Brevet FR3077389A1 — publié le 20190802

EQUIPEMENT D'ANALYSE D'UN FLUIDE POLYPHASIQUE Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine de la caractérisation de fluides polyphasiques et notamment d'un 5 mélange huile/eau de type liquide de coupe ou fluide d'usinage. Un liquide de coupe, et plus généralement un fluide d'usinage, est un liquide refroidissant et lubrifiant conçu spécialement pour le travail et l'usinage des métaux. 10 II existe différents types de fluides d'usinage, parmi lesquels on retrouve les huiles, les émulsions, les aérosols, l'air et d'autres gaz. L'utilisation de ces fluides améliore le travail et les procédés d'usinage des matériaux métalliques, en : 15 - maintenant la pièce en cours de travail à une température stable (fonction critique lorsque les tolérances de fabrication sont réduites) ; - augmentant la durée de vie de l'outil de coupe en lubrifiant l'arête de coupe et en réduisant le phénomène de 20 copeau rapporté ; - réduisant l'usure de la machine utilisée ; - améliorant les conditions de travail des opérateurs. Au cours de l'usinage, les fluides se chargent non seulement en métaux, plus ou moins solubilisés, mais aussi en composés 25 indésirables (issus de la dégradation thermique du fluide) et, surtout en cas d'utilisation de fluides aqueux, en contaminants biologiques (moisissures, bactéries, etc.). 2 Les opérations d'usinage émettent des aérosols, dont l'inhalation peut être à l'origine de diverses affections respiratoires. On retrouve en effet dans l'air les composés évoqués ci-dessus, dont certains sont des cancérogènes 1 ou des allergisants respiratoires. Par ailleurs, le contact cutané avec ces mêmes fluides est susceptible de provoquer des dermatites ou des lésions eczématiformes. Il est donc nécessaire de surveiller périodiquement les 10 caractéristiques du liquide de coupe. Etat de la technique Il est connu dans l'art antérieur de procéder à l'analyse de liquides polyphasés par des équipements de laboratoire, selon des protocoles pouvant nécessiter plusieurs heures de 15 traitement. Il aussi connu d'automatiser de telles analyses. La demande de brevet WO 2017007763 décrit des modes de réalisation de systèmes et de procédés pour caractériser un écoulement polyphasique (MPF) de fluide et améliorer la mesure et la 20 surveillance de la totalité d'une plage de teneur en eau dans une partie d'un tuyau pour des opérations liées au pétrole. Un mode de réalisation d'un système peut comprendre un dispositif d'orientation d'écoulement pour diriger le MPF entre des émetteurs et des détecteurs appairés en proche infrarouge 25 (NIR) à large bande, couplés électriquement à des modules de conditionnement, de traitement, et de caractérisation de signal pour déterminer l'absorption et la diffusion du MPF et définir et afficher des caractéristiques du MPF pour mesurer et surveiller des opérations liées au pétrole. 30 Le brevet américain US 9689802 décrit un autre exemple d'appareil et procédé pour mesurer la teneur en eau et le pH 3 de l'eau de mélanges de fluides polyphasiques d'eau et d'huile. L'appareil utilise un capteur de teneur en eau contenant une source de lumière infrarouge et un photodétecteur. Le capteur de pH comprend un indicateur de pH 5 qui présente un changement de couleur dans un revêtement oléophobe comprenant un dispositif d'enregistrement d'image. L'appareil et le procédé peuvent être appliqués pour mesurer la fraction d'eau et le pH dans des conduites d'huile /eau. Le brevet américain US7474971 décrit un appareil pour caractériser des mélanges de fluides polyphasiques, pour déterminer la proportion de chaque phase huile / émulsion aqueuse, la taille des particules fines dans les suspensions liquide-solide et les caractéristiques de la phase de mousse. Il met en oeuvre un procédé consistant à appliquer un courant alternatif d'une amplitude prédéterminée à une partie d'un fluide à phases multiples et à mesurer le spectre d'impédance électrique sur ladite partie du fluide à phases multiples, une caractéristique du fluide à phases multiples pouvant être déterminée à partir des spectres d'impédance électrique mesurés. Inconvénients de l'art antérieur Les solutions de l'art antérieur ne sont pas adaptées à la réalisation de mesure en temps réel, de manière quasiment continue, pour assurer le suivi de l'évolution d'un fluide de travail, par exemple un fluide de coupe. Elle sont destinées à des mesures ponctuelles, généralement en laboratoire, avec une réponse en temps différé. Solution apportée par l'invention La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en 30 proposant un équipement permettant de procéder à la surveillance en continu d'un fluide de travail polyphasique, notamment un fluide de coupe formé par un mélange huile-eau. 4 A cet effet, l'invention concerne selon son acception la plus générale un équipement d'analyse d'un fluide polyphasique comprenant une pluralité de capteurs physico-chimiques caractérisé en ce qu'il comporte un premier circuit 5 hydraulique comportant une pompe d'aspiration du liquide à caractériser vers une enceinte de mesure, et un deuxième circuit hydraulique comportant une pompe d'aspiration d'un liquide tampon vers ladite enceinte de mesure. Selon une variante, l'équipement est en outre équipé d'un 10 troisième circuit hydraulique comportant une pompe d'aspiration d'un liquide électrolytique vers ladite enceinte de mesure. De préférence, l'enceinte de mesure est munie d'un capteur de température, d'un pH-mètre et d'un capteur optique associé à 15 une source lumineuse. Avantageusement, l'équipement comporte un circuit électronique commandant la séquence de fonctionnement desdites pompes d'aspiration. Description détaillée d'un exemple 20 non limitatif de l'invention La présente invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit de modes particuliers de réalisation non limitatifs, en référence à la figure unique annexée : - La figure 1 représente une vue schématique d'un équipement 25 selon l'invention. L'équipement selon l'invention concerne le domaine de l'analyse de liquide polyphasique. Il s'applique de manière non exclusive mais préférentielle, au fluide/huile de coupe et huile minérale. L'équipement décrit permet de mesurer : 5 - Pour les fluides/ huiles de coupe : la viscosité, le Ph, la concentration en huile de l'eau, la dureté et la conductivité ; - Pour l'huile minérale : la viscosité à diverses 5 températures, la température, la teneur en eau de l'huile, la teneur en gaz dissouts. Le dispositif est sans fil et relié à une plateforme par le biais d'une passerelle qui assure la connectivité interne et externe du dispositif. 10 II présente deux sous-ensembles : - un sous-ensemble hydraulique constitué de pompes péristaltiques, électrovannes, et de réservoirs remplissant les fonctions de stockage de fluide, avec le fluide à analyser d'une part, la solution tampon pour l'étalonnage, la solution 15 de conservation (ionique pour la protection d'électrode de pH-mètre) d'autre part. - un sous-ensemble électronique : avec des systèmes d'instrumentations (capteurs et sondes ), d'un ensemble de microcontrôleurs en charge de la collecte, le traitement et la 20 transmission de données issues de capteurs mais aussi l'ordonnancement des tâches des composantes hydrauliques. L'équipement prélève périodiquement un échantillon de fluide de travail depuis un réservoir (1) grâce à une pompe péristaltique (2) et un conduit (3). 25 Le liquide prélevé est transféré dans une enceinte de mesure (4) équipée d'un capteur de température (5), d'une électrode d'un pH-mètre (6), d'un capteur infra-rouge (7), d'une photodiode ultraviolet (8) et d'une source d'éclairage (9). Un circuit électronique (10) comporte les composants pour le 30 traitement des différents capteurs. 6 L'équipement comporte en outre un réservoir contenant une solution tampon (11) et une pompe péristaltique (12) qui assure périodiquement le remplissage de l'enceinte de mesure (4) pour permettre le recalibrage automatique des capteurs. 5 L'équipement comporte en outre un réservoir contenant une solution électrolytique (13) et une pompe péristaltique (14) qui assure périodiquement le remplissage de l'enceinte de mesure (4) pour assurer la protection des électrodes (6) du pH-mètre entre deux séquences de mesure. 10 Le circuit électronique (10) commande la séquence de fonctionnement des pompes péristaltiques (3, 12, 14). L'équipement décrit permet de résoudre plusieurs problèmes: Il permet des collecter, traiter, et analyser l'ensemble des mesures permettant de caractériser l'état et la qualité de 15 l'huile à un moment précis. L'ensemble des mesures collectées permet de suivre l'état d'une huile de coupe. L'intérêt de l'équipement selon l'invention est de permettre de mesurer non seulement les propriétés du liquide sur tous les modes de fonctionnement de la machine associée (machines- 20 outils, ou machine électrique) mais surtout de suivre l'état des mesures résiduelles et non résiduelles à un instant donné et donc de prévoir l'évolution de l'état de l'huile de façon précise et fiable. 25 Dans les solutions connues, les fluides sont envoyés périodiquement en laboratoire pour être soumis à des tests de colorimétrie, réfractométrie, spectrométrie. Elles ne prévoient pas la mesure sur site de la température, au même moment que les autres mesures. Or la température n'étant pas 30 un paramètre résiduel, certains autres attributs du fluide sont modifiés. Par exemple, la température d'une huile 7 minérale est corrélée à sa teneur en eau, et cette propriété n'étant pas résiduelle, lors des analyses en laboratoire, ou a posteriori, la comparaison est difficile voire impossible et l'évolution de l'état de l'huile difficile à prévoir. 5 Dans le cas du liquide de coupe, idéalement, les mesures qualitatives ne sont complètement fiables que pendant leur usage lors d'un usinage par exemple, car il conserve intacte l'ensemble des propriétés permettant de juger de la non-qualité du fluide. A postériori, ces propriétés sont altérées 10 et donc moins fiables et moins parlant dans le cadre d'une analyse prévisionnelle de la dégradation. Une autre spécificité est la possibilité de procéder à plusieurs types de mesures de haute précision, grâce à un seul dispositif. Sur le Ph et la concentration, la précision du 15 dispositif est de + ou -0,01 d'écart tolérable. Cette faculté unique est rendue possible grâce à la mise en place de plusieurs techniques, par exemple: - L'étalonnage automatique des pH-mètres, grâce à une solution tampon : normalement dans le temps, un pH-mètre perd 20 son calibrage de base et devient de facto moins précis. Cela est également valable pour des mesures de conductivité par exemple. Cette technique n'est donc pas exclusive. - Le calibrage automatique des spectromètres grâce aux 25 modèles analytiques rendant ainsi possible l'usage REVENDICATIONS1 - Equipement d'analyse d'un fluide polyphasique comprenant une pluralité de capteurs physico-chimique caractérisé en ce qu'il comporte un premier circuit hydraulique comportant une pompe d'aspiration (3) du liquide à caractériser vers une enceinte de mesure (4), et un deuxième circuit hydraulique comportant une pompe d'aspiration (12) d'un liquide tampon (11) vers ladite enceinte de mesure (4). 2 - Equipement d'analyse d'un fluide polyphasique selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est équipé d'un troisième circuit hydraulique comportant une pompe d'aspiration (14) d'un liquide électrolytique (13) vers ladite enceinte de mesure (4). 3 - Equipement d'analyse d'un fluide polyphasique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite enceinte de mesure (4) est munie d'un capteur de température (5), d'un pH-mètre (6), et d'un capteur optique associé (7, 8) à une source lumineuse (9). 4 - Equipement d'analyse d'un fluide polyphasique selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comporte un circuit électronique (10) commandant la séquence de fonctionnement desdites pompes d'aspiration.