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.