Brevet FR2626366A1 — publié le 19890728

BALANCE DE SECHAGE EQUIPEE D'UN CIRCUIT D'EVALUATION Et VUE DE LA DETERMINATION DE LA FIN DU SECHAGE. La présente invention a trait à une balance de séchage équipée d'un élément en vue de la délivrance d'énergie pour le séchage d'un produit pesé se trouvant sur le plateau de la balance et équipée d'un ensemble numérique d'évaluation en vue du calcul de la teneur en humidité à partir de la perte de poids mesurée de l'échantillon et en vue de la détermination de la fin du séchage. La structure mécanique de balances de séchage de ce type est décrite par exemple dans la demande de brevet allemand publiée DE-OS 3.615.660. La durée du séchage doit fréquemment être prescrite par l'utilisateur. Ainsi des fluctuations du comportement de séchage d'échantillons individuels peuvent ne pas être pris en considération, c'est pour- quoi les temps à prescrire doivent être pourvus de sup- pl%éments de sécurité considérables, de sorte que les séchages durent généralement inutilement longtemps. Il est en outre connu par la demande de brevet allemand publiée DE-OS 3. 231.004, de calculer le gradient temporel de poids de la courbe de séchage, et de mettre fin au séchage dès que ce gradient est inférieur à me valeur limite prescrite. Comme grandeur de cette valeur limite prescrite, est seulement proposé dans la demande de brevet allemand DE-OS 3.231.004, de rendre la valeur limite égale a la dispersion des points de. mesure. Ainsi cette valeur limite est,dans le cas de petits échantillonsrelativement élevée, tout comme la va- leur limite, dans le cas de conditions dambiance turbulente de la balance de séchage, est également ale- v&e de sorte que la reproductibilité des mesures en souffre. Généralement, la prescription d'une valeur fixe.pour le gradient de poids en tant que critère 5. pour la fin du séchage peut ne prendre en considération que de façon insuffisante les propriétés individuelles de séchage. Il est en outre connu par.la demande de bre- vet japonais 60-230036 (résumés de brevets japonais P-446, 15 Avril, 1986, Vol.l0, N097), par exemple de déterminer par l'accroissement de température de l'-- chantillon l'instant d'une teneur limite en humidité et à partir des données de mesure-à cet instant de cal- culer la teneur en humidité de l'échantillon. Ceci suppose cependant la mesure de la température de 1'-' chantillon, ce qui est difficile dans le cas de balances de séchage. Il est enfin connu par la demande de brevet allemand publiée DE-OS 2.900.782, de calculer des va- leurs d'estimation pour le résultat final du séchage a partir de l'allure de la courbe de séchage, sans que les détails de ce calcul de valeur d'estimation ne soient indiqués dans ce document. En tant que point final,est défini l'instant auquel deux valeurs d'esti- mation successives sont différentes de moins de 1%. Selon ce procédé, le risque existe cependant que par suite de fluctuations fortuites deux (ou même davantage) valeurs d'estimation successives concordent, sans que la fin de la perte de poids soit déjà réellement atteinte * Le risque existe ainsi que le séchage soit interrompu trop tôt. L'objet de l'invention est par conséquent de réaliser une balance de séchage qui prend davantage en considération le comportement de séchage des échan- tillons individuels et par conséquent permet une réduc- tion sensible du temps jusqu'à la délivrance d'un ré- sultat fiable du séchage. Conformément à lt'invention, ceci est obtenu par le fait que l'ensemble numérique d'évaluation cal- cule à partir de l'allure temporelle de la perte de poids du séchage. Dans une première réalisation avantageuse, l'ensemble numérique d'évaluation calcule pour cela la perte en poids A mC de l'échantillon jusqu'au point d'inflexion et définit en tant que point final du sé- chage le point sur la courbe de séchage, auquel la perte de poids de l'échantillon par unité de temps est in- férieure a une fraction fixe deA mc. Dans une seconde réalisation avantageuse, l'ensemble numérique d'évalua- tion calcule la pente de la courbe de séchage au point d'inflexion et définit comme point final du séchage le point sur la courbe de séchage, pour lequel la pente instantanée est inférieure à une fraction prescrite de cette pente au point d'inflexion. Selon une troisième réalisation avantageuse, l'ensemble numérique d'évalua- tion calcule le quotient Amc /, tc C étant la durée de séchage jusqu'à l'atteinte du point d'inflexion et A mC la perte de poids de l'échantillon au point d'in- flexion; en tant que point final du séchage, est alors défini le point sur la courbe de séchage, pour lequel la pente instantanée est inférieure a une fraction pres- crite du quotient tmC / tC. 4 - -* Selon une autre caractéristique avantageuse,. est calcula par l'ensemble numérique d'évaluation non seulement le point d.'inflexion et ainsi fixe le cri- târe pour le point final du séchage, mais en outre également le point de plus grande courbure suivant le point d'inflexion. A partir de ce point de plus grande courbure, la courbe de séchage obéit en général tris bien a une fonction exponentielie comme décrit par exemple dans; 1) TITRE: Automatic Microwave Moisture Meter; AUTEURS: Charles E. Thomas, Manuel C. Bourlas, Tibor S. Laszlo, Donald F. Magin; 14. microwave power, symposium 1979, S.150-152, Monaco 11.-15. Juni 79. 2) TITRE: Feuchtebestimmung mit IR-Trocknungsgeraten t AUTEURS: Dr. Volker Handwerk, Dr. Gînther Maaz, Zeitschrift fUr Lebensmitteltechnologie und -verfahrens- technik, Heft.6,1987, S. 522-526, HUtig-Verlag, Heidelberg. Par consequent, par l'ensemble numérique d'ê- valuation,à partir de ce point de plus grande courbure, une valeur d'estimation pour le poids final peut être tirée a partir de plusieurs points avec une plus grande fiabilité. L'ensemble numérique d'évaluation délivre avantageusement cette valeur d'estimation lors de l'at- teinte dtPpoint final du séchage en tant que poids final; une indication continue ou une indication a la demande de l'opérateur est également avantageusement possible. Selon une autre caractéristique avantageuse, l'ensemble numérique d'évaluation calcule en plus de la valeur d'estimation pour le poids sec, également une valeur d'estimation pour l'instant de fin, et délivre -5 à partir de celle-ci continûment ou à la demande de l'opérateur la durée encore nécessaire jusquaà la fin du séchage. L'opérateur peut ainsi.s'informer à l'avan- ce sur le temps de mesure encore nécessaire prévisible Avantageusement, l'ensemble numérique d'é- valuation actualise en permanence les valeurs d'esti- mation pour le poids sec et pour le temps jusqu'à la fin du séchage. L'invention est décrite ci-après a l'aide des Figures. La Figure 1 représente en coupe la structure mécanique de la balance de séchage. La Figure 2 est un schéma synoptique de l'- lectronique de la balance de séchage. La Figure 3 est une courbe de séchage avec trois points caractéristiques. La Figure 4 représente la courbe de séchage avec la détection du point final selon une première méthode. * - e la Figure 5 représente la courbe de séchage avec la détection du point final selon une secondé méthode. - La Figure 6 représente la courbe-de séchage avec la détection du point final selon une troisième méthode. La Figure 7 représente le champ d'affichage d'une balance de séchage avec indication du temps de mesure encore nécessaire. La balance de séchage de la figure l se com- pose d'un bottier 20 en plusieurs parties, dans lequel est disposé un système de pesée 27. Le type de ce sys- teme de pesée ne joue aucun r8le pour l'invention, par exemple il peut s'agir d'un système électronique selon le principe de la compensationpar force électro- magnétique. Un sots rlateau ' 6 est réuni au système de pesée 27 par l'intermédiaire d'une transmission de force 14. Sur le sous plateau 6 repose de façon amovible le plateau de balance 16 avec l'échantillon à sécher et a peser. Dans le bottier 20 est en outre ih- tégré un affichage 10. Derrière le plateau de balance 16 et le systeme de pesée 27, est représente une lam- pe infrarouge 11, en tant qu'exemple d'élément en vue de la délivrance d'énergie pour le séchage. La fixation de la lampe infrarouge 11 sur le boîtier 20 s'effectue grâce à la douilLe 12 et grâce a une garniture 13. La lampe infrarouge 11 est disposée de sorte que sa direc- tion principale de rayonnement forme avec les angles droits de la balance un angle s'élevant à environ 10...400. La chambre de la lampe infrarouge est séparées, avec circulation tmdérée d'air, de la chambre de pesée 17 par une paroi 15 transparente au rayonnement thermique. La ventilation et le refroidissement de la lampe infrarouge 11 sont assurés par des trous 18 dans'le coté inférieur et le c8té postérieur du bottier 20. La balance de pesée présente en outre un cou- vercle 7, qui est réalisé par exemple en une matière plastique et est métallisé sur son côté interne 7'. Cette surface interne métallisée réfléchit a l'état fermé la lumière de la lampe infrarouge 11 et la pro- jette concentrée sur un échantillon a sécher sur le plateau de balance 16. Le couvercle 7 présente sur son extrémité postérieure supérieure un trou traversant 9, à travers lequel s'étend un axe solidaire du boîtier. Le couvercle 7 est ainsi supporte aà rotation 'a cette extrémité, lors de l'ouverture il s'appuie sur une butée 19 sur le boitier. La poignée 8 sert à saisir le couvercle lors de l'ouverture et de la fermeture. Enfin, sur la Figure 1 est schématiquement représentée l'électronique 21 et une touche de manoeuvre 22. Cette électronique est représentée de manière encore plus détaillée sur la Figure 2. Le signal du système de pesée 27 traverse un étage de prétraitement 1S 26, qui peut être par exemple un convertisseur analo- gique/numérique et un filtre analogique et/ou numé- rique. Le signal de poids parvient ensuite à l'ensem- ble numérique d'évaluation 23,24 et 25, qui se compose par exemple d'un microprocesseur 23, d'une mémoire de programme 24 et d'une mémoire de travail 25 en vue de la mémorisation temporaire de valeurs de mesure etc. L'ensemble numérique d'évaluation assure l'affichage , en outre une sortie numérique peut être prévue. La mémoire de programme 24 contient le programme d'évalua- tion proprement dit et le programme en vue de la déter- mination de la fin du séchage, ainsi qu'il sera décrit ci-après en référence aux Figures 3 à 6. L'ensemble numérique d'évaluation commande également t 'électronique de puissance 30 pour la lampe infrarouge 11. Sur la Figure 3, l'allure temporelle de la perte de poids 1 m d'un échantillon durant le processus de séchage est représentée à titre d'exemple. Cette courbe de séchage.1 commence à l'instant t =0 avec m = 0 et atteint pour des temps importants asympto- tiquement une valeur indiquée en pointillé Amo- pour la perte de poids. Dans l'intervalle, la courbe de sé- chage 1 présente un point d'inflexion 2, pour lequel la pente de séchage est maximale. Le temps associé au point d'inflexion-2 est tc, la perte de poids associée au point d'inflexion 2 est 4 mC. Le point d'inflexion n'est pas seulement le point de plus grande pente de la courbe de séchage 1, il sépare également les deux domaines de courbure différente l'un de l'autre. Dans le domaine t plus forte pente de la courbe de séchage 1. Dans le. domaine t > tC, le point 4 représente le point de plus grande pente (mais de sens de courbure opposée) de la courbe de séchage 1. L'instant associé au point 4 est tK, la perte de poids associée est A mK. Comme la fin "réelle" du processus de séchage n'est atteinte qu'asymptotiquement, est défini,en tant que fin réelle du processus de séchage,le point 5 de la courbe de séchage 1, auquel la valeur finale ûmb. est atteinte a l'intérieur d'une plage de précision prescrite ou auquel la valeur terminale t ma peut àtre estimée mathématiquement à l'intérieur d'une plaae de précision prescrite. Sur les Figures 4 à 6 sont expli- quées trois possibilités différentes pour la fixation du critère pour la fin du séchage en utilisant le point d'inflexion 2. - Sur la Figure 4, la perte de poids mC est C déterminée au point d'inflexion 2 de la courbe de sé- chage 1. En tant que point final est défini alors le point 5', pour lequel la pente de la courbe de séchage 1 est plus petite ou égale a une fraction.fixe de AmC. Sous forme d'équation donc: d I nm) ce cas le point final. Sur la Figure 6 au point d'inflexion 2 de la courbe de séchage 1 est formé le quotient /ïmC/tC. En tant que point final est défini alors le point 5''', pour lequel la pente de la courbe de séchage 1 est infé- rieure ou égale a une fraction fixe e de ce quotient. Sous forme d'équation on obtient donc: d. Am) fixé le point final. Sur les Figures 4 6, les constantes a; b et e ont été choisies relativement grandes à 0,1, afin de pouvoir représenter graphiquement la pente de la courbe de séchage aux points terminaux 5', 5" et 5'''. Ceci correspond à une mesure de teneur en humidité très rapide de précision moyenne. Il va sans dire que des valeurs plus grandes ou plus petites des constantes sont également possibles. La-détermination de la pente d( Lm)/dt de la courbe de séchage est effectuée mathé- matiquement de la façon la plus simple de manière ap- proximative, étant donné que la différence de points de mesure successifs sur la courbe de séchage est formée dans un réseau de temps fixe. Ceci est mathématiquement exact pour la pen- te des cordes entre les aeux points de mesure, mais restitue de façon suffisamment précise la pente de la courbe (= pente des tangentes}. En outre, bien entendu, des formules mathé- matiques usuelles peuvent être utilisées, afin de lisser les différents points de mesure de la courbe de séchage ou il peut être exige que le critère pour le point final soit rempli plusieurs fois en succession (par exemple sur une durée de 10 secondes), afin de délivrer le signal "fin du séchage". Si le point terminal du séchage a été déterminé ^ D--lld =rtt4 E4 1;4SA 3SO 4ne. ct.!'> uÄn _____________ dans le cas le plus simple, la dernière valeur de mesure peut être délivrée en tant que résultat final. Une pré- cision de mesure accrue { par exemple dans le cas d'une même précision de mesure, un temps de mesure plus court) est cependant obtenue, si au lieu de Ceci une vaieur d'es- timation pour Am est calculée a partir de-l'allure de la courbe de séchage et que cette valeur est délivrée. I1 s'est avéré dans ce cas, qu'avec l'estima- tion de t m sur la courbe de séchage I1 peut par exemple être cal- culée 30 secondes après l'instant tK une première va- leur d'estimation pourd m,. Ensuite, cette valeur peut être actualisée par exemple toutes les 10 secondes. Les premières valeurs d'estimation ne sont pas encore aussi précises, mais avec le temps croissant, i'esti- mation devient de plus en plus précise, car plusieurs points de mesure peuvent'être évalués et la courbe de séchage 1 devient toujours plus plate avec le temps. La valeur d'estimation pour À mOx, ou des valeurs dérivées mathématiquement de celle-ci comme la teneur en humidité m, /m0 (mo0 = poids initial d'un échan- tillon), la teneur en. substance sèche etc, peuvent être indiquées en permanence ou a la demande de l'op6- rateur. Pour cette demande, une touche de manoeuvre 22 est prévue a côté de l'affichage 10 (Figures 1 et 2). Exactement comme a partir du point 4 de la courbe de séchage, une valeur d'estimation pour le poids final mw peut être calculée, une valeur d'estimation pour l'instant final tE peut également être calculée. Cette valeur d'estimation n'est certes tout d'abord pas très précise, mais l'opérateur peut donner un 'ordre de crandeur a la durée encore nécessaire au séchage. Dans la forme de réalisation représentée sur la. Figure 7 du champ d'affichage 10 de la balance de séchage, est par consequent prévua cÈté de l'affichage 29 de la teneur en humidité calculée a partir de la valeur -À 12 de mesure instantanée, un autre affichage 28, dans lequel est indique le temps appro4imatif nécessaire jusqu'a la délivrance du résultat final. Cette indica- tion est calculée une seule fois par l'ensemble num6- rique d'évaluation soit a la suite du point 4 et dé- crgmentée en permanence sur une heure, soit le point final du séchage est estime a nouveau en permanence a partir des nouvelles valeurs de mesure et cette va- leur d'estimation la plus récente est délivrée. Lors de l'atteinte du point final du séchage, la ligne su- pgrieure 28 de l'affichage 10 sur la Figure 10 s'éteint. et le résultat final du séchage est affiché, éventuel- lement avec l'indication "résultat final" sur la ligne. supérieure. R E V E N D I C A T I O N S 1. Balance de séchage équipée d'un élément en vue de la délivrance d'énergie pour le séchage d'un produit de pesée se trouvant sur le plateau de la ba- lance, équipée d'un ensemble numérique d'évaluation en vue du calcul de la teneur en humidité à partir de la perte de poids mesurée de l'échantillon et en vue de la détermination de la fin du séchage, caractérisée en ce que l'ensemble numérique d'évaluation (23/24/25) calcule à partir de l'allure temporelle la perte de poids (courbe de séchage) le point d'inflexion (2) et en tire le critère en vue de la détermination de la fin du séchage. 2. Balance de séchage selon la revendication 1, caractérisee en ce que l'ensemble numérique d'évaluation (23/24/25) calcule la perte de poids A mC de l'échan- tillon lors de l'atteinte du point d'inflexion (2) et met fin au séchage, dès que la perte de poids de l'échan- tillon par unité de temps devient inférieure a une frac- tion prescrite de oÈmc. 3. Balance de séchage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ensemble numérique d'évalua- tion (23/24/25) calcule la pente au point d'inflexion (2) et met fin au séchage dès que la pente instantanée de la courbe de séchage (1) devient inférieure a une fraction prescrite de la pente au point d'inflexion. 4. Balance de séchage selon la reiendication 1, caractérisée en ce que l'ensemble numérique d'évalua- tion (23/24/25) forme le quotient A mC /tc a partir de la perte de poids tm de l'échantillon lors de l'attein- C te du point d'inflexion. (2) et de la durée de slchage tC jusqu'à l'obtention du point d'inflexionl et met fin au séchage des que la pente instantanée de la courbe de séchage (1) est plus petite qu'une fraction prescri- te du quotient mC / tC. 5. Balance de séchage selon une des revendica- tiens i à 4, caractérisée en ce que l'ensemble numgri- que d'évaluation (23/24/25) calcule en outre le point de plus grande courbure (4) suivant le point d'infle- xion (2) et à partir de ce point de plus grande courbure calcule à partir de plusieurs points de la courbe de séchage (1) une valeur d'estimation pour le poids sec. 6. Balance de séchage selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'ensemble numérique d'évalua- tion (23/24/25) d6livre,lors de l'atteinte de la fin du séchage,une valeur d'estimation en tant que poids final du séchage. 7. Balance de séchage selon une des revendi- cations 5 ou 6, caractérisée en ce que J'enseMble- ntm- rique d'évaluation (23/24/25) délivre la valeur d'esti- mation continûement ou à la demande de l'opérateur. Balance de séchage selon l'une des revendica- tions 5 a 7, caractérisée en ce que l'ensemble numêri- que d'êvaiuation-(23/24/25) calculeen plus de la valeur d'estimation pour le poids secTgalement une valeur d'estimation pour l'instant de terminaison et à partir de cette valeur d'estimation délivre la durée néces- saire jusqu'à la fin du séchage continuement ou a la demande de l'opérateur. 9. Balance de séchage selon une des revendica- tions 5 3 8, caractérisée en ce que l'ensemble'numéri- que d'évaluation (23/24/25) actualise en permanence la/les valeurns? d'estimation jusqu'à l'atteinte de la fin du séchage.