FR2917499A1

FR2917499A1 - DYNAMIC DEVICE FOR IMMERSION OF PROBES AND / OR SENSORS MEASURING THE PHYSIO-CHEMICAL PARAMETERS OF LIQUIDS

Info

Publication number: FR2917499A1
Application number: FR0704311A
Authority: FR
Inventors: Jean Marc Aubert; Yann Emery
Original assignee: CRYPTIRIS SOC PAR ACTIONS SIMP
Current assignee: TALISMART, FR
Priority date: 2007-06-18
Filing date: 2007-06-18
Publication date: 2008-12-19
Anticipated expiration: 2027-06-18
Also published as: FR2917499B1; EP2162741A2; WO2009010656A3; WO2009010656A2

Abstract

Dispositif dynamique d'immersion de sondes et/ou de capteurs mesurant les paramètres physico-chimiques de liquide.Ce dispositif permet de gérer l'immersion de capteurs ou de sondes dans le liquide à analyser et de limiter de façon très significative leur encrassement ou leur vieillissement.Dynamic device for immersing probes and / or sensors measuring the physicochemical parameters of liquid.This device makes it possible to manage the immersion of sensors or probes in the liquid to be analyzed and to very significantly limit their clogging or their formation. aging.

Description

DISPOSITIF DYNAMIQUE D'IMMERSION DE SONDES ET/OU DE CAPTEURS MESURANT LESDYNAMIC DEVICE FOR IMMERSION OF PROBES AND / OR SENSORS MEASURING

PARAMETRES PHYSICO-CHIMIQUES DE LIQUIDES. PHYSICO-CHEMICAL PARAMETERS OF LIQUIDS.

La présente invention concerne un dispositif permettant de gérer l'immersion de capteurs ou de sondes dans un liquide à analyser et de limiter de façon très significative leur encrassement ou leur vieillissement. Ce dispositif permet notamment et ceci de façon autonome, de limiter le temps d'immersion des sondes ou des capteurs pour mesurer les paramètres physico-chimiques d'un liquide au temps nécessaire à la mesure. The present invention relates to a device for managing the immersion of sensors or probes in a liquid to be analyzed and to very significantly limit their fouling or aging. This device allows in particular and this autonomously, to limit the immersion time of the probes or sensors to measure the physicochemical parameters of a liquid at the time necessary for the measurement.

Aujourd'hui la mesure des paramètres physico-chimiques d'un liquide nécessite d'immerger des sondes (par exemple pour mesurer le PH ou la conductivité). Selon les besoins, il est nécessaire d'obtenir ces mesures de façon régulière pour vérifier l'évolution du liquide dans le temps. Elles peuvent être effectuées par un opérateur disposant de moyens de mesure, ce qui le mobilise pendant cette opération et s'avère coûteux. Elles peuvent être effectuées par des moyens de mesure autonomes qui réalisent ces mesures automatiquement et les transmettent par un moyen quelconque à des fins de traitement. Selon la nature du liquide à mesurer, les sondes ou les capteurs immergés dérivent, vieillissent et/ou s'encrassent assez rapidement et ne fournissent plus des mesures correctes ce qui nécessite une intervention pour leur calibrage et leur nettoyage. Today the measurement of physicochemical parameters of a liquid requires immersing probes (for example to measure the pH or the conductivity). Depending on the needs, it is necessary to obtain these measurements on a regular basis to check the evolution of the liquid over time. They can be performed by an operator with measuring means, which mobilizes during this operation and is expensive. They can be performed by autonomous measuring means which perform these measurements automatically and transmit them by any means for processing purposes. Depending on the nature of the liquid to be measured, the probes or immersed sensors drift, age and / or clog rather quickly and no longer provide correct measurements requiring intervention for their calibration and cleaning.

L'encrassement et/ou le vieillissement des sondes et des capteurs est essentiellement lié à leur séjour constant dans le liquide à mesurer. On peut remédier à cet inconvénient en réduisant la durée d'immersion au juste temps nécessaire pour effectuer les mesures, le dispositif objet de cette présente invention permet précisément une immersion des sondes et des capteurs uniquement pendant la durée nécessaire à la mesure. Cet avantage est déterminant pour la mise en œuvre de système de mesure de liquide encrassant rapidement les sondes de mesure. The fouling and / or aging of the probes and sensors is essentially related to their constant residence in the liquid to be measured. This disadvantage can be remedied by reducing the immersion time to the just time necessary to perform the measurements, the device object of this present invention allows precisely a dip probes and sensors only for the time necessary for the measurement. This advantage is decisive for the implementation of liquid measuring system quickly fouling the measurement probes.

Cette invention trouve particulièrement son application dans les domaines industriels mettant en œuvre des liquides ayant des caractéristiques provoquant un encrassement des sondes et/ou des capteurs (par exemple des bains d'huile). Cette invention trouve également son application dans les stations de traitements d'effluents industriels ou des eaux usées domestiques lors de leur traitement dans une station d'épuration, mais de par son universalité ne pourrait être limité à ces applications. De ce fait, cette invention constitue une solution innovante, efficace et robuste pour corriger les inconvénients des systèmes de prise de mesures des caractéristiques physico-chimiques des bains actuellement existants. This invention is particularly applicable in industrial fields using liquids with characteristics causing a fouling of the probes and / or sensors (eg oil baths). This invention also finds its application in treatment plants of industrial effluents or domestic wastewater during their treatment in a treatment plant, but its universality could not be limited to these applications. Therefore, this invention constitutes an innovative, effective and robust solution for correcting the drawbacks of measurement systems of the physico-chemical characteristics of currently existing baths.

Ce dispositif peut être mis en place sur des systèmes de mesure fixes ou mobiles comme par exemple une bouée de mesure. This device can be implemented on fixed or mobile measuring systems such as a measuring buoy.

Un exemple élémentaire de mise en oeuvre de la présente invention, illustrée en figure 1, concerne son application dans un système de mesure des paramètres physico-chimiques d'un liquide constitué d'un dispositif flottant (1) effectuant ses mesures de façon autonome avec des sondes (2). Ce dispositif flottant (1) dans l'exemple présenté est un cylindre immergé dans le liquide (3) qu'il doit mesurer. Ce dispositif pourrait également fonctionner s'il s'agissait d'une sphère ou de toute autre forme flottante pouvant présenter au moins deux équilibres stables suite à une rotation suivant un axe quelconque. Le dispositif objet de cette présente invention permet de faire pivoter ce cylindre sur lui-même afin d'immerger les sondes le temps d'effectuer les mesures. Cette rotation est obtenue en modifiant de façon commandée la position du centre de gravité du cylindre. Cette modification créer un déséquilibre qui provoque la rotation du dispositif flottant (1) pour revenir à l'équilibre. A basic example of implementation of the present invention, illustrated in FIG. 1, relates to its application in a system for measuring the physicochemical parameters of a liquid consisting of a floating device (1) measuring autonomously with probes (2). This floating device (1) in the example shown is a cylinder immersed in the liquid (3) it must measure. This device could also work if it were a sphere or any other floating form that can have at least two stable equilibriums following a rotation along any axis. The device of this invention allows to rotate the cylinder on itself to immerse the probes time to perform the measurements. This rotation is obtained by changing in a controlled manner the position of the center of gravity of the cylinder. This modification creates an imbalance which causes the rotation of the floating device (1) to return to equilibrium.

Un exemple de réalisation est illustré en figure 2, 3 et 4. La situation initiale est illustrée par la figure 2, le dispositif flottant (1) est à l'équilibre, les sondes (non représentées dans cette figures) sont en dehors du liquide à mesurer. Cet équilibre dure tant que la masselotte (4) est immobile. Préalablement aux mesures, le dispositif flottant (1) doit immerger ses sondes en activant le dispositif de rotation, cette étape intermédiaire est illustrée par la figure 3. Ce dispositif de rotation consiste à faire pivoter la masselotte (4) autour de l'axe (5) ce qui a pour effet de modifier la position du centre de gravité (6) de façon à générer un couple de rappel entre la poussée d'Archimède exercée sur le dispositif flottant (1) au centre de poussée (7) et la force de la gravitation terrestre passant par la nouvelle position du centre de gravité (6). Ce couple de rappel provoque la rotation du dispositif flottant (1) et entraîne l'immersion des sondes. An exemplary embodiment is illustrated in FIGS. 2, 3 and 4. The initial situation is illustrated in FIG. 2, the floating device (1) is in equilibrium, the probes (not shown in this figure) are outside the liquid to measure. This balance lasts as long as the weight (4) is immobile. Before the measurements, the floating device (1) must immerse its probes by activating the rotation device, this intermediate step is illustrated in FIG. 3. This rotation device consists of rotating the counterweight (4) about the axis ( 5) which has the effect of modifying the position of the center of gravity (6) so as to generate a return torque between the buoyancy force exerted on the floating device (1) at the center of thrust (7) and the force Earth gravitation passing through the new position of the center of gravity (6). This restoring torque causes the rotation of the floating device (1) and causes the immersion of the probes.

L'étape d'immersion des sondes (pendant l'acquisition des mesures) est illustrée par la figure 4. La force de la gravitation terrestre passant par le centre de gravité (6) est équilibré par la poussée d'Archimède exercée sur le dispositif flottant (1) au centre de poussée (7), cette situation reste stable tant que la masselotte (4) ne bouge pas. L'acquisition des mesures terminée, un mouvement inverse à celui présenté en figure 3 est appliqué au dispositif flottant (1) en déplaçant la masselotte (4) dans la même position que celle qu'elle avait en figure 2. Les sondes du dispositif flottant (1) se retrouvent alors à l'air libre et ne sont plus encrassées par leur immersion dans le liquide. Le dispositif flottant peut disposer de plusieurs types de sondes ou de capteurs, qui n'ont pas tous la même sensibilité à l'encrassement. Un exemple de disposition des sondes est illustré par la figure 5. Par exemple une sonde de température (10) n'est pas sensible à ce phénomène. Il est ainsi possible de maintenir cette sonde de température (10) immergée beaucoup plus longtemps et de faire des acquisitions de la température du liquide pendant les périodes d'immersion de cette sonde de température (10). Pendant l'immersion des autres sondes (8) et (9), le capteur de température (10) est en dehors du liquide, il peut alors être utilisé pour mesurer la température ambiante de l'air (ou du gaz) situé au dessus du liquide. The immersing stage of the probes (during the acquisition of the measurements) is illustrated by FIG. 4. The force of the earth gravitation passing through the center of gravity (6) is balanced by the buoyancy force exerted on the device floating (1) at the center of thrust (7), this situation remains stable as the weight (4) does not move. The acquisition of the measurements completed, a reverse movement to that shown in Figure 3 is applied to the floating device (1) by moving the flyweight (4) in the same position as it had in Figure 2. The probes of the floating device (1) are then found in the open air and are no longer fouled by their immersion in the liquid. The floating device can have several types of probes or sensors, which do not all have the same sensitivity to fouling. An example of the arrangement of the probes is shown in FIG. 5. For example, a temperature probe (10) is not sensitive to this phenomenon. It is thus possible to keep this temperature probe (10) immersed much longer and to make acquisitions of the temperature of the liquid during the immersion periods of this temperature sensor (10). During the immersion of the other probes (8) and (9), the temperature sensor (10) is outside the liquid, it can then be used to measure the ambient temperature of the air (or gas) located above liquid.

La fonction de rotation du dispositif flottant (1) peut être assurée par une simple commande pilotant le moteur (ou un servomoteur) pour placer la masselotte (4) dans une nouvelle position d'équilibre. Cette fonction peut également être assurée par un calculateur qui doit alors intégrer les programmes adéquats et les interfaces afin d'assurer les commandes actionnant la masselotte (4). The rotation function of the floating device (1) can be provided by a simple control controlling the motor (or a servomotor) to place the weight (4) in a new equilibrium position. This function can also be provided by a computer which must then integrate the appropriate programs and interfaces to ensure the controls operating the flyweight (4).

La figure 6 illustre un exemple de structure de calculateur dédié au dispositif objet de l'invention permettant d'assurer la gestion de l'immersion des sondes et/ou des capteurs. Ce calculateur embarqué dans le dispositif flottant comprend un microcontrôleur (13) qui assure la gestion de l'immersion des sondes et des capteurs selon un programme contenu dans une mémoire (14) et est alimenté par une source d'énergie (11) qui peut être utilisée par d'autres éléments du dispositif flottant (1) ne faisant pas l'objet de cette présente invention. Lorsque une rotation est souhaitée le m_crocontrôleur (13) envoi les commandes adéquates vers le moteur (ou servomoteur) (12) qui assure la rotation de la masselotte (4). FIG. 6 illustrates an example of a computer structure dedicated to the device that is the subject of the invention for managing the immersion of the probes and / or the sensors. This calculator embedded in the floating device comprises a microcontroller (13) which manages the immersion of the probes and the sensors according to a program contained in a memory (14) and is powered by a power source (11) which can be used by other elements of the floating device (1) not the subject of this invention. When a rotation is desired, the microcontroller (13) sends the appropriate commands to the motor (or servomotor) (12) which rotates the flyweight (4).

L'immersion des sondes et/ou des capteurs peut être soit : - préprogrammée et déclenchée en fonction de l'évolution de l'environnement du dispositif flottant (1), par exemple une élévation de la température du liquide à mesurer, - soit périodiquement (périodicité fournie par le microcontrôleur (13) lui-même ou par un autre dispositif du dispositif flottant (1)), soit suite à la réception d'une commande (15) qui peut être issue d'une interface radio ou sonore. Les instructions contenues dans la mémoire embarquée (14) du calculateur peuvent être modifiées par un dispositif externe de paramétrage. Les commandes provenant de l'extérieur transitant par l'interface radio ou sonore peuvent elles-mêmes avoir été véhiculées par des réseaux de communication plus étendus par exemple à travers le réseau téléphonique commuté, et/ou par un réseau informatique (Ethernet, Token ring) et/ou par une liaison GSM et/ou GPRS, et/ou par ou une autre liaison radio. The immersion of the probes and / or the sensors can be either: - preprogrammed and triggered according to the evolution of the environment of the floating device (1), for example an increase in the temperature of the liquid to be measured, - or periodically (Periodicity provided by the microcontroller (13) itself or by another device of the floating device (1)), or following the receipt of a command (15) which may be from a radio interface or sound. The instructions contained in the onboard memory (14) of the computer can be modified by an external parameter setting device. The commands coming from outside passing through the radio or sound interface may themselves have been conveyed by more extensive communication networks, for example through the switched telephone network, and / or by a computer network (Ethernet, Token ring ) and / or by a GSM and / or GPRS link, and / or by or another radio link.

La figure 7 illustre un exemple de d'utilisation du dispositif objet de l'invention piloté par un automatisme qui lui serait adjoint dans le cadre d'une double mesure réalisée avec une même sonde. Une mesure (21) à l'extérieur du liquide avant rotation (22) suivi d'une mesure (23) au sein du liquide. Par exemple la mesure de la température à l'extérieur du liquide puis celle du liquide. La seconde mesure (23) achevée, le dispositif fait pivoter la forme flottante(1) afin de sortir la sonde, ce nouvel équilibre atteint, le dispositif de rotation reste au repos (25), en attente d'un nouveau cycle de mesure(20). Cette double mesure peut être exploitée dans le cadre d'un calibrage de la sonde avant d'effectuer les mesures au sein du liquide. La figure 8 illustre un autre exemple d'utilisation du dispositif objet de l'invention piloté par un automatisme qui lui serait adjoint dans le cadre d'une mesure effectuée dans un liquide dont les caractéristiques favorisent un encrassement rapide et qui permet un nettoyage préalable dans le liquide avant sortie de la sonde. Le dispositif de rotation plonge (27) la sonde de mesure dans le liquide, la mesure du paramètre physico-chimique est alors effectuée (28), puis suit un cycle de nettoyage (29) qui peut consister, par exemple à une inversion des polarités des anodes et cathodes. Ce processus de nettoyage terminé, le dispositif de rotation sort la sonde du liquide (30) et reste au repos (31), en attente d'un nouveau cycle de mesure(26). Les figures 9a et 9b illustrent encore un autre exemple d'utilisation du dispcsitif objet de l'invention piloté par un automatisme qui lui serait adjoint dans le cadre d'une mesure effectuée dans un liquide par des sondes qui requièrent un liquide en mouvement autour d'elles, par exemple la mise en œuvre d'une sonde à quatre électrodes. Le dispositif de rotation plonge (33) la sonde de mesure dans le liquide, la mesure du paramètre physico-chimique est alors effectuée (35) pendant un mouvement de va et vient réalisé par des rotations partielles de la forme flottante (34). La mesure réalisée, le dispositif de rotation sort la sonde du liquide (36) et reste 5 au repos (37), en attente d'un nouveau cycle de mesure(32). La figure 10 illustre un autre exemple d'utilisation du dispositif objet de l'invention couplée avec une forme (40) placée à proximité des sondes (8) et (9) qui entrant en premier dans le liquide mélange le liquide ou rompt une pellicule formée d'une substance en surface du liquide qui pourrait sinon perturber la mesure. La figure 11 illustre un autre mode d'activation du dispositif objet de l'invention par un récepteur radio (50) qui pilote l'immersion des sondes et/ou des capteurs (8),(9)par son interface avec la commande du moteur (51) qui actionne le moteur (52) déplaçant la masse provoquant la rotation de la forme flottante (1). La figure 12 illustre un autre mode d'activation du dispositif objet de l'invention par un automatisme réagissant au changement d'un paramètre physico-chimique (60) qui pilote l'immersion des sondes et/ou des capteurs (8),(9)par son interface avec la commande du moteur (51) qui actionne le moteur (52) déplaçant la masse provoquant la rotation de la forme flottante.25 FIG. 7 illustrates an example of use of the device that is the subject of the invention, driven by an automatism that would be added to it in the context of a double measurement made with the same probe. A measurement (21) outside the liquid before rotation (22) followed by a measurement (23) within the liquid. For example measuring the temperature outside the liquid and then the liquid. The second measurement (23) completed, the device rotates the floating form (1) to release the probe, this new equilibrium reached, the rotation device remains at rest (25), waiting for a new measurement cycle ( 20). This double measurement can be exploited as part of a calibration of the probe before making the measurements in the liquid. FIG. 8 illustrates another example of use of the device which is the subject of the invention and which is controlled by an automatism which would be added to it in the context of a measurement carried out in a liquid whose characteristics favor rapid fouling and which allows a prior cleaning in the liquid before leaving the probe. The rotating device (27) immerses (27) the measurement probe in the liquid, the measurement of the physicochemical parameter is then performed (28), then follows a cleaning cycle (29) which may consist, for example, of a polarities inversion anodes and cathodes. When this cleaning process is completed, the rotation device pulls the probe out of the liquid (30) and remains at rest (31), waiting for a new measuring cycle (26). FIGS. 9a and 9b illustrate yet another example of use of the device according to the invention controlled by an automatism that would be added to it in the context of a measurement made in a liquid by sensors that require a liquid in motion around a sensor. they, for example the implementation of a probe with four electrodes. The rotating device (33) plunges (33) the measuring probe into the liquid, the measurement of the physico-chemical parameter is then performed (35) during a back and forth movement achieved by partial rotations of the floating form (34). As the measurement is made, the rotation device pulls the probe out of the liquid (36) and remains at rest (37), waiting for a new measuring cycle (32). FIG. 10 illustrates another example of use of the device forming the subject of the invention coupled with a shape (40) placed near the probes (8) and (9) which enters first into the liquid, mixes the liquid or breaks a film formed of a substance on the surface of the liquid that could otherwise disturb the measurement. FIG. 11 illustrates another mode of activation of the device according to the invention by a radio receiver (50) which controls the immersion of the probes and / or the sensors (8), (9) by its interface with the control of the motor (51) which actuates the motor (52) moving the mass causing rotation of the floating form (1). FIG. 12 illustrates another mode of activation of the device which is the subject of the invention by an automatism reacting to the change of a physico-chemical parameter (60) which controls the immersion of the probes and / or the sensors (8), ( 9) by its interface with the motor control (51) which actuates the motor (52) moving the mass causing rotation of the floating form.

Claims

1 dynamic device for immersing probes and / or sensors measuring the physicochemical parameters of liquid characterized in that it comprises a motor and / or a servomotor which displaces a part of the mass of the floating device on which are fixed the probes and / or the sensors thus modifying the position of the center of gravity of the floating device and generating a restoring moment formed by the weight and the buoyancy of the buoyancy causing a rotation of the floating device and the immersion of the probes and / or the sensors .

2. Dynamic device for immersing probes and / or sensors measuring physico-chemical parameters of liquid according to claim 1, characterized in that it comprises a microcontroller which according to a parameterization or a stored program can be itself instigator immersion in a programmed manner and / or following a modification of the external environment and that it ensures if necessary the coordination of the use of the measuring means.

3 dynamic device for immersing probes and / or sensors measuring the physico-chemical parameters of liquid according to any one of claims 1 to 2, characterized in that it comprises a radio receiver allowing it to receive remote commands which cause rotation in one direction or another of the floating device on which are fixed probes and / or sensors.

4 dynamic device for immersing probes and / or sensors measuring the physico-chemical parameters of liquid according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises a microcontroller or a PLC programmable or not which in function a modification of the external environment causes the rotation in one direction or another of the floating device on which are fixed the probes and / or the sensors.

5. Dynamic device for immersing probes and / or sensors measuring physico-chemical parameters of liquid according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it comprises a microcontroller or an automaton which activates several movements of rotation to create a flow of liquid around the probes and / or sensors attached to the floating device.

6 dynamic device for immersing probes and / or sensors measuring physicochemical parameters of liquid according to any one of claims 1 to 5, characterized in that its action is conjugated with the effects of a form placed nearby. probes and / or sensors attached to the floating device, causing a stirring of fluid during the movement having the effect of mixing or breaking a film on the surface of the liquid.

7. Dynamic device for immersing probes and / or sensors measuring the physico-chemical parameters of liquid according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises a microcontroller or a PLC which activates a process of cleaning coordinated with the immersion of the probes and / or sensors fixed on the floating device.

8. Dynamic immersion device probes and / or sensors measuring the physico-chemical parameters of liquid according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it comprises a microcontroller or a PLC that activates a process of calibration of probes and / or sensors coordinated with their immersion.