Brevet FR2575823A1 — publié le 19860711

-- 1 - La présente invention concerne un procédé et un appareil pour mesurer une masse de particules fibreuses en cours de transport au travers de, ou avec un, milieu gazeux. Plusieurs appareils sont disponibles pour déterminer la masse de particules en cours de transport dans, ou au travers, d'un gaz. Green et al., dans un article intitulé "A Low Cost Solids Flow Meter for Industrial Use" publié dans Journal of Physics E: Scientific Instruments, Vol. 22, No. , Octobre 1978, pages 1005-1010, décrivent un instrument pour la mesure du débit d'écoulement d'une masse de solides granulaires ou d'une poudre conducteurs ou non conducteurs et à l'état sec. Tandis que les solides sont transportés dans, et au travers, d'un condensateur formé par les parois d'un convoyeur, la constante diélectrique de l'air dans le champ du condensateur varie et la variation est transformée en un signal électrique qui peut être mis en corrélation avec la masse des solides en écoulement. La demande de brevet en R.F.A. 1.121.822 délivrée le 11 Janvier 1962 au nom de Moller et al., décrit un appareil à mesurer la quantité de matériau convoyé au sein d'un gaz dans un pipeline. Un fil s'étend le long de l'axe du pipeline et un champ électrique est produit entre le fil et la paroi du pipeline. Le fil est réuni à un pont de mesure de capacité et les variations du champ électrique sont rapportées à l'écoulement des solides entre le fil et la paroi du pipeline. Le brevet U.S. 4.312.180 délivré au nom de Reif et al. le 26 Janvier 1982 et intitulé "Detecting Particles" décrit un appareil formé d'une paire d'éléments conducteurs de l'électricité écartés l'un de l'autre, et des moyens pour fournir une tension électrique au voisinage de l'un des éléments. Cete tension produit des ions qui transmettent une charge aux particules en cours de transport le long de l'élément producteur d'ions. Les particules chargées sont déplacées vers l'aval à l'intérieur de l'appareil et détectées par des moyens de détection de charge. Se rapporte également quelque peu au sujet le brevet U.S. 3.478.261 au nom de Forster et al. qui enseigne un - 2 - moyen pour mesurer une charge statique dans une conduite transportant un courant d'hydrocarbure liquide comprenant une paire d'électrodes de charges contraires 'dans la conduite, une source de tension de polarisation, une prise de terre réunie au côté négatif de la tension de polarisa- tion, et une paire d'électromètres placés entre les électrodes et la terre. La somme algébrique des courants s'écoulant depuis les deux électrodes vers la terre indique la quantité de charge statique. Cependant, aucun de ces documents antérieurs n'enseigne un moyen simple de détectionedu débit d'écoulement d'une masse de particules dans un conduit par simple mesure du courant électrostatique provenant de la formation de la charge statique. i5 D'une manière générale, l'invention réside dans la découverte du fait que certaines particules en cours de transport dans un conduit par un milieu gazeux peuvent générer un courant électrostatique mesurable qui est proportionnel au débit d'écoulement de la masse de particu- les dans le conduit. Une distribution uniforme des particu- les dans le conduit n'est pas nécessaire. Les particules auxquelles cette découverte est applicable comprennent en particulier les fibres cellulosiques et les fragments qui sont couramment transportés par des courants d'air dans les procédés industriels. Plus spécifiquement, l'invention concerne un procédé de mesure indirecte du débit de particules transportées dans un conduit par un milieu gazeux qui consiste: (a) à exposer la surface d'un matériau semi-conducteur au courant de particu- les dans le conduit, grâce à quoi des charges statiques se forment sur ladite surface; (b) à drainer les charges statiques depuis ladite surface au travers d'un conducteur électrique, le courant électrique résultant étant propor- tionnel au débit des particules dans le conduit; et (c) à mesurer le courant. Selon un autre aspect, l'invention concerne un débitmè- tre électrostatique adapté à mesurer l'écoulement de particules transportées dans un conduit par un milieu -3- gazeux, ledit appareil comprenant: (a) un élément semi- conducteur générant des charges statiques, isolé électrique- ment du conduit et ayant une surface sur laquelle des charges statiques sont générées lorsqu'il est exposé à un courant de particules; (b) un conducteur électrique relié à la terre, isolé électriquement dudit conduit et en contact avec l'élément semi-conducteur générateur de charges stati- ques; et (c) des moyens adaptés à mesurer le courant électrique s'écoulant dans ledit conducteur, grâce à quoi l'écoulement des particules dans le conduit génère un courant électrique mesurable par le conducteur, ledit courant étant proportionnel en amplitude au débit de particules dans ledit conduit. L'élément semi-conducteur générateur de charges stati- ques (et que l'on appellera ci-après simplement "l'élément") peut être construit en tout matériau qui génère et conduit des charges statiques. Des matériaux convenables comprennent par exemple toutes les matières plastiques ou polymères résineux courants, tels que les matériaux acryliques, les fibres de verre, les polycarbonates, etc. Pour générer des quantités mesurables de charges statiques, il est préférable que la surface exposée de l'élément soit aussi grande que possible sans, cependant, gêner substantiellement l'écoule- ment des particules dans le conduit. Par suite, la géométrie ou la forme spécifique de l'élément peut varier. Par exemple, on peut utiliser une sonde cylindrique en forme de tige dans les cas o il est souhaitable ou nécessaire que le dispositif puisse être inséré au travers de la ou des parois du conduit. En variante, l'élément peut avoir une forme plane, telle qu'une feuille qui est orientée dans le conduit de telle sorte que le plan de la feuille soit parallèle à l'axe du conduit. De cette manière, la surface de l'élément est grande tandis que la gêne à l'écoulement des particules est réduite au minimum. Une autre possibilité de conception est sous la forme d'un cylindre creux qui peut être introduit dans le conduit si son diamètre est plus petit que celui du conduit ou.qui peut être dimensionné de manière à remplacer, en fait, une section dudit conduit. -- 4-- Le conducteur électrique qui draine la charge statique loin de l'élément peut être en tout matériau conducteur de l'électricité, tel qu'un fil de cuivre, capable de conduire la charge électrique au fur et à mesure de sa formation. A cet égard, il est souhaitable que]e conducteur soit disposé sur ou dans l'élément d'une manière qui draine efficacement les charges. Par exemple, un simple point de contact entre le conducteur et un élément ayant une surface très grande serait probablement insuffisante pour drainer toutes les charges statiques au fur et à mesure qu'elles sont formées, par suite de la grande distance que certaines des charges statiques auraient à traverser dans le matériau semi-conduc- teur pour atteindre le conducteur. Une meilleure conception est de distribuer largement le conducteur sur toute la surface de l'élément. Pour garantir une bonne liaison électrique, dans une forme d'exécution préférée, le conducteur est noyé dans l'élément juste au-dessous de sa surface pour assurer un drainage instantané de la charge. - Comme indiqué, une des extrémités du conducteur est reliée à la terre, ce qui cause un écoulement des charges dans le conducteur depuis l'élément jusqu'à la terre. Tout moyen convenable adapté à mesurer un courant électrique peut être utilisé pour détecter l'écoulement de charge, tel qu'un électromètre ou un ampèremètre. Cependant, si la résistance de l'électromètre est élevée par rapport à la chute de tension entre l'élément et la terre, il sera nécessaire de réunir l'extrémité du conducteur qui n'est pas relié à la terre à une source de tension constante (Vc) qui compense la résistance dans le circuit due à la présence de l'électro- mètre. Cela est clairement illustré aux dessins annexés. Dans ces dessins: - la Figure 1 illustre une forme d'exécution de l'invention dans laquelle l'élement semi-conducteur se présente sous la forme d'un tube creux adapté à être inséré dans le conduit transportant les particules de manière à remplacer une section dudit conduit, et - la Figure 2 est une vue en coupe transversale du conduit illustrant une autre forme d'exécution de l'invention, dans laquelle l'élément se présente sous la forme d'une tige introduite au travers de la paroi du conduit transportant les particules. Si l'on se réfère à la Figure 1, on voit qu'elle montre une forme d'exécution de l'invention dans laquelle l'élément 1 est un tube creux en matière acrylique adapté à être inséré- dans le conduit 2 transportant les particules en formant une partie dudit conduit. Chaque extrémité de l'élément est pourvue d'un manchon 3 et/ou d'une bride 3' isolant électrique qui empêche le contact entre le conduit 2 et l'élément. Un matériau convenable pour cet isolateur est le caoutchouc. Le conducteur 4, qui dans cette forme d'exécution est une bande de cuivre, est fixé convenablement sur la paroi interne du tube acrylique et est aligné parallèlement à l'axe du tube. Le conducteur est également isolé électriquement du conduit. On doit noter que le conducteur peut être fixé au tube acrylique semi-conducteur selon de nombreuses configurations différentes. On doit également noter que toute intrusion substantielle du conducteur dans la voie d'écoulement des particules pourrait causer une agglomération du matériau sur le conducteur et son encrassement, avec pour résultat une mesure imprécise. On préfère donc que le conducteur soit noyé dans l'élément juste audessous de sa surface. Une extrémité du conducteur est reliée à la terre via un électromètre 5. L'autre extrémité du conducteur est réunie à une source de tension constante V qui compense la chute de tension dans le c circuit provoquée par la présence de l'électromètre. La source de tension constante peut ne pas être nécessaire si l'électromètre a une résistance suffisamment basse par rapport à l'amplitude du courant généré par les charges statiques formées sur l'élément. En fonctionnement, tandis que les particules s'écoulent dans le conduit et le tube acrylique, des charges statiques se forment sur la surface interne du tube acrylique et sont dissipées vers la terre par le conducteur. Le courant résultant, qui est proportionnel au débit de la masse de -6particules s'écoulant dans le conduit, est mesuré par l'électromètre. La Figure 2 illustre une autre forme d'exécution de l'invention, dans laquelle l'élément 1 se présente sous la forme d'une tige en matière acrylique. On voit une coupe transversale du conduit 2 portant les particules 6. Le conducteur 4 est noyé dans la tige acrylique. Dans ce cas, le conducteur est simplement un fil de cuivre qui s'étend d'un côté à l'autre de la paroi du conduit. L'élément 1 ne touche pas la paroi du conduit et le conducteur est convenablement isolé de la paroi du conduit par un manchon de caoutchouc 7. Comme dans la forme d'exécution de la Figure 1, le conducteur est relié à la terre à une de ses extrémités via un électromètre qui mesure le passage du courant. L'autre extrémité du conducteur est, de préférence, relié à une source de tension constante V. Si le conduit c est en un matériau qui crée ou conduit une charge statique, il est également préférable de mettre le conduit à la terre pour empêcher les fuites de charge depuis le conduit vers l'élément. On comprendra que la configuration spécifique de l'élément et du conducteur peut varier largement à partir des exemples précités, qui ne sont donnés qu'à titre d'illustration, sans sortir du cadre de l'invention. -7 REVENDICATIONS 1 - Dispositif de mesure de l'écoulement de particules transportées dans un conduit par un milieu gazeux, qui comprend: (a) un élément (1) semiconducteur générateur de charges statiques, isolé électriquement dudit conduit (2) et ayant une surface sur laquelle des charges statiques sont générées lorsqu'elle est exposée à l'écoulement de particules; (b) un conducteur électrique (4) relié à la terre, isolé électriquement dudit conduit (2) et en contact avec l'élément (1) générateur de charges statiques; et (c) des moyens pour mesurer le passage du courant électrostatique dans le conducteur (4) depuis l'élément (1) générateur de charges statiques vers la terre, caractérisé en ce que le passage des particules dans le conduit (2) génère un courant électrique mesurable au travers du conducteur (4), lequel courant a une amplitude proportionnelle au débit de particules dans le conduit. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément (1) générateur de charges statiques est une sonde en forme de tige dans laquelle est noyé un fil conducteur (4). 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément (1) générateur de charges statiques est un cylindre creux dans lequel est noyé un conducteur électrique (4) et dans lequel peuvent s'écouler des particules. 4 - Dispositif selon].a revendication 1, caractérisé en ce que l'élément (1) générateur de charges statiques est une sonde plane dans laquelle est noyé un conducteur électrique. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens adaptés à la mesure du courant électrique comprennent une source de courant constant Vc réunie électriquement au conducteur électrique (4) mis à la terre, ladite source fournissant une tension constante au conduc- teur (4) pour compenser la chute de tension provoquée par les moyens de mesure du courant (5). 6 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de l'élément (1) semi-conducteur générateur de charges est un polymère acrylique. 7 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules sont des fibres de cellulose et des fragments de fibres. 8 - Procédé de mesure indirecte du débit de particules transportées dans un conduit par un milieu gazeux, caracté- risé en ce qu'il consiste: (a) à exposer la surface d'un matériau semiconducteur (1) à l'écoulement des particules (6) dans le conduit (2), grâce à quoi des charges statiques sont formées sur ladite surface; (b) à drainer les charges statiques depuis ladite surface (1) au travers d'un conducteur électrique (4), grâce à quoi le courant électrique résultant est proportionnel au débit de particules dans ledit conduit (2); et (c) à mesurer ledit courant.