Brevet FR2517059A1 — publié le 19830527

La présente invention concerne un dispositif pour mesurer la concentration de particules véhiculées par un liquide dans une conduite, des sondes de mesure étant disposées dans la paroi de cette conduite, en contact avec le liquide. Dans la mesure de la concentration de particules dans un liquide pratiquement immobile, par exemple en relation avec l'épuration des eaux résiduaires urbaines et in dustrielles, il est connu d'utiliser des moyens photométri- ques, avec une lumiere infrarouge pulsée (cf. brevet- sué- dois N0 382 1163. Ce procédé a ses limites et il est principalementapplicable à des liquides immobiles, dont la température est sensiblement constante. Avec une température variable, il donnerait lieu à des erreurs de mesure importantes. Il présente en outre d'autres inconvénients, comme la nécessité de nettoyer les sondes de mesure après un temps d'utilisation relativement court, pour les débarrasser des particules qui s'y sont déposées, et celle d'apporter à l'nappa reillage utilisé pour sa mise en oeuvre des modifications et des additions considérables pour son adaptation à la mesure des concentrations de particules dans des liquides en mouvement, par exemple dans des transpor-teurs de pâte dans l'industrie de la cellulose. L'invention a donc pour objet de remédier à ces inconvénients et d'obvier à ces difficultés. A cet effet, dans le dispositif selon l'invention, la section du tube dans lequel circule le liquide chargé de particules a, dans la zone des sondes de mesure, pourll!es- sentiel, la même grandeur qu'en amont et qu'en aval des ces sondes et cette partie du tube, dans la zone des sondes de mesure, est entourée par un boîtier extérieur, dans lequel sont enfermés les sondes et un appareil de référence. En utilisant le dispositif selon l'invention, on a pu montrer qu'il est parfaitement possible, avec les sondes en question, de mesurer les concentrations de particules dans un liquide en mouvement, alors que les spécialis tes prétendaient jusqu'ici qu'on ne peut, par exemple, déterminer la concentration de fibres dans une pâte à papier en mouvement à l'aide de sondes IR ou que cela nécessite tout au moins un nettoyage continuel de ces sondes, une opinion que l'invention a maintenant réduite à néant. On a constaté qu'en modifiant la:sectin du tube ou de-Pa conduite, les surfaces des sondes tournées vers le liquide restent automatiquement propres. Avec des sondes de mesure reliées à un circuit électronique lui-même relié à un appareil de référence comprenant des moyens de mesure de référence en contact thermoconducteur avec le tube ou la conduite ou circule le li quide, le dispositif selon IOinv9ntios retupprims aussi les problemes difficiles à résoudre posés jusqu'ici par l'-instabilité des circuits de mesure utilisés pour les liquides de ce type. Cet appareil de référence a un fonctionnement lié à la configuration de la zone de mesure et il est enfermé dans un boîtier qui entoure le tube où circule le liquide et les sondes de mesure. Le domaine. d'application du dispositif de mesure selon l'invention embrasse aussi bien les industries de transformation que les installations de traitement des eaux potables et des eaux résiduaires. Il est destiné aux mesures précises de concentrations de particules, par exemple dans l'industrie du papier et de la cellulose, où la mesure peut. être effectuée devant des classeurs à pression et des lessiveurs à tourbillon, sur la pâte, avant le bac de tete de la machine de fabrication du papier, ainsi que dans l'eau blanche, pour la dilution et la récupération des fibres. Dans le domaine du traitement des eaux potables et des eaux résiduaires, le dispositif selon l'invention peut être utilisé pour mesurer la teneur en boues et la turbidité, ainsi que pour mesurer la teneur de solides en suspension, par exemple dans les eaux rejetées par les essoreuses centrifuges ou autres machines mécaniques d'essorage. Le principe de la mesure est basé sur la capacité des particules à absorber et à refléter la lumière. Pour obtenir le maximum de souplesse, une partie du circuit électronique a été montée sur le transducteur. La mesure est effectuée avec la lumière infrarouge sur une distance de 20 mm. Cette lumière infrarouge est pulsée, avec des impulsions très courtes, d'une très grande intensité lumineuse, ce qui est possible en pulsant avec des impulsions extrêmement courtes, séparées par de longs inter- valles. Une très grande intensité lumineuse offre l'avanta ge de permettre l'utilisation de différentes plages de mesure, par simple boucle de réaction d'un amplificateur incorporé au circuit électronique. Etant donné que la lumière fournie par une diode à rayons infrarouges dépend fortement de la température, cette dépendance est compensée au moyen d'un système de référence séparé dans le transducteur.Ceci compense aussi le glissement dans d'autres composants, ainsi que les effets éventuels d'une lumière parasitg- inci- dente. Le signal de mesure envoyé par le transducteur comprend une impulsion dont l'amplitude est proportionnelle à la concentration. Cette impulsion peut être transformée en tension continue dans un circuit de discrimination et de maintien, relié au même moment au temps d'intégration. Ce temps d'intégration a une valeur fixe autour de sa valeur de mesure et une valeur réglable, pour amortir les variations importantes qui peuvent survenir dans la concentration. Après le circuit de discrimination et de maintien, le signal peut être envoyé à des moyens pour fournir un réglage maximum et un réglage minimum, soit, directement, soit par l'intermédiaire d'un amplificateur logarithmique. On peut modifier l'amplification de l'étage de sortie-au moyen d'un sélecteur. Un indicateur de valeur de- mesure numérique affiche de 0% à 100% de la plage voulue, quel que soit le signal de sortie choisi. De toute façon, l'invention sera bien comprise à î aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce dispositif. Fig. 1 est une vue de face d'un transducteur pour une forme d'exécution préférée du dispositif selon l'invention, représenté vu du côté amont, par rapport à l'écoule- ment du liquide; Fig. 2 est une vue en coupe suivant II-II de fig. 1; Fig. 3 est un schéma-bloc des circuits électriques préférés reliant les émetteurs et les détecteurs du transducteur à une unité de mesure de la veleur de concentration; Fig. 4 est un graphique montrant des plages de mesure différenciées qu'il est possible de choisir avec le sé- lecteur. Le dispositif de mesure selon l'invention comprend donc un transducteur 1, qui, dans la forme d'exécution préférée représentée aux figures l et 2, comporte un tube 2 pour faire circuler le liquide véhiculant les particules, sur lequel les mesures doivent être effectuées. Le tube 2 est muni de moyens de raccordement 3, 4, pour son branchement dans une conduite (non représentée). Dans la zone de mesure, le tube 2 présente une section de configuration différente, mais dont la surface est de préférence égale. En l'occurrence, dans la forme d'exécution préférée, la section du tube 2 passe d'une forme circulaire normale, au niveau des raccords 3 et 4, à une-forme sensiblement rectangulaire 5, ce qui est particulièrement visible à la figure 1. La transition entre la section circulaire et la section rectangulaire est continue et peut être réalisée de diverses façons, dont la plus simple consiste à comprimer un tube de section initialement circulaire. Des ouvertures sont ménagées dans des parois opposées 6, 7 du tube 2, dans la'zone de section rectangulaire 5, pour le montage des sondes de mesure 8, 9. Ces sondes 8, 9 remplissent complètement les ouvertures précitées des parois 6, 7 et leurs faces actives respectives 10 et 11, tournées vers le liquide en mouvement, se trouvent sensiblement dans un même plan que la face interne des parois 6 et 7. La zone de mesure, avec sa section rectangulaire S et ses sondes 8 et 9, est entourée par un boîtier 12. Ce boîtier 12 est de préférence tubulaire, avec un axe longitudinal qui s'étend perpendiculairement à celui du tube 2, ainsi qu'a celui formé par les sondes 8, 9. Des ouvertures sont ménagées dans le boîtier 12 pour l'introduction et l' inspection des sondes 8, 9, lesquelles peuvent saillir à 1' extérieur du boîtier 12, comme le montrent les figures 1 et 2. Le boitier 12 contient en outre un appareil de référence 13, 14, qui comprend des moyens de mesure correspondant aux sondes 8, 9, mais ne mesurant pas le liquide en mouvement, comme le font celles-ci, et leur action s'exer çant au contraire sur un parcours libre d'obstacle à l'intérieur du boîtier. L'appareil de référence 13, 14 est en contact thermoconducteur avec le tube 2 et il peut être monté sous ce tube (comme à la figure 2) ou de préférence sur lui. Le boîtier 12 contient aussi au moins une partie des circuits électroniques utilisés pour le traitement des signaux tirés des sondes 8, 2 et de appareil de référence 13, 14. Ces sondes, tout comme l'appareil de référence, snnt avantageusement du type à radiation infrarouge, bien que d' autres types, comme ceux fonctionnant à la lumière visible ou aux fréquences supersoniques, puissent aussi être utili suées dans le dispositif selon l'invention. Une forme d'exécution préférée du circuit électronique est maintenant décrite en référence à la figure 3: Le schéma-bloc de la figure 3 montre que les sondes de mesure 8, 9 et l'appareil de référence 13, 14 comprennent des moyens à rayons infrarouges, plus particulièrement des diodes à infrarouges, dont l'utilisation est avantageuse. L'émetteur des sondes est en outre représenté comme tant un moyen commun avec l'émetteur X de appareil de référence. En conséquence, une diode à infrarouge 8, 13 peut être utilisée comme émetteur commun sur la distance de mesure M, ainsi que sur la distance de référence R, les différents parcours de la lumière M et R sortant de fibres optiques reliées aux diodes 8, 13, par exemple.Une autre solution réalisable consiste à relier en série deux diodes IR 8 et 13 exactement semblables, celles-ci constituant ainsi l'émetteur pour la distance de mesure M et celui pour la distance de référence R. Le détecteur 9 des sondes de mesure est, comme le détecteur 14 de l'appareil de référence, une photodiode séparée. Les deux photodiodes sont du meme type et elles sont reliées l'une à l'autre par un circuit compensateur de température respectif 15 à 18 et 19 à 23, avec exactement les mêmes composants. Ainsi, la sortie de chaque photodiodé 9, 14 est reliée à un amplificateur respectif 15, 19, qui a liment un intégrateur 17, 21 par l'intermédiaire d'un circuit de maintien 16, 20. Le signal intégré est réinfecté à l'entrée de l'amplificateur 15, 19 à travers une résistance respective 18, 22.On sait qu'une diode est relativement dépendante de la température, mais les circuits compensateurs 15 à 18 et i9 à 22 remplissent une fonction stabili- satrice, de sorte que le niveau du signal de sortie de 1' amplificateur respectif 15, 19 reste constant, quelles que soient les variations de la température ambiante au niveau des détecteurs 9, 14, par exemple dans le liquide où la concentration de particules doit être mesurée, dan l'air où s'étend le parcours de référence libre d'obstacle et dans le tube en contact thermoconducteur avec l'appareil de référence. Ces circuits compensateurs 15 à 18 et 19 à 22 remplissent aussi une fonction stabilisatrice en ce qui concerne la lumière parasite qui vient éventuellement frapper les détecteurs 9, 14.Ainsi, chaque changement de signal de sortie plus long au niveau des détecteurs 9, 14 est filtré, de sorte qu'un niveau de référence stable est obtenu à la sortie des amplificateurs 15, 19. Le ou chaque émetteur de signaux 8, x pour la mesure ou la référence est alimenté par un oscillateur 23. Cet oscillateur émet un signal S formé d'impulsions de très courte durée, séparées par des intervalles relativement longs. Ceci permet d'obtenir une lumière d'une grande intensité sans que les diodes à infrarouges 8, 13 se détériorent en chauffant. Le ou chaque émetteur 8, 13 étant aussi constitué par une diode, il est également sensible aux variations de la température. Ces variations sont compensées par un circuit 24 à 26, qui comprend un comparateur 24, suivi d'un intégrateur 25 et d'un étage d'amplification de puissance 26. Le comparateur 24 reçoit les impulsions du signal S émis par l'oscillateur 23 et le signal SR produit à la sortie de l'amplificateur 15 de l'appareil de référence.Ce signal SR est, lui aussi, formé d'impulsions et il varie en fonction directe de la grandeur des impulsions de lumière envoyées par l'émetteur 8, 13 sur la distance de référence R. La grandeur des impulsions lumineuses émises ainsi est régulée par le comparateur 24 et l'étage d'amplification de puissance 26, de sorte que les signaux S et SR sont de même grandeur. On obtient ainsi des impulsions de lumière d'une valeur constante et indépendante des variations de la température dans le ou chaque émetteur 8, 13. Même si l'émetteur est formé de deux diodes individuelles 8 et 13, comme il a été indiqué plus haut, on obtient à partir de chacune de ces diodes des impulsions de lumière ayant une valeur constante, étant donné que les deux diodes 8 et 13 sont reliées électriquement en série et reliées mécaniquement à la même base, c'est-à-dire soumises aux mêmes variations de la température. Les impulsions lumineuses de valeur constante envoyées par le ou chaque émetteur 8, 13 sont aussi reçues par le détecteur 9 après avoir parcouru la distance de mesure M, c'est-à-dire après avoir traversé le liquide qui véhicule les particules. Etant donné que la concentration de particules est variable, les impulsions lumineuses rec-ueillies par le détecteur 9 varient aussi par suite de la propriété qu'ont les particules d'absorber la lumière. Il en résulte que le signal SM qui apparait à la sortie de l'amplifica teur 19 associe à l'émetteur 9 varie en fonction de la con- centration des particules véhiculées dans le liquide. Pour que les circuits compensateurs de température 15 à 18 et 19 à 22 des détecteurs 9, 14 ne soient pas affectés par les signaux utiles SR et SMs il est prévu un circuit de maintien 16, 20 monté entre l'amplificateur respectif 15, 19 et l'intégrateur qui lui est associé 17, 21 dans chaque circuit compensateur 15 à 18 ou 19 à 22. Ce circuit de maintien 16, 20 est commandé par le signal de sortie S de l'oscillateur 23, de sorte que les signaux u tiles SR et S sont mis a la terre lorsqu'ils se produi- M sent dans le circuit de maintien.Une raison qui s'ajoute à celles pour lesquelles les signaux utiles SR et SM ne sont pas réinjectés aux entrées des amplificateurs 15, 19 est que les circuits compensateurs de température 15 à 18 et 19 à 22 ont un fonctionnement lent. Le signal utile 5M qui est prélevé à la sortie de l'amplificateur 19 associé au détecteur de mesure 9 constitue donc une mesure exacte de la concentration de particules dans le liquide qui circule dans le tube 2 (cf. figure 2). En conséquence, ce signal 5M peut être utilisé à différentes fins et dans des processus de différentes sortes. A des fins de mesure, mais aussi pour d'autrea applications, il peut être désirable d'ob-tenir un signal de sortie étalé à la place au signal de sortie SM formé d'impulsions. En envoyant ce signal de sortie 5M à un circuit de discrimination et de maintien 27 command; par les signaux S de l'oscillateur 23, on obtient un signal i , qui varie de façon logarithmique. Si l'on désire obtenir un signal Slin variant de façon linéaire, il faut envoyer le signal Slog obtenu au moyen du circuit de discrimination et de maintien 27 à un amplificateur logarithmique 28. En utilisant un commutateur 29, on peut envoyer à un appareil de mesure 30, soit le signal Slog, soit le signal spin. Le circuit de discrimination et de maintien 27 peut être un transistor à effet de champ et l'appareil de mesure 30 peut être un indicateur numérique. Le signal sortant de l'amplificateur 19 associé au détecteur de mesure 2 peut être facultativement réinjecté à l'entrée de ce même amplificateur à travers différentes résistances 31, de fa çon à obtenir plusieurs plages de mesure différentes I à IV. On peut, par exemple, prévoir quatre plages de mesure. La figure 4 montre à l'aide de graphiques comment la plage de mesure peut être déplacée à la fois pour le signal logarithmique i et pour le signal linéaire Slin. La plage I représente ici une valeur de résistance maximale insérée dans la boucle de réaction de l'amplificateur 19, tandis que la plage IV correspond à une réinjection directe du signal de sortie SM à l'entrée de cet amplificateur 19. Comme il ressort de la description qui précède, cefle ci ne concerne qu'une forme d'exécution préférée, qui peut être modifiée de diverses manières sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, la section du tube 2 peut être modifiée pour prendre une configuration autre que rectangulaire, ou sa surface peut être supérieure à celle de la section de la conduite. On peut aussi modifier la section en disposant un insert dans une partie élargie du tube ou en donnant à la paroi de celui-ci une configuration qui influe sur ltécoulement du liquide. En ce qui concerne les sondes de mesure et l'appareil de référence, il a déjà été précisé qu'ils ne sont pas limités à ltemploi de la lumière infrarouge. Le circuit électronique pour les composants à rayonnement infrarouge peut aussi être modifié de différentes façons sans sortir du cadre de l'invention. Il peut être formé, par exemple, de moyens de commutation pour étudier une partie seulement de chaque graphique, de 60 à 70% par exemple de la plage totale de mesure. On peut en outre incorporer des moyens de commande pour régler le temps d'intégration de façon à obtenir une indication permanente sur l'appareil 30. En bref, l'invention ne se limite pas à la forme d' exécution qui vient d'être décrite à titre d'exemple seulement; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation. - REVENDICATIONS - 1.- Dispositif pour mesurer la concentration de particules véhiculées par un liquide circulant dans un tube (2), des sondes de mesure (8,9) étant montées dans la paroi de ce tube de façon à être en contact avec le -liqui- de en un endroit où la section du tube est sensiblement rectangulaire (5) et comprenant un émetteur 88-) et un détecteur (9) alignés l'un sur l'autre de chaque côté du courant liquide dans le tube, caractérisé en ce que la section (5) du tube (2) dans la zone des sondes de mesure (8,9) a sensiblement la même surface que la section de ce même tube en amont et en aval de cette zone et en ce que ladite zone est entourée par un boîtier extérieur (12), dans lequel sont enfermés les sondes (8,9) et un appareil de référence (13,14). 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractéri sé en ce que la section du tube (2) passe progressivement d'une forme circulaire à une forme rectangulaire. 3.- Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le boîtier (12) est tubulaire, avec une section circulaire et un axe longitudinal qui est perpendiculaire au tube (2) dans lequel circule le liquide, ainsi qu'a l'axe longitudinal des sondes de mesure (8,9), lesdites sondes pouvant être enlevées de l' x- térieur du boîtier. 4. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sondes de mesure (8,9) comprennent un é- metteur à infrarouges (8) et un détecteur à infrarouges (9), alimentés en énergie pulsée, et en ce que l'appareil de référence comporte un émetteur IR (13) et un détecteur IR (14) correspondants, alimentés en énergie pulsée par une source (23) qui est commune aux sondes (8,9) et à l'appareil de référence. 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendi-cations précédentes, caractérisé en ce que chaque sonde de mesure (8,9) a une surface (10,11) en contact avec le liquide, surface qui fait partie de la face interne (6,7) du tube (2). 6.- Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 4, caractérisé en ce que les sondes (8,9) et l'appareil-de référence (13,14) sont reliés à un circuit électronique compensateur de température pour obtenir un affichage numérique correct de la valeur de mesure obtenue pour la concentration de particules dans le Liquide. 7.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les émetteurs (3,13) des sondes et de l'nappa reil de référence sont un moyen commun apte a exciter le détecteur (9) des sondes à travers le liquide chargé de particules et le détecteur (14) de l'appareil de référence sur un parcours de référence (-R). 8.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la source (23) d'énergie pulsée est apte à alimenter les émetteurs (8,13) à travers un circuit amplificateur de puissance (24,26) comprenant un comparateur (24) apte à comparer l'énergie pulsée envoyée par la source (23) à l'énergie pulsée produite par le détecteur (14) de l'appareil de référence et qui lui est envoyée après amplification dans le circuit compensateur de température (15 à t8) associé à ce détecteur, le signal de sortie du comparateur (24) étant envoyé aux émetteurs (8,13) après intégration (25) et amplification (26) et un signal de mesure indiquant la concentration étant prélevé à la sortie de l'amplificateur (19) dans le circuit compensateur de température associé, ledit amplificateur étant relié au détecteur (9) des sondes de mesure.