Brevet FR2793881A1 — publié le 20001124

"Appareil pour le prélèvement d'un échantillon volumétrique de liquide et installation autonome de prélèvement comportant un tel appareil" La présente invention concerne un appareil pour le prélèvement volumétrique d'un échantillon d'un liquide qui circule dans un tuyau, notamment dans un tuyau appartenant à une ligne de transfert du liquide. L'invention concerne aussi une installation autonome pour le prélèvement automatisé d'échantillons de liquide dans un tuyau. Dans de nombreux domaines, il est souhaitable de pouvoir prélever des échantillons de liquide afin de réaliser différents tests et analyses du liquide prélevé. En fonction des applications, les prélèvements doivent être effectués dans des conditions telles que les échantillons prélevés sont parfaitement conformes au liquide qui circule dans la ligne de transfert, c'est-à-dire notamment dans des conditions telles que les échantillons ne subissent aucune pollution physique et/ou chimique et/ou bactériologique, c'est- à-dire que les prélèvements sont effectués sans contact avec l'extérieur. De plus, il peut être nécessaire d'effectuer un grand nombre de prélèvements de manière répétée et régulière, la précision du volume de l'échantillon prélevé et la régularité des prélèvements successifs étant alors un paramètre important pour garantir la représentativité de l'échantillonnage global. Dans ce but, l'invention propose un appareil caractérisé en ce qu'il comporte un corps qui délimite un cylindre dans lequel un piston de prélèvement est monté coulissant axialement entre une position sortie de prélèvement dans laquelle l'extrémité libre avant du piston, qui comporte une chambre périphérique de prélèvement, fait saillie axialement vers l'avant à l'extérieur du cylindre et à l'intérieur du tuyau, et une position rentrée de remplissage d'un flacon d'échantillon dans laquelle la chambre périphérique de prélèvement est disposée axialement en regard d'un conduit radial de transfert qui débouche vers l'extérieur dans un boîtier de réception de l'échantillon prélevé associé au corps et qui reçoit un flacon amovible d'échantillon dans lequel l'échantillon prélevé est transféré automatiquement par gravité, sans contact avec l'extérieur, à travers une aiguille creuse solidaire du conduit de transfert, et en ce que l'extrémité libre arrière du piston est associée à des moyens de commande de ses déplacements en coulissement axial dans les deux sens du piston. Selon d'autres caractéristiques de l'appareil - le piston de prélèvement est une tige cylindrique montée coulissante de manière étanche dans le cylindre et dont l'extrémité libre arrière est élargie et est montée coulissante dans une chambre de commande du corps pour constituer un vérin de commande des déplacements du piston ; - le boîtier de réception comporte une partie supérieure fixe reliée au corps et une partie inférieure amovible pour le remplacement du flacon ; - la partie inférieure du boîtier de réception est montée articulée par rapport à la partie supérieure ; - l'aiguille creuse est montée de manière amovible sur le corps ; - le corps comporte un conduit radial de lavage qui débouche radialement dans le cylindre et qui est susceptible d'être reliée à une canalisation externe dans laquelle circule un fluide de lavage et/ou de rinçage et/ou de séchage ; - le boîtier de réception comporte un orifice inférieur d'évacuation du fluide de lavage et/ou de rinçage et/ou de séchage. L'invention propose aussi une installation autonome pour le prélèvement automatisé d'échantillons de liquide dans un tuyau, notamment dans un tuyau appartenant à une ligne de transfert du liquide, caractérisée en ce qu'elle comporte un appareil de prélèvement selon l'invention, et en ce qu'elle comporte des moyens programmables de pilotage des moyens de commande des déplacements en coulissement axial dans les deux sens du piston de prélèvement. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - elle comporte un tronçon fixe de canalisation auquel est raccordée transversalement la partie d'extrémité avant du corps pour prélever des échantillons de liquide circulant dans le tronçon, et des moyens de raccordement du tronçon de canalisation à un tuyau dans lequel circule le liquide ; - elle comporte une unité de lavage et/ou de rinçage de l'appareil de prélèvement qui comporte un réservoir de fluide de lavage et/ou de rinçage dont la sortie est reliée au conduit de lavage du corps de l'appareil et une source de gaz sous pression qui peut être reliée au réservoir de liquide de lavage et/ou de rinçage pour le propulser dans le conduit de lavage ; - la source de gaz sous est aussi reliée directement au conduit de lavage pour une opération de séchage de l'appareil afin d'éviter la dilution de l'échantillon suivant par le liquide de lavage et/ou de rinçage ; - elle comporte des moyens de détection de la présence de liquide dans le tronçon de canalisation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en élévation qui illustre les principaux composants et éléments constitutifs de l'installation autonome de prélèvement conforme aux enseignements de l'invention ; et - la figure 2 est une vue en section axiale et par un plan vertical de l'appareil de prélèvement selon l'invention intégré à l'installation représentée à la figure 1. Dans la description qui va suivre, on utilisera, à titre non limitatif, les termes vertical, horizontal, avant, arrière, supérieur, inférieur, etc. en référence aux figures. L'installation 10 représentée à la figure 1 comporte un boîtier 12 en forme d'armoire ouverte dans sa face frontale dans laquelle est agencé, parmi d'autres éléments, un appareil de prélèvement 14 qui est représenté en détail à la figure 2. L'appareil de prélèvement 14 est constitué pour l'essentiel par un corps métallique 16 d'orientation axiale horizontale qui est réalisé ici en deux parties arrière 18 et avant 20 qui sont reliées entre elles par un raccordement à "clamp" démontable 22. Le corps 16 est conformé en un cylindre d'axe générai A et l'extrémité libre avant 24 de sa partie axiale avant 20 est fixée sur un tronçon de canalisation 26 qui est ici d'orientation générale verticale avec son axe V perpendiculaire et concourant à l'axe A. À titre d'exemple, la fixation du corps 16,20 sur le tronçon de canalisation 26 est réalisée par soudage. Le corps cylindrique creux 16 de l'appareil 14 reçoit en coulissement axial un piston 28 en forme générale de tige cylindrique qui est montée coulissante axialement de manière étanche dans une douille centrale de guidage 30 montée entre les deux parties arrière 18 et avant 20, avec interposition de joints toriques d'étanchéité 32. La partie d'extrémité axiale arrière élargie 34 du piston 28 porte un joint torique d'étanchéité 36 pour coulisser de manière étanche dans la partie arrière 18 qui délimite une chambre cylindrique de grand diamètre 38 pour constituer, avec la partie élargie 34 formant piston de commande, un vérin de commande des déplacements axiaux, dans les deux sens, du piston 28, les deux parties opposées de la chambre 38 étant reliées à l'extérieur par deux raccords avant 40 et arrière 42. Sur la figure 2, le piston 28 est illustré en trait plein dans sa position extrême arrière rentrée de remplissage du flacon d'échantillon, et il est susceptible d'occuper la position axiale extrême opposée, avant et sortie de prélèvement, qui est représentée en silhouette et dans laquelle sa partie d'extrémité libre avant 44 fait saillie axialement vers l'avant hors du corps 16, 20 pour s'étendre axialement à l'intérieur du tronçon de canalisation 26. Pour constituer une chambre périphérique de prélèvement 46, la partie d'extrémité axiale avant 44 du piston 28 comporte un tronçon 48 de diamètre réduit qui est délimitée par deux épaulements radiaux en vis-à-vis de part et d'autre desquels sont disposés deux joints toriques d'étanchéité 50 portés par le piston 28. Dans la position arrière rentrée du piston 28, la chambre cylindrique annulaire périphérique de prélèvement est située axialement en regard d'u n perçage radial 52 d'orientation verticale vers le bas qui est formé dans un conduit annulaire 54 qui prolonge radialement vers l'extérieur la partie correspondante de la partie avant 20 du corps 16. Le conduit radial de transfert 52, 54 débouche radialement vers l'intérieur dans le cylindre au droit de la chambre de prélèvement 46 et il débouche radialement vers l'extérieur, c'est-à-dire verticalement vers le bas, en direction d'une chambre de réception 56. Plus précisément, la chambre de réception 56 appartient ici à un flacon 58 destiné à recueillir le ou les échantillon(s) prélevé(s) par appareil 14. Le flacon 58 est un flacon cylindrique fermé à sa partie supérieure par une membrane étanche en caoutchouc 60 qui, lorsque le flacon 58 est dans sa position de prélèvement illustrée à la figure 2, est traversée par une aiguille creuse de prélèvement 62. Le flacon de prélèvement 58 est monté de manière amovible dans un boîtier inférieur de réception 64 porté par le corps 16. Dans l'exemple illustré sur les figures, le boîtier 64 comporte une partie supérieure fixe 66 reliée à une jupe 68 de la partie avant 20 du corps 16, et il comporte une partie inférieure 70 qui est amovible, ici partiellement par basculement autour d'un axe horizontal 72, pour permettre d'ouvrir verticalement vers le bas le boîtier 64 en vue du remplacement du flacon 58, la liaison en position fermée du boîtier 64, entre ses parties supérieure fixe 66 et inférieure amovible 70 étant assurée par un crochet 74. Lorsque l'on introduit un nouveau flacon 58 dans le boîtier 64, verticalement de bas en haut, l'aiguille creuse 62 transperce automatiquement la membrane 60. Il peut bien entendu être prévu que l'aiguille creuse 62 soit montée de manière amovible afin de la remplacer aisément. Comme cela sera expliqué par la suite, afin de permettre un lavage et un séchage de l'appareil, la partie inférieure 70 du boîtier 64 comporte un orifice 76 d'évacuation de liquide et/ou de gaz. Dans le même but, il est prévu un perçage radial formant un conduit radial de lavage 80 qui s'étend radialement vers l'extérieur, ici verticalement vers le haut, depuis la partie avant 20 du corps 16, au droit du perçage de transfert 52 et en regard de la chambre de prélèvement 46 lorsque le piston 28 est dans sa position arrière rentrée. Pour le prélèvement d'un échantillon, de volume déterminé, d'un liquide circulant dans la canalisation 26, et en partant de la position arrière rentrée représentée à la figure 2, il suffit d'amener - par le vérin 34, 36, 38 - le piston 28 avec sa chambre de prélèvement 46 dans sa position avant sortie illustrée en silhouette. Dans cette position, la chambre 46 se remplit de liquide et il suffit alors de ramener axialement vers l'arrière le piston 28 dans sa position arrière rentrée de remplissage du flacon pour que le liquide "piégé" dans la chambre de prélèvement 46 soit évacué automatiquement, par gravité, dans la chambre 56 du flacon 58, à travers le conduit radial de transfert 52 puis à travers l'aiguille creuse 62. En se reportant à la figure l on voit que le tronçon de canalisation 26 est un tronçon fixe appartenant à l'installation 12 et, plus précisément, qui est fixé dans l'armoire 12 avec ses extrémités supérieure 82 et inférieure 84 qui font saillie verticalement hors de l'armoire 12 et qui comportent des moyens pour le raccordement du tronçon 26 à un tuyau 86 dans lequel circule le liquide dont on désire prélever des échantillons au moyen de l'installation 10 et de l'appareil 14. L'armoire 12 comporte une unité 88 pour la commande automatisée de ses différents éléments et composants afin d'assurer notamment de manière automatique des cycles de prélèvement(s) d'échantillon(s), et des cycles de nettoyage en place de l'ensemble de l'installation. On voit sur la face frontale de l'unité de commande 88, qui est par exemple un automate programmable, différents ensembles de boutons et de voyants 90 pour sa programmation et sa commande. L'automate programmable 88 commande notamment une électrovanne 96 reliée respectivement aux raccords 40 et 42, munis de freins de débit 92 et 94 pour alimenter sélectivement les deux côtés opposés de la chambre de commande 38, par l'intermédiaire d'un bloc 96 relié à une source de pression non représentée sur les figures. L'installation 10 comporte aussi une réserve 98 de gaz sous pression, par exemple d'azote, qui est reliée, par l'intermédiaire d'u n e électrovanne 100 commandée par l'automate programmable 88, à un réservoir 102 de liquide de lavage pour propulser ce liquide dans une canalisation 104 qui est reliée au conduit de lavage 80 avec interposition d'une électrovanne 106 commandée par l'automate programmable 88, et avec interposition de deux vannes motorisées à membrane 200 et 202. A titre de variante, la source de gaz sous pression n'est pas nécessairement un réservoir autonome, mais peut aussi être une source extérieure de dioxyde de carbone ou d'azote. L'entrée 206 de la vanne 200 est reliée à la conduite 104 et son orifice de sortie 208 débouche dans la canalisation 26. Lorsque la vanne 200 est fermée, le liquide traverse la vanne 200 et passe par une conduite 210 en direction de l'entrée de la deuxième vanne 202 dont l'orifice de sortie est relié au conduit 80 Le gaz sous pression peut aussi être envoyé directement dans le conduit 80 par l'intermédiaire d'une électrovanne 108 commandée par l'automate programmable 88 qui est reliée à l'entrée 206 de la vanne 200. La sortie de la deuxième vanne 202 est reliée, par une conduite de contournement 212, au boîtier 66, au droit de l'aiguille creuse 62. L'orifice de sortie 76 est reliée à l'entrée de la troisième vanne motorisée 204 dont l'orifice de sortie débouche, lorsqu'elle est ouverte, dans la canalisation 26 en aval de l'unité de prélèvement tandis que la première vanne 200 est en amont si l'on considère le sens de circulation des liquides dans la canalisation 26. Si la vanne 204 est fermée, le fluide la traverse et il est évacué à l'extérieur par une conduite 214. Pour réaliser un cycle automatique de lavage/rinçage de l'appareil 14 entre deux échantillons, après avoir enlevé tout flacon 58, l'unité de commande 88 provoque l'ouverture des électrovannes 100 et 106 et de la vanne 202 de manière à faire circuler le liquide de lavage à travers le corps 16, le piston 28 étant en position axiale arrière, le liquide de lavage étant ensuite évacué par l'orifice 76. Si l'o n désire effectuer u n séchage, l'u n ité d e commande 88 provoque l'ouverture de l'électrovanne 108, de manière temporisée, et l'ouverture de la vanne motorisée 202 pour faire circuler le gaz de séchage selon le même trajet que le liquide de lavage. Ces opérations de lavage/rinçage et de séchage sont bien entendu programmées. Il est aussi possible d'effectuer un nettoyage(lavage) en place de toute l'installation et simultanément de l'appareil 10. On effectue alors un nettoyage en place de toute la ligne dans laquelle circule le liquide, et notamment de la canalisation 26 en y faisant circuler selon un cycle programmé, les fluides successifs du cycle de nettoyage en place. Au cours du nettoyage en place, les vannes motorisées 200, 202 et 204 sont ouvertes, et les fluides de nettoyage et de séchage circulent dans l'appareil. Au cours de ce nettoyage en place, on commande des mouvements de va et vient du piston 28 de manière que son extrémité libre 44 soit nettoyée par le les fluides de nettoyage en place qui circulent dans la canalisation 26. Enfin, il peut être prévu une sonde 110 de détection de la présence d'un liquide circulant dans la canalisation 26, et une sonde 112 de mesure de la température du liquide circulant dans la canalisation 26, ces deux sondes étant elles aussi reliées à l'automate programmable 88. L'unité autonome de prélèvement 10 comporte bien entendu des moyens, non représentés, d'alimentation électrique de ses différents composants et éléments, qui peut être par exemple une batterie autonome appartenant à l'installation 10, ou qui peut être la batterie, ou une autre source d'énergie électrique, d'un véhicule sur lequel est montée l'installation 10, l'armoire 12 comportant alors à cet effet des moyens de raccordement électrique non représentés. C'est par exemple le cas lorsque l'installation 10 est utilisée pour effectuer des prélèvements d'échantillon de lait et qu'elle équipe un véhicule de collecte de lait qui se déplace sur différents sites sur chacun desquels est effectuée une collecte qui doit être identifiée par un prélèvement d'échantillons qui servira ultérieurement, pour chaque site de collecte, à déterminer les différents paramètres du lait collecté, et par exemple sa teneur en matières protéïque et grasse, qui sont nécessaires à la détermination ultérieure du prix d'achat du lait aux producteurs. La conception selon l'invention de l'appareil selon laquelle le lait prélevé est transféré automatiquement dans un flacon d'échantillonnage à travers une aiguille creuse 62, permet aussi de garantir l'identité des échantillons prélevés avec le lait collecté, notamment du point de vue bactériologique afin de procéder de manière fiable (grâce aussi aux possibilités de lavage, de rinçage et/ou de séchage) à des tests ultérieurs. La conception selon l'invention garantit en effet que le produit liquide prélevé est transvasé depuis la ligne de transfert de liquide jusqu'au flacon 58 sans subir aucune contamination par le milieu extérieur. Le principe général de fonctionnement qui vient d'être décrit permet à l'utilisateur la mise en ceuvre automatique d'une série d'échantillonnages unitaires de faible volume pour disposer à la fin de cette opération d'un échantillon prélevé, contenu dans le flacon 58, qui est représentatif du produit liquide circulant dans la canalisation tout au long de la durée définie et programmée d'échantillonnage. Les séquences de prélèvement sont optimisées par utilisateur en fonction de la durée totale de l'échantillonnage, de la nature du liquide à prélever, du volume du flacon à remplir, etc.. La conception du système, avec ses moyens de programmation, permet un échantillonnage unique, pour réaliser un prélèvement unique de faible volume, ou un échantillonnage séquentiel en vue de remplir progressivement dans le temps imparti le flacon dont le volume est aussi paramétré par l'utilisateur. A cet effet, l'automate 88 calcule alors automatiquement le nombre de cycles à effectuer par appareil 14, ainsi que l'intervalle de temps entre chaque cycle de prélèvement. Au cours du nettoyage, lavage et/ou séchage, l'automate programmable 88 peut aussi prévoir une série de cycles de déplacements axiaux du piston. Ces déplacements permettent notamment d'effectuer un lavage de la canalisation 26. Le détecteur 110 permet alors de déclencher l'arrêt de cette phase de nettoyage lorsque la canalisation est vide. REVENDICATIONS 1. Appareil (14) pour le prélèvement d'un échantillon d'un liquide qui circule dans un tuyau, notamment dans un tuyau (26) appartenant à une ligne de transfert du liquide, caractérisé en ce qu'il comporte un corps (16, 18, 20) qui délimite un cylindre dans lequel un piston (28) de prélèvement est monté coulissant axialement entre une position sortie de prélèvement dans laquelle l'extrémité libre avant (44, 46) du piston, qui comporte une chambre périphérique (46) de prélèvement, fait saillie axialement vers l'avant à l'extérieur du cylindre et à l'intérieur du tuyau (26), et une position rentrée de remplissage d'un flacon d'échantillon dans laquelle la chambre périphérique de prélèvement (46) est disposée axialement en regard d'un conduit radial de transfert (52, 54) qui débouche vers l'extérieur dans un boîtier de réception (64) de l'échantillon prélevé associé au corps (16, 68) et qui reçoit un flacon amovible (58) d'échantillon dans lequel l'échantillon prélevé est transféré automatiquement par gravité, sans contact avec l'extérieur, à travers une aiguille creuse solidaire du conduit de transfert, et en ce que l'extrémité libre arrière (34) du piston est associée à des moyens de commande de ses déplacements en coulissement axial dans les deux sens du piston. 2. Appareil selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le piston de prélèvement est une tige cylindrique (28) montée coulissante de manière étanche dans le cylindre et dont l'extrémité libre arrière (34) est élargie et est montée coulissante dans une chambre (38) de commande du corps (16, 18) pour constituer un vérin de commande des déplacements du piston (28). 3. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boîtier de réception (64) comporte une partie supérieure fixe (66) reliée au corps (20, 68) et une partie inférieure (70) amovible pour le remplacement du flacon (58). 4. Appareil selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la partie inférieure (70) du boîtier de réception (64) est montée articulée (72) par rapport à la partie supérieure (66). 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'aiguille creuse (62) est montée de manière amovible sur le corps (16). 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps (16, 18, 20) comporte un conduit radial (80) de lavage qui débouche radialement dans le cylindre et qui est susceptible d'être reliée à une canalisation externe dans laquelle circule un fluide de lavage et/ou de rinçage (102) et/ou de séchage (98). 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le boîtier de réception (64) comporte un orifice inférieur (76) d'évacuation du fluide de lavage et/ou de rinçage et/ou de séchage. 8. Installation autonome (10) pour le prélèvement automatisé d'échantillons de liquide dans un tuyau (26), notamment dans un tuyau appartenant à une ligne (86) de transfert du liquide, caractérisée en ce qu'elle comporte un appareil (14) de prélèvement selon l'une quelconque des revendications précédentes, et en ce qu'elle comporte des moyens programmables (88) de pilotage des moyens de commande des déplacements en coulissement axial dans les deux sens du piston (28) de prélèvement. 9. Installation selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle comporte un tronçon fixe de canalisation (26) auquel est raccordée transversalement la partie d'extrémité avant (24) du corps (20) pour prélever des échantillons de liquide circulant dans le tronçon, et des moyens de raccordement du tronçon de canalisation (26) à un tuyau (86) dans lequel circule le liquide. 10. Installation selon l'une des revendications 8 ou prise en combinaison avec la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comporte une unité (98-108) de lavage et/ou de rinçage de l'appareil de prélèvement qui comporte un réservoir de fluide de lavage et/ou de rinçage dont la sortie est reliée au conduit de lavage (80) du corps (16) de l'appareil, et une source de gaz sous pression (98) qui peut être reliée au réservoir de liquide de lavage et/ou de rinçage pour le propulser dans le conduit de lavage. 11. Installation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la source de gaz sous pression (98) est reliée directement au conduit de lavage pour une opération de séchage de l'appareil. 12. Installation selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de détection de la présence de liquide dans le tronçon de canalisation.