Installation de titrage automatique.
Le principe du contrôle colorimétrique d'un liquide au moyen d'une cellule photoélectrique est appliqué depuis longtemps dans l'industrie et l'on connaît différentes installations ayant pour but la réalisation automatique de ce contrôle.
C'est ainsi qu'on connaît par exemple des installations contrôlant automatiquement la teneur de chlore dans de l'eau. Dans ces installations le contrôle est effectué au moyen de vannes provoquant périodiquement, d'une part, l'introduction d'un certain volume d'eau dans un récipient à parois transparentes, placé entre une source de lumière et une cellule photo-électrique et, d'autre part, l'introduction dans ledit récipient d'une quantité déterminée de réactif destiné à produire une coloration de l'eau. Cette coloration est com- parée à celle d'un étalon et, suivant le résultat de la comparaison, des commandes électriques provoquent l'augmentation ou la diminution de la quantité de chlore introduite dans l'eau.
Des installations semblables et utilisant le même principe ont été adaptées à d'autres besoins de l'industrie.
On connaît aussi des installations basées sur le même principe de contrôle colorimétrique, mais à fonctionnement continu, et dans lesquelles le ou les réactifs sont mélangés au liquide à contrôler par siphonage dans des récipients à niveau constant. Le mélange est ensuite soumis à un contrôle par cellule photo-électrique.
Les inconvénients essentiels de ces installations connues sont les suivants:
a) Les installations à contrôle périodique, avec mélange d'une quantité de réactif déterminée, à un volume de liquide également déterminé, ne permettent pas un contrôle pré cis, car une certaine quantité de réactif reste toujours dans la conduite d'amenée en aval de la valve de commande et il est impossible de savoir dans quelle mesure elle influence le contenu du récipient dans lequel se fait le contrôle.
Si une partie de ce réactif se di hie dans le contenu du récipient, la dose est alors trop forte et, d'autre part, le contrôle suivant sera faussé par l'introduction d'une partie de réactif déjà dilué.
b) Dans les installations à contrôle continu, il faut des quantités de réactif considérables et il est nécessaire que l'amenée de réactif ainsi que le mélange de ce dernier au liquide à contrôler soient soigneusement assurés, ce qui nécessite des installations compli quées.
En principe, toutes les installations connues pèchent par le manque de précision. En effet, lorsqu'on procède à un contrôle de ce genre en laboratoire, la quantité de réactif est introduite dans le volume de liquide à contrôler au moyen d'un compte-gouttes, c'est-à-dire avec une très grande précision.
Jusqu'à ce jour il a été impossible d'obtenir ce degré de précision dans des installations de contrôle automatique.
La a présente invention a pour objet une installation de titrage automatique permet tant de remédier aux inconvénients précités, e'est-à-dire qu'elle permet de réaliser un contrôle précis tout en économisant les matières employées. Cette installation comprend un récipient à parois transparentes, placé entre une source de lumière et une cellule photo-éleetlique, ce récipient étant relié, d'une part, à une conduite d'amenée du liquide à contrôler et, d'autre part, à au moins une conduite d'amenée d'un réactif ainsi qu'à une conduite de vidange.
Cette installation se distingue des installations connues par le fait que toutes les conduites abou- tissent au fond du récipient et sont comman- dées par des vannes électromagnétiques réalisant une obturation à proximité du fond, la fermeture des vannes d'amenée étant eommandée au moyen de contacts électriques dis posés à l'intérieur du récipient, et les circuits de commande étant eux-mêmes commandés par le liquide montant dans le récipient, au moment où il atteint les différents contacts.
La description qui suit indique, à titre d'exemple et en regard du dessin annexé, une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 représente sous forme de schéma une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 2 montre en coupe deux vannes éleetromagnétiques et leur raccordement au récipient.
En référence à la fig. 1, un récipient 1 à parois transparentes est placé entre une source de lumière 2, constituée par une lampe à incandescence, et une cellule photo-électrique 3. Des lentilles 4 et 5 sont prévues pour diriger le flux lumineux sur la cellule photo-électlique. Des vannes électromagnétiques 6, 7, 8 et 9 permettent de mettre le récipient 1 en communication avec des conduites 10, 11, 12 et respectivement 13. Ces vannes sont prévues pour être ouvertes lorsque leur enroulement est parcouru par un courant et fermées en l'absence de ce dernier.
La conduite 10 permet d'amener le liquide à contrôler, la conduite 13 est la c.on- duite de vidange du récipient et les conduites 11 et 12 sont respectivement reliées aux réservoirs 14 et 15. Gn moteur 16, fixé audessus du récipient 1, entraîne un organe de brassage 17.
Quatre contacts 18, 19, 20 et 40 traversent la paroi du récipient 1 et sont reliés respeetivement à la grille de commande de trois tubes électroniques, en l'occurrence trois triodes 21, 22, 23 et à la terre. L'installation électrique de commande des vannes comprend eneore trois autres triodes 24, 25 et 26. La cathode de chaque triode est reliée à la terre par une résistance 31, 32, 33, 34, 35 respec vivement 36, et l'anode de chaque triode est reliée à la borne 28 par I'enronlement d'un relais 41, 42, 43, 44, 45 et 46 respectivement.
La grille de commande de chacun des tubes 21, 22, 23, 24 et 26 est reliée à la borne 27 par une résistance 51, 52, 53, 54 et 56 respectivement, tandis que la grille de commande du tube 25 est reliée à la terre par une résistance variable 55. Deux condensateurs 47 et 48 relient respectivement la grille de commande des tubes 22 et 23 à la terre.
Une tension négative de polarisation des grilles est appliquée à la borne 27. Le pôle positif d'une source de tension pour l'alimentation des triodes est connecté à la borne 28, son pôle négatif étant relié à la terre. Le mo- teur 16 est relié à des bornes 29 et 30, auxquelles est appliquée la tension d'alimenta- tion du moteur 16.
La position des contacts des relais indiquée au dessin correspond à leur position lorsque l'enroulement des relais n'est pas sous tension.
L'enroulement de la vanne 6 est relié, d'une part, à la borne 28 et, d'autre part, à un contact fixe cl du relais 41; celui de la vanne 7, à la borne 28 et à un contact fixe bl du relais 41; celui de la vanne 8, à la borne 28 et à un contact fixe b2 du relais 42; celui de la vanne 9, à la borne 28 et à un contact mobile c6 du relais 46. Un contact mobile al du relais 41 est relié à un contact fixe c2 du relais 42. Un contact mobile a2 de ce dernier est relié à un contact fixe e3 du relais +3, dont un contact fixe c3 et un contact mo- bile d3 sont tous deux mis à la terre.
Un eondensateur 37 réunit ce contact d3 à un contact mobile a3, tandis qu'un contact fixe b3 de ce relais 43 est relié à la grille de com- mande du tube 24. Le relais 44 présente deux contacts mobiles a4 et c4 et deux contacts fixes b4 et d4. Le contact a4 est relié à la borne 27 et b4 à la grille de commande du tube 25. Les contacts c4 et d4 permettent de fermer le circuit d'alimentation du moteur 16.
Le relais présente un contact mobile a5, qui est réuni par un condensateur 38 à un contact fixe c5 mis à la terre, et un contact fixe b5, qui est relié à la grille de commande (lu tube 96. La grille de commande du tube 21 est reliée à mi contact mobile a6 du relais 46, dont deux contacts fixes b6 et d6 sont mis à la terre. Un condensateur 39 shunte la résistance variable 55.
Le fonctionnement de l'installation est le suivant:
Lorsque le récipient 1 est vide, les tubes 21, 22, 23, 24 et 26 ne laissent passer qu'un courant anodique insuffisant pour attirer les contacts mobiles des relais 41, 42, 43, 44 et 46 respectivement, car leur grille de commande est soumise à la tension de polarisation appli rouée en 27. Seul le relais 45 est fermé, c'està-dire que a5 est en contact avec b5, car son enroulement est parcouru par le courant anodique du tube 25, dont la grille de com mande est reliée à la terre par la résistance variable 55. La vanne 6 est ouverte, car son enroulement est sous tension. En effet, il est relié, d'une part, à la borne 28 et, d'autre part, à la terre par les contacts c1, al, c2, a2, e3, d3.
Les vannes 7, 8 et 9 sont fermées, car une extrémité de leur enroulement est reliée respectivement aux contacts bl, b2 et c6, où le circuit est interrompu.
Le liquide à contrôler, qui est amené par la conduite 10, commence à remplir le récipient et atteint d'abord le contact 40 puis le contact 18. Au moment où le niveau atteint le contact 18, la vanne 6 se ferme, tandis que la vanne 7 s'ouvre. Les autres vannes restent fermées. En effet, le liquide relie le contact 40 et le contaet 18, et comme sa résistance est faible par rapport à celle de la résistance 51, la grille de commande du tube 21 est amenée pratiquement au potentiel de la terre. Il s'ensuit une augmentation du courant anodique qui provoque la fermeture du relais 41, dc sorte que le contact mobile al quitte cî pour toucher bl. L'enroulement de la vanne 6 n'est plus sous tension, puisqu'une de ses extrémités est reliée au contact fixe cî qui est maintenant sans liaison.
L'enroulement de la vanne 7 est sous tension puisqu'il est relié, d'une part, à la borne 28 et, d'autre part, à la terre par bl, al, co, a2, e3, d3.
Le liquide provenant du réservoir 14 s'écoule donc par la conduite 11. Au moment où le niveau à l'intérieur du récipient 1 atteint le contact 19, la grille de commande du tube 22 est mise, tomme précédemment, à un potentiel sensiblement égal à celui de la terre et le relais 42 se ferme. La liaison de l'enroulement de la vanne 7 à la terre, qui se faisait par bl, al, c2, a2, e3, d3 est coupée en c2 et la vanne 7 se ferme, tandis que l'enroulement de la vanne 8 est mis sous tension, car il est maintenant relié à la borne 28 et à la terre par b2, a2, e3, d3. Toutes les vannes sont donc fermées, à l'exception de la vanne 8 qui permet au liquide contenu dans le reservoir 15 de s'écouler dans le récipient 1 par la conduite 12.
Lorsque le niveau du liquide dans le réel- pient 1 atteint le contact 20, la grille de com- mande du tube 23 est sensiblement portée au potentiel de terre, ce qui provoque la ferme ture du relais 43 pour les mêmes raisons que précédemment. En se fermant, le relais 43 coupe en e3 le retour à la terre de l'enroulement de la vanne 8, si bien qu'à ce moment toutes les vannes sont fermées.
Les tubes 24 et 25 sont prévus principale ment pour commander le tube 26 en laissant s'écouler un certain temps entre la fermeture du relais 43 et celle du relais 46 qui cour- mandera la vanne 9 pour la vidange du récipient 1. Les tubes 24 et 25 forment donc avec les condensateurs 37 et 38 et les résistances 54 et 55 un dispositif de temporisation. C'est pen dant le laps de temps déterminé par le diapo sitif de temporisation que doit s'effeetuer le contrôle colorimétrique du liquide au moyen de la source lumineuse 2 et de la cellule photo-électrique 3. Les deux armatures du condensateur 37 étaient reliées par a3, c3, d3 avant la fermeture du relais 43.
La ferme ture de ce dernier a pour effet de brancher ce condensateur 37 entre la terre et la grille de commande du tube 24 par a3, b3, de sorte que cette dernière est portée au potentiel de terre pendant un instant, puis comme le con- densateur est chargé par la résistance dc grille 54, le potentiel de ia grille de commande du tube 24 reprend peu à peu la polarisation négative appliquée en 27. En eonsé quence, le relais 44 se ferme pendant un eer- tain temps, que l'on peut fixer en choisissant les valeurs respectives du condensateur 37 et cle la résistance 54.
La fermeture de ce relais *4 entraîne la fermeture du circuit d'allmeu tation du moteur 16 par c4, d4. Le liquide contenu dans le récipient 1 est donc brassé par l'organe 17 aussi longtemps que le relais 44 reste fermé, afin d'obtenir une bonne homo-. généité du mélange de liquides. La fermeture de ce relais 44 relie, par ai, b4, la grille de commande du tube 25 avec la borne 27 à laquelle est appliquée la tension négative de polarisation, ce qui provoque le relâchement du relais 45. L'ouverture de ce relais 45 courtcircuite le condensateur 38, dont une des armatures était au potentiel de polarisation.
Lorsque la charge du condensateur 37 à travers la résistance 54 est pratiquement terminée, le relais 44 est relâché, ce qui coupe, d'une part, l'alimentation du moteur 16 de brassage et, d'autre part, la liaison de la grille de commande du tube 25 avec la borne 27. Le condensateur 39, qui était relié à la terre et à la borne 27, va donc se décharger dans la résistance variable 55, de sorte que le potentiel de la grille de commande du tube 25 se rapproche peu à peu de celui de la terre et que le courant anodique de ce tube augmente progressivement. On peut régler la vitesse de cette augmentation à l'aide de la résistance variable 55. Pour une certaine valeur de ce courant anodique, le relais 45 se ferme de nouveau et le condensateur 38 est branché entre la terre et la grille de commande du tube 26, portant cette dernière au potentiel de terre pendant un instant.
De ce fait, le relais 46 se ferme et l'enroulement de la vanne 9 est mis sous tension puisqu'il est relié, d'une part, à la borne 28 et, d'autre part-, à la terre par c6, d6. Le récipient 1 se vide par la conduite 13 et le liquide découvre progressive ment les contacts s 20, 19, 18 et 40.
Lorsque les contacts 20 et 19 sont découverts, les relais 42 et 43 restent encore fermés pendant un certain temps, car le potentiel des grilles de commande des tubes 22 et 23 ne peut reprendre la valeur du potentiel de polarisation que lorsque les condensateurs 47 res pectivement 48 ont reçu u une charge négative à travers les résistances 52 respectivement 53.
Les valeurs de ces condensateurs 47 et 48 et de ces résistances 52 et 53 sont telles que les relais 42 et 43 ne puissent relâcher avant que le récipient 1 ne soit eomplètement vide.
Lorsque le niveau du liquide s'abaisse au-dessons du contact 18, la vanne 6 ne s'ouvre pas, car la grille de commande du tube 21 est mise à la terre par les contacts a6 et b6 du relais 46.
La constante de temps du condensateur 38 et de la résistance 56 est calculée pour que le relais 46 ne relâehe que lorsque le récipient 1 est vide, mais cependant avant le relâchement des relais 42 et 43. Lorsque le relais 46 relâche, la vanne 9 se referme puisque son circuit d'alimentation est coupé entre c6 et d6, et la grille de commande du tube 21 est de nouveau soumise au potentiel de polarisation, car elle n'est plus reliée à la terre par Q6, b6, de sorte que le relais 41 relâche aussi. La constante de temps du condensateur et de la résistance 47 et 52 respectivement 48 et 53 est prévue pour que le relais 49 relâche peu après et que le relais 43 relâche encore après.
A ce moment, l'enroulement de la vanne 6 est de nouveau sous tension, ses extrémités etant reliées à la borne 28 et à la terre par c1, al, c2, a9, e3, 43 et le cycle d'opérations recommence.
L'installation décrite permet de contrôler industriellement la composition de divers liquides. En principe, le liquide à contrôler est amené par la conduite 10; le réservoir 14 contient un réactif et le réservoir 15 contient un liquide indicateur. L'addition de ces trois liquides donne un liquide dont la coloration est fonction de la composition du liquide que l'on veut contrôler. Lorsque les titrages res pectifs du réactif et du liquide indicateur sont connus, ainsi que la proportion de ceus-ci dans le mélange final, on peut déduire la teneur du liquide à contrôler en une matière donnée d'une simple mesure colorimé- trique.
Cette mesure est effectuée au moyen de la lampe à incandescence 2 et de la cellule photoélectrique 3. La tension donnée par la cellule 3 peut être amplifiée et utilisée pour actionner par exemple un dispositif indicateur, un dispositif d'alarme ou un dispositif de réglage. Cette mesure doit être effectuée après le brassage du liquide par l'organe 3.6 et avant la vidange du liquide. On peut y arriver simplement en faisant passer le circuit d'alimentation de la lampe 2 par deux interrupteurs (non représentés au dessin) actionnés par les relais 44 et 45, et branchés en série. Chacun de ces interrupteurs doit être ouvert lorsque le relais correspondant est en position de repos ou de relâchement.
Le relais 44 est relâché et le relais 45 est fermé jusqu'à ce que le récipient 1 soit plein, de sorte que la lampe n'est pas alimentée. Ensuite, le relais 44 se ferme en provoquant le relâchement du relais 45, si bien que le circuit de la lampe 2 n'est pas encore fermé.
Lorsque le relais 44 relâche, ce qui met fin au brassage, le relais 45 est toujours relâché, de sorte que cette fois la lampe 2 est alimentée et la mesure peut avoir lieu. Puis le relais 45 se ferme en provoquant la vidange du récipient 1 par l'intermédiaire du relais 46 et l'alimentation de la lampe 2 est coupée jusqu'à la prochaine mesure.
Un dispositif de sécurité est prévu pour empêcher tout débordement de liquide hors dn récipient 1. Ce dispositif comprend un quatrième contact 87 fixé à la paroi du reci- pient 1 à un niveau supérieur aux trois contacts 18, 19 et 20. Ce quatrième contact est relié directement à l'enroulement de la vanne de vidange 9. Ainsi, si le liquide venait à monter dans le récipient et à dépasser le contact 20 sans que toutes les vannes 6, 7 et S ne soient fermées, l'arrivée du liquide au niveau du contact 87 connecterait l'enroulernent de commande de la vanne 9 directement à la terre en passant par le liquide et le contact 40. De ce fait, un courant pourrait parcourir ledit enroulement et provoquer l'ouverture de la vanne de vidange 9.
On pourrait simplifier l'installation en supprimant le réservoir 15, la vanne 8 et tons les éléments destinés à la commande de cette vanne. L'installation ne présenterait alors plus qu'un seul réservoir dans lequel on introduirait le réactif et le liquide indicateur mélangés à l'avance dans la proportion correcte. D'ailleurs, suivant la composition du liquide à contrôler, le liquide indicateur n'est pas nécessaire, car le réactif suffit pour permettre une mesure colorimétrique.
Enfin, il est clair que les tubes 24, 25 et 26 et les relais 44, 45 et 46 pourraient être remplacés par une minuterie pourvue de contacts, dont le déclenchement serait assuré par le relais 43.
La fig. 2 montre à plus grande échelle que la fig. 1 le récipient 1, la vanne de vidange 9 et la vanne électromagnétique 6.
Comme cela est visible sur le dessin, le récipient 1 est formé d'un tube 60 en matière transparente, fermé à sa partie inférieure, qui est évasée, par un fond métallique 61. Une garniture d'étanchéité 62 est intercalée entre l'extrémité inférieure du tube 60 et le fond 61. Un écrou 63 maintient ensemble le tube 60 et le fond 61. Un couvercle 64 ferme l'extrémité supérieure du tube 60. Ce couvercle 64 présente un alésage central 65 à travers lequel passe la tige d'entraînement 66 de l'organe de brassage 17.
Au centre du fond 61 se trouve placé l'ors fice de vidange 67 qui est contrôlé par la vanne 9. Cette vanne 9, qui comprend un pointeau 68 coopérant avec un siège conique 69 prévu dans un corps de vanne 77, est commandée éleetromagnétiquement par un enroulement 70. Une membrane 71 sépare l'enroulement 7Q du pointeau 68 pour éviter toute intrusion de liquide du côté de l'enroulement. Un ressort 72 est prévu pour mande tenir le pointeau 68 contre le siège 69 lorsque l'enroulement 70 n'est parcouru par aueu courant.
Par contre, lorsque l'enroulement 70 est mis sous tension, l'armature 73 solidaire du pointeau 6X est attirée vers l'enroulement 70 contre l'action du ressort 72, ce qui ouvre la vanne 9 et permet au liquide de s'écouler par la conduite 13.
Dans le fond du récipient 1 débouchent les trois conduites 10, 11 et 12 contrôlées chacune à proximité immédiate du fond par une vanne à commande électromagnétique. Comme les trois vannes à commande éleetromagnétique 6, 7 et 8 sont de construction semblable, une seule d'entre elles a été représentée à la fig. 2.
Comme la vanne 9, les vannes 6, 7 et 8 comprennent aussi un pointeau 68 eoopérant avec un siège 69, et un ressort 72 maintient aussi en position de repos le pointeau 68 sur le siège 69. La tige 74 du pointeau 68 pré- sente à une certaine distance du pointeau une gorge 75. Le corps de vanne 77 est percé en regard de cette gorge 75 d'un canal 76.
Cette gorge 75 et ce canal 76 sont prévu pour permettre à tout écoulement liquide pouvant se produire entre la tige 74 et le corps de vanne 77 de s'échapper du corps de vanne avant d'atteindre la membrane 71.
Le dispositif de commande éleetromagnétique des vannes 6, 7 et 8 est pareil à celui de la vanne 9. Il comprend en effet aussi un enroulement 70 qui, lorsqu'il est parcouru par un eourant, attire vers lui une armature 73 solidaire du pointeau 68.
Dans toutes ces vannes à commande électromagnétique, l'armature 73 et la membrane 71 sont fixées à la tige 74 du pointeau entre une rondelle 78 rivée à l'extrémité de la tige et une rondelle 79 maintenue par un écrou de servage 80 vissé sur la tige 74.
En variante, et pour obtenir une plus grande précision pour chaque opération de titrage successive, une amenée de liquide de rinçage dans le récipient 1 peut être prévue pour nettoyer les parois du récipient après chaque opération de titrage.
En outre, un compteur d'analyse pour- rait être branché sur l'installation, par exem ple un compteur à commande électromagné- tique. Celui-ci pourrait être branché en parallèle avec l'enroulement de commande de la vanne de vidange 9. Ainsi, à chaque vidange du récipient 1, le compteur avancerait d'nne unité.
Dans une autre forme d'exécution de l'invention, il serait possible de prévoir des con tacts disposés en dessous des contacts 18, i 9. et 20 ainsi que des contacts disposés au-dessus de ceux-ci. Avec ime telle installation, il serait donc possible d'effectuer des analyses en des sous et au-dessus du point de saturation recherché par exemple dans le but de faire une opération de réglage industriel (rectificatif).
Un des grands avantages de l'installation décrite ci-dessiis réside dans le fait que le récipient 1 est interchangeable. Ainsi, suivant le liquide à contrôler, on utilisera un récipient 1 dans lequel les contacts 18, 19 et 20 seront disposés à différents niveaux, le contact 40 étant toujours donné par le fond 61 du récipient 1.
De plus, comme cela est visible d'après le schéma de la fig. 1, le liquide contenu dans le récipient 1 n'est soumis à aucune électrolyse au cours des opérations de contrôle colorimétrique, ce qui est de toute importance pour la précision du contrôle.
Enfin, l'arrivée du liquide à eontrôler ainsi que du réactif et du liquide indicateur dans le fond du récipient 1 évite que les contacts 18, 19 et 20 ne soient mouillés par ces liquides, ce qui assure un fonetionnement parfait de l'installation.
Automatic titration facility.
The principle of colorimetric control of a liquid by means of a photoelectric cell has been applied for a long time in industry and various installations are known for the purpose of automatically carrying out this control.
Thus, for example, installations are known which automatically control the chlorine content in water. In these installations the control is carried out by means of valves periodically causing, on the one hand, the introduction of a certain volume of water into a container with transparent walls, placed between a light source and a photoelectric cell and , on the other hand, the introduction into said container of a determined quantity of reagent intended to produce a coloration of water. This coloration is compared to that of a standard and, depending on the result of the comparison, electrical controls cause the quantity of chlorine introduced into the water to increase or decrease.
Similar installations and using the same principle have been adapted to other industry needs.
Installations are also known which are based on the same principle of colorimetric control, but operating continuously, and in which the reagent (s) are mixed with the liquid to be controlled by siphoning in containers at a constant level. The mixture is then subjected to control by photoelectric cell.
The main drawbacks of these known installations are as follows:
a) Periodic control installations, with mixing of a determined quantity of reagent, with a volume of liquid also determined, do not allow precise control, because a certain quantity of reagent always remains in the downstream supply line of the control valve and it is impossible to know to what extent it influences the contents of the container in which the test is carried out.
If a part of this reagent dissolves in the contents of the container, then the dose is too high and, on the other hand, the following control will be distorted by the introduction of a part of reagent already diluted.
b) In continuous monitoring installations, considerable quantities of reagent are required and it is necessary that the supply of reagent as well as the mixing of the latter with the liquid to be monitored be carefully ensured, which necessitates complicated installations.
In principle, all the known installations sin by the lack of precision. In fact, when a control of this type is carried out in the laboratory, the quantity of reagent is introduced into the volume of liquid to be checked by means of a dropper, that is to say with very great precision. .
Until now it has not been possible to achieve this degree of precision in automatic control installations.
The object of the present invention is an automatic titration installation that makes it possible to overcome the aforementioned drawbacks, that is to say that it allows precise control to be carried out while saving the materials used. This installation comprises a container with transparent walls, placed between a light source and a photoelectric cell, this container being connected, on the one hand, to a supply pipe for the liquid to be checked and, on the other hand, to at least one feed line for a reagent as well as a drain line.
This installation differs from known installations by the fact that all the conduits terminate at the bottom of the receptacle and are controlled by electromagnetic valves forming a closure close to the bottom, the closing of the supply valves being controlled by means of electrical contacts placed inside the container, and the control circuits themselves being controlled by the liquid rising in the container, when it reaches the various contacts.
The following description indicates, by way of example and with reference to the appended drawing, an embodiment of the subject of the invention.
Fig. 1 represents in diagram form an embodiment of the object of the invention.
Fig. 2 shows in section two electromagnetic valves and their connection to the container.
With reference to FIG. 1, a container 1 with transparent walls is placed between a light source 2, consisting of an incandescent lamp, and a photoelectric cell 3. Lenses 4 and 5 are provided to direct the luminous flux onto the photoelectric cell . Electromagnetic valves 6, 7, 8 and 9 make it possible to put the container 1 in communication with conduits 10, 11, 12 and respectively 13. These valves are designed to be open when their winding is traversed by a current and closed in the absence of the latter.
Line 10 allows the liquid to be controlled to be brought in, line 13 is the container emptying line and lines 11 and 12 are respectively connected to tanks 14 and 15. Motor 16, fixed above the container 1 , drives a stirring member 17.
Four contacts 18, 19, 20 and 40 pass through the wall of the container 1 and are respectively connected to the control grid of three electronic tubes, in this case three triodes 21, 22, 23 and to earth. The electrical installation for controlling the valves also comprises three other triodes 24, 25 and 26. The cathode of each triode is connected to earth by a resistor 31, 32, 33, 34, 35 respectively 36, and the anode of each triode is connected to terminal 28 by the enronlement of a relay 41, 42, 43, 44, 45 and 46 respectively.
The control grid of each of the tubes 21, 22, 23, 24 and 26 is connected to the terminal 27 by a resistor 51, 52, 53, 54 and 56 respectively, while the control grid of the tube 25 is connected to the earth by a variable resistor 55. Two capacitors 47 and 48 respectively connect the control grid of the tubes 22 and 23 to the earth.
A negative grid bias voltage is applied to terminal 27. The positive pole of a voltage source for powering the triodes is connected to terminal 28, its negative pole being connected to earth. Motor 16 is connected to terminals 29 and 30, to which the supply voltage for motor 16 is applied.
The position of the relay contacts indicated in the drawing corresponds to their position when the relay winding is not energized.
The winding of the valve 6 is connected, on the one hand, to terminal 28 and, on the other hand, to a fixed contact cl of relay 41; that of valve 7, to terminal 28 and to a fixed contact bl of relay 41; that of valve 8, to terminal 28 and to a fixed contact b2 of relay 42; that of valve 9, to terminal 28 and to a mobile contact c6 of relay 46. A mobile contact a1 of relay 41 is connected to a fixed contact c2 of relay 42. A mobile contact a2 of the latter is connected to a contact fixed e3 of relay +3, of which a fixed contact c3 and a movable contact d3 are both earthed.
A capacitor 37 combines this contact d3 with a movable contact a3, while a fixed contact b3 of this relay 43 is connected to the control grid of the tube 24. The relay 44 has two movable contacts a4 and c4 and two contacts. fixed b4 and d4. Contact a4 is connected to terminal 27 and b4 to the control grid of tube 25. Contacts c4 and d4 are used to close the supply circuit of motor 16.
The relay has a mobile contact a5, which is joined by a capacitor 38 to a fixed earthed contact c5, and a fixed contact b5, which is connected to the control grid (read tube 96. The control grid of the tube 21 is connected to mid moving contact a6 of relay 46, of which two fixed contacts b6 and d6 are earthed A capacitor 39 shunts variable resistor 55.
The operation of the installation is as follows:
When the receptacle 1 is empty, the tubes 21, 22, 23, 24 and 26 only let pass an anode current insufficient to attract the movable contacts of the relays 41, 42, 43, 44 and 46 respectively, because their control grid is subjected to the bias voltage applied to wheel at 27. Only relay 45 is closed, that is to say that a5 is in contact with b5, because its winding is traversed by the anode current of the tube 25, of which the control grid The control is connected to earth by variable resistor 55. Valve 6 is open because its winding is live. Indeed, it is connected, on the one hand, to terminal 28 and, on the other hand, to earth by contacts c1, al, c2, a2, e3, d3.
The valves 7, 8 and 9 are closed, because one end of their winding is connected respectively to the contacts b1, b2 and c6, where the circuit is interrupted.
The liquid to be checked, which is brought through line 10, begins to fill the receptacle and first reaches contact 40 and then contact 18. When the level reaches contact 18, valve 6 closes, while valve 7 opens. The other valves remain closed. Indeed, the liquid connects the contact 40 and the contaet 18, and since its resistance is low compared to that of the resistor 51, the control grid of the tube 21 is brought practically to the potential of the earth. This results in an increase in the anode current which causes the closing of the relay 41, so that the mobile contact al leaves cî to touch bl. The winding of the valve 6 is no longer under voltage, since one of its ends is connected to the fixed contact cî which is now without connection.
The winding of the valve 7 is under voltage since it is connected, on the one hand, to terminal 28 and, on the other hand, to earth by bl, al, co, a2, e3, d3.
The liquid coming from the reservoir 14 therefore flows through the pipe 11. At the moment when the level inside the receptacle 1 reaches the contact 19, the control grid of the tube 22 is set, as previously, to a substantially equal potential. to that of the earth and the relay 42 closes. The connection of the winding of the valve 7 to the earth, which was made by bl, al, c2, a2, e3, d3 is cut in c2 and the valve 7 closes, while the winding of the valve 8 is energized, because it is now connected to terminal 28 and to earth by b2, a2, e3, d3. All the valves are therefore closed, with the exception of the valve 8 which allows the liquid contained in the reservoir 15 to flow into the container 1 through the pipe 12.
When the level of the liquid in the device 1 reaches the contact 20, the control grid of the tube 23 is substantially brought to the earth potential, which causes the closing of the relay 43 for the same reasons as previously. On closing, relay 43 cuts off at e3 the return to earth of the valve winding 8, so that at this moment all the valves are closed.
The tubes 24 and 25 are mainly intended to control the tube 26 by allowing a certain time to elapse between the closing of the relay 43 and that of the relay 46 which will call the valve 9 for emptying the container 1. The tubes 24 and 25 therefore form with capacitors 37 and 38 and resistors 54 and 55 a timing device. It is during the lapse of time determined by the timing slide that the colorimetric control of the liquid must be carried out by means of the light source 2 and the photoelectric cell 3. The two armatures of the capacitor 37 were connected. by a3, c3, d3 before the closing of relay 43.
Closing the latter has the effect of connecting this capacitor 37 between the earth and the control grid of the tube 24 by a3, b3, so that the latter is brought to the earth potential for an instant, then as the con- densator is charged by grid resistor 54, the potential of the control grid of tube 24 gradually takes over the negative bias applied at 27. As a result, relay 44 closes for a period of time, until the one can fix by choosing the respective values of the capacitor 37 and the resistor 54.
Closing this relay * 4 causes the ignition circuit of motor 16 to close via c4, d4. The liquid contained in the container 1 is therefore stirred by the member 17 as long as the relay 44 remains closed, in order to obtain a good homo-. generality of the mixture of liquids. The closing of this relay 44 connects, by ai, b4, the control grid of the tube 25 with the terminal 27 to which the negative bias voltage is applied, which causes the release of the relay 45. The opening of this relay 45 short-circuits capacitor 38, one of the plates of which was at the bias potential.
When the charging of the capacitor 37 through the resistor 54 is practically complete, the relay 44 is released, which cuts off, on the one hand, the power supply to the stirring motor 16 and, on the other hand, the connection of the grid. control of the tube 25 with the terminal 27. The capacitor 39, which was connected to the earth and to the terminal 27, will therefore discharge in the variable resistor 55, so that the potential of the control grid of the tube 25 is gradually approaches that of the earth and that the anode current of this tube increases gradually. The speed of this increase can be adjusted using the variable resistor 55. For a certain value of this anode current, the relay 45 closes again and the capacitor 38 is connected between the earth and the control grid of the tube. 26, bringing the latter to earth potential for a moment.
As a result, relay 46 closes and the winding of valve 9 is energized since it is connected, on the one hand, to terminal 28 and, on the other hand, to earth by c6, d6. The container 1 empties through line 13 and the liquid gradually discovers the contacts s 20, 19, 18 and 40.
When the contacts 20 and 19 are uncovered, the relays 42 and 43 still remain closed for a certain time, because the potential of the control gates of the tubes 22 and 23 can only resume the value of the bias potential when the capacitors 47 respectively. 48 received a negative charge through resistors 52 respectively 53.
The values of these capacitors 47 and 48 and of these resistors 52 and 53 are such that the relays 42 and 43 cannot release before the container 1 is completely empty.
When the liquid level drops below contact 18, valve 6 does not open, because the control grid of tube 21 is grounded by contacts a6 and b6 of relay 46.
The time constant of capacitor 38 and resistor 56 is calculated so that relay 46 does not release until vessel 1 is empty, but however before releasing relays 42 and 43. When relay 46 releases, valve 9 turns on. closes again since its supply circuit is cut between c6 and d6, and the control grid of the tube 21 is again subjected to the bias potential, because it is no longer connected to the earth by Q6, b6, so that the relay 41 also releases. The time constant of the capacitor and of the resistor 47 and 52 respectively 48 and 53 is provided so that the relay 49 releases soon after and the relay 43 releases again afterwards.
At this moment, the winding of the valve 6 is again energized, its ends being connected to terminal 28 and to earth by c1, al, c2, a9, e3, 43 and the cycle of operations begins again.
The installation described makes it possible to industrially control the composition of various liquids. In principle, the liquid to be checked is brought through line 10; reservoir 14 contains a reagent and reservoir 15 contains indicator liquid. The addition of these three liquids gives a liquid whose coloring depends on the composition of the liquid that is to be controlled. When the respective titrations of the reagent and of the indicator liquid are known, as well as the proportion of these in the final mixture, the content of the liquid to be tested in a given material can be deduced from a simple colorimetric measurement.
This measurement is carried out by means of the incandescent lamp 2 and the photoelectric cell 3. The voltage given by the cell 3 can be amplified and used to actuate, for example, an indicating device, an alarm device or an adjustment device. This measurement must be carried out after the liquid has been stirred by component 3.6 and before the liquid has been drained. This can be achieved simply by passing the supply circuit of the lamp 2 through two switches (not shown in the drawing) actuated by the relays 44 and 45, and connected in series. Each of these switches must be open when the corresponding relay is in the rest or release position.
The relay 44 is released and the relay 45 is closed until the container 1 is full, so that the lamp is not powered. Then, the relay 44 closes causing the release of the relay 45, so that the circuit of the lamp 2 is not yet closed.
When the relay 44 releases, which ends the stirring, the relay 45 is always released, so that this time the lamp 2 is energized and the measurement can take place. Then the relay 45 closes causing the emptying of the receptacle 1 by means of the relay 46 and the supply of the lamp 2 is cut off until the next measurement.
A safety device is provided to prevent any overflow of liquid out of container 1. This device comprises a fourth contact 87 fixed to the wall of container 1 at a level higher than the three contacts 18, 19 and 20. This fourth contact is connected directly to the winding of the drain valve 9. Thus, if the liquid were to rise in the container and exceed the contact 20 without all the valves 6, 7 and S being closed, the arrival of the liquid to the level of contact 87 would connect the control coil of valve 9 directly to earth, passing through the liquid and contact 40. As a result, a current could flow through said coil and cause the opening of the drain valve 9.
The installation could be simplified by eliminating the reservoir 15, the valve 8 and all the elements intended for the control of this valve. The installation would then present only one tank into which the reagent and the indicator liquid mixed in advance in the correct proportion would be introduced. Moreover, depending on the composition of the liquid to be checked, the indicator liquid is not necessary, because the reagent is sufficient to allow a colorimetric measurement.
Finally, it is clear that the tubes 24, 25 and 26 and the relays 44, 45 and 46 could be replaced by a timer provided with contacts, the triggering of which would be ensured by the relay 43.
Fig. 2 shows on a larger scale than FIG. 1 the container 1, the drain valve 9 and the solenoid valve 6.
As can be seen in the drawing, the container 1 is formed of a tube 60 of transparent material, closed at its lower part, which is flared, by a metal bottom 61. A seal 62 is interposed between the end. bottom of tube 60 and bottom 61. A nut 63 holds tube 60 and bottom 61 together. A cover 64 closes the upper end of tube 60. This cover 64 has a central bore 65 through which the rod passes. drive 66 of the stirring member 17.
In the center of the bottom 61 is placed the drain hole 67 which is controlled by the valve 9. This valve 9, which comprises a needle 68 cooperating with a conical seat 69 provided in a valve body 77, is controlled electromagnetically by a winding 70. A membrane 71 separates the winding 7Q from the needle 68 to prevent any liquid intrusion on the winding side. A spring 72 is provided to mande hold the needle 68 against the seat 69 when the winding 70 is not traversed by aueu current.
On the other hand, when the winding 70 is put under tension, the armature 73 integral with the needle 6X is attracted towards the winding 70 against the action of the spring 72, which opens the valve 9 and allows the liquid to flow. through the pipe 13.
The three conduits 10, 11 and 12 open into the bottom of the container 1, each controlled in close proximity to the bottom by an electromagnetically controlled valve. As the three electromagnetically controlled valves 6, 7 and 8 are of similar construction, only one of them has been shown in FIG. 2.
Like the valve 9, the valves 6, 7 and 8 also include a needle 68 operating with a seat 69, and a spring 72 also maintains the needle 68 in the rest position on the seat 69. The rod 74 of the needle 68 is present. at a certain distance from the needle a groove 75. The valve body 77 is pierced opposite this groove 75 with a channel 76.
This groove 75 and this channel 76 are provided to allow any liquid flow that may occur between the stem 74 and the valve body 77 to escape from the valve body before reaching the membrane 71.
The electromagnetic control device of the valves 6, 7 and 8 is similar to that of the valve 9. It in fact also comprises a winding 70 which, when it is traversed by a current, draws towards it an armature 73 integral with the needle 68 .
In all these electromagnetically controlled valves, the armature 73 and the membrane 71 are fixed to the rod 74 of the needle between a washer 78 riveted to the end of the rod and a washer 79 held by a slave nut 80 screwed onto the rod 74.
As a variant, and to obtain greater precision for each successive titration operation, a supply of rinsing liquid into the container 1 can be provided to clean the walls of the container after each titration operation.
In addition, an analysis meter could be connected to the installation, for example an electromagnetically controlled meter. This could be connected in parallel with the control winding of the drain valve 9. Thus, each time the container 1 is emptied, the meter would advance by one unit.
In another embodiment of the invention, it would be possible to provide contacts arranged below the contacts 18, 9. and 20 as well as contacts arranged above them. With such an installation, it would therefore be possible to carry out analyzes below and above the desired saturation point, for example with the aim of carrying out an industrial adjustment operation (rectification).
One of the great advantages of the installation described above resides in the fact that the container 1 is interchangeable. Thus, depending on the liquid to be controlled, a container 1 will be used in which the contacts 18, 19 and 20 will be arranged at different levels, the contact 40 always being given by the bottom 61 of the container 1.
In addition, as can be seen from the diagram of FIG. 1, the liquid contained in the container 1 is not subjected to any electrolysis during the colorimetric control operations, which is of great importance for the precision of the control.
Finally, the arrival of the liquid to be controlled as well as the reagent and the indicator liquid in the bottom of the receptacle 1 prevents the contacts 18, 19 and 20 from being wetted by these liquids, which ensures perfect operation of the installation.