Brevet FR2533705A1 — publié le 19840330

Détecteur de concentration ionique dans un liquide. La présente invention concerne un détecteur de concentration ionique dans un liquide. Un domaine particulier mais non exclusif d'application de l'invention est celui de la détection de la concentration ou force ionique d'une solution aqueuse sortant d'une colonne de chromatographie. Dans ce domaine, il a été proposé de réali- ser des détecteurs de concentration ionique ou saline de type conductimètre mesurant les-variations de conduc- tivité du liquide circulant dans une sonde de mesure. Il a aussi été proposé de mesurer les variations de cons- tante diélectrique du liquide en faisant passer celui-ci entre deux plaques formant les armatures d'un condensa- teur dont on détecte les variations de capacité par exemple par mesure de la fréquence de résonance d'un circuit oscillant dans lequel ce condensateur est bran- ché. Dans ces appareils connus, le liquide est en contact avec des électrodes entre lesquelles existe une différence de potentiel Il n'est pas toujours pos- sible d'éviter des phénomènes d-'électrolyse suscepti- bles de perturber la détection ou d'altérer les carac- téristiques du liquide, ce qui peut être très gênant dans le cas de l'application à la chromatographie. Aussi, la présente invention a-t-elle pour but de fournir un détecteur capable de produire un si- gnal de mesure représentant la concentration ou force ionique d'un liquide, notamment d'une solution saline, sans contact avec ce liquide. Ce but est atteint grâce à un détecteur com- portant, conformément à l'invention: une cellule de détection comprenant une pièce tubulaire en matériau électriquement isolant avec un passage central susceptible d'être alimenté en liqui- de dont la concentration ionique est à mesurer, une bobine conductrice disposée autour de la pièce tubulaire, et un circuit électrique branché aux extré- mités de la bobine et destiné à délivrer un signal ëlec- trique dont l'amplitude varie en fonction des variations de self-inductance de la bobine. Le circuit électrique peut être de tout ty- pe permettant de traduire une variation de self-induc- tance en une variation correspondante d'une caractéris- tique, par exemple l'amplitude, d'un signal électrique. La bobine peut être un élément constitutif d'un circuit résonant associé à des moyens de détection des variations de fréquence de résonance de ce circuit résonant. Pour cette détection, on peut utiliser un circuit d'accord automatique de type bien connu en soi comprenant un oscillateur à fréquence variable comman- dée par tension,dont le signal de sortie excite le cir- cuit résonant,et une boucle de contre-réaction à ver- rouillage de phase Cette boucle reçoit les signaux de l'oscillateur et du circuit résonant et applique à l'oscillateur une tension de commande telle que la fré- quence de l'oscillateur coïncide avec la fréquence de résonance du circuit résonant Le signal de sortie de l'oscillateur, après conversion fréquence/tension ou le signal de commande de l'oscillateur peut être utilisé pour obtenir le signal dont l'amplitude varie en fonc- tion de la self-inductance de la bobine. De préférence, le circuit électrique com- prend un oscillateur à fréquence fixe, un premier cir- cuit résonant comportant ladite bobine et excité par le signal de sortie de l'oscillateur, un second circuit résonant de référence excité également par le signal de sortie de l'oscillateur et un comparateur recevant les signaux produits par les deux circuits résonants et four- nissant un signal dont l'amplitude représente 1 diffé- rence entre les signaux qu'il reçoit. Grâce à l'utilisation-d'un circuit résonant de référence, on peut s'affranchir-de la dépendance de certaines caractéristiques des circuits vis à vis des conditions extérieures notamment la température. L'invention sera mieux comprise à la lectu- re de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence au dessin annexé dont la figure unique est un schéma d'un mode particulier de réalisation d'un détecteur selon l'invention. Le liquide dont la concentration ou force ionique est à mesurer, par exemple un liquide contenant une solution saline aqueuse sortant d'une colonne de chromatographie, traverse le passage central la d'une pièce tubulaire 1 formant cellule de détection La pièce 1 est en matériau non conducteur de l'électricité, par exemple-en verre, et est interposée sur une conduite 2 à laquelle elle est reliée par' des raccords 3,4. Une bobine Li est disposée autour de la pièce 1 et est branchée en parallèle sur un condensateur Cl de capacité réglable, pour former un premier circuit résonant 11 Une autre bobine L 2, de mêmes dimensions que la bobine LI est branchée en parallèle sur un conden- sateur C 2 de capacité réglables pour former un second circuit résonant 12. Les circuits 11, 12 sont branchés entre des bornes respectives Bi, B 2 et une borne à un potentiel de référence (masse) Les bornes BI, B 2 sont couplées par des condensateurs respectifs C 3, C 4 et par un diviseur de tension 13 à la sortie d'un oscillateur 10 Ce der- nier fournit un signal à haute fréquence fixe stabilisée par un quartz 10 a Cette fréquence est par exemple com- prise entre 10 et 100 M Hz Le diviseur 13 est par exem- ple de type résistif et est destiné à transmettre le signal de sortie de l'oscillateur de façon symétrique sur les deux branches comportant les circuite il et 12. Les bornes Bl et B 2 sont par ailleurs cou- plées par des condensateurs respectifs C 5, C 6 aux en- trêes d'un circuit comparateur 14 Celui-ci comporte - des moyens de détection par exemple à diodes DI, D 2 bran- chés entre les bornes Bi, B 2-et des entrées respectives d'un amplificateur différentiel A En sortie de ce der- nier, on dispose d'un signal de mesure sm qui repré- sente la différence entre les amplitudes des signaux appliqués à ses entrées, c'est-à-dire, dans ce cas, un signal représentatif de la différence d'amplitude entre les signaux disponibles aux bornes Bl et B 2. Le fonctionnement du détecteur décrit ci- dessus est le suivant. Lorsque la concentration ionique du liqui- de dans la pièce tubulaire 1 varie, il se produit une variation correspondante de la self-inductance de la bobine Ll et, par conséquent de la fréquence de résonan- ce du circuit 11 L'amplitude du signal sur la borne Bl varie également La capacité du condensateur Cl est ajus- tée de façon monotone (croissante ou décroissante) dans la plage de concentrations à mesurer En d'autres ter- mes, cette capacité est ajustée de manière que la plage de variation possible de la fréquence de résonance du circuit 11 se situe d'un même côté de la fréquence de l'oscillateur 10 et à proximité de celle-ci. Le circuit résonant 12 fournit en B 2 une tension de référence à laquelle la tension en Bl est comparée de sorte que le signal sm représente la con- centration du liquide dans le tube 1 Pour le réglage de zéro du détecteur, il suffit d'alimenter le tube en eau déminéralisée et d'ajustér la capacité du condensa- teur,ç 2. Avec un détecteur réalisé conformément à la figure annexée, on a noté que la relation entre l'amplitude du signal S et la concentra- m tion ionique est de type logarithmique O Un avantage important dudétecteur confor- me à l'invention réside dans le fait que le liquide dont la concentration ionique est à,mesurer n'est pas en con- tact avec des électrodes mais est seulement soumis à un champ alternatif à haute fréquence et de puissance pou- vant être très faible. On notera que, pour une longueur donnée, le diamètre du passage la détermine la sensibilité du détecteur Plus ce diamètre est important, plus la sensibilité est grande A titre indicatif, une cellule de détection avec un passage d'une longueur de 20 mm et d'un diamètre de O,5 mm peut permettre de mesurer des con- centrations de Na Cl, par exemple, comprises entre O et 2 M, tandis qu'une cellule avec un passage de même longueur mais d'un diamètre de 2 mm peut permettre de mesurer des concentrations,égalexent de Na Cl, comprises entre O -et 0,1 M. Selon une variante de réalisation d'un dé- tecteur conforme à l'invention, celui-ci peut alors comporter deux cellules de détection avec des passages centraux de dimensions différentes, l'une étant munie de la bobine Ll et l'autre de la bobine L 2 Selon la sensibilité désirée, l'une des cellules est alimentée en liquide dont la concentration est à mesurer tandis que l'autre sert de- référence avec son passage central éventuellèment rempli d'eau déminéralisée Chacun des circuits 11 et 12 peut alors servir de circuit à fré- quence et résonance variable ôu de circuit de référen- ce et des moyens sont prévus pour inverser les liai- sons entre ces circuits et le circuit comparateur. REVEND ICAT IONS 1 Détecteur de concentration ionique dans un liquide, c a r a c t é r i S é en ce qu'il comporte; une cellule de détection comprenant une pièce tubulaire ( 1) en matériau électriquement isolant avec un passage central (la) susceptible d'être alimenté en liquide dont la concentration ionique est à mesurer, une bobine conductrice (LI) disposée au- tour de la pièce tubulaire de ce circuit résonant ( 11). 3 Détecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit électrique comprend un oscillateur ( 10) à fréquence fixe, un premier circuit résonant ( 11) comportant ladite bobine (Li) et excité par le signal de sortie de l'oscillateur, un second cir- cuit résonant ( 12) de référence excité également par le signal de sortie de l'oscillateur et un comparateur ( 14) recevant les signaux produits par les deux circuits ré- sonants ( 11,12 > et fournissant un signal (sm) dont l'am- plitude représente la différence entre les signaux qu'il reçoit. 4 Détecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier circuit résonant ( 11) a une fréquence de résonance qui varie en fonction de la concentration du liquide dans la pièce tubulaire ( 1), dans une plage située d'un même côté de la fréquence fixe de l'oscillateur ( 10), à proximité de cette fréquence, Détecteur selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le second circuit résonant comporte une bobine disposée autour d'une seconde pièce tubulaire ayant un passage central de dimensions différentes de celles du passage central de la première pièce tubulaire de manière à former une première et une seconde cellules de détection de sensi- bilités différentes, chacune de ces cellules pouvant être alimentée en liquide dont la concentration ionique est à mesurer ou pouvant servir de référence.