EP2242565A1 - Melangeur, dispositif et procede de surveillance ou de commande de ce melangeur - Google Patents

Melangeur, dispositif et procede de surveillance ou de commande de ce melangeur

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Publication number
EP2242565A1
EP2242565A1 EP09708028A EP09708028A EP2242565A1 EP 2242565 A1 EP2242565 A1 EP 2242565A1 EP 09708028 A EP09708028 A EP 09708028A EP 09708028 A EP09708028 A EP 09708028A EP 2242565 A1 EP2242565 A1 EP 2242565A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
particle
mixture
instrumented
mixer
products
Prior art date
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Granted
Application number
EP09708028A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP2242565B1 (fr
Inventor
Jean-François PINTON
Pascal Metz
Yoann Gasteuil
Woodrow Lee Shew
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Normale Superieure de Lyon
Ecole Normale Superieure de Paris
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Normale Superieure de Lyon
Ecole Normale Superieure de Paris
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Ecole Normale Superieure de Lyon, Ecole Normale Superieure de Paris filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP2242565A1 publication Critical patent/EP2242565A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP2242565B1 publication Critical patent/EP2242565B1/fr
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/60—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a horizontal or inclined axis
    • B01F27/70—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a horizontal or inclined axis with paddles, blades or arms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/20—Measuring; Control or regulation
    • B01F35/21—Measuring
    • B01F35/213—Measuring of the properties of the mixtures, e.g. temperature, density or colour
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/20—Measuring; Control or regulation
    • B01F35/21—Measuring
    • B01F35/214—Measuring characterised by the means for measuring
    • B01F35/2142—Measuring characterised by the means for measuring using wireless sensors introduced in the mixture, e.g. transponders or RFID tags, for measuring the parameters of the mixture or components to be mixed

Definitions

  • the invention relates to a mixer and to a device and method for monitoring or controlling this mixer.
  • the applicant knows a mixer comprising:
  • the monitoring or control device is a device which makes it possible to verify that the mixing is carried out according to a pre-established plan and / or to control different equipment of the mixer such as the stirrer so that the mixing takes place in accordance with this preset plan.
  • the device makes it possible to stop the mixer when the mixture is homogeneous.
  • the measurable characteristic used may also be representative of the progress of a process related to the mixture such as a chemical reaction. In the latter case, the device makes it possible to monitor the smooth running of the process and to act on the mixer if the process does not proceed as expected.
  • the monitoring or control device comprises: at least one instrumented particle incorporated in the mixture, each instrumented particle being: a. able to freely move autonomously inside the mixture under the action of the products stirred by the agitator, and b. equipped with at least one sensor capable of measuring the characteristic of the mixture,
  • a processing unit able to monitor or control the mixer according to the measurements of the characteristic made by each instrumented particle.
  • the instrumented particles are free to move in the mixture, they are capable of measuring the characteristic at many points in this mixture and even under the visible surface of the mixture.
  • the number of instrumented particles is less than the number of points where a measurement can be made. This makes it possible to limit the number of sensors used compared to a situation where one would like to obtain the same measurements by using sensors fixed on the walls of the container.
  • instrumented particles move in the mixture under the action of turbulent flows created by the agitator. It is therefore not necessary to provide specific means of propulsion for these particles.
  • the mixer equipped with the monitoring or control device above thus simply allows to monitor and control more efficiently the progress of mixing.
  • the embodiments of this mixer may comprise the following characteristic: the agitator is a mechanical stirrer integral with the receptacle and capable of mechanically agitating the products received in the receptacle in order to mix them with each other.
  • the invention also relates to a device for monitoring or controlling a mixer that can be implemented in the mixer above.
  • the density of each instrumented particle is equal to the density of the mixture within plus or minus 10%;
  • the processing unit is able to indicate the end of the mixing when the instantaneous measurements of the characteristic are equal, during a predetermined time interval, to the average value of the measurements made at + or - ⁇ g near, ⁇ g being a predetermined threshold ;
  • the device comprises several instrumented particles each equipped with a sensor able to measure said characteristic of the mixture;
  • each instrumented particle comprises an emitter for transmitting the realized measurements of the characteristic by a wireless link, and the processing unit comprises a receiver able to receive the measurements transmitted by each instrumented particle;
  • the device comprises a locator adapted to record the position of each instrumented particle in a frame of reference integral with a container in which the mixture is made, and the processing unit is able to monitor or control the mixer according to the measurements made by each instrumented particle and the positions taken; the characteristic measured by the sensor of each instrumented particle is representative of the physical quantity distinguishing the mixed products from each other.
  • the indication of the end of the mixture from the measurements made by the instrumented particles makes it possible to stop the mixer just at the moment when the mixture is considered homogeneous in the container with regard to the measured characteristic, - to use several particles simultaneously instrumented in the same mixture makes it faster and more accurate, for example, the determination of inhomogeneity in the mixture,
  • transmitting the measurements via a wireless link to the treatment unit makes it possible to reduce the size of the particles and thus, ultimately, to improve the monitoring or the control of the unfolding of the mixture, to locate the particles that have been instrumented at the
  • the interior of the mixture makes it possible to improve the monitoring or the control of the mixer, taking into account, for example, places where there are inhomogeneities within the mixture.
  • the subject of the invention is also a method of monitoring or controlling a mixer of fluid or granular products which are distinguishable from each other, before mixing, by at least one measurable physical quantity, characterized in that this process comprises :
  • FIG. 1 is a schematic illustration of the architecture of a mixer equipped with a monitoring and control device
  • FIG. 2 is a schematic illustration of an instrumented particle of the monitoring and control device of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a flowchart of a method for monitoring and controlling the mixer of FIG. 1
  • FIG. 4 is a graph schematically illustrating the various measurements taken by instrumented particles of the monitoring and control device of FIG. 1,
  • the products introduced into the container 4 are distinguished from each other, before mixing, by at least one measurable physical quantity.
  • the mixture is inhomogeneous.
  • the purpose of the mixer is to homogenize the mixture with respect to the spatial distribution of the values of a characteristic of this locally measurable mixture. More specifically, here it is considered that a mixture is inhomogeneous if there exists in the mixture at least a first and a second product pockets in which the measured characteristic has, respectively, a first and a second different values, the difference between these first and second values being greater than a predetermined threshold.
  • the minimum size of the pockets taken into account and the predetermined threshold is, for example, set beforehand by the user according to the products to be mixed.
  • the mixture is considered homogeneous if it is not inhomogeneous.
  • the characteristic of the locally measurable mixture is the physical quantity which makes it possible, before mixing, to distinguish the mixed products.
  • FIG. 1 the embodiment of FIG. 1 is described in the particular case where the mixed products are respectively yellow and blue liquid paints.
  • the purpose of the mixer is to obtain a homogeneous mixture of uniformly green color.
  • the mixer 2 is equipped with a monitoring and control device.
  • This device comprises: - several instrumented particles 24 incorporated in the mixture 5,
  • Each instrumented particle 24 and capable of measuring the physical quantity that makes it possible to differentiate the mixed products in the container 4.
  • these particles 24 are each equipped with a color sensor making it possible to differentiate the two paints of different colors.
  • These particles 24 are also equipped with a transmitter making it possible to send, in real time and simultaneously, the measurements made by their respective sensors to the antennas 26 to 28. The particles 24 are described in more detail with reference to FIG. 2.
  • the antennas 26 to 28 are arranged outside the container 4 so as to receive the measurements made by the particles 24.
  • the three antennas 26 to 28 are arranged relative to each other so as to allow a localization of each particle instrumented by triangulation.
  • the processing unit 30 comprises a receiver 32 connected to each of the antennas 26 to 28 so as to receive the measurements sent by the particles 24.
  • the unit 30 also comprises:
  • a clean mixer monitoring module 36 for example, to detect inhomogeneity in the mixture from the measurements transmitted by the particles 24, and
  • the module 38 is able to control the following equipment of the mixer 2:
  • the motor 18 for adjusting the rotational speed of the propeller 16 the mechanism 20 for orienting the propeller 16 in a predetermined direction
  • the doser 6 to introduce, if necessary, new quantities of the products into the mixture 5.
  • FIG. 2 shows in greater detail an instrumented particle 24.
  • Each particle 24 comprises:
  • an analog-digital converter 46 capable of converting the signals delivered by the sensor 44 into digital signals
  • a multiplexer 48 capable of multiplexing the digital signals of several sensors when the particle 24 is equipped with several sensors, and a transmitter 50 capable of transmitting the multiplexed digital signals delivered by the multiplexer 48 to the antennas 26 to 28.
  • a second sensor 56 is also shown in broken lines.
  • This second sensor 56 may be identical to the sensor 44, that is to say it may be able to measure the same physical quantity as the sensor 44 or, on the contrary, to be able to measure another physical quantity than that measured by the sensor 44. In the case where the sensors 44 and 56 measure the same physical quantity, these are arranged at different places around the periphery of the particle 24 and preferably diametrically opposed.
  • the sensor 56 like the sensor 44 is connected to the converter 46.
  • the particle 24 comprises only the sensor 44.
  • the sensor 44 is a color sensor capable of distinguishing the two paints mixed by their colors. respectively.
  • the particle 24 also comprises a protective shell 58 adapted to protect the various electronic equipment it contains from the external environment inside which it is intended to be incorporated.
  • the sphere 58 has a diameter D.
  • the diameter D is small enough that the cumulative volume of all the particles 24 remains small compared to the volume of the mixture. For example, the cumulative volume of the particles 24 is less than 10% of the volume of the mixture. Thus, the presence of the particles does not interfere with the mixing.
  • the diameter D is less than 2 cm and preferably less than 1 cm.
  • the weight of the particle 24 is sufficient so that it can pass through the different product pockets during mixing.
  • the diameter D of the particle 24 is chosen so that the density of this particle is substantially equal to the density of the mixture 5.
  • substantially equal is meant the fact that the density of the particle 24 is equal to the density from mixture 5 to plus or minus 10%.
  • the density of the particle 24 is equal to the volume of this particle divided by its weight.
  • the density of the mixture is equal to the volume of this mixture divided by its weight. If the mixture is made at constant weight and volume, the volume of the mixture can be determined a priori by the ratio of the volume of the products to be mixed to the weight of the products to be mixed.
  • PF is the density of the mixture 5
  • - D is the diameter to be determined of the particle 24.
  • the particles 24 are incorporated in the mixture 5.
  • the particles 24 are introduced at the same time as the products to be mixed in the container 4.
  • the stirrer 14 is controlled to stir the products to be mixed inside the container 4.
  • the motor 18 rotates the propeller 16 which itself mixes the various products present in the container 4.
  • This stirring of the products also causes the particles 24 to move inside the container 4 under the action of the turbulent flows created in the mixture 5 by the propeller 16.
  • each particle 24 is independent from other particles. Under these conditions, the particles 24 uniformly sweep the entire volume of the mixture 5.
  • the sensor 44 of each particle 24 performs an instantaneous measurement g, (t) of the physical quantity which makes it possible to differentiate the mixed products, that is to say here, their color.
  • the index i identifies the particle 24 that made the measurement.
  • each measurement g, (t) is instantaneously sent to the receiver 32 via a wireless link established between the emitter 50 of this particle and the antennas 26 to 28.
  • the unit 30 executes a phase 66 for monitoring and controlling the mixer 2.
  • the receiver 32 receives the measurements g, (t)
  • Each particle 24 sends its measurements on a frequency that is specific to it so as not to interfere with the emissions of the other particles 24 present in the same mixture.
  • each information frame transmitted by a particle 24 has an identifier of this particle making it possible to identify this particle from all the particles present in the mixture 5.
  • the module 36 determines, for example, whether the mixture is sufficiently homogeneous to be able to stop the stirrer 14.
  • an average value g (Y) of the different instantaneous measurements g, (t) sent by each particle 24 is calculated.
  • this average g (/) is a sliding average carried out over a predetermined time interval ⁇ t.
  • the module 36 checks whether each instantaneous measurement g, (t) sent by each particle 24 during the interval ⁇ t is equal to the average g (0 plus or minus ⁇ g.
  • ⁇ g is a tolerance margin on the homogeneity of the mixture, ⁇ g is predetermined by the user, for example here ⁇ g is chosen to be less than 10% of the average g (t) and, preferably, less than 5% of the average g (t).
  • the module 38 controls, during a step 76, In this case, it is considered that the mixture 5 has become sufficiently homogeneous and it is therefore no longer necessary to continue stirring it.
  • the locator 34 determines the position, in an integral reference frame of the container 4, of each particle 24.
  • the position of each particle 24 is determined by triangulation from moments of reception of the measurement g, (t) by the antennas 26 to 28 or from the power of the signals received by each of the antennas 26 to 28.
  • the unit 38 controls the different equipment of the mixer 2 according to the measurements g, (t) sent by the particles 24 and the location of these particles 24 obtained in step 78. For example, from each measurement g, (t) and the location of the particle having sent this measurement, the module 38 determines where the residual pockets of yellow or blue color in the container 4. Then, the module 38 controls the mechanism 20 to preferentially stir areas of the mixture 5 where are these residual pockets of yellow or blue color . During step 80, the module 38 can also control the motor 18 to accelerate or otherwise slow down the stirring of the products according to the measurements g, (t).
  • step 80 if the average color predicted for mixing from the measurements g, (t) sent by each of the particles 24 does not correspond to a target color set by the user, then the module 38 also controls the metering device 6 for introducing products during mixing. For example, if the uniform color predicted for blend 5 is too close to yellow, the module 38 controls the addition of blue paint to this blend.
  • FIG. 4 represents an example of evolution over time of the measurements g, (t) carried out by four particles 24.
  • the measurements of the first, second, third and fourth particles 24 are identified by, respectively, a cross, a circle, a square and a triangle.
  • the particles 24 are either in pockets of yellow paint or in pockets of blue paint.
  • the standard deviation of the distribution of these measurements around the average g (/) is therefore important.
  • this standard deviation gradually decreases.
  • the mixture thus becomes more and more homogeneous and the measurements g, (t) are close to the average g (t).
  • each measurement made by any of the particles 24 is included in a band of width 2 ⁇ g centered around the average g (t).
  • the agitator 14 is thus stopped at time ti after the time interval ⁇ t has elapsed.
  • the senor 44 may be replaced by any sensor of a locally measurable mixture characteristic. This measured characteristic may be different from the physical quantity used to differentiate, before mixing, the mixed products. Such a choice of the characteristic may be appropriate if the inhomogeneities of the mixture that one seeks to detect appear following reactions that occur between the mixed products, for example.
  • the sensor may also be selected to measure a representative characteristic of the progress of a chemical or other reaction that occurs as the mixture.
  • the sensor may be a sensor of temperature, pressure, pH, polarography, resistivity, capacitance, spectrophotometry, opacity, turbidity, refractometry or viscosity.
  • the sensor may also be a biochip, a biosensor or a sensor known as "lab-on-chip".
  • the mixer that has been described and its monitoring and control device can be adapted to many applications.
  • the mixed products it is not necessary for the mixed products to be miscible liquid products as in the case of paints. It can also be immiscible products.
  • the mixed products may be in liquid, gaseous or granular form. In the case of gases, it will be noted that it is possible to fill the interior space of the particle with a possibly lighter gas than the gases in which the particle is incorporated.
  • the mixer 2 may be suitable for monitoring and controlling a mixer of granular products such as concrete.
  • the granular products to be mixed are sand and gravel.
  • the sand is distinguished, before mixing, gravel by the weight of its grains which is more than ten times lower than that of a gravel. This difference in weight between a grain of sand and a gravel can be measured using an accelerometer. Indeed, since the gravel is heavier than sand grains, their inertia is greater. Therefore, when a gravel strikes an instrumented particle the amplitude of the deceleration or acceleration experienced by the instrumented particle is much greater than if the same particle had been struck in the same condition by a grain of sand.
  • this particle makes it possible to discriminate a pocket of sand from a pocket of gravel.
  • the module 36 or 38 calculates, over a predetermined time interval ⁇ t, the ratio between the standard deviation of the measurements a (t) on the average of these measurements a (t). In the area Pi, this ratio is small. Conversely, in zone P2, this ratio is much larger. Finally, in a zone P3, where sand and gravel are uniformly mixed, this ratio has an intermediate value between the two previous ones. Indeed, in zone P3, the variations of the amplitude a (t) around the average are generally small except from time to time when the particle meets a gravel. This ratio can therefore be used to monitor the state of mixing of sand and gravel and, for example, stop the mixer when the ratio has reached a predetermined target value.
  • Module 38 may be omitted.
  • the instantaneous measurements g, (t) of the instrumented particles are used to predict the evolution of the average g (t).
  • the predicted evolution for the mean g (t) is represented by a line in broken lines g (t).
  • the predicted evolution g (t) is, for example, used by the module 36 to ensure that the mixture is under control and will not exceed a predetermined threshold Si. In the case where the predictions indicate that the mixture deviates from what is expected, so the module 36 triggers an alarm.
  • the device is only used to monitor the mixture without controlling the mixer to intervene on the course of mixing.
  • the average g (t) can be predetermined experimentally by measurements on a homogeneous mixture.
  • the average g (t) can also be established using only the measurements sent at time t.
  • the density of the instrumented particles is chosen substantially equal to the density of the homogeneous mixture.
  • the instrumented particles incorporated in the mixture do not all have the same density. For example, in the case of a mixture of two products having different densities, particles have a density substantially equal to the density of the first product and other particles have a density substantially equal to the density of the second product.
  • the particles When the turbulence created by the stirrer 14 is strong enough to make negligible the effect of gravity on the path of the particles in the mixture, it is not necessary that the particles have substantially the same density as the mixed products or the same density as the mixture obtained. It is considered that the force exerted by the gravity on a particle is negligible compared to the force exerted by the turbulences on this particle, if there is at least a ratio ten between these two forces. For example, the density of the particles in this case is between 1/10 and ten times the density of the mixture.
  • the stirrer 14 can be replaced by a mechanical stirrer consisting of rotating the container 4 as, for example, in the case of a concrete mixer.
  • Agitator 14 can also create the forces that stir the products to be mixed by other means.
  • brewing forces can be electromagnetic forces.
  • the number of instrumented particles incorporated into the mixture can be reduced to one. However, preferably this number is greater than four or ten.
  • the measurements transmitted to the receiver 32 may be differential measurements, that is to say corresponding to the difference between the measurements made by each of the sensors of the particle.
  • a differential measurement is particularly interesting if the sensors are arranged on diametrically opposite sides of the instrumented particle.
  • Part of the treatments carried out here by the processing unit 30 can be carried out inside each particle 24.
  • the module 36 can be incorporated inside the particles 24.
  • the particles send no plus measurements made but already pre-processed information such as an alarm.
  • the communication between the particles 24 and the processing unit 30 can then be bidirectional.
  • the wave used to locate each particle is not necessarily the same as that used to transmit the measurements in real time. If a less precise location is required, one of the three antennas may be omitted.
  • the location of the particles in the mixture can also be achieved by means other than triangulation. For example, the particles can be located using one or more cameras and image processing.
  • the transmission of measurements to the receiver 32 by the particles implements a frequency multiplexing.
  • this frequency multiplexing may be replaced by a time division multiplexing.
  • Other technologies like CDMA technology (Code Division Multiple Access

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Accessories For Mixers (AREA)

Abstract

Ce mélangeur comprend: - au moins une particule instrumentée (24) incorporée dans un mélange entre des produits, chaque particule instrumentée étant: a. apte à se mouvoir librement de façon autonome à l'intérieur du mélange sous l'action des produits brassés par un agitateur (14), et b. équipée d'au moins un capteur apte à mesurer une caractéristique du mélange, - une unité (30) de traitement apte à surveiller ou à commander le mélangeur en fonction des mesures réalisées par chaque particule instrumentée.

Description

MELANGEUR, DISPOSITIF ET PROCEDE DE SURVEILLANCE OU DE COMMANDE
DE CE MELANGEUR
L'invention concerne un mélangeur ainsi qu'un dispositif et un procédé de surveillance ou de commande de ce mélangeur. Le déposant connaît un mélangeur comprenant :
- un récipient dans lequel sont reçus des produits fluides ou granulaires à mélanger pour former un mélange, ces produits se distinguant les uns des autres, avant mélange, par au moins une grandeur physique mesurable,
- un agitateur apte à brasser les produits présents dans le récipient, et - un dispositif de surveillance ou de commande du mélangeur en fonction d'au moins une caractéristique mesurable du mélange.
Le dispositif de surveillance ou de commande est un dispositif qui permet de vérifier que le mélange se déroule conformément à un plan préétabli et/ou de commander différents équipements du mélangeur tels que l'agitateur pour que le mélange se déroule conformément à ce plan préétabli.
Par exemple, si la caractéristique mesurable utilisée est représentative de l'homogénéité du mélange alors de dispositif permet d'arrêter le mélangeur lorsque le mélange est homogène. La caractéristique mesurable utilisée peut aussi être représentative de l'état d'avancement d'un processus lié au mélange tel qu'une réaction chimique. Dans ce dernier cas, le dispositif permet de surveiller le bon déroulement du processus et d'agir sur le mélangeur si le processus ne se déroule pas comme prévu.
Dans les mélangeurs connus, la surveillance ou la commande précise du déroulement du mélange est rendue très difficile par le fait que la valeur de la caractéristique utilisée pour surveiller ou commander le mélangeur n'est pas uniforme sur l'ensemble du volume du mélange. Pour illustrer ce problème, nous prenons ici l'exemple d'un mélange entre une peinture bleue et une peinture jaune réalisé afin d'obtenir un mélange uniformément vert.
Il est connu de placer un capteur de couleur sur un côté du récipient dans lequel se déroule ce mélange. On pourrait s'attendre à pouvoir facilement surveiller ou commander ce mélangeur à partir des mesures de ce capteur. Par exemple, on pourrait envisager d'arrêter automatiquement le mélange lorsque la couleur mesurée par ce capteur est uniformément verte. Dans la pratique, il n'est pas possible de procéder ainsi. En effet, même si localement, à proximité du capteur, la couleur mesurée est uniformément verte, il reste souvent à l'intérieur même du mélange des poches résiduelles de peinture bleue ou jaune. La surveillance ou la commande du mélangeur avec un tel dispositif est donc peu efficace. L'invention vise à remédier à ces problèmes en proposant un mélangeur dans lequel la surveillance ou la commande du mélange est plus efficace.
Elle a donc pour objet un mélangeur dans lequel le dispositif de surveillance ou de commande comprend : - au moins une particule instrumentée incorporée dans le mélange, chaque particule instrumentée étant : a. apte à se mouvoir librement de façon autonome à l'intérieur du mélange sous l'action des produits brassés par l'agitateur, et b. équipée d'au moins un capteur apte à mesurer la caractéristique du mélange,
- une unité de traitement apte à surveiller ou à commander le mélangeur en fonction des mesures de la caractéristique réalisées par chaque particule instrumentée.
Dans le mélangeur ci-dessus, étant donné que les particules instrumentées sont libres de se mouvoir dans le mélange, elles sont capables de mesurer la caractéristique en de nombreux points dans ce mélange et y compris sous la surface visible du mélange. Le nombre de particules instrumentées est inférieur au nombre de points où une mesure peut être réalisée. Cela permet de limiter le nombre de capteurs utilisés par comparaison à une situation où l'on voudrait obtenir les mêmes mesures en utilisant des capteurs fixés sur les parois du récipient.
De plus, les particules instrumentées se déplacent dans le mélange sous l'action des écoulements turbulents créés par l'agitateur. Il n'est donc pas nécessaire de prévoir des moyens spécifiques de propulsion pour ces particules.
Le mélangeur équipé du dispositif de surveillance ou de commande ci-dessus permet donc simplement de surveiller et de commander plus efficacement le déroulement du mélange.
Les modes de réalisation de ce mélangeur peuvent comporter la caractéristique suivante : - l'agitateur est un agitateur mécanique solidaire du récipient et apte à agiter mécaniquement les produits reçus dans le récipient pour les brasser les uns avec les autres.
L'invention a également pour objet un dispositif de surveillance ou de commande d'un mélangeur apte à être mis en œuvre dans le mélangeur ci-dessus.
Les modes de réalisation de ce dispositif de surveillance ou de commande peuvent comporter les caractéristiques suivantes :
- la densité de chaque particule instrumentée est égale à la densité du mélange à plus ou moins 10% près ;
- l'unité de traitement est apte à indiquer la fin du mélange lorsque les mesures instantanées de la caractéristique sont égales, pendant un intervalle de temps prédéterminé, à la valeur moyennes des mesures réalisées à + ou - Δg près, Δg étant un seuil prédéterminé ;
- le dispositif comporte plusieurs particules instrumentées équipées chacune d'un capteur apte à mesurer ladite caractéristique du mélange ;
- chaque particule instrumentée comprend un émetteur pour transmettre par une liaison sans fil les mesures réalisées de la caractéristique, et l'unité de traitement comprend un récepteur apte à recevoir les mesures transmises par chaque particule instrumentée ;
- le dispositif comprend un localisateur apte à relever la position de chaque particule instrumentée dans un référentiel solidaire d'un récipient dans lequel se fait le mélange, et l'unité de traitement est apte à surveiller ou à commander le mélangeur en fonction des mesures réalisées par chaque particule instrumentée et des positions relevées ; - la caractéristique mesurée par le capteur de chaque particule instrumentée est représentative de la grandeur physique distinguant les uns des autres les produits mélangés.
Ces modes de réalisation du dispositif de surveillance ou de commande présentent en outre les avantages suivants :
- lorsque les particules instrumentées ont sensiblement la même densité que celle du mélange, elles balaient uniformément l'ensemble du volume du mélange, ce qui évite d'introduire un biais dans les mesures en tenant compte, par exemple, préférentiellement que de ce qui se passe vers le fond du récipient ou au contraire vers la surface du récipient,
- l'indication de la fin du mélange à partir des mesures réalisées par les particules instrumentées permet d'arrêter le mélangeur juste au moment où le mélange est considéré comme homogène dans le récipient en ce qui concerne la caractéristique mesurée, - utiliser simultanément plusieurs particules instrumentées dans le même mélange rend plus rapide et plus précise, par exemple, la détermination d'inhomogénéité dans le mélange,
- transmettre les mesures par une liaison sans fil vers l'unité de traitement permet de diminuer la taille des particules et donc, en fin de compte, d'améliorer la surveillance ou la commande du déroulement du mélange, - localiser les particules instrumentées à l'intérieur du mélange permet d'améliorer la surveillance ou la commande du mélangeur en tenant compte, par exemple, des endroits où se trouvent des inhomogénéités à l'intérieur du mélange.
Enfin, l'invention a également pour objet un procédé de surveillance ou de commande d'un mélangeur de produits fluides ou granulaires se distinguant les uns des autres, avant mélange, par au moins une grandeur physique mesurable, caractérisé en ce que ce procédé comprend :
- le déplacement dans le mélange d'au moins une particule instrumentée sous l'action des produits brassés par un agitateur,
- la mesure par chaque particule instrumentée d'au moins une caractéristique mesurable du mélange, et
- la surveillance ou la commande du mélangeur en fonction des mesures réalisées par chaque particule instrumentée.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels : - la figure 1 est une illustration schématique de l'architecture d'un mélangeur équipé d'un dispositif de surveillance et de commande,
- la figure 2 est une illustration schématique d'une particule instrumentée du dispositif de surveillance et de commande de la figure 1 ,
- la figure 3 est un organigramme d'un procédé de surveillance et de commande du mélangeur de la figure 1 , - la figure 4 est un graphe illustrant schématiquement les différentes mesures relevées par des particules instrumentées du dispositif de surveillance et de commande de la figure 1 ,
- les figures 5 et 6 sont des graphes représentant l'évolution au cours du temps des mesures réalisées par deux autres modes de réalisation de la particule instrumentée de la figure 2.
Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments.
Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail. La figure 1 représente un mélangeur 2. Ce mélangeur 2 comprend un récipient 4 contenant un mélange 5 de différents produits. Les produits à mélanger sont déversés dans le récipient 4 par un doseur commandable 6.
Les produits introduits dans le récipient 4 se distinguent les uns des autres, avant mélange, par au moins une grandeur physique mesurable. Ainsi, juste après l'introduction des produits dans le récipient, le mélange 5 est inhomogène.
Par exemple, le but du mélangeur est de rendre homogène le mélange 5 en ce qui concerne la répartition spatiale des valeurs d'une caractéristique de ce mélange mesurable localement. Plus précisément, ici on considère qu'un mélange est inhomogène s'il existe dans le mélange au moins une première et une seconde poches de produits dans lesquelles la caractéristique mesurée a, respectivement, une première et une seconde valeurs différentes, l'écart entre ces première et seconde valeurs étant supérieur à un seuil prédéterminé. La taille minimale des poches prises en compte et le seuil prédéterminé est, par exemple, fixé au préalable par l'utilisateur en fonction des produits à mélanger. A l'inverse, le mélange 5 est considéré homogène s'il n'est pas inhomogène. Par exemple, ici, la caractéristique du mélange mesurable localement est la grandeur physique qui permet, avant mélange, de distinguer les produits mélangés.
A titre d'illustration uniquement, le mode de réalisation de la figure 1 est décrit dans le cas particulier où les produits mélangés sont des peintures liquides respectivement jaune et bleu. Dans ce contexte, le but du mélangeur est d'obtenir un mélange homogène de couleur uniformément vert.
Le doseur 6 est apte à introduire dans le récipient 4 des quantités dosées de chacun des produits à mélanger. Par exemple, le doseur 6 est formé de canalisations équipées chacune d'une pompe doseuse commandable. Pour simplifier la figure 1 , seule une canalisation 8 et une pompe doseuse 10 ont été représentées. Chaque canalisation débouche à l'intérieur du récipient 4. Ici, le doseur 6 permet d'introduire des volumes dosés de peintures de couleurs différentes dans le récipient 4.
Le mélangeur 2 comprend un agitateur commandable 14 pour brasser les produits reçus dans le récipient 4. Par exemple, à cet effet, l'agitateur 14 comprend une hélice 16 entraînée en rotation par un moteur 18. Ici, la position de l'agitateur 14 par rapport au récipient 4 est réglable à l'aide d'un mécanisme 20 de déplacement de l'agitateur 14 par rapport aux parois du récipient 4. Par exemple, le mécanisme 20 permet d'incliner l'axe de rotation de l'hélice 16 dans différentes directions.
Le mélangeur 2 est équipé d'un dispositif de surveillance et de commande. Ce dispositif comprend : - plusieurs particules instrumentées 24 incorporées dans le mélange 5,
- trois antennes 26 à 28 disposées autour du récipient 4, et
- une unité 30 de traitement apte à surveiller et à commander le déroulement du mélange. Chaque particule instrumentée 24 et apte à mesurer la grandeur physique qui permet de différencier les produits mélangés dans le récipient 4. Par exemple, ici, ces particules 24 sont chacune équipées d'un capteur de couleur permettant de différencier les deux peintures de couleurs différentes. Ces particules 24 sont également équipées d'un émetteur permettant d'envoyer, en temps réel et simultanément, les mesures réalisées par leurs capteurs respectifs vers les antennes 26 à 28. Les particules 24 sont décrites plus en détail en regard de la figure 2.
Les antennes 26 à 28 sont disposées à l'extérieur du récipient 4 de manière à recevoir les mesures réalisées par les particules 24. Ici, les trois antennes 26 à 28 sont disposées les unes par rapport aux autres de manière à permettre une localisation de chaque particule instrumentée par triangulation.
L'unité 30 de traitement comprend un récepteur 32 raccordé à chacune des antennes 26 à 28 de manière à recevoir les mesures envoyées par les particules 24. L'unité 30 comprend également :
- un localisateur 34 propre à déterminer la position de chaque particule 24 à l'intérieur du récipient 4 par triangulation en fonction de la puissance des signaux reçus par les antennes 26 à 28,
- un module 36 de surveillance du mélangeur propre, par exemple, à détecter une inhomogénéité dans le mélange 5 à partir des mesures transmises par les particules 24, et
- un module 38 de commande du mélangeur 4 pour agir sur le déroulement du mélange. Par exemple, ici, le module 38 est propre à commander les équipements suivants du mélangeur 2 :
- le moteur 18 pour régler la vitesse de rotation de l'hélice 16, - le mécanisme 20 pour orienter l'hélice 16 dans une direction prédéterminée, et
- le doseur 6 pour introduire, si nécessaire, de nouvelles quantités des produits dans le mélange 5.
La figure 2 représente plus en détail une particule instrumentée 24. Ici, pour simplifier, on suppose que toutes les particules instrumentées 24 sont identiques. Chaque particule 24 comprend :
- un capteur 44 de la grandeur physique permettant de différencier les produits à mélanger avant que ceux-ci ne soient introduits dans le récipient 4 et mélangés,
- un convertisseur analogique-numérique 46 propre à convertir les signaux délivrés par le capteur 44 en signaux numériques, - un multiplexeur 48 propre à multiplexer les signaux numériques de plusieurs capteurs lorsque la particule 24 est équipée de plusieurs capteurs, et - un émetteur 50 propre à émettre les signaux numériques multiplexes délivrés par le multiplexeur 48 vers les antennes 26 à 28.
La particule 24 comprend également un microcontrôleur 52 apte à commander les différents éléments de la particule 24. Enfin, la particule 24 comprend une batterie 54 permettant d'alimenter l'ensemble des équipements de la particule.
Sur la figure 2, on a également représenté en pointillés un second capteur 56. Ce second capteur 56 peut être identique au capteur 44 c'est-à-dire être capable de mesurer la même grandeur physique que le capteur 44 ou, au contraire, être capable de mesurer une autre grandeur physique que celle mesurée par le capteur 44. Dans le cas où les capteurs 44 et 56 mesurent la même grandeur physique, ceux-ci sont disposés à des endroits différents sur le pourtour de la particule 24 et de préférence diamétralement opposés.
Le capteur 56 comme le capteur 44 est raccordé au convertisseur 46. Dans le mode de réalisation de la figure 1 , la particule 24 comporte uniquement le capteur 44. Le capteur 44 est un capteur de couleur propre à distinguer les deux peintures mélangées par leurs couleurs respectives.
La particule 24 comprend également une coque protectrice 58 apte à protéger les différents équipements électroniques qu'elle contient de l'environnement extérieur à l'intérieur duquel elle est destinée à être incorporée. La sphère 58 a un diamètre D. Le diamètre D est suffisamment petit pour que le volume cumulé de l'ensemble des particules 24 reste petit devant le volume du mélange. Par exemple, le volume cumulé des particules 24 est inférieur à 10 % du volume du mélange. Ainsi, la présence des particules ne gêne pas la réalisation du mélange. Ici, le diamètre D est inférieur à 2 cm et de préférence inférieur à 1 cm.
Le poids de la particule 24 est suffisant pour qu'elle puisse traverser les différentes poches de produits lors du mélange. Ici, le diamètre D de la particule 24 est choisi pour que la densité de cette particule soit sensiblement égale à la densité du mélange 5. Ici par « sensiblement égal » on désigne le fait que la densité de la particule 24 est égale à la densité du mélange 5 à plus ou moins 10 % près.
La densité de la particule 24 est égale au volume de cette particule divisé par son poids. La densité du mélange 5 est égale au volume de ce mélange divisé par son poids. Si le mélange est réalisé à poids et à volume constants, le volume du mélange peut être déterminé a priori par le rapport entre le volume des produits à mélanger sur le poids des produits à mélanger. Dans ce mode de réalisation le diamètre D est donné par la relation suivante : m = pFπD3/6 où : - m est la masse de la particule 24,
- PF est la densité du mélange 5,
- D est le diamètre à déterminer de la particule 24.
Lorsque la densité de la particule 24 est sensiblement égale à celle du mélange 5, alors les particules 24 balaient uniformément l'ensemble du volume du mélange 5, ce qui améliore la fiabilité du dispositif de surveillance et de commande du mélangeur 2. Le fonctionnement du mélangeur 2 va maintenant être décrit en regard du procédé de la figure 3 dans le cas particulier du mélange des deux peintures de couleurs jaune et bleue.
Initialement, lors d'une étape 60, les particules 24 sont incorporées au mélange 5. Par exemple, les particules 24 sont introduites en même temps que les produits à mélanger dans le récipient 4.
Ensuite, lors d'une étape 62, l'agitateur 14 est commandé pour brasser les produits à mélanger à l'intérieur du récipient 4. Ici, le moteur 18 entraîne en rotation l'hélice 16 qui elle- même brasse les différents produits présents dans le récipient 4. Ce brassage des produits entraîne également le déplacement des particules 24 à l'intérieur du récipient 4 sous l'action des écoulements turbulents créés dans le mélange 5 par l'hélice 16.
Ici, les particules 24 sont libres de se déplacer à l'intérieur du mélange 5 et ne sont retenues par aucun élément aux parois du récipient 4 ou à l'agitateur 14. De plus, chaque particule 24 est autonome par rapport aux autres particules. Dans ces conditions, les particules 24 balaient uniformément l'ensemble du volume du mélange 5. En parallèle de l'étape 62, lors d'une étape 64, le capteur 44 de chaque particule 24 réalise une mesure instantanée g,(t) de la grandeur physique qui permet de différencier les produits mélangés c'est-à-dire ici, leur couleur. L'indice i identifie la particule 24 qui a réalisé la mesure.
Lors de l'étape 64, chaque mesure g,(t) est instantanément envoyée au récepteur 32 par l'intermédiaire d'une liaison sans fil établie entre l'émetteur 50 de cette particule et les antennes 26 à 28.
En parallèle des étapes 62 et 64, l'unité 30 exécute une phase 66 de surveillance et de commande du mélangeur 2. Au début de cette phase 66, lors d'une étape 68, le récepteur 32 reçoit les mesures g,(t) envoyées par chacune des particules 24. Chaque particule 24 envoie ses mesures sur une fréquence qui lui est propre de manière à ne pas brouiller les émissions des autres particules 24 présentes dans le même mélange. De plus, chaque trame d'information émise par une particule 24 comporte un identifiant de cette particule permettant d'identifier cette particule parmi l'ensemble des particules présentes dans le mélange 5. A partir des mesures g,(t) reçues lors de l'étape 68, lors d'une étape 70, le module 36 détermine, par exemple, si le mélange est suffisamment homogène pour pouvoir arrêter l'agitateur 14. Par exemple, au début de l'étape 70, lors d'une opération 72, une valeur moyenne g(Y)des différentes mesures instantanées g,(t) envoyées par chaque particule 24 est calculée. Typiquement, cette moyenne g(/)est une moyenne glissante réalisée sur un intervalle de temps Δt prédéterminé. Ensuite, lors d'une opération 74, le module 36 vérifie si chaque mesure instantanée g,(t) envoyée par chaque particule 24 pendant l'intervalle Δt est égale à la moyenne g(0plus ou moins Δg. Δg est une marge de tolérance sur l'homogénéité du mélange. Δg est prédéterminé par l'utilisateur. Par exemple, ici Δg est choisi inférieur à 10 % de la moyenne g(t) et, de préférence, inférieur à 5 % de la moyenne g(t) . Si l'ensemble des mesures instantanées g,(t) envoyées pendant l'intervalle de temps Δt est égal à la moyenne g(0plus ou moins Δg, alors le module 38 commande, lors d'une étape 76, l'arrêt de l'agitateur 14. En effet, dans ce cas, on considère que le mélange 5 est devenu suffisamment homogène et il n'est donc plus nécessaire de continuer à le brasser.
En parallèle de l'étape 70, lors d'une étape 78, le localisateur 34 détermine la position, dans un référentiel solidaire du récipient 4, de chaque particule 24. Par exemple, la position de chaque particule 24 est déterminée par triangulation à partir des instants de réception de la mesure g,(t) par les antennes 26 à 28 ou à partir de la puissance des signaux reçus par chacune des antennes 26 à 28.
Ensuite, lors d'une étape 80, dans le cas où lors de l'opération 74 il a été déterminé que le mélange 5 n'est pas encore suffisamment homogène, alors l'unité 38 commande les différents équipements du mélangeur 2 en fonction des mesures g,(t) envoyées par les particules 24 et de la localisation de ces particules 24 obtenue lors de l'étape 78. Par exemple, à partir de chaque mesure g,(t) et de la localisation de la particule ayant envoyé cette mesure, le module 38 détermine où se trouve les poches résiduelles de couleur jaune ou bleu dans le récipient 4. Ensuite, le module 38 commande le mécanisme 20 pour brasser préférentiellement des zones du mélange 5 où se trouvent ces poches résiduelles de couleur jaune ou bleu. Lors de l'étape 80, le module 38 peut également commander le moteur 18 pour accélérer ou au contraire ralentir le brassage des produits en fonction des mesures g,(t).
Lors de l'étape 80, si la couleur moyenne prédite pour le mélange à partir des mesures g,(t) envoyées par chacune des particules 24 ne correspond pas à une couleur cible fixée par l'utilisateur, alors le module 38 commande également le doseur 6 pour introduire des produits au cours du mélange. Par exemple, si la couleur uniforme prédite pour le mélange 5 est trop proche du jaune, le module 38 commande l'ajout de peinture bleu dans ce mélange.
La figure 4 représente un exemple d'évolution au cours du temps des mesures g,(t) réalisées par quatre particules 24. Sur la figure 4, les mesures des première, deuxième, troisième et quatrième particules 24 sont identifiées par, respectivement, une croix, un rond, un carré et un triangle. Au début du mélange, les particules 24 se trouvent soit dans des poches de peinture jaune soit dans des poches de peinture bleue. L'écart type de la distribution de ces mesures autour de la moyenne g(/)est donc important. Ensuite, sous l'action de l'agitateur 14, cet écart type diminue progressivement. Le mélange devient donc de plus en plus homogène et les mesures g,(t) se rapprochent de la moyenne g(t) . A partir d'un instant to, chaque mesure réalisée par l'une quelconque des particules 24 est comprise dans une bande de largeur 2 Δg centrée autour de la moyenne g(t) . L'agitateur 14 est donc arrêté à l'instant ti après que l'intervalle de temps Δt se soit écoulé.
De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. Par exemple, le capteur 44 peut être remplacé par tout capteur d'une caractéristique du mélange mesurable localement. Cette caractéristique mesurée peut être différente de la grandeur physique permettant de différencier, avant mélange, les produits mélangés. Un tel choix de la caractéristique peut s'avérer opportun si les inhomogénéités du mélange que l'on cherche à détecter apparaissent suite à des réactions qui se produisent entre les produits mélangés, par exemple. Le capteur peut également être choisi pour mesurer une caractéristique représentative de l'état d'avancement d'une réaction chimique ou autre qui se produit au fur et à mesure du mélange. A titre d'illustration, le capteur peut être un capteur de température, de pression, de pH, de polarographie, de résistivité, de capacité, de spectrophotométrie, d'opacité, de turbidité, de réfractométrie ou de viscosité. Le capteur peut aussi être une biopuce, un biocapteur ou un capteur connu sous le terme anglais de « lab-on-chip ». Ainsi, le mélangeur qui a été décrit et son dispositif de surveillance et de commande peut être adapté à de nombreuses applications. Par exemple, il n'est pas nécessaire que les produits mélangés soient des produits liquides miscibles comme dans le cas des peintures. Il peut également s'agir de produits non-miscibles. Les produits mélangés peuvent se présenter sous une forme liquide, gazeuse ou granulaire. Dans le cas des gaz, on remarquera qu'il est possible de remplir l'espace intérieur de la particule avec un gaz éventuellement plus léger que les gaz dans lesquels la particule est incorporée.
Par exemple, le mélangeur 2 peut être adapté à la surveillance et à la commande d'un mélangeur de produits granulaires tels que du béton. Dans le cas du béton, les produits granulaires à mélanger sont du sable et des graviers. Le sable se distingue, avant mélange, du gravier par le poids de ses grains qui est plus d'une dizaine de fois inférieur à celui d'un gravier. Cette différence de poids entre un grain de sable et un gravier peut être mesurée à l'aide d'un accéléromètre. En effet, puisque les graviers sont plus lourds que les grains de sable, leur inertie est plus grande. Dès lors, lorsqu'un gravier heurte une particule instrumentée l'amplitude de la décélération ou de l'accélération subie par la particule instrumentée est beaucoup plus grande que si cette même particule avait été heurtée dans le même condition par un grain de sable. Ainsi, pour cette application, le capteur 44 est remplacé par un accéléromètre. La figure 5 illustre schématiquement l'évolution au cours du temps de l'amplitude a(t) de l'accélération mesurée par cette particule instrumentée. Lorsque la particule se trouve dans une poche Pi du mélange remplie uniquement de sable, les chocs des grains de sable sur la coque de la particule produisent des accélérations et des décélérations de petites amplitudes. A l'inverse, lorsque cette particule traverse une zone P2 du mélange uniquement remplie de graviers, les amplitudes des accélérations ou décélérations dues aux chocs de la particule sur les graviers sont beaucoup plus grandes.
Ainsi, cette particule permet de discriminer une poche de sable d'une poche de gravier. Par exemple, à cet effet, le module 36 ou 38 calcule, sur un intervalle de temps Δt prédéterminé, le rapport entre l'écart type des mesures a(t) sur la moyenne de ces mesures a(t). Dans la zone Pi, ce rapport est petit. A l'inverse, dans la zone P2, ce rapport est beaucoup plus grand. Enfin, dans une zone P3, où le sable et les graviers sont uniformément mélangés, ce rapport à une valeur intermédiaire entre les deux précédentes. En effet, dans la zone P3, les variations de l'amplitude a(t) autour de la moyenne sont généralement petites sauf de temps en temps quand la particule rencontre un gravier. Ce rapport peut donc être utilisé pour suivre l'état d'avancement du mélange entre le sable et le gravier et, par exemple, arrêter le mélangeur lorsque le rapport a atteint une valeur cible prédéterminée.
Le module 38 peut être omis. Par exemple, dans ce cas, comme représenté sur la figure 6, les mesures instantanées g,(t) des particules instrumentées sont utilisées pour prédire l'évolution de la moyenne g(t) . Sur la figure 6, l'évolution prédite pour la moyenne g(t) est représentée par une ligne en traits discontinus g(t). L'évolution prédite g(t) est, par exemple, utilisée par le module 36 pour s'assurer que le mélange est bien sous contrôle et qu'il ne dépassera pas un seuil prédéterminé Si. Dans le cas où les prédictions indiquent que le mélange dévie par rapport à ce qui est attendu, alors le module 36 déclenche une alarme. Ainsi, dans ce cas, le dispositif est uniquement utilisé pour surveiller le mélange sans commander le mélangeur pour intervenir sur le déroulement du mélange.
De nombreux autres modes de calcul de la moyenne g(t) sont possibles. Par exemple, la moyenne g(t) peut être prédéterminée expérimentalement par des mesures sur un mélange homogène. La moyenne g(t) peut également être établie en utilisant uniquement les mesures envoyées à l'instant t.
Ce qui a été décrit dans le cadre de produits à mélanger, qui ont sensiblement la même densité s'applique également à deux ou plusieurs produits à mélanger dont les densités sont différentes. Dans ce cas, la densité des particules instrumentées est choisie sensiblement égale à la densité du mélange homogène. En variante, les particules instrumentées incorporées dans le mélange n'ont pas toutes la même densité. Par exemple, dans le cas d'un mélange de deux produits ayant des densités différentes, des particules ont une densité sensiblement égale à la densité du premier produit et d'autres particules ont une densité sensiblement égale à la densité du second produit.
Lorsque les turbulences créées par l'agitateur 14 sont suffisamment fortes pour rendre négligeable l'effet de la gravité sur le parcours des particules dans le mélange, il n'est pas nécessaire que les particules aient sensiblement la même densité que les produits mélangés ou la même densité que le mélange obtenu. On considère que la force exercée par la gravité sur une particule est négligeable devant la force exercée par les turbulences sur cette particule, s'il existe au moins un rapport dix entre ces deux forces. Par exemple, la densité des particules dans ce cas est comprise entre 1/10 et dix fois la densité du mélange.
L'agitateur 14 peut être remplacé par un agitateur mécanique consistant à entraîner en rotation le récipient 4 comme, par exemple, dans le cas d'une bétonneuse. L'agitateur 14 peut également créer les forces qui brassent les produits à mélanger par d'autres moyens. Par exemple, les forces de brassage peuvent être des forces électromagnétiques. Le nombre de particules instrumentées incorporées dans le mélange peut être réduit à un. Toutefois, de préférence ce nombre est supérieur à quatre ou à dix.
Dans le cas où chaque particule comporte plusieurs capteurs d'une même grandeur, les mesures transmises au récepteur 32 peuvent être des mesures différentielles, c'est-à-dire correspondant à la différence entre les mesures réalisées par chacun des capteurs de la particule. Une mesure différentielle est particulièrement intéressante si les capteurs sont disposés sur des côtés diamétralement opposés de la particule instrumentée.
Une partie des traitements réalisés ici par l'unité de traitement 30 peut être réalisée à l'intérieur même de chaque particule 24. Par exemple, le module 36 peut être incorporé à l'intérieur des particules 24. Dans ce cas les particules envoient non plus les mesures réalisées mais une information déjà prétraitée telle qu'une alarme. Dans cette dernière variante, la communication entre les particules 24 et l'unité 30 de traitement pourra alors être bidirectionnelle.
L'onde utilisée pour localiser chaque particule n'est pas nécessairement la même que celle utilisée pour transmettre en temps réel les mesures. Si une localisation moins précise est requise, une des trois antennes peut être omise. La localisation des particules dans le mélange peut également être réalisée par d'autre moyen qu'une triangulation. Par exemple, les particules peuvent être localisées à l'aide d'une ou plusieurs caméras et d'un traitement d'image.
Ici, la transmission des mesures vers le récepteur 32 par les particules met en œuvre un multiplexage fréquentiel. En variante, ce multiplexage fréquentiel peut être remplacé par un multiplexage temporel. D'autres technologies comme la technologie CDMA (« Code Division
Multiple Access » en anglais ou « accès multiple par répartition en code » en français) peuvent également être utilisées.

Claims

REVENDICATIONS
1. Mélangeur comprenant :
- un récipient (4) dans lequel sont reçus des produits fluides ou granulaires à mélanger pour former un mélange, ces produits se distinguant les uns des autres, avant mélange, par au moins une grandeur physique mesurable,
- un agitateur (14) apte à brasser les produits présents dans le récipient, et
- un dispositif de surveillance ou de commande du mélangeur en fonction d'au moins une caractéristique mesurable du mélange, caractérisé en ce que le dispositif comprend :
- au moins une particule instrumentée (24) incorporée dans le mélange, chaque particule instrumentée étant : a. apte à se mouvoir librement de façon autonome à l'intérieur du mélange sous l'action des produits brassés par l'agitateur, et b. équipée d'au moins un capteur (44) apte à mesurer ladite caractéristique,
- une unité (30) de traitement apte à surveiller ou à commander le mélangeur en fonction des mesures de la caractéristique réalisées par chaque particule instrumentée.
2. Mélangeur selon la revendication 1 , dans lequel l'agitateur (14) est un agitateur mécanique solidaire du récipient et apte à agiter mécaniquement les produits reçus dans le récipient pour les brasser les uns avec les autres.
3. Dispositif de surveillance ou de commande d'un mélangeur de produits fluides ou granulaires se distinguant les uns des autres, avant mélange, par au moins une grandeur physique mesurable, caractérisé en ce que ce dispositif comprend :
- au moins une particule instrumentée (24), chaque particule instrumentée étant : a. apte à se mouvoir librement de façon autonome à l'intérieur du mélange sous l'action des produits brassés par un agitateur, et b. équipée d'au moins un capteur (44) apte à mesurer au moins une caractéristique du mélange,
- une unité de traitement apte à surveiller ou à commander le mélangeur en fonction des mesures de la caractéristique réalisées par chaque particule instrumentée.
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel la densité de chaque particule instrumentée (24) est égale à la densité du mélange à plus ou moins 10% près.
5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, dans lequel l'unité (30) de traitement est apte à indiquer la fin du mélange lorsque les mesures instantanées de la caractéristique sont égales, pendant un intervalle de temps prédéterminé, à la valeur moyennes des mesures réalisées à + ou - Δg près, Δg étant un seuil prédéterminé.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel le dispositif comporte plusieurs particules instrumentées (24) équipées chacune d'un capteur (44) apte à mesurer ladite caractéristique du mélange.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel chaque particule instrumentée (24) comprend un émetteur (50) pour transmettre par une liaison sans fil les mesures réalisées de la caractéristique, et l'unité (30) de traitement comprend un récepteur (32) apte à recevoir les mesures transmises par chaque particule instrumentée (24).
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, dans lequel le dispositif comprend un localisateur (34) apte à relever la position de chaque particule instrumentée (24) dans un référentiel solidaire d'un récipient dans lequel se fait le mélange, et l'unité (30) de traitement est apte à surveiller ou à commander le mélangeur en fonction des mesures réalisées par chaque particule instrumentée et des positions relevées.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, dans lequel la caractéristique mesurée par le capteur de chaque particule instrumentée est représentative de la grandeur physique distinguant les uns des autres les produits mélangés.
10. Procédé de surveillance ou de commande d'un mélangeur de produits fluides ou granulaires se distinguant les uns des autres, avant mélange, par au moins une grandeur physique mesurable, caractérisé en ce que ce procédé comprend :
- le déplacement (62) dans le mélange d'au moins une particule instrumentée sous l'action des produits brassés par un agitateur,
- la mesure (64) par chaque particule instrumentée d'au moins une caractéristique mesurable du mélange, et la surveillance ou la commande (66) du mélangeur en fonction des mesures réalisées par chaque particule instrumentée.
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