Brevet FR2917499A1 — publié le 20081219

DISPOSITIF DYNAMIQUE D'IMMERSION DE SONDES ET/OU DE CAPTEURS MESURANT LES PARAMETRES PHYSICO-CHIMIQUES DE LIQUIDES. La présente invention concerne un dispositif permettant de gérer l'immersion de capteurs ou de sondes dans un liquide à analyser et de limiter de façon très significative leur encrassement ou leur vieillissement. Ce dispositif permet notamment et ceci de façon autonome, de limiter le temps d'immersion des sondes ou des capteurs pour mesurer les paramètres physico-chimiques d'un liquide au temps nécessaire à la mesure. Aujourd'hui la mesure des paramètres physico-chimiques d'un liquide nécessite d'immerger des sondes (par exemple pour mesurer le PH ou la conductivité). Selon les besoins, il est nécessaire d'obtenir ces mesures de façon régulière pour vérifier l'évolution du liquide dans le temps. Elles peuvent être effectuées par un opérateur disposant de moyens de mesure, ce qui le mobilise pendant cette opération et s'avère coûteux. Elles peuvent être effectuées par des moyens de mesure autonomes qui réalisent ces mesures automatiquement et les transmettent par un moyen quelconque à des fins de traitement. Selon la nature du liquide à mesurer, les sondes ou les capteurs immergés dérivent, vieillissent et/ou s'encrassent assez rapidement et ne fournissent plus des mesures correctes ce qui nécessite une intervention pour leur calibrage et leur nettoyage. L'encrassement et/ou le vieillissement des sondes et des capteurs est essentiellement lié à leur séjour constant dans le liquide à mesurer. On peut remédier à cet inconvénient en réduisant la durée d'immersion au juste temps nécessaire pour effectuer les mesures, le dispositif objet de cette présente invention permet précisément une immersion des sondes et des capteurs uniquement pendant la durée nécessaire à la mesure. Cet avantage est déterminant pour la mise en œuvre de système de mesure de liquide encrassant rapidement les sondes de mesure. Cette invention trouve particulièrement son application dans les domaines industriels mettant en œuvre des liquides ayant des caractéristiques provoquant un encrassement des sondes et/ou des capteurs (par exemple des bains d'huile). Cette invention trouve également son application dans les stations de traitements d'effluents industriels ou des eaux usées domestiques lors de leur traitement dans une station d'épuration, mais de par son universalité ne pourrait être limité à ces applications. De ce fait, cette invention constitue une solution innovante, efficace et robuste pour corriger les inconvénients des systèmes de prise de mesures des caractéristiques physico-chimiques des bains actuellement existants. Ce dispositif peut être mis en place sur des systèmes de mesure fixes ou mobiles comme par exemple une bouée de mesure. Un exemple élémentaire de mise en oeuvre de la présente invention, illustrée en figure 1, concerne son application dans un système de mesure des paramètres physico-chimiques d'un liquide constitué d'un dispositif flottant (1) effectuant ses mesures de façon autonome avec des sondes (2). Ce dispositif flottant (1) dans l'exemple présenté est un cylindre immergé dans le liquide (3) qu'il doit mesurer. Ce dispositif pourrait également fonctionner s'il s'agissait d'une sphère ou de toute autre forme flottante pouvant présenter au moins deux équilibres stables suite à une rotation suivant un axe quelconque. Le dispositif objet de cette présente invention permet de faire pivoter ce cylindre sur lui-même afin d'immerger les sondes le temps d'effectuer les mesures. Cette rotation est obtenue en modifiant de façon commandée la position du centre de gravité du cylindre. Cette modification créer un déséquilibre qui provoque la rotation du dispositif flottant (1) pour revenir à l'équilibre. Un exemple de réalisation est illustré en figure 2, 3 et 4. La situation initiale est illustrée par la figure 2, le dispositif flottant (1) est à l'équilibre, les sondes (non représentées dans cette figures) sont en dehors du liquide à mesurer. Cet équilibre dure tant que la masselotte (4) est immobile. Préalablement aux mesures, le dispositif flottant (1) doit immerger ses sondes en activant le dispositif de rotation, cette étape intermédiaire est illustrée par la figure 3. Ce dispositif de rotation consiste à faire pivoter la masselotte (4) autour de l'axe (5) ce qui a pour effet de modifier la position du centre de gravité (6) de façon à générer un couple de rappel entre la poussée d'Archimède exercée sur le dispositif flottant (1) au centre de poussée (7) et la force de la gravitation terrestre passant par la nouvelle position du centre de gravité (6). Ce couple de rappel provoque la rotation du dispositif flottant (1) et entraîne l'immersion des sondes. L'étape d'immersion des sondes (pendant l'acquisition des mesures) est illustrée par la figure 4. La force de la gravitation terrestre passant par le centre de gravité (6) est équilibré par la poussée d'Archimède exercée sur le dispositif flottant (1) au centre de poussée (7), cette situation reste stable tant que la masselotte (4) ne bouge pas. L'acquisition des mesures terminée, un mouvement inverse à celui présenté en figure 3 est appliqué au dispositif flottant (1) en déplaçant la masselotte (4) dans la même position que celle qu'elle avait en figure 2. Les sondes du dispositif flottant (1) se retrouvent alors à l'air libre et ne sont plus encrassées par leur immersion dans le liquide. Le dispositif flottant peut disposer de plusieurs types de sondes ou de capteurs, qui n'ont pas tous la même sensibilité à l'encrassement. Un exemple de disposition des sondes est illustré par la figure 5. Par exemple une sonde de température (10) n'est pas sensible à ce phénomène. Il est ainsi possible de maintenir cette sonde de température (10) immergée beaucoup plus longtemps et de faire des acquisitions de la température du liquide pendant les périodes d'immersion de cette sonde de température (10). Pendant l'immersion des autres sondes (8) et (9), le capteur de température (10) est en dehors du liquide, il peut alors être utilisé pour mesurer la température ambiante de l'air (ou du gaz) situé au dessus du liquide. La fonction de rotation du dispositif flottant (1) peut être assurée par une simple commande pilotant le moteur (ou un servomoteur) pour placer la masselotte (4) dans une nouvelle position d'équilibre. Cette fonction peut également être assurée par un calculateur qui doit alors intégrer les programmes adéquats et les interfaces afin d'assurer les commandes actionnant la masselotte (4). La figure 6 illustre un exemple de structure de calculateur dédié au dispositif objet de l'invention permettant d'assurer la gestion de l'immersion des sondes et/ou des capteurs. Ce calculateur embarqué dans le dispositif flottant comprend un microcontrôleur (13) qui assure la gestion de l'immersion des sondes et des capteurs selon un programme contenu dans une mémoire (14) et est alimenté par une source d'énergie (11) qui peut être utilisée par d'autres éléments du dispositif flottant (1) ne faisant pas l'objet de cette présente invention. Lorsque une rotation est souhaitée le m_crocontrôleur (13) envoi les commandes adéquates vers le moteur (ou servomoteur) (12) qui assure la rotation de la masselotte (4). L'immersion des sondes et/ou des capteurs peut être soit : - préprogrammée et déclenchée en fonction de l'évolution de l'environnement du dispositif flottant (1), par exemple une élévation de la température du liquide à mesurer, - soit périodiquement (périodicité fournie par le microcontrôleur (13) lui-même ou par un autre dispositif du dispositif flottant (1)), soit suite à la réception d'une commande (15) qui peut être issue d'une interface radio ou sonore. Les instructions contenues dans la mémoire embarquée (14) du calculateur peuvent être modifiées par un dispositif externe de paramétrage. Les commandes provenant de l'extérieur transitant par l'interface radio ou sonore peuvent elles-mêmes avoir été véhiculées par des réseaux de communication plus étendus par exemple à travers le réseau téléphonique commuté, et/ou par un réseau informatique (Ethernet, Token ring) et/ou par une liaison GSM et/ou GPRS, et/ou par ou une autre liaison radio. La figure 7 illustre un exemple de d'utilisation du dispositif objet de l'invention piloté par un automatisme qui lui serait adjoint dans le cadre d'une double mesure réalisée avec une même sonde. Une mesure (21) à l'extérieur du liquide avant rotation (22) suivi d'une mesure (23) au sein du liquide. Par exemple la mesure de la température à l'extérieur du liquide puis celle du liquide. La seconde mesure (23) achevée, le dispositif fait pivoter la forme flottante(1) afin de sortir la sonde, ce nouvel équilibre atteint, le dispositif de rotation reste au repos (25), en attente d'un nouveau cycle de mesure(20). Cette double mesure peut être exploitée dans le cadre d'un calibrage de la sonde avant d'effectuer les mesures au sein du liquide. La figure 8 illustre un autre exemple d'utilisation du dispositif objet de l'invention piloté par un automatisme qui lui serait adjoint dans le cadre d'une mesure effectuée dans un liquide dont les caractéristiques favorisent un encrassement rapide et qui permet un nettoyage préalable dans le liquide avant sortie de la sonde. Le dispositif de rotation plonge (27) la sonde de mesure dans le liquide, la mesure du paramètre physico-chimique est alors effectuée (28), puis suit un cycle de nettoyage (29) qui peut consister, par exemple à une inversion des polarités des anodes et cathodes. Ce processus de nettoyage terminé, le dispositif de rotation sort la sonde du liquide (30) et reste au repos (31), en attente d'un nouveau cycle de mesure(26). Les figures 9a et 9b illustrent encore un autre exemple d'utilisation du dispcsitif objet de l'invention piloté par un automatisme qui lui serait adjoint dans le cadre d'une mesure effectuée dans un liquide par des sondes qui requièrent un liquide en mouvement autour d'elles, par exemple la mise en œuvre d'une sonde à quatre électrodes. Le dispositif de rotation plonge (33) la sonde de mesure dans le liquide, la mesure du paramètre physico-chimique est alors effectuée (35) pendant un mouvement de va et vient réalisé par des rotations partielles de la forme flottante (34). La mesure réalisée, le dispositif de rotation sort la sonde du liquide (36) et reste 5 au repos (37), en attente d'un nouveau cycle de mesure(32). La figure 10 illustre un autre exemple d'utilisation du dispositif objet de l'invention couplée avec une forme (40) placée à proximité des sondes (8) et (9) qui entrant en premier dans le liquide mélange le liquide ou rompt une pellicule formée d'une substance en surface du liquide qui pourrait sinon perturber la mesure. La figure 11 illustre un autre mode d'activation du dispositif objet de l'invention par un récepteur radio (50) qui pilote l'immersion des sondes et/ou des capteurs (8),(9)par son interface avec la commande du moteur (51) qui actionne le moteur (52) déplaçant la masse provoquant la rotation de la forme flottante (1). La figure 12 illustre un autre mode d'activation du dispositif objet de l'invention par un automatisme réagissant au changement d'un paramètre physico-chimique (60) qui pilote l'immersion des sondes et/ou des capteurs (8),(9)par son interface avec la commande du moteur (51) qui actionne le moteur (52) déplaçant la masse provoquant la rotation de la forme flottante.25 REVENDICATIONS 1 Dispositif dynamique d'immersion de sondes et/ou de capteurs mesurant les paramètres physico-chimiques de liquide caractérisé en ce qu'il comporte un moteur et/ou un servomoteur qui déplace une partie de la masse du dispositif flottant sur lequel sont fixées les sondes et/ou les capteurs modifiant ainsi la position du centre de gravité du dispositif flottant et générant un couple de rappel formé du poids et de la poussée d'Archimède provoquant une rotation du dispositif flottant et l'immersion des sondes et/ou des capteurs. 2. Dispositif dynamique d'immersion de sondes et/ou de capteurs mesurant les paramètres physico-chimiques de liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un microcontrôleur qui selon un paramétrage ou un programme mémorisé puisse être lui-même instigateur de l'immersion de façon programmée et/ou suite à une modification de l'environnement extérieur et qu'il assure si besoin la coordination de l'utilisation des moyens de mesure. 3 Dispositif dynamique d'immersion de sondes et/ou de capteurs mesurant les paramètres physico-chimiques de liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'il comporte un récepteur radio lui permettant de recevoir des commandes distantes qui provoquent la rotation dans un sens ou dans un autre du dispositif flottant sur lequel sont fixés les sondes et/ou les capteurs. 4 Dispositif dynamique d'immersion de sondes et/ou de capteurs mesurant les paramètres physico-chimiques de liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un microcontrôleur ou un automate programmable ou non qui en fonction d'une modification de l'environnement extérieur provoque la rotation dans un sens ou dans un autre du dispositif flottant sur lequel sont fixés les sondes et/ou les capteurs. 5. Dispositif dynamique d'immersion de sondes et/ou de capteurs mesurant les paramètres physico-chimiques de liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un microcontrôleur ou un automate qui active plusieurs mouvements de rotation afin de créer un flux de liquide autour des sondes et/ou des capteurs fixées sur le dispositif flottant. 6 Dispositif dynamique d'immersion de sondes et/cu de capteurs mesurant les paramètres physico-chimiques de liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que son action est conjuguée avec les effets d'une forme placée a proximité des sondes et/ou des capteurs fixées sur le dispositif flottant, provoquant une agitation duliquide lors du mouvement ayant pour effet de le mélanger ou de rompre une pellicule en surface du liquide. 7. Dispositif dynamique d'immersion de sondes et/ou de capteurs mesurant les paramètres physico-chimiques de liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un microcontrôleur ou un automate qui active un processus de nettoyage coordonné avec l'immersion des sondes et/ou des capteurs fixées sur le dispositif flottant. 8. Dispositif dynamique d'immersion de sondes et/ou de capteurs mesurant les paramètres physico-chimiques de liquide selon l'une quelconque des revendications 1 a 7, caractérisé en ce qu'il comporte un microcontrôleur ou un automate qui active un processus de calibration des sondes et/ou des capteurs coordonné avec leur immersion.