Brevet FR2731072A1 — publié le 19960830

1. L'invention concerne un dispositif de mesure pour l'un d'au moins deux constituants volatils d'un liquide, notamment d'un liquide de fermentation, comportant un boîtier, un capteur disposé dans le boîtier pour mesurer un constituant et comportant une membrane de perméation appli- quée contre un corps de support, et qui sépare un canal pour gaz porteur, ouvert en vis-à-vis de cette membrane et prévu dans le corps de support, par rapport au liquide, le canal du gaz porteur étant raccordé à une canalisation d'arrivée du gaz porteur et étant relié au capteur par l'intermédiaire d'une canalisation de sortie du gaz por- teur. Le dispositif de mesure connu de ce type (brevet européen EP 0 054 537) possède un noyau de support cylin- drique, qui pénètre dans un récipient à fermentation et est prévu pour une membrane de perméation se présentant sous la forme d'un élément de tuyau, qui entoure un filetage du noyau de support, agissant en tant que canal de circulation d'un gaz porteur. Ce filetage est relié, par une extrémité, à une canalisation d'arrivée du gaz porteur et, au niveau de l'autre extrémité, à un perçage axial du noyau de sup- port, qui sert à évacuer le gaz porteur et débouche dans la zone d'un capteur de mesure. Les constituants volatils, qui s'évacuent du liquide de fermentation, en enveloppant le noyau de support pourvu de la membrane de perméation, tra- versent cette membrane et sont entraînés, au moyen du gaz porteur, à travers le filetage du noyau de support et à travers son perçage axial jusqu'à la sonde de mesure, qui mesure le constituant dont la quantité doit être détermi- née, par exemple sur la base d'une résistance électrique qui dépend de la concentration de ce constituant. Un incon- vénient dans ce dispositif de mesure connu est d'une part que, lors de la mesure de l'un de deux ou de plusieurs constituants volatils du liquide de fermentation, le résul- tat de mesure peut être grandement faussé par les pourcen- tages différents des composants, qui ne sont pas à mesurer, dans le gaz porteur, et d'autre part qu'en dépit de la dis- position du noyau de support dans un boîtier ajouré, la membrane de perméation est sensible à des endommagements mécaniques, une zone non étanche de la membrane de perméa- tion par rapport au liquide de fermentation conduisant immédiatement à une charge du capteur de mesure par le liquide et par conséquent à sa défaillance. C'est pourquoi l'invention a pour but d'éviter ces inconvénients et d'agencer un dispositif de mesure pour l'un d'au moins deux constituants volatils d'un liquide, notamment d'un liquide de fermentation, du type décrit plus haut avec des moyens simples du point de vue construction de manière que les altérations de la mesure par les consti- tuants volatils, qui ne doivent pas être mesurés, soient réduite jusqu'à un degré admissible et que le risque d'une défaillance du capteur de mesure sous l'effet d'un endomma- gement mécanique de la membrane de perméation soit réduit. L'invention résout le problème posé grâce au fait que le corps de support forme un bouchon de fermeture d'une ouverture du boîtier, qui est recouverte par la membrane de perméation appliquée contre une face frontale du bouchon de fermeture, et que la membrane de perméation est constituée par au moins deux couches présentant une résistance de tra- versée différente pour les constituants liquides. Le fait que la membrane de perméation soit constituée par au moins deux couches, qui présentent, vis- à-vis des constituants volatils du liquide, une résistance de traversée différente, réduit d'une manière étonnante, à un degré admissible, la dépendance de la mesure du consti- tuant à déterminer vis-à-vis du pourcentage respectif de l'autre constituant. Bien que le résultat de l'action com- binée de ces différentes couches en rapport avec la mesure du capteur détermine l'un des constituants, on ne peut pas obtenir d'indications plus précises concernant l'interac- tion, qui conduit à ce résultat, des couches de la mem- brane. Manifestement il se produit une influence, en des sens opposés pour les différents constituants, sur les concentrations des constituants dans le gaz porteur de sorte que notamment la dépendance de la mesure vis-à-vis de différentes concentrations variables des différents consti- tuants volatils dans le liquide peut être très largement réduite. En outre, la structure en couches de la membrane de perméation fournit une sécurité accrue vis-à-vis d'une pénétration du liquide dans le canal du gaz porteur, étant donné que, dans le cas d'un endommagement mécanique de la membrane de perméation, tout d'abord seule une couche de cette membrane est atteinte ou bien une contrainte méca- nique accrue est nécessaire pour la pénétration dans les deux couches. A cela s'ajoute le fait qu'en raison de l'agencement du corps de support pour la membrane de per- méation sous la forme d'un bouchon de fermeture d'une ouverture du boîtier, on obtient une unité de construction simple et compacte, qui convient d'une manière remarquable pour loger une membrane de perméation à plusieurs couches, étant donné que les différentes couches de la membrane de perméation, formées habituellement par des peaux respec- tives de la membrane, doivent être simplement appliquées les unes sur les autres et être tendues à l'aide du bouchon de fermeture sur l'ouverture du boîtier. Les couches s'étendent de préférence à plat, mais s'appliquent, sous l'effet de la pression du liquide, contre la face frontale du bouchon de fermeture, de sorte que leur configuration dépend de la configuration de la face frontale. Le matériau différent des couches de la membrane de perméation doit être choisi en tenant compte des consti- tuants volatils considérés du liquide. Pour le contrôle de la fermentation acétique, pour la commande de laquelle il faut déterminer la teneur en alcool, c'est-à-dire la concentration en éthanol, mais qui, lors de la mesure au moyen de la sonde dans le cas de l'utilisation d'une seule peau de membrane, est reproduite de façon erronée par la concentration respective en acide acétique, l'ensemble des couches de la membrane de perméation est constitué d'une part par un silicone et d'autre part par un polytétra- fluoroéthylène, s'est bien comporté. Avec ces matériaux pour la membrane, on a pu réduire la dépendance de la mesure de l'alcool vis-à-vis de la concentration respective en acide acétique à un degré admissible pour la commande de la fermentation acétique. Le dispositif de mesure selon l'invention peut être agencé sous la forme d'un appareil pouvant être inséré dans le récipient pour liquide, ou bien être disposé sur l'enveloppe extérieure du récipient pour liquide, qui dans ce cas doit être pourvu d'une ouverture de passage en di- rection du dispositif de mesure. Pour pouvoir fermer d'une manière étanche au liquide cette ouverture de passage pré- sente dans le récipient pour liquide dans le cas o des travaux de maintenance ou d'entretien sont exécutés sur le dispositif de mesure, le boîtier peut être fixé, du côté de son ouverture portant la membrane de perméation, de manière à être réglable sur une plaque de base, qui possède une ouverture de passage coopérant avec l'ouverture du boîtier et est déplaçable par rapport au boîtier au moins sur une distance correspondant au diamètre de l'ouverture de pas- sage dans la direction de réglage. Si le récipient pour liquide porte cette plaque de base, au moyen d'un simple déplacement du boîtier par rapport à cette plaque de base, l'ouverture de passage de cette plaque peut être fermée par le boîtier, auquel cas le bouchon de fermeture vient s'appliquer à l'extérieur de l'ouverture de passage formée dans la plaque de base, et par conséquent, peut être égale- ment retiré du boîtier par exemple pour un remplacement de la membrane, sans qu'il y ait à craindre une sortie du liquide du récipient, à travers le boîtier du dispositif de mesure. Pour réduire plus encore le risque d'endommage- ment du capteur par un liquide pénétrant dans le boîtier dans le cas d'endommagements, par l'intermédiaire du canal du gaz porteur du bouchon de fermeture, le capteur peut être disposé au-dessus du bouchon de fermeture dans le boî- tier de telle sorte que, dans le cas d'une telle signalisa- tion d'endommagements, le dispositif de mesure peut être déconnecté en temps opportun. La signalisation elle-même de l'endommagement peut s'effectuer par l'intermédiaire d'un détecteur de liquide, qui est prévu dans une branche, qui s'étend vers le bas à partir du bouchon de fermeture, de la canalisation d'évacuation du gaz porteur. La mesure d'un constituant volatil d'un liquide par le capteur dépend de la température. Afin de garantir une bonne compensation en température de la mesure effec- tuée par le capteur, la température du liquide est détermi- nante dans la zone directe du dispositif de mesure. Pour pouvoir satisfaire de façon simple à cette exigence, sans avoir à utiliser des capteurs de température particuliers dans le récipient pour liquide, on peut utiliser un tel capteur de température pour réaliser la compensation en température de la mesure du capteur dans le bouchon de fer- meture. Bien que les processus de fermentation, comme par exemple une fermentation acide, permettent l'utilisation de dispositifs de mesure selon l'invention, leur utilisation n'est naturellement pas limitée à ce domaine d'utilisation et s'applique avantageusement partout o il s'agit de déterminer quantitativement l'un de plusieurs constituants volatils d'un liquide, indépendamment des concentrations des autres constituants. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexés, sur les- quels: - la figure 1 représente un dispositif de mesure selon l'invention pour la mesure de l'un d'au moins deux constituants volatils d'un liquide de fermentation, selon une vue de face, le couvercle du boîtier étant retiré; - la figure 2 représente ce dispositif suivant une coupe prise suivant une ligne II-II sur la figure 1; - la figure 3 représente d'une manière partielle et sous la forme d'une coupe transversale à plus grande échelle la membrane de perméation appliquée contre un bou- chon de fermeture; - la figure 4 représente la variation de l'erreur de mesure, qui apparaît lors de la mesure de l'alcool d'une fermentation acétique avec un dispositif de mesure connu, en fonction de la concentration en acide acétique pour dif- férentes concentrations d'alcool; et - la figure 5 est une représentation, qui corres- pond à celle de la figure 4, de la variation de l'erreur de mesure dans le cas de l'utilisation d'un dispositif de mesure selon l'invention. Le dispositif de mesure représenté sur les figures 1 à 3 possède un boîtier 2 pourvu d'un couvercle amovible 1, dans lequel est logé un capteur 3 servant à mesurer un constituant volatil déterminé, entraîné à l'aide d'un gaz porteur, d'un liquide de fermentation, par exemple de l'alcool éthylique dans le cas d'une fermentation actique. Pour loger le constituant volatil à mesurer il est prévu, dans le boîtier, une ouverture 4 pourvue d'un bou- chon de fermeture 5, qui forme, sur sa face frontale exté- rieure, un canal 7 de circulation du gaz porteur, qui est recouvert par une membrane de perméation 6 et se présente sous la forme d'une rainure spiralée, qui, dans la zone de son extrémité médiane d'entrée, est reliée à une canalisa- tion d'arrivée 9 par l'intermédiaire d'un perçage axial 8 et, dans la zone de l'extrémité extérieure de sortie, est reliée, par l'intermédiaire d'un perçage axial 10, à une canalisation de sortie 11 pour le gaz porteur, qui aboutit au capteur 3, à partir duquel le gaz porteur chargé par les constituants volatils est évacué hors du boîtier 3 par l'intermédiaire d'une canalisation 12 d'évacuation du gaz. La canalisation d'évacuation 11 pour le gaz porteur forme une branche de canalisation lia, qui s'étend vers le bas à partir du bouchon de fermeture 5 et qui est pourvue d'un détecteur de liquide 13, au moyen duquel un passage du liquide à travers la membrane de perméation 6 peut être déterminé, de manière à permettre l'arrêt du dispositif de mesure avant un endommagement sous l'effet d'une charge par le liquide. Conformément à la figure 3, la membrane de per- méation 6 est constituée par deux couches 6a et 6b formées chacune par une peau de membrane et qui sont serrées d'une manière étanche au liquide, entre un épaulement annulaire rentrant 14 dans la zone de l'ouverture 4 du boîtier, et le bouchon de fermeture 5 et qui s'appliquent contre la face frontale extérieure du bouchon de fermeture à l'encontre de la pression du liquide de fermentation, avec lequel est chargée l'ouverture 4 du boîtier. Les forces de serrage servant à serrer la membrane de perméation 6 sont appli- quées par des vis de serrage 15, qui agissent sur des élé- ments de compression 16, qui s'engagent par-dessus le bou- chon de fermeture 5. Ce qui est essentiel dans la structure à couches de la membrane de perméation 6, c'est que les différentes couches 6a, 6b possèdent une résistance de traversée qui est différente vis-à-vis des constituants volatils du liquide de fermentation appliqué. A cet effet, l'une des deux couches 6a, 6b peut être constituée par un silicone et l'autre par un polytétrafluoroéthylène, ce qui s'est avéré approprié notamment en liaison avec la détermination de la concentration d'alcool lors d'une fermentation acétique. La membrane de perméation 16 est en effet traversée non seule- ment par l'alcool, mais également par l'acide acétique éga- lement volatil, qui influe également sur la résistance électrique du capteur 3, qui est évaluée pour la détermina- tion de la concentration en alcool, de sorte que ceci peut conduire à des indications erronées de la teneur en alcool du liquide de fermentation. Sur la figure 4, sur laquelle on a porté en ordonnées les erreurs de mesure en % en volume d'alcool et en abscisses la teneur en acide acétique du liquide de fermentation en g/100 ml, une courbe d'erreur de mesure typique pour l'utilisation d'une membrane de per- méation à une seule couche est représentée pour différentes concentrations d'alcool. Ainsi par exemple la courbe A, qui est représentée par des lignes formées de tirets et qui est enregistrée pour une faible teneur en alcool de 0,08 % en volume, présente une erreur de mesure négative, qui diminue tout d'abord alors que la teneur en acide acétique aug- mente, puis une erreur de mesure positive, qui augmente avec la teneur en acide acétique. La courbe B, qui est déterminée pour une teneur supérieure en alcool de 4,09 % en volume et est représentée par une ligne en trait plein, reproduit une variation de sens opposé des erreurs de mesure. Seule la courbe C marquée en trait mixte, qui concerne une teneur moyenne en alcool de 2,03 % en volume, représente une variation d'erreur de mesure qui est moins dépendante de la concentration en acide acétique. Compara- tivement aux courbes d'erreurs de mesure A, B et C, dans le cas d'utilisation d'une membrane de perméation à deux couches possédant une peau en silicone et une peau en polytétrafluoroéthylène, on obtient des erreurs de mesure nettement plus faibles pour des conditions de mesure par ailleurs identiques, comme cela peut être tiré de la figure , sur laquelle les courbes a, b et c correspondent aux courbes A, B et C de la figure 4. Conformément à l'exemple de réalisation repré- senté, le dispositif de mesure est disposé sur l'enveloppe 17 d'un récipient de fermentation, et ce par l'intermé- diaire d'une plaque de base 18 utilisée comme plaque de raccordement et qui possède une ouverture de traversée 19 pour le passage du liquide depuis le récipient de fermenta- tion jusqu'à la membrane de perméation 6 qui recouvre l'ouverture 4 du boîtier. Le boîtier 2 du dispositif de mesure est guidé de manière à être déplaçable par rapport à la plaque de base 18, grâce à des vis de fixation 21 s'en- gageant dans des trous allongés 20, de sorte que, lorsque ces vis de fixation 21 sont desserrées, on peut déplacer le boîtier 2 jusqu'à ce que ce dernier ferme l'ouverture de passage 19 située dans la plaque de base 18 et on peut retirer le bouchon de fermeture 5 du boîtier 2, sans avoir à craindre une sortie de liquide hors du récipient de fer- mentation. Etant donné que le pourcentage de constituants volatils dans le liquide de fermentation dépend de la tem- pérature du liquide, pour la compensation en température de la mesure, il faut détecter la température du liquide autant que possible dans la zone de la membrane de perméa- tion. A cet effet, on peut introduire avantageusement dans le bouchon de fermeture 5 un capteur de température 22, qui prend la température du liquide. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure pour l'un d'au moins deux constituants volatils d'un liquide, notamment d'un liquide de fermentation, comportant un boîtier, un capteur disposé dans le boîtier pour mesurer un constituant et comportant une membrane de perméation appliquée contre un corps de support, et qui sépare un canal pour gaz porteur, ouvert en vis-à-vis de cette membrane et prévu dans le corps de sup- port, par rapport au liquide, le canal du gaz porteur étant raccordé à une canalisation d'arrivée du gaz porteur et étant relié au capteur par l'intermédiaire d'une canalisa- tion de sortie du gaz porteur, caractérisé en ce que le corps de support forme un bouchon de fermeture (5) d'une ouverture (4) du boîtier, qui est recouverte par la mem- brane de perméation (6) appliquée contre une face frontale du bouchon de fermeture (5), et que la membrane de perméa- tion est constituée par au moins deux couches (6a, 6b) pré- sentant une résistance de traversée différente pour les constituants liquides. 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches (6a,6b) de la membrane de perméation (6) sont constituées d'une part par du silicone et d'autre part par un polytétrafluoroéthylène. 3. Dispositif de mesure selon l'une des revendi- cations 1 ou 2, caractérisé en ce que du côté de l'ouverture (4) du boîtier pourvu de la membrane de perméa- tion (6), le boîtier (2) est fixé, d'une manière à être réglable, sur une plaque de base (18), qui possède une ouverture de passage (19) coopérant avec l'ouverture (4) du boîtier et est déplaçable par rapport au boîtier (2), au moins sur une distance qui correspond au diamètre de l'ouverture de passage (19) dans la direction de réglage. 4. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le capteur (3) est disposé au-dessus du bouchon de fermeture (5) dans le boîtier (2). 5. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la canali- sation (11) de sortie du gaz porteur comporte une branche (lia) qui s'étend vers le bas à partir du bouchon de ferme- ture (5) et comporte un détecteur de liquide (13). 6. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un capteur de température (22) servant à réaliser une compensation en température de la mesure du capteur est inséré dans le bou- chon de fermeture (5).