EP2452187A1 - Dispositif de mesure d'au moins une propriété d'une eau - Google Patents

Dispositif de mesure d'au moins une propriété d'une eau

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Publication number
EP2452187A1
EP2452187A1 EP10727448A EP10727448A EP2452187A1 EP 2452187 A1 EP2452187 A1 EP 2452187A1 EP 10727448 A EP10727448 A EP 10727448A EP 10727448 A EP10727448 A EP 10727448A EP 2452187 A1 EP2452187 A1 EP 2452187A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensors
chlorine
water
measuring
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
EP10727448A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Yves De Coulon
Carine Beriet
Fabien Nguyen
Roland Gentsch
Albin Monsorez
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.)
Veolia Eau Compagnie Generale des Eaux SCA
Original Assignee
Veolia Water Solutions and Technologies Support SAS
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 Veolia Water Solutions and Technologies Support SAS filed Critical Veolia Water Solutions and Technologies Support SAS
Publication of EP2452187A1 publication Critical patent/EP2452187A1/fr
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/18—Water
    • G01N33/1886—Water using probes, e.g. submersible probes, buoys
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/06—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a liquid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/4166—Systems measuring a particular property of an electrolyte
    • G01N27/4168—Oxidation-reduction potential, e.g. for chlorination of water

Definitions

  • the field of the invention is that of techniques for measuring physico-chemical parameters.
  • the invention finds in particular, but not exclusively, its application in the context of production channels and / or drinking water distribution networks, especially for food use. It is also applicable for example in the field of pool water treatment, spa, jacuzzis, industrial process, fish farming, wastewater, desalinated water, ballast water for navigation. ..
  • the invention relates to the design and manufacture of probes and online measurement methods of several key parameters representative of water quality, and the state of the water distribution network and these equipment, including chlorine content and water pressure.
  • the measurement of the chlorine present in a water makes it possible to give a relatively precise indication of the quality of this water.
  • the chlorine content of the distributed drinking water must be low enough not to affect its taste qualities but important enough to ensure that bacterial growth is not observed.
  • the quality of the water, treated or to be treated is commonly monitored in order to verify the effectiveness of the treatment and / or to optimize the treatment of the water according to the conditions of farms.
  • Probes are generally used to measure physicochemical parameters that are representative of the quality of the water, especially treated water.
  • probes comprising a large number of sensors, generally greater than ten, which allow the collection of a multitude of information representative of the quality of a treated water.
  • These probes generally include a chlorine sensor.
  • the type of chlorine sensor used requires, in order to determine the chlorine content of the water analyzed, to measure its pH.
  • PH sensors contain an electrolyte.
  • the quantity of this electrolyte decreases steadily as the pH sensor is used.
  • a pH sensor generally has a lifetime of less than or equal to six months.
  • the MESM 2405 probe marketed by Silsens is known.
  • This sensor includes a chlorine sensor and a temperature sensor.
  • This probe implements an amperometric chlorine sensor.
  • This type of sensor does not require measuring the pH of the water to determine the chlorine content. Thus the measurement of the chlorine content of the water can be obtained without using a pH sensor.
  • Such a probe is intended to be integrated in a water analyzer.
  • a water analyzer is typically deported from the water distribution network. It is connected to a diversion network that allows sampling water to be taken from the water distribution system for analysis. It is also connected to a sampling water evacuation network.
  • This probe is therefore relatively complex to implement. In particular, it does not make it possible to carry out a control, in situ, of the quality of a water. Nor can it be implemented directly on a user's drinking water distribution network.
  • the object of the invention is to improve amperometric chlorine sensor probes and methods for measuring the quality of water using such probes.
  • an objective of the invention is to provide, in at least one embodiment, such a technique that makes it possible to measure several parameters, in particular of at least one parameter representative of the quality of a water, by means of a multi sensor sensor.
  • Another object of the invention is to implement, in at least one embodiment, such a technique that requires little maintenance.
  • the invention also aims to provide, in at least one embodiment, such a technique that can be implemented in a limited space.
  • an objective of the invention is to provide, in at least one embodiment, such a technique that can measure the quality of a water in situ, such as directly on a drinking water distribution network.
  • Yet another object of the invention is to provide, in at least one embodiment, such a technique which is reliable.
  • a device for measuring at least one property a water comprising means for measuring the concentration of active chlorine in the form of hypochlorous acid HOCl of said water, said means for measuring the concentration of chlorine comprising a first and a second amperometric chlorine sensor each delivering a signal, said two amperometric chlorine sensors having a single common reference electrode and being connected to a double potentiostat,
  • said device comprising means for simultaneous implementation of said first and said second amperometric sensors
  • said device further comprising means for measuring a difference between the signals delivered by said two sensors.
  • said monitoring step comprising a step of monitoring the operating state of said sensors, said monitoring step comprising:
  • a step of determining the difference between said first and second information representative of said concentration a step of comparing the value of said difference with at least one reference value.
  • the invention is based on an innovative approach which consists in controlling the quality of a water by measuring its concentration of active chlorine and monitoring the operating status of the amperometric chlorine sensors implemented for this purpose.
  • the monitoring consists more precisely of carrying out a double measurement of the chlorine concentration by means of two different amperometric sensors and of determining the difference between the two measurements in order to detect a malfunction of at least one of the sensors.
  • the detection of a malfunction of the sensors is an indication of their age, which makes it possible to make the decision to replace them.
  • the two chlorine sensors allow a double measurement that can be further analyzed:
  • the technique according to the invention thus makes it possible to make maximum use of the chlorine sensors.
  • the chlorine sensors have a variable life span.
  • chlorine sensors are implemented for a period of time corresponding to their minimum service life so as to always be certain to use a sensor in working order.
  • the chlorine sensors are thus regularly changed. Their replacement can take place while they are still in working order. This requires frequent intervention at the sensor level and generates additional operating costs.
  • amperometric chlorine sensors are coupled to a dual potentiostat and share a reference electrode in common has advantages.
  • the fact, according to the invention, to limit the number of components reduces the operating uncertainties and reduce the size of the device while improving its quality.
  • the implementation of a reference electrode common to the two amperometric chlorine sensors makes it possible to guarantee that the reference potential applied between the electrode of common reference to the two amperometric sensors and the working electrode of each of these sensors is identical.
  • This implementation thus makes it possible to limit the sources of malfunction of the amperometric sensors.
  • a device according to the invention preferably comprises a sensor for measuring the pressure of said water.
  • the value of the water pressure gives an indication as to the quality of the measurement of the chlorine concentration by means of an amperometric sensor. Indeed, the water pressure is an interference that may disrupt the measurement of chlorine by amperometric techniques. A sudden change in pressure, for example due to a pipe break or a water hammer, is likely to cause errors in the measurement of the chlorine concentration.
  • the measurement of the pressure, associated with the measurement of the concentration of chlorine can then make it possible to ensure that the value of the measured chlorine concentration is in conformity with reality and not distorted by a sudden change in pressure.
  • This implementation thus makes it possible to avoid the nuisance tripping of alarms.
  • a device according to the invention comprises means for measuring the conductivity of said water.
  • the value of the conductivity of the water gives an indication of the level of fouling of the device. This indication makes it possible to evaluate the quality of the measurement of the chlorine concentration by means of an amperometric sensor.
  • said means for measuring the conductivity of the water comprise a four-electrode conductivity sensor.
  • the measurement of the conductivity of the water makes it possible to determine the contact resistance between the electrodes of the conductivity sensor and the water.
  • the fouling of a device according to the invention is correlated to the fouling of the conductivity sensor which is itself correlated to the contact resistance.
  • the conductivity sensor is declared "dirty" when the resistance of the contact of the measuring terminals of this conductivity reaches a limit value.
  • the conductivity sensor is considered “clean” when the value of the contact resistance (RC) is approximately equal to twice the value of the shunt resistor (RS).
  • the maximum fouling (100%) is defined when the value of the contact resistance (RC) is greater than or equal to three times the shunt resistance (RS).
  • the measurement of the conductivity, from the measurement of the contact resistance has the advantage of not having a saturation effect. In other words, it is possible to know precisely the contact resistance in both high and low scales of values.
  • said amperometric chlorine sensors are sensors operating with a low frequency signal
  • said conductivity sensor is a sensor operating with a high frequency signal
  • the chlorine and conductivity sensors are thus decoupled in frequency.
  • the signals delivered by the chlorine sensors and those delivered by the conductivity sensor do not disturb each other. This improves the quality of the device.
  • a device according to the invention comprises a sensor for measuring the temperature of said water.
  • the temperature measurement makes it possible to correct the electrical signal related to a variation of the electrochemical kinetics.
  • the reaction mechanisms that lead to the measurement of the concentration are dependent on the temperature and follow most often the law of Arrhenius.
  • Arrhenius the law of Arrhenius.
  • a device comprises means for processing the data delivered by said sensors, and means for transmitting files and / or by radio of said processed data.
  • a device according to the invention can thus make it possible to remotely transmit the data delivered by the sensors. This data can be analyzed remotely.
  • the device thus comprises only means of processing (filtration, amplification) and transmission of these data, the analysis means being deported.
  • a device according to the invention thus has a small footprint. Its power consumption is also reduced which limits the frequency of maintenance phases. All this contributes to facilitating the implementation of a device according to the invention. In particular, such a device can be implemented directly on a user's drinking water distribution network.
  • a device according to the invention comprises:
  • a body housing said double potentiostat, a voltage source, said processing means, and said transmission means; a removable head to which is attached a printed circuit board on which said sensors are mounted;
  • said removable head being adapted to be disengaged from said body.
  • the removable head can be easily replaced, including by a non-technician, for example the user himself.
  • Said processing means preferably comprise means for measuring and memorizing the maximum, minimum and average values of the data delivered by said sensors.
  • the invention also relates to a method for measuring at least one physicochemical parameter of water which comprises a control step.
  • said control step comprises a step of monitoring the level of fouling of said device, said step of monitoring the level of fouling comprising a step of measuring the level of fouling. conductivity of said water.
  • said control step comprises a step of measuring the pressure of said water.
  • the amperometric measuring device is immersed in an electrolyte and is separated from the liquid to be analyzed by a selective membrane that only allows the active chlorine to pass into the electrolyte.
  • This device has the following disadvantage: the flow of chlorine through the membrane is a function of the pressure difference between the downstream and the upstream of the membrane.
  • the pressure changes upstream of the sensor modify the flow of active chlorine, which leads to a variation in the concentration of chlorine perceived by the sensor if it does not hold. account of the pressure.
  • FIG. 1 illustrates an exploded view of a device according to the invention
  • FIG. 1 illustrates the coupling of two amperometric chlorine sensors
  • Figure 3 illustrates the mounting of a four electrode conductivity sensor
  • FIG. 4 illustrates a block diagram of a device according to the invention
  • FIG. 5 illustrates power supply diagrams of the sensors of a device according to the invention
  • FIG. 6 illustrates diagrams of the periods of analysis of the data delivered by the sensors of a device according to the invention
  • FIG. 7 illustrates a diagram of the principle of analysis of the signals delivered by the chlorine sensors.
  • the general principle of the invention is based on an innovative approach which consists in controlling the quality of a water by measuring its concentration of active chlorine and monitoring the operating state of amperometric chlorine sensors implemented for this purpose.
  • the monitoring consists more precisely in carrying out a double measurement of the chlorine concentration by means of two different amperometric chlorine sensors and in determining the difference between the two measurements in order to detect a malfunction of at least one of the sensors.
  • the detection of a malfunction of the sensors is an indication of their age that makes the decision to replace them.
  • the technique according to the invention makes it possible to make maximum use of the chlorine sensors. It thus makes it possible in particular to reduce the frequency of the maintenance campaigns and to increase accordingly the service life of a measuring device according to the invention.
  • the dual measurement of active chlorine can also be associated with the measurement of conductivity and / or pressure in order to control the quality of the measurement of the chlorine concentration.
  • the amperometric chlorine sensors are coupled to a double potentiostat and share a reference electrode in common, which makes it possible to reduce the operating uncertainties and to reduce the size of the measuring device while improving its quality.
  • FIGS. 1 to 6 an embodiment of a measuring device according to the invention is presented.
  • Such a device comprises a tubular hollow body 10 having an open end 11.
  • a threaded portion 12 extends from the open end 11 on a portion of the inner contour of the tubular body 10.
  • An electronic card 13 is housed inside the tubular hollow body 10.
  • a removable head 14 is provided to be reversibly secured to the tubular body 10. It thus has at one of its ends a threaded portion 15 of complementary shape to the threaded portion 12.
  • a flat printed circuit 16 is secured to the other end of the removable head 14.
  • a plurality of sensors is mounted directly on this printed circuit 16 by a so-called COB (chip-on-board) technique.
  • the printed circuit board 16 carries a pressure sensor 161, a temperature sensor 162, a conductivity sensor 163, and two amperometric sensors 164 of active chlorine in the form of hypochlorous acid HOCl.
  • Amperometric chlorine sensors are three-electrode sensors well known to those skilled in the art. They comprise a working electrode 212, a reference electrode 25 and an auxiliary electrode 211.
  • the three electrodes of each of the two chlorine sensors are connected to a common supply and polarization circuit, hereinafter referred to as a double potentiostat, which keeps the potential of the working electrode of each chlorine sensor constant.
  • the double potentiostat makes it possible to deliver a constant current between the reference electrode and the working electrode of each sensor.
  • This current reduces the chlorine present in the water in which the sensor is immersed. Reduction of chlorine causes a current to flow between the working electrode and the auxiliary electrode of each chlorine sensor. This current is proportional to the concentration of active chlorine in the form of hypochlorous acid in the analyzed water.
  • the two chlorine sensors 21, 22 are coupled together to a dual potentiostat.
  • the dual potentiostat comprises a single operational amplifier mounted as a comparator. Indeed, it is a single potentiostat that feeds the two working electrodes 212 through resistors (ten kilo ohms in this case). embodiment) and the reference electrode 25. It is associated with two integration chains of the current flowing in the two auxiliary electrodes 211, this current being proportional to the active chlorine concentration of the water analyzed. 23 receives on a first input a reference voltage 24 and on a second input a voltage signal from the reference electrode 25, and delivers an output signal which is applied to the working electrode 212 of each sensor chlorine. These resistors, the value of which is equal to 10 kilo ohms in this embodiment, make it possible to limit the current and to avoid overvoltages in the electrodes.
  • Each chlorine sensor also includes an auxiliary electrode
  • the current is measured to determine the concentration of active chlorine.
  • the conductivity sensor is a four electrode sensor well known to those skilled in the art. It is not described in detail later.
  • such a conductivity sensor comprises two external electrodes and two internal electrodes. Its operating principle consists in applying, between two external electrodes, an alternating voltage, then measuring a voltage across the two internal electrodes.
  • a conductivity sensor works as follows: a high-frequency alternating voltage generator, for example one kilohertz, generates, through two RS measurement resistors, called shunt resistances, a current between two electrodes of injection RI placed in an aqueous medium. After demodulation at the same frequency of one kilohertz, the voltage at the terminals of the shunt resistors RS whose value is known, and the voltage across the measuring electrodes R1, are measured. The conductivity of the water between the measuring terminals RI and the equivalent contact resistance RC can then be calculated. Note that the higher the value of the contact resistance RC to the aqueous medium, the higher the level of fouling of the device is important. Pressure and temperature sensors are conventional sensors well known to those skilled in the art. They are therefore not described in detail later.
  • Electrical connectors are mounted on the printed circuit 16. These connectors are provided to cooperate with complementary shaped connectors mounted on the electronic card 13, when the removable head 14 is secured to the tubular body 10. These connectors provide the connection between the sensors and the electronic card 13.
  • a particular embodiment of the electronic card 13 is described with reference to FIG. 4. As illustrated, the electronic card 13 cooperates with the printed circuit board 16.
  • the electronic card 13 comprises a voltage regulator 42 of the type
  • the controller 42 is powered by external power supply means 41.
  • the power supply means 41 comprise a battery (or a set of electric batteries) for delivering an electric voltage of between 3 and 5 volts.
  • the shape and dimensions of the battery are such that they allow it to be housed inside the tubular hollow body 10.
  • the electronic card comprises a midpoint regulator 43, for example 1.5 volts, cooperating with the voltage regulator 42.
  • the electronic card also comprises a microcontroller 44 whose operation is clocked by a quartz clock.
  • the microcontroller 44 comprises:
  • an EEPROM-type memory 45 in which data from the different sensors of the printed circuit 16 are stored;
  • conversion means for converting the data from the chlorine sensor 21, 22 and the conductivity sensor 53 into data usable by the microcontroller 44. that the microcontroller can control the chlorine and conductivity sensors via the conversion means.
  • These conversion means comprise, for example, analog-digital and / or digital-analog converters 46.
  • the conversion means 46 comprise three inputs. Two of its inputs are connected to the double potentiostat POT1, POT2 to which are connected the two amperometric chlorine sensors 21, 22 and the reference electrode 25. These two inputs respectively allow to receive the current delivered by each of the two chlorine sensors which is proportional to the chlorine concentration of the water.
  • the third input of the analog-to-digital converter is connected to the output of an amplifier whose input is connected to the conductivity sensor 53.
  • the electronic card 13 comprises a control circuit 50 mounted between the microcontroller and the pressure and temperature sensors.
  • This control circuit manages the operation of the membrane pressure sensor. The deformation of the membrane, due to the pressure of the water analyzed, is measured by piezoresistance in a Wheatstone bridge.
  • the control circuit makes it possible to inject a current into the Wheatstone bridge and to measure the bridge unbalance voltage, which is proportional to the pressure of the water,
  • the electronic card 13 comprises galvanic isolation means mounted between the microcontroller and the connector 49.
  • an internal flash connector that allows multiple loading of the microcontroller software 44. It is also possible to provide galvanic decoupling means at the pressure and temperature sensors.
  • a switch not shown, makes it possible to switch on the device.
  • Electrical connectors are mounted on the electronic card 13. These connectors are designed to cooperate with connectors of complementary shape mounted on the printed circuit board 16, when the removable head 14 is secured to the tubular body 10.
  • a device according to the invention can be stitched directly on a drinking water distribution pipe in a user. It can in particular be secured in such a way that the head of the probe is immersed in the water circulating in the pipe.
  • the microcontroller 44 controls the activation of the chlorine, conductivity, pressure and temperature sensors.
  • the chlorine sensors operate with signals of low frequency between 1 and 5 Hz and preferably of the order of 3 Hz, and the conductivity sensor with signals with a higher frequency. high between 500 and 5000 Hz, preferably between 800 and 1200 Hz.
  • the chlorine and conductivity sensors are thus decoupled in frequency. This prevents the signals emitted by the chlorine sensors and the conductivity sensor from being mutually disturbed.
  • chlorine 21 and chlorine 22 the temperature sensor and the pressure sensor are continuously supplied with power.
  • the conductivity sensor on the other hand, is fed periodically. This reduces the negative effects of the conductivity sensor which may be responsible for noise on the pressure sensor, and whose implementation is energy intensive.
  • Each of the amperometric chlorine sensors makes it possible to measure a voltage representative of the concentration of active chlorine in the form of hypochlorous acid in the water analyzed.
  • the conductivity sensor makes it possible to measure a voltage that is representative of the conductivity of the water analyzed at the level of the removable head.
  • the signals delivered by the chlorine sensors and the conductivity sensor are transmitted to the conversion means 46 of the microcontroller before being processed by it.
  • the signals delivered by the pressure and temperature sensors are also transmitted to the conversion means of the microcontroller before being processed by it.
  • the microcontroller filters and amplifies the signals delivered by the chlorine sensors and the conductivity sensor. It also filters and amplifies the signals delivered by the pressure sensor and the temperature sensor.
  • the filter which in this embodiment is a low-pass filter, makes it possible to average a number of measurements. This makes it possible to suppress high frequency noise and to have the possibility to know the variance of the signal.
  • FIG. 6 illustrates a sequence of the alternative operation of the different sensors and the processing by the microcontroller of the signals coming from the different sensors.
  • the signals delivered by the two chlorine sensors are analyzed simultaneously.
  • the signals delivered by the conductivity sensor are analyzed while the analysis of the signals of the chlorine sensors is suspended.
  • the signals delivered by the pressure and temperature sensors are analyzed simultaneously outside the periods of analysis of the signals of the chlorine sensors, and straddling the periods during which the signals of the conductivity sensor are analyzed. This makes it possible to limit analog couplings by implementing multiplexing over time and to limit digital coupling by implementing frequency multiplexing and analysis in the microcontroller between the different sensor signals.
  • a normal mode In a normal mode, during a period of ten minutes, the microcontroller collects and processes a signal emitted by each sensor.
  • a turbo mode can be activated. In this mode, the microcontroller collects and processes the signals emitted by each sensor in a period of one minute.
  • the microcontroller calculates in one embodiment every hour the average of each signal emitted by the sensors during the last hour. It memorizes, for a duration of 24 hours, the average, maximum and minimum values of the signals emitted by each of the sensors during the last hour of operation.
  • the processed and stored information is transmitted to the transmission means of the microcontroller.
  • the microcontroller then transmits this converted and processed information via a wired serial bus, which can be of the RS232 type, operated for example under a MODBUS protocol.
  • a radio communication system employing a chosen and appropriate protocol, for example of the GSM or GPRS type, which sends these data to a remote central server for analysis by an expert service (for example the water supplier potable) in a centralized way away from the multi-sensor probe.
  • a chosen and appropriate protocol for example of the GSM or GPRS type
  • an expert service for example the water supplier potable
  • the frequency of transmission of information may vary from time to day.
  • the probe switches to turbo mode and sends itself a message containing the data in question. outside planned periods.
  • Each chlorine sensor is used to measure a voltage representative of the active chlorine concentration of the water analyzed.
  • the signal 1 delivered by the chlorine sensor 21 and the signal 2 delivered by the chlorine sensor 22 are filtered by a low-pass filter and analyzed at short frequencies (for example every six seconds). These signals are compared with high and low chlorine concentration thresholds by the microcontroller. The latter can then deliver, for each sensor, information of the type of too much chlorine or not enough chlorine depending on whether the measured value is above or below the thresholds.
  • This implementation can be used to trigger, in a fast manner, alarms of non-standard chlorine levels.
  • the value of the high and low thresholds of active chlorine concentration dissolved in the water are defined according to the type of application, the country and / or the region in which the sensor will be used. For example, for an application in pool water in France, the high threshold may be established at 5ppm of active chlorine dissolved in water. In the case of an application in drinking water in France, the high and low thresholds may be established respectively at 0.2ppm and 0.3ppm of active chlorine dissolved in water when the sensor is placed on the pipe located in the vicinity the drinking water consumption area measured, while the high and low thresholds may be respectively 0.5ppm and 0.7ppm of active chlorine dissolved in the water when the sensor is placed on the pipe at the outlet of the factory production of drinking water.
  • the signal 1 delivered by the chlorine sensor 21 and the signal 2 delivered by the chlorine sensor 22 are also filtered by a high-pass filter and analyzed at longer frequencies (for example every six minutes). These signals are added by the microcontroller so that it can transmit an average signal representative of the chlorine concentration measured by the two sensors. These signals are also subtracted from each other by the micro controller to detect a malfunction of the chlorine sensors.
  • the microcontroller calculates the difference between the first signal 1 delivered by a first chlorine sensor 21 and the second signal 2 delivered by a second chlorine sensor 22. The value of this difference is then compared by the microcontroller to a value high and low reference.
  • the high value is equal to 8 sigma and the low value is equal to -8 sigma.
  • the difference is greater than the high value, the signal delivered by the second sensor is defective.
  • the difference is smaller than the low value, the signal delivered by the first sensor is defective.
  • the monitoring of the chlorine sensors can be optimized.
  • the microcontroller can analyze the variations of the difference calculated with respect to the average difference for example over the last ten measurements. This variation is called noise.
  • the device When the noise is zero, it is deduced that no signal is transmitted by the sensors: the device has a general failure. When the noise is two times lower than the average value, it is deduced that one of the sensors produces no signal. When the noise exceeds the high or low reference value, it is deduced that one and / or the other of the two chlorine sensors are defective.
  • a device according to the invention delivers several information:
  • At least one piece of information representative of the active chlorine concentration of the water it may be the filtered and amplified signal delivered by each chlorine sensor, the sum of the filtered and amplified signals delivered by the two chlorine sensors;
  • information representative of the conductivity of the water at the level of the removable head filtered and amplified voltage measured between the internal electrodes of the conductivity sensor;
  • At least one piece of information representative of the state of the chlorine sensors difference of the filtered and amplified signals delivered by the two chlorine sensors and / or indication of the need to replace the removable head.
  • information representative of the charge level of the battery can also be delivered.
  • This information is then converted to the concentration, conductivity, pressure and temperature value at the remote server. Providing that these conversions are not carried out directly by the micro controller reduces the power consumption of the measuring device and consequently increases the time during which it is likely to operate without the need for a maintenance campaign.
  • the information transmitted is one (or two) active chlorine concentration in mg / L, a pressure in bar, a conductivity in micro siemens, a temperature in 0 C, an indicator of fouling (%) and battery level from 0 to
  • the probe transmits for example the following signals:
  • each chlorine sensor is equal to 1.5 volts when the concentration of water in chlorine is zero. This voltage increases to the maximum voltage of 3 volts when the chlorine concentration becomes no nothing. It is therefore possible to measure between 1.5 volts and 3 volts a concentration of chlorine, for example between 0 and 300 ppm, with an adjustable sensitivity.
  • the voltage delivered may drop to 1 volt for example, see less. This corresponds in the calculation program of the probe to a level of chlorine
  • the information transmitted from the device according to the invention to the receiver is coded in ASCII.
  • the conversions are directly performed by the microcontroller.
  • the probe will transmit the difference between the voltages delivered by the chlorine sensors and / or the noise.
  • the remote server will convert this data into an indication of the need to replace the removable head.
  • a device according to the invention can be implemented in a method consisting of measuring the quality of a water, for example a drinking water.
  • a method according to the invention comprises a step of determining the concentration of active chlorine in the form of hypochlorous acid HOCl of water by means of said first and second sensors. It also has the originality of including a step of controlling the measurement of the concentration of active chlorine in the form of hypochlorous acid.
  • the step of determining the chlorine concentration comprises collecting the signal representative of the chlorine concentration that is transmitted by the device according to the invention.
  • This signal can either be a direct indication of the chlorine concentration of the water, or a signal proportional to this concentration (sum of the voltages delivered by the two sensors) which, after conversion, allows to know the value of the chlorine concentration.
  • the control step includes a step of monitoring the operating state of the sensors. As just explained, this monitoring step includes:
  • the comparison of the difference and / or the noise with the references can be carried out directly by an operator in charge of the control.
  • the technique according to the invention thus makes it possible to make maximum use of the chlorine sensors. Indeed, the chlorine sensors have a variable life span.
  • the chlorine sensors are implemented for a period corresponding to their minimum theoretical lifetime so as to always be certain to use a sensor in working order.
  • the chlorine sensors are thus regularly changed. This requires frequent intervention at the sensor level and generates additional operating costs. Their replacement can also take place while they are still in working order.
  • control step further comprises a step of monitoring the level of fouling of the device.
  • This step of monitoring the level of fouling comprises a step of measuring the conductivity of the water.
  • the inventors have discovered that the conductivity of the water at the level of the removable head gives an indication of the level of fouling of the device and therefore of the quality level of the information it delivers. Thus, when the level of fouling of the device is high, the probability that the information representative of the chlorine concentration of the water it delivers does not conform to reality is high.
  • the conductivity sensor is declared “dirty” when the contact resistance of the measuring terminals of this conductivity reaches a limit value.
  • the conductivity sensor is considered “clean” when the value of the contact resistance (RC) is approximately equal to twice the value of the shunt resistor (RS).
  • the maximum fouling (100%) is defined when the value of the contact resistance (RC) is greater than or equal to three times the resistance of the shunt (RS).
  • control step comprises a step of measuring the pressure of said water.
  • the technique according to the invention has a large number of advantages.
  • a device according to the invention limits the frequency of maintenance campaigns.
  • the lifetime of a device according to the invention is about one year while the lifetime of the devices of the prior art is rarely greater than six months.
  • a device according to the invention can thus be implanted directly in a user to the extent that the number of maintenance campaigns, requiring the intervention of a technician, is reduced.
  • the technique according to the invention also makes it possible to provide a device for measuring small dimensions.
  • the fact of providing to couple together the chlorine sensors makes it possible to reduce the number of components included in the device. It is thus possible to have a device having a longer life without increasing its bulk. This also contributes to the implantation of a device according to the invention directly in a user.
  • the technique according to the invention also offers a good level of precision.
  • Monitoring the condition of the chlorine sensors ensures that sensors that are in working condition are used.
  • the fact of coupling together the two sensors makes it possible to limit the number of electronic components used and consequently the uncertainty of the measurement of the chlorine.
  • Controlling the level of fouling of the device also makes it possible to have information as to the accuracy of the measurement of the chlorine concentration.
  • the measurement of the pressure is also an indication of the accuracy of the measurement of the chlorine concentration.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de mesure d'au moins un paramètre physico-chimique d'une eau, ledit dispositif comprenant des moyens de mesure de la concentration en chlore actif sous forme d'acide hypochloreux HOCl de ladite eau. Selon l'invention, lesdits moyens de mesure de la concentration en chlore sous forme d'acide hypochloreux HOCl comprennent un premier (21) et un deuxième (22) capteurs ampérométriques de chlore sous forme d' acide hypochloreux HOCl délivrant chacun un signal, lesdits deux capteurs ampérométriques de chlore (21, 22) présentant une unique électrode de référence (25) commune et étant reliés à un double potentiostat, en ce qu'il comprend des moyens de mise en oeuvre simultanée dudit premier (21) et dudit deuxième (22) capteurs ampérométriques, et en ce qu'il comprend des moyens de mesure d'une différence entre les signaux délivrés par lesdits deux capteurs (21, 22).

Description

Dispositif de mesure d'au moins une propriété d'une eau
1. Domaine de l'invention
Le domaine de l'invention est celui des techniques de mesures de paramètres physico-chimiques. L'invention trouve notamment, mais pas exclusivement, son application dans le cadre des filières de production et/ou des réseaux de distribution d'eau potable, notamment à usage alimentaire. Elle trouve également son application par exemple dans le domaine du traitement d'eau de piscine, de spa, de jacuzzis, de procédé industriel, de pisciculture, d'eau usée, d'eau dessalée, d'eau de ballast pour la navigation...
Plus précisément, l'invention concerne la conception et la fabrication de sondes et les procédés de mesure en ligne de plusieurs paramètres clés représentatifs de la qualité de l'eau, et de l'état du réseau de distribution de l'eau et de ces équipements, dont la teneur en chlore et la pression de l'eau.
En pratique, la mesure du chlore présent dans une eau permet de donner une indication relativement précise de la qualité de cette eau. En effet, la teneur en chlore de l'eau potable distribuée doit être suffisamment faible pour ne pas affecter ses qualités gustatives mais suffisamment importante pour garantir qu'il n'y soit pas observé de développement bactérien.
2. Art antérieur et inconvénients de l'art antérieur
Dans le domaine du traitement de l'eau, la qualité de l'eau, traitée ou à traiter, est couramment contrôlée afin de vérifier l'efficacité du traitement et/ou afin d'optimiser le traitement de l'eau en fonction des conditions d'exploitations.
Des sondes sont généralement mises en œuvre afin de mesurer des paramètres physico-chimiques représentatifs de la qualité de l'eau, notamment d'une eau traitée.
On connaît des sondes multiples comprenant un nombre important de capteurs, généralement supérieur à dix, qui permettent le recueil d'une multitude d'informations représentatives de la qualité d'une eau traitée. Ces sondes comprennent généralement un capteur de chlore. Le type de capteur de chlore mis en œuvre impose, pour déterminer la teneur en chlore de l'eau analysée, de mesurer son pH.
Les capteurs de pH contiennent un électrolyte. La quantité de cet électrolyte diminue régulièrement au fur et à mesure de l'utilisation du capteur de pH. Ainsi, un capteur de pH a généralement une durée de vie inférieure ou égale à six mois.
La mise en œuvre de ce type de sondes induit donc de fréquentes campagnes de maintenance pour remplacer l'électrolyte et recalibrer la sonde. Ces sondes ont ainsi une durée de vie relativement réduite.
Ces sondes multiples ont également pour inconvénient d'être relativement encombrantes. Ceci nuit à leur facilité de mise en œuvre. En particulier, de telles sondes présentent un encombrement tel qu'elles ne peuvent par exemple pas être mises en œuvre sur le réseau privé de distribution d'eau potable d'un usager.
Afin de remédier au problème de durée de vie limitée de ces sondes, d'autres types de sondes ont été développées.
On connaît notamment la sonde MESM 2405 commercialisée par Silsens. Cette sonde comprend un capteur de chlore et un capteur de température.
Cette sonde met en œuvre un capteur ampérométrique de chlore. Ce type de capteur ne requiert pas de mesurer le pH de l'eau pour en déterminer la teneur en chlore. Ainsi la mesure de la teneur en chlore de l'eau peut être obtenue sans mettre en œuvre de capteur de pH.
La durée de vie de ce type de sonde est donc plus élevée que celle des sondes qui mettent en œuvre des capteurs de pH.
Par ailleurs, une telle sonde est destinée à être intégrée dans un analyseur d'eau. Un analyseur d'eau est classiquement déporté du réseau de distribution d'eau. Il est relié à un réseau de dérivation qui permet le prélèvement d'une eau d'échantillonnage dans le réseau de distribution d'eau en vue de l'analyser. Il est également relié à un réseau d'évacuation de l'eau d'échantillonnage. Cette sonde est donc relativement complexe à mettre en œuvre. En particulier, elle ne permet pas de réaliser un contrôle, in situ, de la qualité d'une eau. Elle ne peut pas non plus être mise en œuvre directement sur un réseau de distribution d'eau potable d'un usager.
3. Objectifs de l'invention
L'invention a pour objectif d'améliorer les sondes à capteur ampérométrique de chlore et les procédés de mesure de la qualité d'eau mettant en œuvre de telles sondes.
Notamment, un objectif de l'invention est de fournir, dans au moins un mode de réalisation, une telle technique qui permette de mesurer plusieurs paramètres, notamment d'au moins un paramètre représentatif de la qualité d'une eau, au moyen d'une sonde multi capteur.
Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir, dans au moins un mode de réalisation, une telle technique qui permette d'obtenir une indication précise de la qualité d'une eau analysée, en particulier de sa concentration en chlore.
Un autre objectif de l'invention est de mettre en œuvre, dans au moins un mode de réalisation, une telle technique qui nécessite peu de maintenance.
L'invention a encore pour objectif de procurer, dans au moins un mode de réalisation, une telle technique qui puisse être mise en œuvre dans un encombrement limité.
Notamment, un objectif de l'invention est de fournir, dans au moins un mode de réalisation, une telle technique qui permette de mesurer la qualité d'une eau in situ, comme par exemple directement sur un réseau de distribution d'eau potable.
Encore un objectif de l'invention est de procurer, dans au moins un mode de réalisation, une telle technique qui soit fiable.
4. Exposé de l'invention
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints selon l'invention à l'aide d'un dispositif de mesure d'au moins une propriété d'une eau comprenant des moyens de mesure de la concentration en chlore actif sous forme d'acide hypochloreux HOCl de ladite eau, lesdits moyens de mesure de la concentration en chlore comprenant un premier et un deuxième capteurs ampérométriques de chlore délivrant chacun un signal, lesdits deux capteurs ampérométriques de chlore présentant une unique électrode de référence commune et étant reliés à un double potentiostat,
ledit dispositif comprenant des moyens de mise en œuvre simultanée dudit premier et dudit deuxième capteurs ampérométriques,
ledit dispositif comprenant en outre des moyens de mesure d'une différence entre les signaux délivrés par lesdits deux capteurs.
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont également atteints selon l'invention à l'aide d'un procédé de mesure d'au moins une propriété d'une eau par la mise en œuvre d'un dispositif selon l'invention, ledit procédé comprenant :
- une étape de détermination de la concentration en chlore actif sous forme d'acide hypochloreux HOCl de ladite eau au moyen desdits premier et deuxième capteurs, et
une étape de contrôle de ladite mesure de la concentration en chlore actif sous forme d'acide hypochloreux HOCl,
ladite étape de contrôle comprenant une étape de surveillance de l'état de fonctionnement desdits capteurs, ladite étape de surveillance comprenant :
une première étape de mesure d'une première information représentative de la concentration en chlore actif sous forme d'acide hypochloreux HOCl de ladite eau au moyen dudit premier capteur et une deuxième étape de mesure d'une deuxième information représentative de la concentration en chlore actif sous forme d'acide hypochloreux HOCl de ladite eau au moyen dudit deuxième capteur, lesdites première et deuxième étapes étant mises en œuvre simultanément,
- une étape de détermination de la différence entre lesdites première et deuxième informations représentatives de ladite concentration ; une étape de comparaison de la valeur de ladite différence à au moins une valeur de référence.
Ainsi, l'invention repose sur une approche innovante qui consiste à contrôler la qualité d'une eau en mesurant sa concentration en chlore actif et en surveillant l'état de fonctionnement des capteurs ampérométriques de chlore mis en œuvre à cet effet. La surveillance consiste plus précisément à réaliser une double mesure de la concentration en chlore au moyen de deux capteurs ampérométriques distincts et à déterminer la différence entre les deux mesures afin de déceler une anomalie de fonctionnement d'au moins un des capteurs. La détection d'une anomalie de fonctionnement des capteurs est un indice de leur niveau d'âge qui permet de prendre la décision de procéder à leur remplacement.
Les deux capteurs de chlore permettent une double mesure qui peut être de plus analysée :
- à des fréquences rapides, toutes les 6 secondes par exemple, pour délivrer des alarmes du niveau de chlore rapidement (Analyse des signaux des capteurs filtrés rapidement par des filtres passe haut : comparaison des signaux délivrés par chaque capteur à des valeurs seuil haute et basse et délivrance d'un message d'alarme indiquant que la concentration en chlore est trop importante ou trop faible) ;
- à des fréquences plus lentes, par exemple toutes les 6 minutes, pour déterminer l'état de vieillissement des deux capteurs de chlores (Analyse des signaux délivrés par chaque capteur de chlore filtrés plus lentement par des filtres passe bas : calcul de la concentration moyenne en chlore ; calcul de la différence entre les signaux délivrés par chaque capteur de chlore et détermination du niveau de vieillissement des capteurs).
La technique selon l'invention permet ainsi d'exploiter au maximum les capteurs de chlore. En effet, les capteurs de chlore ont une durée de vie variable. Classiquement, les capteurs de chlore sont mis en œuvre pendant une durée correspondant à leur durée de vie minimale de façon à être toujours certains d'utiliser un capteur en état de marche. Les capteurs de chlore sont ainsi régulièrement changés. Leur remplacement peut avoir lieu alors qu'ils sont encore en état de fonctionner. Ceci impose d'intervenir souvent au niveau des capteurs et engendre des coûts supplémentaires d'exploitation.
Le fait, selon l'invention, de contrôler l'état des capteurs de chlore permet de détecter le moment précis auquel l'un et/ou l'autre ne sont plus en état de fonctionner. Ceux-ci ne sont remplacés qu'à cet instant. Lorsqu'un seul des capteurs de chlore est défectueux, la concentration en chlore peut continuer d'être mesurée au moyens de l'autre capteur. Dans ce cas, le remplacement des capteurs n'est pas obligatoire. La technique selon l'invention permet donc d'exploiter au maximum les capteurs de chlore, de repousser leur remplacement. Elle permet ainsi de réduire la fréquence des campagnes de maintenance et d'augmenter en conséquence la durée de vie d'un dispositif de mesure selon l'invention.
Une telle approche conduit donc à la possibilité d'implanter un dispositif selon l'invention chez un usager. Il devient alors possible de connaître avec précision, en chaque point de distribution de l'eau, le niveau de qualité de l'eau, et de détecter d'éventuels problèmes dans les réseaux de distribution.
Le fait que, selon l'invention, les capteurs ampérométriques de chlore sont couplés à un double potentiostat et partagent une électrode de référence en commun présente des avantages.
Ceci permet de réduire le nombre de composants électroniques nécessaires à leur mise en œuvre. En effet, de manière classique, un homme du métier souhaitant utiliser deux capteurs ampérométriques mettrait en oeuvre deux potentiostats et deux électrodes de référence.
Le fait, selon l'invention, de limiter le nombre de composants permet de réduire les incertitudes de fonctionnement et de réduire l'encombrement du dispositif tout en améliorant sa qualité. En particulier, la mise en œuvre d'une électrode de référence commune aux deux capteurs ampérométriques de chlore permet de garantir que le potentiel de référence appliqué entre l'électrode de référence commune aux deux capteurs ampérométriques et l'électrode de travail de chacun de ces capteurs est identique. Ainsi, si un écart est détecté entre les signaux délivrés par chacun des capteurs, celui-ci n'est pas lié à un problème d'alimentation des capteurs mais à un disfonctionnement d'un ou des capteurs ampérométriques en tant que tel. Cette mise en œuvre permet ainsi de limiter les sources de disfonctionnement des capteurs ampérométriques.
Un dispositif selon l'invention comprend préférentiellement un capteur de mesure de la pression de ladite eau.
La valeur de la pression de l'eau donne une indication quant à la qualité de la mesure de la concentration en chlore au moyen de capteur ampérométrique. En effet, la pression de l'eau constitue un interfèrent susceptible de perturber la mesure du chlore par des techniques ampérométriques. Une variation brutale de la pression, par exemple due à une rupture de canalisation ou à un coup de bélier, est de nature à provoquer des erreurs dans la mesure de la concentration en chlore. La mesure de la pression, associée à la mesure de la concentration en chlore, peut alors permettre de s'assurer que la valeur de la concentration en chlore mesurée est conforme à la réalité et n'ai pas faussée par une variation brutale de pression.
Cette mise en œuvre permet ainsi d'éviter le déclenchement intempestif d'alarme.
Un dispositif selon l'invention comprend des moyens de mesure de la conductivité de ladite eau.
La valeur de la conductivité de l'eau donne une indication sur le niveau d'encrassement du dispositif. Cette indication permet d'évaluer la qualité de la mesure de la concentration en chlore au moyen de capteur ampérométrique.
Préférentiellement, lesdits moyens de mesure de la conductivité de l'eau comprennent un capteur de conductivité à quatre électrodes.
En effet, la mesure de la conductivité de l'eau permet de déterminer la résistance de contact entre les électrodes du capteur de conductivité et l'eau.
L'encrassement d'un dispositif selon l'invention est corrélé à l'encrassement du capteur de conductivité qui est lui-même corrélé à la résistance de contact.
Le capteur de conductivité est déclaré « encrassé » lorsque la résistance de contact des bornes de mesure de cette conductivité atteint une valeur limite. Le capteur de conductivité est considéré « propre » lorsque la valeur de la résistance de contact (RC) est environ égale au double de la valeur de la résistance de shunt (RS). L'encrassement maximum (100%) est défini lorsque la valeur de la résistance de contact (RC) est supérieure ou égale au triple de la résistance de shunt (RS). La mesure de la conductivité, à partir de la mesure de la résistance de contact, a l'avantage de ne pas présenter d'effet de saturation. En d'autres termes, il est possible de connaître de manière précise la résistance de contact tant dans des échelles hautes et faibles de valeurs.
Selon un aspect préféré de l'invention, lesdits capteurs ampérométriques de chlore sont des capteurs fonctionnant avec un signal à basse fréquence, et ledit capteur de conductivité est un capteur fonctionnant avec un signal à haute fréquence.
Les capteurs de chlore et de conductivité sont ainsi découplés en fréquence. Les signaux délivrés par les capteurs de chlore et ceux délivrés par le capteur de conductivité ne se perturbent pas mutuellement. Ceci permet d'améliorer la qualité du dispositif.
Préférentiellement, un dispositif selon l'invention comprend un capteur de mesure de la température de ladite eau.
Comme toutes les mesures électrochimiques faisant intervenir un couple redox, la mesure de température permet de corriger le signal électrique lié à une variation des cinétiques électrochimiques. En effet, les mécanismes réactionnels qui conduisent à la mesure de la concentration sont dépendants de la température et suivent le plus souvent la loi d'Arrhenius. Ainsi, sans la prise en compte de la variation de température, il est difficile de conserver une réponse linéaire du capteur et d'obtenir une courbe de réponse qui soit représentative de la concentration réelle quelle que soit la température.
Selon une caractéristique avantageuse, un dispositif selon l'invention comprend des moyens de traitement des données délivrées par lesdits capteurs, et des moyens de transmission fîlaire et/ou par radio desdites données traitées. Un dispositif selon l'invention peut ainsi permettre de transmettre à distance les données délivrées par les capteurs. Ces données peuvent ainsi être analysées à distance. Le dispositif comprend donc seulement des moyens de traitement (fïltration, amplification) et de transmission de ces données, les moyens d'analyse étant déportés. Un dispositif selon l'invention présente ainsi un faible encombrement. Sa consommation électrique est également réduite ce qui limite la fréquence des phases de maintenance. Tout ceci contribue à faciliter la mise en œuvre d'un dispositif selon l'invention. En particulier, un tel dispositif peut être mis en œuvre directement sur le réseau de distribution d'eau potable d'un usager.
Préférentiellement, un dispositif selon l'invention comprend :
un corps logeant ledit double potentiostat, une source de tension, lesdits moyens de traitement, et lesdits moyens de transmission ; une tête amovible à laquelle est solidarisé un circuit imprimé sur lequel sont montés lesdits capteurs ;
ladite tête amovible étant apte à être désolidarisée dudit corps.
Ainsi, lorsqu'il est détecté qu'au moins un des capteurs de chlore est défectueux, la tête amovible peut être remplacée facilement, y compris par un non technicien, par exemple l'usager lui-même.
Lesdits moyens de traitement comprennent préférentiellement des moyens de mesure et de mémorisation des valeurs maximum, minimum et moyenne des données délivrées par lesdits capteurs.
Ceci permet d'avoir une information sur la cohérence de la mesure avec un nombre limité d'informations. Ceci est particulièrement intéressant lorsque les informations sont transmises sans liaison fîlaire.
Comme cela est mentionné plus haut, l'invention porte également sur un procédé de mesure d'au moins un paramètre physico-chimique de l'eau qui comprend une étape de contrôle.
Préférentiellement, ladite étape de contrôle comprend une étape de surveillance du niveau d'encrassement dudit dispositif, ladite étape de surveillance du niveau d'encrassement comprenant une étape de mesure de la conductivité de ladite eau.
Avantageusement, ladite étape de contrôle comprend une étape de mesure de la pression de ladite eau.
En effet, dans les techniques de l'art antérieur, le dispositif de mesure ampérométrique est plongé dans un électrolyte et est séparé du liquide à analyser par une membrane sélective laissant uniquement passer le chlore actif dans l'électrolyte. Ce dispositif présente l'inconvénient suivant : le flux de chlore à travers la membrane est fonction de la différence de pression entre l'aval et l'amont de la membrane. Ainsi, à concentration en chlore libre identique dans le milieu à mesurer, les changements de pression en amont du capteur modifient le flux de chlore actif, ce qui conduit à une variation de la concentration en chlore perçue par le capteur s'il ne tient pas compte de la pression.
5. Liste des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels :
la figure 1 illustre une vue éclatée d'un dispositif selon l'invention ;
la figure 2 illustre le couplage de deux capteurs ampérométriques de chlore ;
la figure 3 illustre le montage d'un capteur de conductivité à quatre électrode ;
la figure 4 illustre un schéma bloc d'un dispositif selon l'invention ;
la figure 5 illustre des diagrammes d'alimentation des capteurs d'un dispositif selon l'invention ;
la figure 6 illustre des diagrammes des périodes d'analyse des données délivrées par les capteurs d'un dispositif selon l'invention ;
la figure 7 illustre un schéma du principe d'analyse des signaux délivrés par les capteurs de chlore.
6. Description d'un mode de réalisation de l'invention 6.1. Rappel du principe de l'invention
Le principe général de l'invention repose sur une approche innovante qui consiste à contrôler la qualité d'une eau en mesurant sa concentration en chlore actif et en surveillant l'état de fonctionnement des capteurs ampéro métriques de chlore mis en œuvre à cet effet. La surveillance consiste plus précisément à réaliser une double mesure de la concentration en chlore au moyen de deux capteurs ampérométriques de chlore distincts et à déterminer la différence entre les deux mesures afin de déceler une anomalie de fonctionnement d'au moins un des capteurs. La détection d'une anomalie de fonctionnement des capteurs est un indice de leur âge qui permet de prendre la décision de procéder à leur remplacement.
La technique selon l'invention permet d'exploiter au maximum les capteurs de chlore. Elle permet donc notamment de réduire la fréquence des campagnes de maintenance et d'augmenter en conséquence la durée de vie d'un dispositif de mesure selon l'invention.
La double mesure de chlore actif peut également être associée à la mesure de la conductivité et/ou de la pression afin de contrôler la qualité de la mesure de la concentration en chlore.
Selon l'invention, les capteurs ampérométriques de chlore sont couplés à un double potentiostat et partagent une électrode de référence en commun ce qui permet de réduire les incertitudes de fonctionnement et de réduire l'encombrement du dispositif de mesure tout en améliorant sa qualité.
6.2. Exemple d'un dispositif selon l'invention
6.2.1. Architecture générale
On présente, en relation avec les figures 1 à 6, un mode de réalisation d'un dispositif de mesure selon l'invention.
Un tel dispositif comprend un corps creux tubulaire 10 présentant une extrémité ouverte 11. Une partie taraudée 12 s'étend depuis l'extrémité ouverte 11 sur une partie du contour intérieur du corps tubulaire 10. Une carte électronique 13 est logée à l'intérieur du corps creux tubulaire 10.
Une tête amovible 14 est prévue pour être solidarisée de manière réversible au corps tubulaire 10. Elle présente ainsi à l'une de ses extrémités une partie filetée 15 de forme complémentaire à la partie taraudée 12.
Un circuit imprimé plan 16 est solidaire de l'autre extrémité de la tête amovible 14. Une pluralité de capteurs est montée directement sur ce circuit imprimé 16 par une technique dite COB (chip-on-board).
6.2.2. Circuit imprimé et capteurs
Le circuit imprimé 16 porte un capteur de pression 161 , un capteur de température 162, un capteur de conductivité 163 , et deux capteurs 164 ampérométriques de chlore actif sous forme d'acide hypochloreux HOCl. Les capteurs ampérométriques de chlore sont des capteurs à trois électrodes bien connus de l'homme du métier. Ils comprennent une électrode de travail 212, une électrode de référence 25 et une électrode auxiliaire 211. Les trois électrodes de chacun des deux capteurs de chlore sont reliées à un circuit d'alimentation et de polarisation commun, appelé ci-après double potentiostat, qui permet de maintenir constant le potentiel de l'électrode de travail de chaque capteur de chlore. En d'autres termes, le double potentiostat permet de délivrer un courant constant entre l'électrode de référence et l'électrode de travail de chaque capteur. Ce courant permet de réduire le chlore présent dans l'eau dans laquelle est plongé le capteur. La réduction du chlore entraîne le passage d'un courant entre l'électrode de travail et l'électrode auxiliaire de chaque capteur de chlore. Ce courant est proportionnel à la concentration en chlore actif sous forme d'acide hypochloreux de l'eau analysée.
Comme cela est représenté sur la figure 2, Les deux capteurs de chlore 21, 22 sont couplés ensemble à un double potentiostat.
Le double potentiostat comprend un unique amplificateur opérationnel monté en comparateur. En effet, il s'agit d'un unique potentiostat qui alimente les deux électrodes de travail 212 au travers de résistances (de dix kilo ohms dans ce mode de réalisation) et l'électrode de référence 25. Il est adjoint deux chaînes d'intégration du courant circulant dans les deux électrodes auxiliaires 211, ce courant étant proportionnel à la concentration en chlore actif de l'eau analysée.. L'amplificateur opérationnel 23 reçoit sur une première entrée une tension de référence 24 et sur une seconde entrée un signal en tension provenant de l'électrode de référence 25, et délivre un signal de sortie qui est appliqué sur l'électrode de travail 212 de chaque capteur de chlore. Ces résistances, dont la valeur est égale à 10 kilo ohms dans ce mode de réalisation, permettent de limiter le courant et d'éviter des surtensions dans les électrodes.
Chaque capteur de chlore comprend également une électrode auxiliaire
211. Sur chacune des électrodes de travail 212, le courant est mesuré pour déterminer la concentration de chlore actif.
Le capteur de conductivité est un capteur à quatre électrodes bien connu de l'homme du métier. Il n'est donc pas décrit en détail par la suite.
Toutefois, et comme illustré sur la figure 3, on rappelle qu'un tel capteur de conductivité comprend deux électrodes externes et deux électrodes internes. Son principe de fonctionnement consiste à appliquer, entre deux électrodes externes, une tension alternative, puis à mesurer une tension aux bornes des deux électrodes internes.
Plus précisément, un capteur de conductivité travaille de la façon suivante: un générateur de tension alternative à haute fréquence, par exemple à un kilohertz, génère au travers de deux résistances de mesures RS, dites résistances de shunt, un courant entre deux électrodes d'injection RI placées en milieu aqueux. On mesure, après démodulation à la même fréquence de un kilohertz, la tension aux bornes des résistances de shunt RS dont la valeur est connue, et la tension aux bornes des électrodes de mesure RI. La conductivité de l'eau entre les bornes de mesure RI et la résistance équivalente de contact RC, peuvent alors être calculées. On note que plus la valeur de la résistance de contact RC au milieu aqueux est élevée, plus le niveau d'encrassement du dispositif est important. Les capteurs de pression et de température sont des capteurs classiques bien connu de l'homme du métier. Ils ne sont donc pas décrits en détail par la suite.
Des connecteurs électriques sont montés sur le circuit imprimé 16. Ces connecteurs sont prévus pour coopérer avec des connecteurs de forme complémentaire montés sur la carte électronique 13, lorsque la tête amovible 14 est solidarisée au corps tubulaire 10. Ces connecteurs permettent d'assurer la connexion électrique entre les capteurs et la carte électronique 13.
6.2.3. Carte électronique
On décrit maintenant en relation avec la figure 4 un mode de réalisation particulier de la carte électronique 13. Comme illustrée, la carte électronique 13 coopère avec le circuit imprimé 16.
La carte électronique 13 comprend un régulateur de tension 42 de type
DC/DC permettant d'alimenter les différents composants montés sur la carte électronique 13. Dans un mode de réalisation particulier, ce régulateur 42 est alimenté par des moyens d'alimentation 41 externes. Par exemple, les moyens d'alimentation 41 comprennent une batterie (ou un ensemble de piles électriques) permettant de délivrer une tension électrique comprise entre 3 à 5 volts. La forme et les dimensions de la batterie sont telles qu'elles lui permettent d'être logée à l'intérieur du corps creux tubulaire 10.
La carte électronique comprend un régulateur de point milieu 43, par exemple de 1,5 volts, coopérant avec le régulateur de tension 42.
La carte électronique comprend également un micro contrôleur 44 dont le fonctionnement est cadencé par une horloge à quartz. Le microcontrôleur 44 comprend :
une mémoire 45 de type EEPROM dans laquelle sont stockées les données provenant des différents capteurs du circuit imprimé 16 ;
des moyens de conversion permettant de convertir les données en provenance des capteur de chlore 21, 22 et du capteur de conductivité 53 en des données exploitables par le micro contrôleur 44. On note également que le micro contrôleur peut commander les capteurs de chlore et de conductivité via les moyens de conversion. Ces moyens de conversion comprennent par exemple des convertisseurs analogique-numérique et/ou numérique-analogique 46. Dans un mode de réalisation particulier, les moyens de conversion 46 comprennent trois entrées. Deux de ses entrées sont reliées au double potentiostat POTl, POT2 auquel sont reliés les deux capteurs ampérométriques de chlore 21, 22 et l'électrode de référence 25. Ces deux entrées permettent respectivement de recevoir le courant délivré par chacun des deux capteurs de chlore qui est proportionnel à la concentration en chlore de l'eau. La troisième entrée du convertisseur analogique-numérique est reliée à la sortie d'un amplificateur dont l'entrée est relié au capteur de conductivité 53.
un port série synchrone 47 via lequel le micro contrôleur communique avec le capteur de pression et le capteur de température. Dans un mode de réalisation particulier, la carte électronique 13 comprend un circuit de contrôle 50 monté entre le micro contrôleur et les capteurs de pression et de température. Ce circuit de contrôle gère le fonctionnement du capteur de pression à membrane. La déformation de la membrane, due à la pression de l'eau analysée, est mesurée par des piézo-résistances dans un pont de Wheatstone. Pour cela, le circuit de contrôle permet d'injecter un courant dans le pont de Wheatstone et de mesurer la tension de déséquilibre du pont, laquelle est proportionnelle à la pression de l'eau,
un port série asynchrone 48 via lequel le microcontrôleur communique avec des moyens de communication externes, reliés par exemple via un connecteur 49 par exemple de type RS-232. Dans un mode de réalisation particulier, la carte électronique 13 comprend des moyens d'isolation galvanique montés entre le micro contrôleur et le connecteur 49.
un connecteur interne flash qui permet de charger de multiples fois le software du micro contrôleur 44. On peut également prévoir des moyens de découplage galvanique au niveau des capteurs de pression et de température.
Un interrupteur, non représenté, permet de mettre sous tension le dispositif.
Des connecteurs électriques sont montés sur la carte électronique 13. Ces connecteurs sont prévus pour coopérer avec des connecteurs de forme complémentaire montés sur le circuit imprimé 16, lorsque la tête amovible 14 est solidarisée au corps tubulaire 10.
6.3. Fonctionnement d'un dispositif selon l'invention
6.3.1. Fonctionnement général
Un dispositif selon l'invention peut être piqué directement sur une canalisation de distribution d'eau potable chez un usager. Il peut en particulier y être solidarisé de telle manière que la tête de la sonde soit plongée dans l'eau circulant dans la canalisation.
Au démarrage du dispositif par actionnement de l'interrupteur, le microcontrôleur 44 commande l'activation des capteurs de chlore, de conductivité, de pression et de température.
Dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure 4, les capteurs de chlore fonctionnent avec des signaux à basse fréquence comprise entre 1 et 5 Hz et préférentiellement de l'ordre de 3 Hz, et le capteur de conductivité avec des signaux à fréquence plus élevée comprise entre 500 et 5000Hz, préférentiellement entre 800 et 1200Hz. Les capteurs de chlore et de conductivité sont ainsi découplés en fréquence. Ceci permet d'éviter que les signaux émis par les capteurs de chlore et par le capteur de conductivité soient mutuellement perturbés.
Tel que cela est représenté sur la figure 5, les deux capteurs de chlore
(chlore 21 et chlore 22), le capteur de température et le capteur de pression sont alimentés en courant de manière continue. Le capteur de conductivité est en revanche alimenté de manière périodique. Ceci permet de réduire les effets négatifs du capteur de conductivité qui peut être responsable d'un bruit sur le capteur de pression, et dont la mise en œuvre est gourmande en énergie. Chacun des capteurs ampérométriques de chlore permet de mesurer une tension représentative de la concentration en chlore actif sous forme d'acide hypochloreux dans l'eau analysée.
Le capteur de conductivité permet de mesurer une tension qui est représentative de la conductivité de l'eau analysée au niveau de la tête amovible.
Les signaux délivrés par les capteurs de chlore et le capteur de conductivité sont transmis aux moyens de conversion 46 du micro contrôleur avant d'être traités par celui-ci. Les signaux délivrés par les capteurs de pression et de température sont également transmis aux moyens de conversion du microcontrôleur avant d'être traités par celui-ci.
Le micro contrôleur filtre et amplifie les signaux délivrés par les capteurs de chlore et par le capteur de conductivité. Il filtre et amplifie également les signaux délivrés par le capteur de pression et par le capteur de température. Le filtre, qui dans ce mode de réalisation est un filtre passe-bas, permet d'effectuer une moyenne d'un certain nombre de mesures. Cela permet de supprimer du bruit haute fréquence et d'avoir la possibilité de connaître la variance du signal.
La figure 6 illustre une séquence du fonctionnement alternatif des différents capteurs et le traitement par le micro contrôleur des signaux provenant des différents capteurs. En particulier, les signaux délivrés par les deux capteurs de chlore sont analysés simultanément. Les signaux délivrés par le capteur de conductivité sont analysés alors que l'analyse des signaux des capteurs de chlore est suspendue. Les signaux délivrés par les capteurs de pression et de température sont analysés simultanément en dehors des périodes d'analyse des signaux des capteurs de chlore, et à cheval sur les périodes au cours desquelles sont analysés les signaux du capteur de conductivité. Ceci permet de limiter les couplages analogiques par la mise en œuvre d'un multiplexage dans le temps et de limiter les couplages numériques par la mise en œuvre d'un multiplexage en fréquence et en analyse dans le microcontrôleur entre les différents signaux des capteurs
II existe différent mode d'acquisition des mesures dont la cadence peut aller de 6 secondes à 1 heures. Dans un mode normal, au cours d'une période de dix minutes, le micro contrôleur recueille et traite un signal émis par chaque capteur. Dans une variante, un mode turbo peut être activé. Dans ce mode, le micro contrôleur recueille et traite les signaux émis par chaque capteur dans une période d'une minute.
Le micro contrôleur calcule dans un mode de réalisation toutes les heures la moyenne de chaque signal émis par les capteurs au cours de la dernière heure. Il mémorise, pour une durée de 24 heures, les valeurs moyennes, maximales et minimales des signaux émis par chacun des capteurs au cours de la dernière heure de fonctionnement.
Les informations traitées et mémorisées sont transmises aux moyens de transmission du microcontrôleur. Le microcontrôleur transmet ensuite ces informations converties et traitées par l'intermédiaire d'un bus série filaire, qui peut être du type RS232, opéré par exemple sous un protocole MODBUS.
Ces informations sont transmises soit :
- localement à un contrôleur ou PC , qui sont connectés directement sur la liaison filaire, opéré par un opérateur ou tout autre utilisateur local ;
localement à un système de communication radio, employant un protocole choisi et approprié, par exemple du type GSM ou GPRS, qui envoie ces données à un serveur central distant en vue d'être analysées par un service expert (par exemple le fournisseur d'eau potable) d'une manière centralisée loin de la sonde multi-capteurs.
Plusieurs modes et fréquences de communication peuvent être envisagés : sur horloge et sur événement.
Sur horloge, la fréquence de transmission des informations peut varier de l'heure à la journée.
Sur événement, par exemple en cas de détection d'une qualité d'eau inférieure à un seuil prédéterminé ou de détection d'un dysfonctionnement des capteurs, la sonde passe en mode turbo et envoie d'elle-même un message contenant les données en dehors des périodes planifiées.
6.3.2. Mise en œuvre des capteurs de chlore Chaque capteur de chlore permet de mesurer une tension représentative de la concentration en chlore actif de l'eau analysée.
La mise en œuvre de deux capteurs de chlore permet de surveiller leur état de fonctionnement selon le principe illustré à la figure 7.
Le signal 1 délivré par le capteur de chlore 21 et le signal 2 délivré par le capteur de chlore 22 sont filtrés par un filtre passe-bas et analysés sur des fréquences courtes (par exemple toutes les six secondes). Ces signaux sont comparés à des seuils haut et bas de concentration en chlore par le microcontrôleur. Celui-ci peut alors délivrer, pour chaque capteur, une information du type trop de chlore ou pas assez de chlore selon que la valeur mesurée est supérieure ou inférieure aux seuils. Cette mise en œuvre peut permettre de déclencher, de manière rapide, des alarmes de niveaux de chlore hors normes.
La valeur des seuils haut et bas de concentration en chlore actif dissous dans l'eau sont définis en fonction du type d'application, du pays et/ou de la région dans laquelle le capteur sera employé. Par exemple, pour une application en eau de piscine en France, le seuil haut pourra être établi à 5ppm de chlore actif dissous dans l'eau. Dans le cas d'une application en eau potable en France, les seuils haut et bas pourront être établis respectivement à 0,2ppm et 0,3ppm de chlore actif dissous dans l'eau lorsque le capteur est placé sur la canalisation se situant à proximité du lieu de consommation de l'eau potable mesurée, tandis que les seuils hauts et bas pourront être respectivement de 0,5ppm et 0,7ppm de chlore actif dissous dans l'eau lorsque le capteur est disposé sur la canalisation en sortie d'usine de production d'eau potable.
Le signal 1 délivré par le capteur de chlore 21 et le signal 2 délivré par le capteur de chlore 22 sont aussi filtrés par un filtre passe-haut et analysés sur des fréquences plus longues (par exemple toutes les six minutes). Ces signaux sont additionnés par le microcontrôleur de manière telle qu'il puisse transmettre un signal moyen représentatif de la concentration en chlore mesurée par les deux capteurs. Ces signaux sont également soustraits l'un de l'autre par le micro contrôleur afin de détecter une anomalie de fonctionnement des capteurs de chlores.
En particulier, le micro contrôleur calcule la différence entre le premier signal 1 délivré par un premier capteur de chlore 21 et le deuxième signal 2 délivré par un deuxième capteur de chlore 22. La valeur de cette différence est alors comparée par le microcontrôleur à une valeur haute et basse de référence.
Dans ce mode de réalisation, la valeur haute est égale à 8 sigma et la valeur basse est égale à -8 sigma. Lorsque la différence est supérieure à la valeur haute, le signal délivré par le deuxième capteur est défectueux. Lorsque la différence est inférieure à la valeur basse, le signal délivré par le premier capteur est défectueux.
Dans ces deux cas, il est nécessaire de remplacer la tête amovible.
La surveillance des capteurs de chlore peut être optimisée. Pour cela, le microcontrôleur peut analyser les variations de la différence calculée par rapport à la différence moyenne par exemple sur les dix dernières mesures. Cette variation est appelée bruit.
Lorsque le bruit est égal à zéro, il est déduit qu'aucun signal n'est transmis par les capteurs : le dispositif connaît une panne générale. Lorsque le bruit est deux fois inférieur à la valeur moyenne, il est déduit qu'un des capteurs ne produit aucun signal. Lorsque le bruit dépasse la valeur haute ou basse de référence, il est déduit que l'un et/ou l'autre des deux capteurs de chlore sont défectueux.
6.3.3. Informations transmises par le dispositif
Un dispositif selon l'invention délivre plusieurs informations :
au moins une information représentative de la concentration en chlore actif de l'eau : il peut s'agir du signal filtré et amplifié délivré par chaque capteur de chlore, de la somme des signaux filtrés et amplifiés délivrés par les deux capteurs de chlore ;
une information représentative de la conductivité de l'eau au niveau de la tête amovible : tension filtrée et amplifiée mesurée entre les électrodes internes du capteur de conductivité ;
- une information représentative de la température de l'eau : tension filtrée et amplifiée délivrée par le capteur de température ;
une information représentative de la pression de l'eau : tension filtrée et amplifiée délivrée par le capteur de pression ;
au moins une information représentative de l'état des capteurs de chlore : différence des signaux filtrés et amplifiés délivrés par les deux capteurs de chlore et/ou indication de la nécessité de remplacer la tête amovible.
Dans une variante, une information représentative du niveau de charge de la batterie peut également être délivrée.
Ces informations sont ensuite converties en valeur de concentration, de conductivité, de pression et de température au niveau du serveur distant. Le fait de prévoir que ces conversions ne sont pas réalisées directement par le micro contrôleur permet de réduire la consommation électrique du dispositif de mesure et d'augmenter en conséquence la durée au cours de laquelle il est susceptible de fonctionner sans nécessiter de campagne de maintenance.
Les informations transmises sont une (ou deux) concentration en chlore actif en mg/L, une pression en bar, une conductivité en micro siemens, une température en 0C, un indicateur d'encrassement (%) et de niveau batterie de 0 à
10 unités.
La sonde transmet par exemple les signaux suivants :
- deux fois la valeur en code du chlore actif entre -300 et 300 par pas de 1 pour -3 à 3 ppm de chlore actif dissous ;
de 100 à 600 par pas de 1 pour 100 à 600 micro siemens ;
de 0 à 10O00 par pas de 1 pour 0 à 10 bars ;
de 0 à 400 par pas de 1 pour 0 à 40 0C ;
- entre 320 et 450 par pas de 1 pour la valeur de la batterie de 3.2V à 4.5V ; entre 0 à 100 par pas de 1 pour la valeur de l'encrassement du capteur de conductivité entre 0 et 100%.
La tension mesurée par chaque capteur de chlore est égale à 1,5 volts lorsque la concentration de l'eau en chlore est nulle. Cette tension augmente vers la tension maximale de 3 volts lorsque la concentration en chlore devient non nulle. On peut donc mesurer entre 1,5 volts et 3 volts une concentration en chlore par exemple comprise entre 0 et 300 ppm, avec une sensibilité réglable.
Cependant, lorsque le capteur est défectueux ou possède un courant de fuite, la tension délivrée peut baisser vers 1 volt par exemple, voir moins. Cela correspond dans le programme de calcul de la sonde à un niveau de chlore
« virtuel » négatif, par exemple -200, soit -2 ppm , qui indique une erreur du capteur ou de l'électronique de mesure.
Les informations transmises depuis le dispositif selon l'invention vers le récepteur (par exemple un téléphone portable) sont codées en ASCII.
Dans une variante, il pourra être prévu que les conversions soient directement réalisées par le microcontrôleur.
Dans une autre variante, plutôt que de transmettre un signal indiquant la nécessité de remplacer la tête amovible, la sonde transmettra la différence entre les tensions délivrées par les capteurs de chlore et/ou le bruit. Le serveur distant convertira ces données en une indication de la nécessiter de remplacer la tête amovible.
6.4. Exemple d'un procédé selon l'invention
Un dispositif selon l'invention peut être mis en œuvre dans un procédé consistant à mesurer la qualité d'une eau, par exemple une eau potable.
Un procédé selon l'invention comprend une étape de détermination de la concentration en chlore actif sous forme d'acide hypochloreux HOCl de l'eau au moyen desdits premier et deuxième capteurs. Il présente également l'originalité de comprendre une étape de contrôle de la mesure de la concentration en chlore actif sous forme d'acide hypochloreux.
L'étape de détermination de la concentration en chlore consiste à recueillir le signal représentatif de la concentration en chlore qui est transmis par le dispositif selon l'invention. Ce signal peut soit être une indication directe de la concentration en chlore de l'eau, soit un signal proportionnel à cette concentration (somme des tensions délivrées par les deux capteurs) qui, après conversion, permet de connaître la valeur de la concentration en chlore. L'étape de contrôle comprend une étape de surveillance de l'état de fonctionnement des capteurs. Comme cela vient d'être expliqué, cette étape de surveillance comprend :
une première étape de mesure d'une première information représentative de la concentration en chlore actif sous forme d'acide hypochloreux HOCl de l'eau au moyen d'un premier capteur de chlore (tension délivrée par ce capteur) et une deuxième étape de mesure d'une deuxième information représentative de la concentration en chlore actif sous forme d'acide hypochloreux HOCl de l'eau au moyen d'un deuxième capteur de chlore (tension délivrée par ce capteur), les première et deuxième étapes étant mises en œuvre simultanément,
une étape de détermination de la différence entre les première et deuxième informations représentatives de la concentration en chlore (calcul réalisé par le micro contrôleur) ;
une étape de comparaison de la valeur de la différence par rapport à une valeur basse de référence et une valeur haute de référence (comparaison réalisée par le microcontrôleur). Pour mémoire, lorsque cette différence est supérieure à la valeur haute de référence, le signal délivré par le deuxième capteur est défectueux. Lorsque cette différence est inférieure à une valeur basse de référence, le signal délivré par le premier capteur est défectueux. Dans ces deux cas, il est nécessaire de remplacer la tête amovible : le dispositif transmet une information en ce sens.
Dans une variante, la comparaison de la différence et/ou du bruit aux références pourra être effectuée directement par un opérateur chargé du contrôle.
La technique selon l'invention permet ainsi d'exploiter au maximum les capteurs de chlore. En effet, les capteurs de chlore ont une durée de vie variable.
Classiquement, les capteurs de chlore sont mis en œuvre pendant une durée correspondant à leur durée de vie théorique minimale de façon à être toujours certain d'utiliser un capteur en état de marche. Les capteurs de chlore sont ainsi régulièrement changés. Ceci impose d'intervenir souvent au niveau des capteurs et engendre des coûts supplémentaires d'exploitation. Leur remplacement peut également avoir lieu alors qu'ils sont encore en état de fonctionner.
Le fait, selon l'invention, de contrôler l'état des capteurs de chlore permet de détecter le moment précis auquel ils ne sont plus en états de fonctionner. Ceux- ci ne sont remplacés qu'à cet instant. La technique selon l'invention permet donc d'exploiter au maximum les capteurs de chlore, de repousser leur remplacement. Elle permet donc de réduire la fréquence des campagnes de maintenance et d'augmenter en conséquence la durée de vie d'un dispositif de mesure selon l'invention.
Une telle approche conduit ainsi à la possibilité d'implanter un dispositif selon l'invention chez un usager. Il devient alors possible de connaître avec précision, en chaque point de distribution de l'eau, le niveau de qualité de l'eau, et de détecter d'éventuels problèmes dans les réseaux de distribution.
Dans ce mode de réalisation, l'étape de contrôle comprend en outre une étape de surveillance du niveau d'encrassement du dispositif. Cette étape de surveillance du niveau d'encrassement comprend une étape de mesure de la conductivité de l'eau.
Les inventeurs ont découvert que la conductivité de l'eau au niveau de la tête amovible donnait une indication sur le niveau d'encrassement du dispositif et donc sur le niveau de qualité des informations qu'il délivre. Ainsi, lorsque le niveau d'encrassement du dispositif est élevé, la probabilité pour que les informations représentatives de la concentration en chlore de l'eau qu'il délivre ne soient pas conformes à la réalité est élevée.
Le capteur de conductivité est déclaré « encrassé » lorsque la résistance de contact des bornes de mesure de cette conductivité atteint une valeur limite. Le capteur de conductivité est considéré « propre » lorsque la valeur de la résistance de contact (RC) est environ égale au double de la valeur de la résistance de shunt (RS). L'encrassement maximum (100%) est défini lorsque la valeur de la résistance de contact (RC) est supérieure ou égale au triple de la résistance de shunt (RS).
Dans ce mode de réalisation, l'étape de contrôle comprend une étape de mesure de la pression de ladite eau.
Les inventeurs ont en effet également découvert que la valeur de la pression de l'eau donne une indication sur la qualité de la mesure de la concentration de l'eau en chlore.
6.5. Avantages
La technique selon l'invention présente un grand nombre d'avantages.
En particulier, sa mise en œuvre permet de limiter la fréquence des campagnes de maintenance. La durée de vie d'un dispositif selon l'invention est d'environ un an alors que la durée de vie des dispositifs de l'art antérieur est rarement supérieure à six mois. Un dispositif selon l'invention peut ainsi être implanté directement chez un usager dans la mesure où le nombre de campagnes de maintenance, nécessitant l'intervention d'un technicien, est réduit.
La technique selon l'invention permet également de procurer un dispositif de mesure de faible encombrement. Notamment, le fait de prévoir de coupler ensemble les capteurs de chlore permet de réduire le nombre de composant inclus dans le dispositif. Il est ainsi possible de disposer d'un dispositif ayant une plus grande durée de vie sans pour autant en augmenter l'encombrement. Ceci contribue également à permettre l'implantation d'un dispositif selon l'invention directement chez un usager.
La technique selon l'invention offre également un bon niveau de précision. Le fait de surveiller l'état des capteurs de chlore permet de s'assurer d'utiliser des capteurs en état de marche. Le fait de coupler ensemble les deux capteurs permet de limiter le nombre de composants électroniques mis en œuvre et par conséquent l'incertitude de la mesure du chlore. Le fait de contrôler le niveau d'encrassement du dispositif permet également d'avoir une information quant à l'exactitude de la mesure de la concentration en chlore. La mesure de la pression constitue également un indice de la justesse de la mesure de la concentration en chlore.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de mesure d'au moins un paramètre physico-chimique d'une eau, ledit dispositif comprenant des moyens de mesure de la concentration en chlore actif sous forme d'acide hypochloreux HOCl de ladite eau,
caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure de la concentration en chlore sous forme d'acide hypochloreux HOCl comprennent un premier (21) et un deuxième (22) capteurs ampérométriques de chlore sous forme d'acide hypochloreux HOCl délivrant chacun un signal, lesdits deux capteurs ampérométriques de chlore (21, 22) présentant une unique électrode de référence (25) commune et étant reliés à un double potentiostat,
en ce qu'il comprend des moyens de mise en œuvre simultanée dudit premier (21) et dudit deuxième (22) capteurs ampérométriques,
et en ce qu'il comprend des moyens de mesure d'une différence entre les signaux délivrés par lesdits deux capteurs (21, 22).
2. Dispositif la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur de mesure de la pression (161) de ladite eau.
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de mesure de la conductivité de ladite eau.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure de la conductivité de l'eau comprennent un capteur de conductivité à quatre électrodes (163).
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits capteurs ampérométriques de chlore (21, 22) sont des capteurs à basse fréquence, et en ce que ledit capteur de conductivité (163) est un capteur à haute fréquence.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur de mesure de la température (162) de ladite eau.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de traitement des données délivrées par lesdits capteurs (21, 22, 161, 162, 163), et des moyens de transmission fïlaire et/ou par radio desdites données traitées.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend :
- un corps (10) logeant ledit double potentiostat, une source de tension, lesdits moyens de traitement, et lesdits moyens de transmission ;
- une tête amovible (14) à laquelle est solidarisé un circuit imprimé
(16) sur lequel sont montés lesdits capteurs (21, 22, 161, 162, 163) ; ladite tête amovible (14) étant apte à être désolidarisé dudit corps (10).
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement comprennent des moyens de mesure et de mémorisation des valeurs maximum, minimum et moyenne des données délivrées par lesdits capteurs (21, 22, 161, 162, 163).
10. Procédé de mesure d'au moins une propriété d'une eau par la mise en œuvre d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, ledit procédé comprenant :
- une étape de détermination de la concentration en chlore actif sous forme d'acide hypochloreux HOCl de ladite eau au moyen desdits premier (21) et deuxième (22) capteurs, et
une étape de contrôle de ladite mesure de la concentration en chlore actif,
ladite étape de contrôle comprenant une étape de surveillance de l'état de fonctionnement desdits capteurs (21 , 22), ladite étape de surveillance comprenant :
une première étape de mesure d'une première information représentative de la concentration en chlore actif sous forme d'acide hypochloreux HOCl de ladite eau au moyen dudit premier capteur
(21) et une deuxième étape de mesure d'une deuxième information représentative de la concentration en chlore actif sous forme d'acide hypochloreux HOCl de ladite eau au moyen dudit deuxième capteur (22), lesdites première et deuxième étapes étant mises en œuvre simultanément, une étape de détermination de la différence entre lesdites première et deuxième informations représentatives de ladite concentration ; une étape de comparaison de la valeur de ladite différence par rapport à au moins une valeur de référence.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite étape de contrôle comprend une étape de surveillance du niveau d'encrassement dudit dispositif, ladite étape de surveillance du niveau d'encrassement comprenant une étape de mesure de la conductivité de ladite eau.
12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que ladite étape de contrôle comprend une étape de mesure de la pression de ladite eau.
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