Brevet FR2542091A1 — publié le 19840907

L'invention concerne les moyens d'analyse de matériaux en poudre et plus particulièrement les appareils pour doser les constituants de poudres en- dispersion. L'invention peut être utilisée pour doser les constituants dispersés de micropoudres dans la plage de granulométrie de 63 à 0,5 ym; par exemple, dans les -in- dustries des médicaments, des parfums et chimiques ainsi qu'à la production et à l'utilisation des matériaux tes que talc, kaolin, craie, quartz, mica, porcelaine, ciments, poudres abrasives. Il existe des dispositifs pour étudier les propriétés physiques d'aérosols industriels et de matériaux en poudre, et dont le principe est basé sur une électrisation préliminaire des particules, suivie d'un traitement des signaux électriques obtenus lors de la mesure des charges des particules (cf, par exemple, le brevet d'invention de l'URSS nO 372483 C.I.B. G01N15/02, 1973 ; le certificat d'auteur des Etats-Unis d'Ameríque nO 3718029, 73/28, 1973). Le dispositif comporte un conduit à gaz servant à créer un flux de particules en suspension, un disposés tif de charge sous la forme d'une électrode produ-isant une décharge en couronne qui charge les particules proportionnellement à leur surface et un dispositif de mesure de la charge totale de l'ensemble de particules. L'inconvénient du présent dispositif réside dans le fait qu'il est destiné surtout à mesurer la concentration des particules d'aérosols industriels ou de matériaux en poudre contenues dans une unité de volume. Il est très difficile d'utiliser ledit dispositif pour -doser les constituants en dispersion. Outre cela, dans les dispositifs connus, le dosage des constituants en dispersion d'une poudre dure de quelques heures à quelques jours, ce qui rend très compliqué le processus technologique dont la poursuite dépend de cette analyse. Il existe un dispositif pour déterminer la composition fractionnée des poudres qui comporte un dispositif de transformation de la poudre en un flux gazeux de particules séparées (atomiseur de l'échantillon de la poudre), une tubulure d'entrée reliée à celui-ci et munie d'un mince tube pour produire un jet d'aérosol, ainsi qu'un filtre pour épurer le gaz et rendre le flux l-ami- naire. Le dispositif comporte également une chambre de charge communiquant avec la tubulure d'entrée, un condensateur de précipitation réalisé sous la forme d'un tube à section en fl et un dispositif pour mesurer la charge totale des fractions séparées. Ce dernier dispositif, à son tour, comporte des capteurs à induction des particules chargees en quantité égale à la quantité de fractions, disposés chacun dans la plaque collectrice du condensateur de précipitation et un amplificateur électrométrique sur l'entrée duquel sont branchés lesdits capteurs à induction. La sortie de l'amplificateur fournit une série d'impulsions caractérisant la composition de la poudre en dispersion à analyser (cf, par exemple, le certificat d'auteur de l'URSS nO 530229, classe G01N15/00,1977).Le dispositif connu comporte également une soufflerie, un ensemble de neutralisation des charges statiques et des sources à haute tension d'alimentation de la chambre de charge et du condensateur de précipitation. L'échantillon prélevé de la poudre à analyser est transformé en un flux gazeux de particules dispersées et à travers le tube mince de la tubulure d'entrée arrive, sous la forme d'un jet d'aérosol, dans la chambre dé charge. Dans la chambre de charge à charge unipolaire spatiale, les particules se chargent, les particules égales prenant des charges égales. Ensuite, le flux des particules chargées arrive dans le condensateur de précipitation où, sous l'action des forces d'un champ électrostatique, a lieu une séparation spatiale de la phase dispersée de l'aérosol en fractions qui se posent aux différentes distances par rapport au point d'entrée du flux dans le condensateur de précipitation.Les capteurs détectent les signaux correspondant à la valeur de la charge des particules de la fraction donnee et caractérisant les dimensions des particules. Ces signaux attaquent l'ampli- ficateur électrométrique à la sortie duquel apparaît une serie d'impulsions caractérisant les constituants dispersés de la poudre à analyser. Après l'enregistrement du signal, on réalise le dépoussiérage et la neutralisation des charges statiques. L'inconvénient du dispositif donné réside dans le fait qu'un branchement direct des capteurs à induction sur l'amplificateur électrométrique entraîne des fuites considérables de la valeur de charge qui porte l'information sur la fraction donnée à partir du capteur à induction. Ceci est dû au fait que se trouve violée la condition principale conformément à laquelle le temps t de mesure des constituants en dispersion doit etre notablement inférieur à la constante de temps t du capteur à induction durant laquelle la valeur de charge totale des particules reste constante, autrement dit t En général, pour la plupart de dispositifs de ce type, le temps t de dosage des constituants en dispersion dépasse 100 s. A son tour, la valeur de la cap-acité C du capteur est due au rapport U = Q/C, où Q est la charge totale des particules de la fractions -et pour obtenir le niveau voulu de la tension U prélevée sur le capteur, sa capacité C ne doit pas dépasser 100 pF. C'est pourquoi, pour remplir la condition t R de l'amplificateur dépassant 1013 Ohms. Il est impossible d'obtenir une telle impédance d'entrée R au branchement direct du capteur à induction sur l'amplificateur électrometrique, parce que les amplificateurs existants possèdent une impédance d'entrée ne dépassant pas Ohms, ce qui ne permet pas de remplir la condition t Le but de l'invention est de créer un appareil de dosage- des constituants de poudres en dispersion qui permettrait d'élever la précision du dosage des constituants de poudres en dispersion tout en réduisant le temps du dosage. Le but est atteint à l'aide d'un appareil de dosage des constituants- de poudres en dispersion qui comporte un dispositif de transformation de la poudre en un flux gazeux de particules séparées, une chambre de charge communiquant avec ce dispositif et dans laquellechaque particule acquiert ùne charge proportionnelle à sa surface, un condensateur de précipitation dans lequel arrive le flux des particules chargées qui se sépare en fractions différentes suivant les dimensions des particules et qui comporte des capteurs de particules chargées en quantité égale au nombre de. fractions, disposés chacun dans une plaque collectrice du condensateur de précipitation et branchés sur un amplificateur électrométrique dont la sortie fournit une série d'impulsions caractérisant les constituants de la poudre en dispersion à étudier, cet appareil étant, conformément à l'invention, caractérisé en ce que le dispositif de mesure de la charge totale des fractions séparées comporte des dispositifs de commutation, dont chacun est muni d'un contact sous ampoule scellée et branché par son entrée sur la sortie du capteur respectif de particules chargées, le capteur étant branché sur l'entrée de l'amplificateur électrométrique à travers ce dispositif de commutation. Il est utile d'isoler chaque contact sous ampoule scellee par rapport au milieu en le disposant d'une façon coaxiale à l'intérieur d'une douille métallique sur laquelle se trouve un enroulement de commande du contact sous ampoule scellée, les bornes du contact étant fixées coaxialement dans deux rondelles diélectriques placées chacune à l'une des extrémités de la douille métallique. Les rondelles diélectriques peuvent etre installées dans les alésages des brides de la douille métallique et l'accouplement étanche des rondelles diélectriques est assuré par des saillies réalisées dans les alésages des brides, les rondelles étant serrées contre ces saillies à l'aide des écrous. L'invention ressortira de la description ult6- rieure des exemples concrets de son exécution schématisés sur les dessins annexés dont - la figure 1 représente un schéma structural de l'appareil de dosage des constituants dispersés, selon l'invention - la figure 2 représente l'un des dispositifs de commutation, selon l'invention. L'appareil de dosage des constituants dispersés de poudres comporte un dispositif 1 (figure 1) pour transformer la poudre en un flux gazeux de particules séparées, une chambre de charge 2, communiquant avec ce dispositif, dans laquelle chaque particule de poudre acquiert une charge électrique proportionnelle à sa surface. La chambre de charge 2 est réalisée d'une façon connue et, par exemple, comporte deux sections à décharge en couronne et une section de charge. A la chambre de charge 2 est relié un filtre électrostatique 3 pour épurer l'air et rendre le flux d'air laminaire, ce filtre étant en communication avec un condensateur de précipitation 4 dans lequel arrive le flux des particules électriquement chargées. L'appareil est également muni d'un dispositif 5 pour mesurer la charge individuelle totale des fractions, lequel, a son tour, comporte des capteurs 6 de particules chargées (figure 2), des dispositifs de commutation 7 (figure î) et un amplificateur électrométrique 8. Le nombre de capteurs 6 (figure 2) est égal au nombre de fractions resultant de la séparation du flux de particules chargées et chaque capteur 6 est disposé dans une plaque collectrice 9 (figure 2) du condensateur de précipitation 4 (figure 1). La sortie de chaque capteur 6 est reliée à une borne du dispositif de commutation 7 correspondant, une autre borne est branchée sur l'entrée de l'amplificateur électrométrique 8.Ainsi, chaque capteur 6 de particules chargées est branché sur l'entrée de l'amplificateur électrometrique 8 via le dispositif de commutation 7 correspondant. Outre cela, l'appareil comporte une soufflante 10 assurant le passage du flux des particules séparées de la poudre à travers la chambre de chargement 2, le filtre 3 et le condensateur de précipitation 4, un dispositif 11 de neutralisation des charges statiques dans le condensateur de précipitation 4 et des sources a haute tension 12, 13 pour alimenter la chambre de charge 2 et le condensateur de précipitation 4, respectivement. Le dispositif 1 pour transformer la poudre en un flux gazeux de particules séparées comporte un atomiseur de poudre 14 et un moyen 15 d'amenée d'air qui envoie simultanément l'air dans le dispositif 11 de neutra lisation des charges statiques. Sur la figure 1 est également représentée une source 16 pour alimenter le dispositif 11. La figure 2 représente un dispositif de commutation qui comporte un contact sous ampoule scellée 17 qui, pour éviter l'influence du milieu, est coaxialement disposé à l'intérieur d'une douille métallique 18. La douille métallique 18 porte un enroulement 19 de commande du contact sous ampoule scellée 17 dont les bornes 20 sont placées sur un meme axe à l'aide de douilles 21 dans des rondelles diélectriques 22. Les rondelles 22 se disposent aux extrémités de la douille métallique 18. L'accouplement étanche des rondelles diélectriques 22 à la douille métallique 18 est réalisé à l'aide de saillies 23 existant dans l'alésage des brides 24de la douille métallique 18. Les rondelles diélectriques 22 sont serrées contre les saillies 23 par des écrous 25. Le dispositif de commutation 7 et les capteurs à induction 6 sont installés sur un même axe dans un cylindre 26, le contact électrique entre eux est assu re à l'aide d'une broche métallique 27 et d'un conducteur 28. La broche 27 et le conducteur 28 sont fixés au centre d'une rondelle diélectrique 29 installée coaxialement dans le cylindre 26 entre le dispositif de commutation 7 et le capteur à induction 6. La base du cylindre 26 est réalisée sous la forme d'un couvercle 30 avec filetage permettant de réaliser le choix de la valeur de la capacité obtenue entre la surface plane du capteur 6 et la base du cylindre 26. Le cylindre 26 est fixé dans la plaque collectrice 9 du condensateur de précipitation 4 à l'aide d'un cylindre creux 31. Le condensateur de précipitation 4 comporte, outre la plaque collectrice 9, une électrode de haute tension 32 fixée rigidement à une plaque diélectrique 33 par une vis 34 et un écrou 35. La plaque collectrice 9 se dispose à une certaine distancie par rapport à l'électrode de haute tension 32 pour former un trajet a parcourir par le flux de particuleschargées. Sur la plaque 9 se déposent les particules chargées de la poudre à étudier et elle est séparée de l'électrode de haute tension 32 par des plaques diélectriques 36. Le dispositif fonctionne de la façon suivante. L'échantillon de la poudre à analyser est mis dans l'atomiseur 14 et, à l'aide de la soufflante 15, il est transformé en un flux de particules dans le gaz arrivant dans la chambre de charge 2. Dans la chambre de charge, il se produit une décharge en couronne due à la source 13, les particules acquièrent des hautes charges unipolaires proportionnelles à la surface des particules (en particulier, au-carré de leur diamètre). Simultanément, il se produit un élargissement du flux. A partir de la chambre de charge 2, le flux de particules chargées est envoyé par la soufflan te- 10 dans le condensateur de précipitation 4 à l'entrée duquel se situe le filtre électrostatique 3 qui fixe la coordonnée d'entrée des particules chargées dans le condensateur de précipitation 4. Dans le condensateur de précipitation 4, sous l'action de forces du champ électrostatique produit par la source 12, il se produit une séparation spatiale des particules-en fractions et la déposition desdites fractions sur les différentes zones de la plaque collectrice 9 au centre de laquelle se situent les capteurs à induction 6 pour chaque fraction. Tant que continuent la déposition et l'accumulation des charges sur les capteurs à induction 6, ils sont débranchés de l'amplificateur électrométrique 8. La charge totale accumulée Q comporte l'information sur le nombre de particules de la fraction donnée parce que Q = nq, où n est le nombre de particules de la fraction, q est la charge d'une particule. La valeur de la charge accumulée après la dè- position de la fraction donnée reste constante durant tout le processus de mesure. A la fin de la séparation du flux en fractions, les capteurs à induction 6 se branchent à tour de rôle à travers le dispositif de commutation 7 sur l'entrée de l'amplificateur électrométrique 8-, et la charte accumulée fuit depuis le capteur à induction 6 par l'impédance d'entrée de l'amplificateur 8, ce qui entraîne l'apparition à la sortie de l'amplificateur 8 d'une impulsion de tension dont l'amplitude correspond d'une façon précise au nombre de particules contenues dans la fraction donnée. L'absence de fuite des charges depuis les capteurs 6 est obtenue par serrage étanche à l'aide de l'é- crou 25 des rondelles diélectriques 22 sur les brides 24 de la douille métallique 18 qui comporte la saillie conique 23 à l'endroit de contact de la rondelle 22 et de la bride de la douille 18. Après la mesure, les charges statiques sont neutralisées par le dispositif 11 alimenté par la soufflante 15 et par la source 16. L'utilisation du dispositif de commutation isolé de l'influence du milieu environnant permet d'élever notablement la précision de la mesure et la fiabilité de l'ap- pareil, d'élargir la gamme de charges à mesurer, de réduire le temps d'analyse des constituants dispersés de poudres, ainsi que de créer les appareils pour analyser les constituants dispersés de poudres qui pourraient fonctionner non seulement dans les laboratoires, mais également dans les chaînes de production. REVEND I CAT TONS 1. Appareil de mesure des constituants disperses de poudres qui comporte un dispositif (1) pour transformer la poudre en un flux gazeux de particules séparées, une chambre de charge (2) communiquant avec le dispositif (1), dans laquelle chaque particule acquiert une charge proportionnelle à sa surface, un condensateur de précipitation (4) dans lequel arrive le flux de particules chargées qui se sépare en fractions différentes suivant les dimensions des particules, un dispositif (5) pour mesurer la charge totale de chaque fraction, muni de capteurs (6) de particules chargées, en nombre égal au nombre de fractions, disposés chacun dans une plaque collectrice (9) du condensateur de précipitation (4) et branchés sur un amplificateur électrométrique (8) dont la sortie fournit une série d'impulsions caractérisant les constituants dispersés de la poudre à étudier, caractérisé en ce que le dispositif (5) de mesure de la charge totale de chaque fraction comporte des dispositifs de commutation (7) dont chacun contient un contact sous ampoule scellée (17) et est branché par son entrée sur la sortie du capteur (6) correspondant de particules chargées, ce capteur (6) étant relié par le dispositif de commutation (7) à l'entrée de l'amplificateur électrométrique (8). 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque contact sous ampoule scellée (17) est isolé de l'influence du milieu environnant. 3. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que chaque contact sous ampoule scellée (17) est disposé coaxialement à une douille métallique (18)- à l'intérieur de celle-ci, cette douille (18) portant un enroulement- (19) de commande du contact sous ampoule scellée (17) dont des bornes (20) sont alignées et fixées dans deux rondelles diélectriques (22) installées chacune à une extrémité de la douille métallique (18). 4. Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les rondelles diélectriques (22) sont installées dans des alésages de brides (24) de la douille (18), l'accouplement étanche des rondelles diélectriques (22) étant assuré par des saillies (23) réalisées dans les alésages des brides (24), et sur lesquelles les rondelles diélectriques (22) sont serrées par des écrous (25).