSS n 272640, cl. G01N 13/02). On connaît aussi un dispositif pour déterminer l'bumi- dité des matières fibreuses mettant en oeuvre ledit procédé et comportant un élément sensiole sous forme d'une thermistance insérée dans un pont de mesure et placée avec l'écnantillon de matière fibreuse à étudier aans un solvant (cf. le même certificat d'auteur). Ce procédé est a'une technologie laoorieuse à cause de l'utilisation de solvants. Les opérations su7Dplémentai- res de mise de l'échantillon dans le solvant et d'humidification de la matière augmentent la duree de mesure, et l'influence de variations de la température ambiante affecte la précision des mesures. L'exécution de l'élément sensible sous la forme d'une thermistance ne permet pas d'effectuer les mesures dans une plage étendue et limite le domaine d'application du dispositif. Une plus haute précision de mesure de l'humidité des matières fibreuses et pulvérulentes peut etre obtenue à l'aide d'un autre procédé connu qui consiste en ce que l'élément sensible est amené en contact'avec la matière fibreuse ou pulvérulente à étudier, qu'on mesure la permittivité de la matière et qu'on trouve dans les tablesla valeur d'humidité relative (cf. "Appareils de contrôle et de mesure et enregistreurs par Butusov I-.V. Editions Gostechizdat, Leningrad, 1961, pp. 303 à 307). Le dispositif pour déterminer l'humidité des matières fibreuses et pulvérulentes mettant en oeuvre ledit procédé comporte un élément sensible sous forme d'un capteur capacitif lié à un appareil enregistreur (cf. op. cit). Le procédé considéré ne permet pas non plus d'éviter l'influence des variations de température de la matière à étudier et du milieu ambiant sur la précision de mesure de l'humidité,'1'obtention du résultat final à l'aide des tables rendant les mesures moins rapides. L'utilisation, dans le dispositif mettant en oeuvre ledit procédé, d'un capteur capacitif pour mesurer la permittivité de la matière s'oppose, d'autre part, à la mesure rapide de l'humidité de la matière a un moment donné, ce qui limite le domaine d'utilisation du dispositif. Il existe un procédé de détermination de l'humi- dité des matières fibreuses et pulvérulentes consistant en ce que l'on met un élément sensible. en contact avec la matière fibreuse ou pulvérulente à étudier et qu'on juge par l'information fournie par l'él-ément sensible de l'humidité de la matière (cf. Certificat d'auteur nO 552547, classe GO1N 25/56). Il existe un dispositif pour déterminer humidité des matières fibreuses et pulvérulentes mettant en oeuvre ledit procédé qui comporte un pont de mesure principal dont l'un des bras contient un élément sensible électriquement lié par l'intermédiaire d'un convertisseur à un appareil enregistreur qui affiche l'humidité de la matière fibreuse ou pulvérulente étudiée (cf. Certificat d'auteur op. cit.). Le convertisseur de ce dispositif comprend un amplif i- cateur ayant à sa sortie un circuit comportant en série un amplificateur différentiateur, un élément à seuil, un relais de commande d'une pompe à vide de la chambre à vide, ledit circuit étant lié à l'alimentation par l'intermédiaire d'un retardateur. L'élément sensible est une thermistance mise avec l'échantillon de matière à étudier dans une cuvette placée dans la chambre à vide. Dans ledit procédé on obtient l'information à partir de 11 élément sensible en mesurant la variation de température ne la matière à étudier, étant donné que lors de la création du vide la désorption de l'humidité qui en résulte entraine au début une baisse de température de la matière à étudier; simultanément avec la baisse de température un flux thermique commence à passer des parcis de la chambre vers la matière à étudier, qui tend à égaliser leurs températures. A mesure que la partie principale d'humidité s'évapore, la température de la matière à étudier commence à monter. La température de la matière à étudier et sa variation sonL captées par l'élément- sensible. La température fournie par élément sensille doit être traduite en humidité , ce qui augmente la durée de la mesure. Le placement de l'échantillon à étudier dans une chambre à vide a une influence négative sur la précision de mesure finale. Le procédé ci-dessus ne permet pas de mesurer l'humi- dité dans des conditions naturelles. Le dispositif pour déterminer lthumidité mettant en oeuvre ledit procédé est difficile à éxécuter vu qu'il comporte une chambre à vide et un convertisseur. En outre, le dispositif en question n'est pas exempt d'erreurs de mesure dues à la température de la matière à étudier et du milieu ambiant, ce qui diminue la plage de mesure d'humidité. La présente invention vise un procédé de détermination de l'humidité des matières fibreuses et pulvérulentes dans lequel l'information fournie par un élément sensible permet d'augmenter la précision et la rapidité des mesures de l'humidité ainsi que d'effectuer les mesures de l'humidité sans avoir à prélever des échantillons et dans des conditions naturelles ; l'invention vise aussi un dispositif simple et sûr pour déterminer l'humidité de matières fibreuses et pulvérulentes mettant en oeuvre ledit procédé et capable d'élargir la plage de mesure de l'humidité. Le but posé est atteinte l'aide d'un procédé de détermination de l'humidité des matières fibreuses et pulvérulentes consistant en ce qu'on met un élément sensible en contact avec une matière fibreuse ou pulvérulente à étudier et par l'information fournie par cet élément sensible on juge de l'humidité de cette matières, ledit procédé étant, selon l'invention, caractérisé en ce que, pour obtenir une information de l'élément sensible, on effectue son pré- chauffage impulsionnel en le portant à une température comprise entre 400C et 900C environ juste au moment de son contact avec la matière à étudier, et son chauffage impulsionnel principal en le portant à une température comprise entre 900C et 1400C environ, et on détermine l'humidité de la matière à analyser d'après la durée du chauffage principal de l'élément sensible. Le but visé est aussi atteint à l'aide d'un dispositif pour déterminer l'humidité des matières fibreuses et pulvérulentes mettant en oeuvre ledit procédé et comportant un pont de mesure principal ayant dans l'un de ses bras un élément sensible relié électriquement, par l'intermédiaire d'un convertisseur, à un appareil enregistreur qui affiche l'humidité de la matière fibreuse ou pulvérulente étudiée, ledit dispositif étant, selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comporte un certain nombre de résistances supplémentaires reliées à l'élément sensible sous forme de source de rayonnement thermique impulsionnelle, lesdites résistances supplémentaires et l'élément sensiole formant un pont de mesure auxiliaire, un commutateur inséré dans un oras commun aux ponts de mesure principal et auxiliaire et un indicateur de zéro branché aux diagonales des ponts principal et auxiliaire de façon qu'à l'une des positions du commutateur les entrées de l'indicateur dé zéro se trouvent branchées sur la diagonale du pont de mesure principal, l'indicateur de zéro captant le signal de ce dernier, et à une autre position du commutateur les entrées de l'indicateur de zéro se branchent sur la diagonale du pont de mesure auxiliaire, l'indicateur de zéro recevant dans ce cas le signal de çe pont auxiliaire, le convertisseur représentant un bloc de commande ayant son entrée braiichée sur la sortie de l'indicateur de zéro et ses sorties branchées sur le commutateur et sur un appareil enregistreur respectivement. Il est rationnel que le dispositif pour déterminer l'humidité comporte un dispositif de-consigne dthumidité des matières dont la sortie soit connectée à l'une des entrées du bloc de commande. Il est désirable que le dispositif pour déterminer l'humidité comporte un moyen de commande du séchage de la matière à étudier dont l'entrée soit liée à l'une des soit ties du bloc de commande. Le procédé de détermination d'humidité selon l'invention permet d'améliorer sensiblement la précision et la rapidité de mesures, de déterminer l'humidité dans des conditions naturelles et directement dans les lignes technologiques sans avoir à prélever les échantillons, et donc sans destruction de la matière à étudier. Le dispositif selon l'invention, mettant en oeuvre ledit procédé, est simple à réaliser et peut être fait en blocs standard classiques; il peut aussi contrôler et commander la durée du séchage en l'optimisant. En outre, le dispositif selon l'invention est fiable et possède une large plage de mesure d'humidité. Ci-après l'invention est expliquée à l'aide de la description aes variantes de sa mise en oeuvre et des dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est le schéma synoptique d'un dispositif pour déterminer humidité de matières fibreuses et pulvérulentes mettant en oeuvre le procédé selon l'invention ; - la figure 2 montre un élément sensible du dispositif de la figure 1 (coupe longitudinale) ; et - la figure 3 montre le schéma synoptique d'un autre mode de réalisation du dispositif revendiqué mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. Le dispositif selon l'invention pour déterminer l'humidité des matières fibreuses et pulvérulentes mettant en oeuvre le procédé selon l'invention sera décrit ci-après à l'aide d'un exempletde détermination d'humidité d'une matière fibreuse, à savoir d'un cuir. Le procédé de détermination d'humidité d'une matière à étudier selon l'invention consiste encre qu'un .élément sensible est mis en contact avec la matière à étudier et qu'on obtient de cet elément sensible une information par laquelle on juge de l'humidité de la matière étudiée. Ladite information est obtenue comme suit : on effectue un préchauffage impulsionnel de l'élément sensible en le portant à une température comprise entre 400C et 900C.9nviron juste au moment où il vient en contact avec la matière à étudier, suivi d'un chauffage impulsionnel principal de l'élément sensible en portant ce dernier à une température comDrise entre 9o0C et 14o0C environ. La durée du chauffage principal permet de juger de l'humidité-Se la matière à étudier.La température de préchauffage est choisie égale à 400C environ pour la raison que cette valeur est optimale du point de vue de la prévention de toute influence des températures du milieu ambiant et de la matière à étudier sur les résultats de mesure dans les conditions naturélles. La température du chauffage principal jusqu'à 900C environ est adoptée car elle suffit à obtenir le résultat de mesure de l'humidité. Lorsque l'on échauffe l'élément sensible au-dessus de 29 C, la sensibilité de l'élément augmente, mais la durée de mesure n'est aussi en proportion. Pour déterminer l'humidité de la matière à analyser par le procédé selon l'invention directement dans les séchoirs, la température de préchauffage de, l'élément sen sible est choisie égale à 900 environ pour la raison que dans les séchoirs, pendant le séchage, la température de la matière, par exemple d'un cuir, varie entre 800 et 850C. La température du chauffage principal de l'élément sensible s'élevant à une valeur de 1400C environ est choisie étant donné que dans ce cas, la durée de son échauffement est juste suffisante pour pouvoir obtenir les résultats de mesure d'humidité en cours de séchage. Les plages de températures de mesure ci-dessus définies peuvent etre réglées en fonction de la nature de la matière et du type de séchage. Le dispositif pour déterminer l'humidité d'une matière à étudier selon l'invention, mettant en oeuvre ledit procédé, comporte un pont de mesure principal 1 (figure 2) et un pont de mesure auxiliaire 2 dans les bras desquels sont insérées, respectivement, des résistances 3, 4, 5 et 6, 7, 8 et un élément sensible 9 formant un bras commun à ces deux ponts. Dans le bras commun aux ponts 1 et 2 est aussi inséré un commutateur 10.Les diagonales des ponts 1 et 2 comportent un indicateur de zéro 11 monté de sorte qu a l'une des positions du commutateur lo (position I), les entrées 12, 13 de l'indicateur de zéro 11 se trouvent branchées à la diagonale du pont 1 et que l'indicateur de zéro reçoive un signal du pont de mesure 1, et que pour une autre position du commutateur 10 (position II), les entrées 13 et 14 de l'indicateur de zéro 11 soient branchées à la diagonale du pont 2 et que l'indicateur de zéro 11 reçoive un signal du pont de mesure auxiliaire 2. D'autres diagonales des ponts 1 et 2, respectivement, sont branchées à des sorties 15, 16 et 16, 17 d'une unité d'alimentation 18. Un convertisseur représentant un bloc de commande 20 a son entrée 19 branchée à la sortie de l'indicateur de zéro 11. Une entrée 21 du bloc de commande 20 est reliée à une sortie 22 de l'unité d'alimentation 18. Des sorties 23 et 24 du bloc de commande 20 sont connectées, respectivement, au commutateur 10 et à un appareil enregistreur 25 affichant l'humidité. Dans la variante de réalisation décrite du dispositif proposé mettant en oeuvre le procédé selon l'invention l'élément sensible 9 (fig. 2) est exécuté sous la forme d'une source impulsionnelle de rayonnement thermique comportant une plaque 26 en tungstène et mise Sous une enveloppe 27 en matière sensible à l'humidité, par exemple en un tissu imprégné de chlorure de lithium. Le mode de réalisation décrit ci-dessus du dispositif mettant en oeuvre le procédé selon l'invention peut être utilisé- aussi dans les séchoirs pour déterminer l'humidité des matières fibreuses, par exemple d'un cuir. Quand on emploie le dispositif selon l'invention dans des séchoirs, il comprend un dispositif de consigne d'humi dité 28 (figure 3), dont la sortie est branchée à une entrée 29 du bloc de commande 20,et un moyen 30 de commande du séchage de la matière à étudier,dont l'entrée est branchée à la sortie 24 du bloc de commande 20. Le moyen 30 est un relais. Le principe de fonctionnement du dispositif selon l'invention pour déterminer l'humidité de matières mettant en oeuvre le procédé selon l'invention consiste en ce qui suit. L'élément sensible 9 (figures 1, 2) est mis en contact avec la matière à étudier(qui n'est pas renrésentée sur le dessin). Au moyen du commutateur 10, par l'intermédiaire du bloc de commande 20, on alimente le pont de mesure principal 1 (position I du commutateur io); le pont 1 est alors équilibré, et dans ce cas il se produit un pré-chauffage de 11 élément sensible 9 Jusqu a une température de 400C, pour obtenir la compensation thermique nécessaire pour évitér toute influence de la température de la matière à étudier et du milieu amoiant sur le résultat final de mesure d'humidité.Lors du préchauffage de l'élément sensible 9 jusqu'à 40 C, sa résistance augmente tandis que la tension sur la diagonale correspondante du pont principal 1 s'approche du zéro; le signal de l'indicateur de zéro Il arrive au bloc de commande 20 qui met le commutateur 10 en position II et met de ce fait en circuit le pont de mesure auxiliaire 2; l'élément sensible 9 sera alors chauffé jusqu'à une températura de 900C environ. L1 échauffement de 1'élément sensible. 9 jusqu'à la température de 90 C environ ramenera à zéro la tension à la diagonale du pont auxiliaire 2; l'indicateur de zéro fournit alors un signal au bloc de commande 20 et le cycle-de mesure d'humidité prend fin; les ponts de mesure principal 1 et auxiliaire 2 sont alors débranchés et 11 état des circuits de ces ponts redeviendra celui de départ, après quoi les cycle de mesure recommence. Lors de ltopération de régulation de la durée de sé chage d'après une valeur de consigne d'humidité de la ma tière dans les séchoirs1 avec un dispositif de détermination d'humidité mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, le signal du dispositif de consigne d'humidité 28 (fig. 3) attaque le bloc de cornmande 20 oU il est'com paré au signal portant l'information sur l'humidité de la matière à étudier. Lorsque la valeur de cansigne d'humidité est atteinte, le signal respectif du bloc 20 de commande arrive au moyen 30 de commande du séchage de la matière à étudier et à l'appareil enregistreur 25, et- le séchage est fini. Pour effectuer le contrôle de l'humidité de la matière, on règle le pont principal 1 de sorte qu'il assure un pré chauffage de l'élément sensible 9 åusqutà-une température de 905C environ(ce qui dépasse un peu la température dans les séchoirs) et le pont auxiliaire 2 effectue le chauffage de l'élément sensible 9 jusqu'à une température de 1400C environ. Pour permettre de mieux comprendre le principe de la présente invention on donne ci-après des exemples de réali sation du procédé revendiqué de détermination de l'humidité de matières mis en oeuvre à l'aide du dispositif selon l'invention. ExemPle 1. On détermine l'humidité relative d'cuir en prenant à analyser 300 échantillons. On procèue comme suit. D'abord, on effectue un préchauffage de l'élément sensible 9 (fig. 1), au moment de son contact avec le cuir à étudier, en portant ledit élément à une température de 400C, pour exclure l'influence des variations de température de la ma tière à étudier et du milieu ambiant. Puis, on porte l'élément sensible 9 à une température de 90 C par chauffage impulsionnel dit chauffage principal ; on mesure la durée de chauffage principal de l'élément sensible 9 au moyen de l'appareil enregistreur 25 affichant l'humidité. Ci-après on donne les résultats de détermination de humidité par le procédé selon 11 invention mis en oeuvre par un dispositif selon l'invention. n Lectures humidité nombre moyennes d'ordre moyennes d'échan- de arithmé arithmétiques | tillon séries tiques (3 séries de 20 échant. chacune) 1 2 3 4 5 1 9,00 8,99 9,01 50,7 3 9,00 2 ,69 8,63 8,70 45,7 3 8,67 3 8,01 8,02 8,04 44,1 3 8,02 4 9,64 9,60 9,70 51,7 3 9,64 5 ,60 8,62 8,59 46,2 3 8,60 6 1,95 2X07 2,07 14,9 3 2,03 7 2,40 2,46 2,25 15,6 3 2,37 8 2,16 2,25 2,22 15,7 3 2,21 9 1,95 2,10 2,01 15,0 3 2,35 10 2,01 2,07 2,10 14,3 3 2,06 dispersion écart moyen coef. de quadratique variation CV 6 7 8 3,96#10-4 0,0196 0,0178 2,9#10-5 0,0054 0,011 1,6#10-3 0,0400 0,005 1,7#10-4 0,0130 0,0013 1,6-10 3 0,0400 0,0046 3,2#10-3 0,0565 0,0276 1,0#10-4 0,0100 0,0435 1,7#10-3 0,0412 0,0185 1,15#10-3 0,0339 0,0145 1,7#10-3 0,0412 0,0200 Exemple 2 On détermine humidité relative de cuirs lors de l'opération d'atteinte de la valeur de consigne d'humidité pendant un séchage dans le vide dans des séchoirs. L'élément sensible 9 (fig. 1) est préchauffé aù moment de son contact avec le cuir à étudier, d'abord jusqu'à une température de 600, puis on effectue un chauffage principal impulsionnel dudit élément en le portant à une température de 1100C. On mesure le temps de chauffage principal de l'élément sensible 9 à l'aide de l'appareil enregsistreur 25 affichant l'humidité. Exemple 3. On détermine l'humidité relative de cuirs au cours de l'obtention d'une humidité égale à la valeur de consigne pendant le séchage dans le vide dans les séchoirs. L'élément sensible 9 (fig. 3) est préchauffé jusqu'à une température de 90 C, puis on effectue le chauffage principal impulsionnel dudit élément 9 jusqu'à une température de 1400C. Lorsque l'humidité de consigne du cuir est atteinte, on débranche le séchoir. Le dispositif proposé de détermination d'humidité mettant en oeuvre le procédè' selon l'invention assure une haute précision et une rapidité élevée de mesure, possèdeune large plate de mesure de l'humidité sans destruction des matières à étudier dans les zones de mesure, ne détermine que la teneur en humidité des matières,et ses lectures ne dépendent pas des impuretés présentes dans les matières à étudier ni des c-onditions thermiques du milieu ambiant et des objets à étudier. Le dispositif en question peut réagir immédiatement sur la variation de humidité de la matière à étudier. En outre, ce dispositif peut commander le séchage de-s matières fibreuses dans un seul comme dans plusieurs séchoirs. L'information sur l'humidité sous forme d'un code numérique peut être introduite dans un ordinateur. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de l'humidité des matières fibreuses et pulvérulentes, selon lequel un élément sensible est mis en contact avec la matière fibreuse ou pulvé- rulente à étudier et, d'après l'information obtenue de 1 > é- lément sensible, on détermine l'humidité de la matière à étudier, caractérisé en ce que l'information de l'élément sensible est obtenue au moyen de son préchauffage impulsionnel jusqu'à une température comprise entre 400C et 900C environ juste au moment où il touche la matière à étudier, et de son chauffage principal impulsionnel jusqu'à une température comprise entre 900C et 1400C environ, l'humidité de la matière à étudier étant déterminée par la durée de l'échauffement de l'élément sensible lors de son chauffage principal. 2. Dispositif pour déterminer I'humidité des matières fibreuses et pulvérulentes mettant en oeuvre le procédé selon la revendication 1 et comportant un pont de mesure principal (1) dont l'un des bras comporte des résistances principales (3, 4, 5) et un élément sensible (9) relié électriquement, par l'intermédiaire d'un convertisseur, à un appareil enregistreur (25) affichant l'humidité de la matière fibreuse ou pulvérulente étudiée, caractérisé en ce qu'il comporte une série de résistances supplémentaires (6, 7, 8) connectées à l'élément sensible (9) exécuté sous la forme d'une source impulsionnelle de rayonnement thermique, ces résistances formant avec ledit élément sensible un pont de mesure auxiliaire (2), un commutateur (10) inséré dans le bras commun aux ponts de mesure principal (l? et auxiliaire (2), et un indicateur de zéro (11) branché aux diagonales des ponts principal (1) et auxiliaire (2) de mesure, de façon que pour l'une (I) des positions du commutateur (10), les entrées (12, 13) de l'indicateur de zéro (11) soient branchées à la diagonale du pont de mesure principal (1), l'indicateur de zéro (11) recevant dans ce cas un signal de ce pont (1) et que pour l'autre (II) position du commutateur '(lu), les entrées (13, 14) de l'indicateur de zéro (11) se branchent à la diagonale du pont de mesure auxiliaire (2), l'indicateur de zéro re cevant alors le signal de ce dernier, ledit convertisseur représentant en soi un bloc de commande (20) dont une entrée (19) est branchée à la sortie de l'indicateur de zéro (11) et les sorties (23, 24) sont branchées au commutateur (10) et à l'appareil enregistreur (25), respectivement. 3. Dispositif sélon la revendication 2, c a r a c t é r i s é en ce qu'il comporte un dispositif de consigne (28) d'humidité de la matière à étudier dont la sortie est connectée à l'une des entrées (29) du bloc de commande (20). 4. Dispositif selon la revendication 3, c a r a c t é r i-s é en ce qu'il comporte un moyen (30) de commande du séchage de la matière à étudier, dont l'entrée est connectée à l'une des sorties (24) du bloc de commande (20).