Brevet FR2525345A1 — publié le 19831021

Procédé de mesure du débit volumétrique ou massique, ou de la granulométrie de produits divisés et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé La présente invention concerne un procédé de mesure du débit volumétrique ou massique, ou de la granulométrie de produits divises s'écoulant d'un dispositif de stockage ou de production. Cette invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. De nombreuses installations utilisent des doseurs volumétriques ou pondéraux charges de distribuer des produits divisés se présentant sous forme de poudre ou de granulés. Ces produits ont souvent tendance a obstruer les conduits charges de les amener a l'endroit dé siré. De plus, les dispositifs doseurs peuvent présenter des anomalies de débit nécessitant une intervention ponctuelle. I1 est de ce fait souvent nécessaire de s'assurer périodiquement que le produit s'écoule normalement, surtout lorsque le système fonctionne sans une surveillance humaine permanente. De même, de nombreux procédés de fabrication ont comme résultat la production de produits divisés dont on désire connaître les caractéristiques de débit et/ou la granulométrie. La présente invention propose une solution permettant notamment de contrôler l'écoulement de tels produits, de mesurer certains paramètres liés a cet écoulement et, le cas échéant, d'intervenir en asservissant cet écoulement en fonction de ces paramètres mesurés. Dans ce but, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on introduit dans une zone d'écoulement libre du produit au moins une électrode isolée ou polarisée par une tension continue, en ce que l'on mesure directement ou indirectement l'intensité du courant fourni par l'électrode et correspondant à la charge des particules, cette mesure étant effectuée par un circuit électronique de mesure comportant au moins un instrument de mesure et en ce que l'on engendre un signal représentatif du débit du produit de granulométrie connue ou de la granulométrie du produit à débit volumétrique ou massique connu. Chaque particule de produit sera chargée électriquement d'un charge dQ lors de son passage sur l'électrode, cette charge étant sensiblement proportionnelle à la surface de la particule et au potentiel de l'électrode. Le courant total mesure fournit un signal re presentatif du débit en admettant que la granulométrie du produit soit connue ou de la granulométrie du produit du produit en admettant que le débit soit connu. En outre, lorsque la granulométrie est assez grossière, les charges élémentaires, prises à l'électrode par les particules successives, se traduisent par autant d'impulsions susceptibles d'être détectées et comptées en tant qu'informations numériques. Dans le cas d'une poudre fine, il est bien entendu que seul un courant pseudo-continu est mesuré. Selon une forme d'exploitation preféree de ce procédé, on effectue une analyse et/ou une comparaison des composantes continue et/ou impulsionnelles du courant s'ecoulant de l'électrode isolée et po arisée par une source de tension continue. Pour déterminer la granulométrie, on peut procéder préalablement à une mesure du débit massique ou volumétrique du produit déversé. Le courant mesuré est le produit d'une fonction f(D) du débit D du produit et d'une fonction g(J) de la granulométrie X de ce produit. En effet, l'intensité mesurée du courant, directement proportionnelle à la surface des particules, est une fonction du carré du rayon des particules assimilées à des volumes spheriques. Le débit direc tement lié au volume de ces particules, est une fonction de la troisième puissance de leur rayon. Le rapport du débit et de l'intensité du courant est proportionnel au rayon et permet par conséquent de mesurer la granulométrie si l'on a préalablement déterminé le débit. D'autre part, si la granulométrie est connue, la mesure de l'intensité permet de déterminer le débit du produit déversé. Pour effectuer des mélanges de produits de granulométries différen- tes, on déverse plusieurs produits par autant de trémies et l'on utilise au moins une des composantes du courant mesuré pour asservir le débit des produits s'écoulant par ces différentes trémies. Du fait du mélange des différentes granulométries, les rapports entre la fréquence des impulsions, leur amplitude et la valeur moyenne du courant débité permettent, par comparaison avec des résultats expérimentaux, de déterminer approximativement la composition granulométrique du mélange. Cette information pourra être utilisée soit pour elle-même, soit comme paramètre permettant d'asservir le débit des composants s'écoulant par les différentes trémies. I1 est bien entendu possible également d'asservir le débit d'un seul orifice de déversement d'un seul produit. Certains processus de fabrication, par exemple le broyage du ciment, produisent des substances dont la granulométrie varie. L'information de granulométrie obtenue permettra alors d'intervenir sur le processus, par exemple en asservissant le débit du broyeur ou en recyclant une partie du produit pour le traiter a nouveau afin d'augmenter sa finesse. Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé en ce qu'il comporte au moins une tremie permettant l'écoulement d'au moins un produit divisé, au moins une électrode placée dans le flux de produit isolée et polarisée par une source de potentiel et un circuit de mesure comportant au moins un instrument de mesure pour engendrer un signal représentatif du débit du produit de granulométrie connue ou de la granulométrie du produit à débit volumétrique ou massique connu. Ainsi, lorsqu'il s'agit de déterminer la granulométrie moyenne du produit déversé, le dispositif est associé à un organe de mesure du débit massique ou volumétrique issu de l'orifice de déversement. Selon une forme de réalisation préférée, le circuit de mesure comporte au moins deux instruments de mesure agencés pour fournir des signaux liés respectivement aux composantes continue et impulsionnelles du courant s'écoulant de l'électrode de mesure. Ce circuit de mesure est avantageusement complété par au moins un circuit de comptage des particules. Lorsque le produit traite est en fait un mélange de composants ayant des granulométrie différentes, le circuit comporte avantageusement plusieurs circuits de comptage des particules dont chacun comporte un amplificateur électronique à seuil de sensibilité différent. Cet agencement permet de compter de manière relativement simple les particules de chacun des composants du mélange. Enfin, lorsque le produit doit être constitué par le mélange de composants de granulométries différentes, le dispositif comporte plusieurs orifices ou tremies de deversement et des organes pour regler le débit de chacun de ces orifices en fonction de signaux fournis par les instruments de mesure. Dans ce cas, on obtient un système d'asservissement des débits permettant d'effectuer des mé- langes relativement precis. La presente invention sera mieux comprise en référence à la description d'un exemple de réalisation et du dessin annexe dans lequel La figure 1 représente une vue schématique du dispositif selon l'invention, La figure 2 représente une vue schématique d'une variante comportant plusieurs trémies dont le débit est asservi, La figure 3 représente une vue schématique d'une variante destinée à l'asservissement d'un broyeur dont on veut contrôler le degré de mouture, et La figure 4 représente une variante de l'arrangement des électrodes. En référence à la fig. 1, le dispositif décrit comporte une trémie 11 symbolisant un doseur (non représenté) et qui est électriquement connectée à la terre. De cette trémie s'écoule un flux de produit 12 qui frappe une électrode isolée 13 constituant une électrode de détection. Pour la commodité du dessin, cette électrode est représentée par une simple plaque, mais pourrait être constituée par un couloir tubulaire, un canal ouvert, un entonnoir, etc.. De cette électrode, le produit s'écoule en direction d'un réceptacle 14 qui peut, bien entendu, être remplacé par un convoyeur à bande ou tout autre équipement similaire. Une source de tension continue flottante 15 polarise l'électrode 13. Le courant électrique fourni par cette source de tension est amplifié par un amplificateur 18, aux bornes duquel est montée une résistance de con tre-réaction 10, et qui est protégé par une résistance 16 montee en série et par des diodes de limitation 17 connectées entre l'entrée de l'amplificateur 18 et la masse. Ce courant amplifié par l'amplificateur 18 est dirigé sur un circuit de mesure comportant par exemple trois branches principales 7, 8 et 9. La branche 7 comporte essentiellement un amplificateur-intégrateur 19 associé à un filtre passe-bas 6 connu en soi et composé d'un condensateur 5 et d'une résistance 4 connectés en contre-réaction de l'amplicateur-intégrateur 19, une resistance d'ajustage du gain 3 montée en série à l'entrée de l'amplificateur-intégrateur 19 et un instrument de mesure à courant continu 20 connecté en série à la sortie de l'amplificateur-intégrateur la. Pour un produit de granulométrie constante, l'instrument 20 donne une indication directement proportionnelle au débit du doseur. La branche 8 comporte un amplificateur 22 pour signaux alternatifs dont l'entrée est couplée par un condensateur de liaison 21 et dont la sortie est raccordée à un pont redresseur 23 dans lequel peut être monté un instrument de mesure 24 à courant continu. Une résistance de contre-réaction 2 est montée entre l'entrée de l'amplificateur 22 et la sortie du pont redresseur 23. A l'instrument de mesure 24, correspond un signal redressé, par exemple proportionnel à la valeur efficace, à la valeur de crête ou à la valeur moyenne de la composante impulsionnelle du signal issu de l'amplificateur 18. Ce dernier signal est directement lié à la dimension des particules transportées,c'est-à-dire proportionnel à la charge qu'elles reçoivent de l'électrode, cette charge étant elle-même directement liée à leurs surfaces. La fréquence de ce signal est par conséquent directement proportionnelle à la cadence de chute de ces particules. La branche 9 se compose d'un amplificateur-comparateur à seuil 25 dit bascule de Schmidt et d'un compteur d'impulsions 26 qui peut être utilisé soit en fréquencemétre soit en totalisateur. La branche 9 pourrait être remplacée par un ensemble de branches similaires comportant chacune une bascule électronique ayant un seuil de sensibilité différent ainsi qu'un totalisateur. L'amplificateur-comparateur à seuil 25 sert à la mise en forme des impulsions destinées au compteur ou fréquencemètre 26. A chaque impulsion correspond une particule dont la charge minimale, c'est -dire en fait la dimension minimale, est définie par le seuil de sensibilité du- comparateur. Dans le cas ou le compteur d'impulsions 26 est utilisé en fréquencemètre, son information correspondra au débit du doseur. Dans le cas où il est utilisé comme compteur proprement dit, il intégrera le nombre de particules déversées par la trémie pendant l'opération. Comme mentionné précédemment, la branche du circuit peut être remplacée par plusieurs branches comportant chacune un amplificateur-comparateur à seuil de sensibilité différent, dont chacune correspond à une dimension minimale donnée des particules d'un mélange. Etant donné que les courants mesurés sont extrêmement faibles, le circuit de mesure, constitué par la source 15 et l'électrode 13, est protégé par un circuit de garde 27 connu en soi, raccordé au pôle de la source 15 opposé à celui auquel est raccordée l'électrode 13. Tous les circuits électroniques sont connus et ne nécessitent pas une description plus détaillée. Notons cependant que l'amplificateur 18 doit être un amplificateur d'instrumentation à très faible courant d'entrée, étant donné que, lorsque le débit du flux de produit 12 est très faible, l'intensité du courant mesuré peut être de l'ordre de quelques picoampères. Une possibilité de linéarisation du dispositif représenté à la figure 1 consiste par exemple à corriger automatiquement le gain de'l'amplificateur 19 en modifiant l'une ou l'autre de ses résistances de contre-réaction. Cet effet peut être obtenu par remplacement de la résistance 3 liant l'entrée de cet amplificateur 19 a la sortie de l'amplificateur 18 par une résistance de type LDR connu sur laquelle agit la lumiere produite par une lampe branchée par l'intermédiaire d'un amplificateur approprié, non repré senté, a la sortie de l'amplificateur 22 utilisé comme circuit redresseur en valeur de pointe. Ainsi de gros grains produisant des impulsions de courant de plus grande amplitude augmenteront le gain de l'amplificateur 19, rendant le signal de sortie de ce dernier proportionnel non plus à la surface des grains, mais à leur masse, celle-ci étant liée à la surface par la relation M = g.S3/2.k ou M est la masse d'un grain, g sa masse spécifique, S la surface enveloppe et k un facteur de proportionnalite fonction de la forme et que par approximation suffisante, on admettra comme constant pour un produit donné. De manière plus générale, les composantes continue et impulsionnelles dusignal issu de l'amplificateur 19 peuvent être traitées a volonté par des circuit en analysant le spectre. Selon la nature du produit, on en tire, comme décrit plus haut, des informations sur la quantité débitée et la grosseur des grains. S'agissant d'undispositif qui a pour mission de surveiller automatiquement un processus, il est évident que les sorties des amplificateurs ne vont pas forcément être utilisées pour alimenter de simples indicateurs tels que figurés par les instruments 20 et 24 pour la compréhension. En réalité, les signaux issus de ces amplificateurs serviront d'information à destination de l'unité de commande et/ou de surveillance du processus dont le doseur 11 fait partie et qui n'est pas représentée ici. Cette unite peut etre un microprocesseur équipé d'un interface convertisseur analogique-digital. La figure 2 illustre une variante du dispositif décrit en référence à la figure 1. Ce dispositif comporte un appareil doseur, schématisé par trois trémies 30, 31 et 32 contenant respectivement des produits 33, 34 et 35 de granulométries différentes. L'ouverture inférieure de ces tremies est commande respectivement par les clapets 36, 37 et 38 actionnés par des mécanismes 39, 40 et 41. Selon -1 'ou- verture des clapets 36, 37 et 38, des doses prédéterminées de produits 33, 34 et 35 pouvant avoir des granulométries différentes, sont déversées sur un convoyeur sans fin 42 qui déverse l'ensemble des produits collectés dans la trémie 11 similaire à celle de la figure 1, d'où ces produits tombent sur l'électrode 13 également identique à celle de la figure 1. Les produits sont ensuite évacués par un convoyeur à bande 43.L'électrode 13 est polarisée comme précédemment par la source flottante 15 et l'intensité du courant est amplifiée puis mesurée dans le circuit de mesure 44. Une sortie 45 du circuit de mesure 44 est raccordée à un appareil de visualisation et d'enregistrement 46 qui fournit des indications relatives au débit, à la granulométrie ou au nombre de particules de chacun des produits 33, 34 et 35 de granulométrie differente. Trois sorties 47, 48 et 49 sont respectivement reliées aux mécanismes de commande 39, 40 et 41 pour asservir le débit des produits s'écoulant par les trémies 30, 31 et 32. Le système d'asservissement peut être de type connu proportionneldifférentiel-intégral, l'actuateur étant le moteur du doseur ou un boisseau de réglage ou un vibreur ou similaire. Une balance intégratrice 50, associée a un tachymètre 51 solidaire du moteur d'entrainement du ruban, fournit l'indication du débit de matière transportée par le convoyeur 42. La figure 3 illustre à titre d'exemple, une variante d'application du dispositif décrit à la figure 1. Ce dispositif comporte, outre les éléments décrits à la figure 1, un broyeur de type usuel connu 61, un organe de prélévement d'échantillon de produit 62 et un organe de régulation du débit principal 63. Le produit extrait aboutit à un récipient 64, symbolisant son eva- cuation a destination d'un stade ultérieur de sa préparation. L'organe de prélèvement d'échantillon 62 peut être un doseur suivi d'une balance intégratrice de types connus, permettant de déverser sur l'électrode de mesure un débit connu du produit. L'information relative à ce débit est introduite à l'entrée 65 de l'appareil de mesure 66, semblable à celui décrit précédemment, l'entrée 67 étant reliée à l'électrode 13 par l'intermédiaire de la source de tension 15. L'entrée 65 est alors destinee à corriger automatiquement le gain de l'amplificateur dans le cas où l'organe de prélévement d'échantillon est choisi à débit non constant. Comme précédemment décrit, l'appareil de mesure 66 délivre à sa sortie 68 un signal fonction de la finesse du produit échantilonné. Ce signal peut alors être utilisé pour piloter le régulateur de débit principal 63, étant admis que la finesse du produit, c'està-dire son degré de broyage est, dans le cas des broyeurs de types connus, inversément proportionnel au débit du broyeur. Dans une variante non représentée d'un dispositif équivalent, l'echantillonnage est effectué sur le produit extrait du broyeur, une proportion variable étant alors recyclée, cette proportion étant automatiquement commandée par le signal issu de l'appareil de mesure et caractérisant la finesse du produit. La figure 4 représente une variante de la disposition décrite à la figure 1. La source de tension 75 est connectée à la trémie 71 symbolisant le dispositif doseur dont on veut mesurer le débit d'une part et à la masse d'autre part. Le flux 72 des particules chargées par leur passage dans la trémie frappe ensuite l'électrode de mesure isolée 73 connectée dans ce cas directement à l'entrée de l'amplificateur de courant 18 muni de sa résistance de contre-réaction 10. Cet amplificateur mesure alors le courant de décharge des particules, courant égal au courant de charge qu'a dû leur fournir la trémie. Le dispositif est parfaitement équivalent à celui decrit à la figure 1, à ceci près qu'il comporte deux électrodes isolées, l'une d'entre elles pouvant être la trémie comme décrit ci-dessus, mais évite l'emploi d'une source de tension flottante et du circuit de garde 27. La présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisations décrites, mais peut se présenter sous diverses variantes et subir de nombreuses modifications évidentes pour l'homme de l'art. Revendications 1. Procédé de mesure du débit volumétrique ou massique ou de la granulométrie de produits divisés s'écoulant d'un dispositif de stockage ou de production, caractérisé en ce que l'on déverse un flux de produit par au moins un orifice sur une électrode de détection isolée portée à un potentiel différent de celui de l'orifice, en ce que l'on mesure l'intensité du courant s'écoulant de ladite électrode montée dans un circuit de mesure comportant au moins un instrument de mesure, et en ce que l'on engendre un signal représentatif du débit du produit de granulométrie connue ou de la granulométrie du produit à débit volumétrique ou massique connu. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on procède à l'analyse et/ou la comparaison des composantes continue et/ou impulsionnelles du courant s'écoulant de l'électrode de détection. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on mesure indépendamment le débit massique ou volumétrique du produit déversé par ledit orifice. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérise en ce que l'on déverse au moins un produit de granulométrie déterminée par au moins un orifice et en ce que l'on utilise au moins une des composantes du courant mesuré pour asservir le débit du produit s'écoulant par cet orifice. 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on utilise au moins une des composantes du courant mesuré pour contrôler et/ou asservir l'état granulométrique d'un produit issu d'un appareil de production. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif d'amenée permettant l'écoulement d'au moins un produit divise, une électrode placée dans le flux de produit et isolée, polarisée à un potentiel différent de celui du dispositif d'amenée et un circuit de mesure comportant des moyens de mesure pour engendrer un signal représentatif du débit du produit de granulométrie connue ou de la granulométrie du produit à débit volumétrique ou massique connu. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de mesure comportent au moins deux organes agencés pour fournir des signaux liés respectivement aux composantes continue et impulsionnelles du courant s'écoulant de l'électrode. 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un circuit de comptage de particules composant ledit produit. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs circuits de comptage de particules comprenant chacun un amplificateur électronique à seuil de sensibilité déterminée. 10.Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un organe indépendant de mesure du débit massique ou volumétrique du produit déversé par la tremie. ll.Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs trémies destinées à déverser plusieurs produits de granulométrie différente et des organes pour régler le débit de chacune de ces trémies en fonction des signaux fournis par les instruments de mesure. 12.Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour asservir l'état granulométrique d'un produit issu d'un appareil de production en fonction d'au moins une des composantes du courant mesuré.