Compensation de la pression et de la température en temps réel pour optimiser la régulation du débit.

Divers facteurs externes peuvent avoir une influence sur la précision de mesure et la stabilité de régulation des régulateurs de débit massique. Mais quels sont les problèmes les plus courants ? Bronkhorst peut vous aider à optimiser votre procédé de régulation de débit !

Vincent HENGEVELD
Cover Image

L'efficacité et le rendement dans un procédé nécessitent un débit de gaz stable. Ce débit de gaz peut être mesuré et régulé par un régulateur de débit massique thermique. En tant que responsable produit au sein de Bronkhorst High-Tech, j'ai été confronté à l’influence des différents facteurs externes pouvant perturber la précision de mesure et la stabilité de régulation des régulateurs de débit massique (MFC/RDM). Voici quelques exemples de facteurs externes :

  • Fluctuations de température
  • Fluctuations de la pression d’alimentation

Ces fluctuations peuvent se produire du fait de la baisse de pression dans une bouteille de gaz ou du fait de l'interférence entre plusieurs régulateurs du débit sur un même réseau. Comment Bronkhorst résout ces problèmes et quelles solutions offrons-nous ?

Interférence entre régulateurs de débit massique

Qu'est-ce que l'interférence ? Typiquement, l'interférence se produit lorsque plusieurs régulateurs de débit massique sont placés très proches l'un de l'autre sur une même conduite ou sont installés sur le même réseaux de gaz. La pression d’alimentation d'un régulateur de gaz est affectée par la consommation de débit des régulateurs de débit voisins. Lorsque l'instrument change de point de consigne, cela affecte la pression de la ligne d’alimentation. En raison de ce changement de pression, la mesure du débit dans un régulateur de débit conventionnel est affectée, indiquant une mesure de débit incorrecte qui n'est pas représentative du débit réel à travers le régulateur de débit massique. Plus le débit nominal du régulateur de débit est faible, plus l'interférence d’un changement du point de consigne d'un régulateur de débit massique plus grand monté en parallèle sera important sur le premier.

Compensation de pression statique et dynamique

La compensation de pression statique est la compensation des changements lents de pression, par exemple la pression venant d’une bouteille de gaz diminuant lentement. Intégrer un transmetteur de pression au régulateur de débit massique, conjointement avec un algorithme de conversion embarqué, permet de calculer en temps réel les propriétés véritables du fluide. Pour la mesure semi-calorifique, la densité, la viscosité, la conductivité thermique et la capacité calorifique sont utilisées dans le calcul. Ces propriétés changent sous l'influence de la pression et de la température. Ainsi, la température et la pression réelles sont mesurées et traitées, ce qui donne une mesure de débit précise et une stabilité de régulation.

La compensation de pression dynamique est la compensation de changement de pression rapides. Cela peut se produire lorsqu'un régulateur de débit massique de plus fort débit sur une même ligne d'alimentation change son point de consigne, cela provoque sur un régulateur de plus petit débit un effet indésirable également connu sous le nom "d'interférence". Dès que ces changements rapides de pression sont identifiés par le capteur de pression, la régulation de la vanne est ajustée en conséquence, de façon à ce que le débit reste stable.

Compensation dynamique du débit

Compensation dynamique, insensible aux changements de pression

Régulation du débit stable avec conversion embarquée.

L'algorithme de conversion embarqué permet de convertir les propriétés du fluide d'étalonnage mémorisé par celles des 100 autres gaz embarqués (fonctionnalité multi-fluides/multi-gammes). La température et la pression réelles mesurées sont utilisées dans le modèle de conversion embarqué pour compenser les changements des conditions d’alimentation du gaz. Cela conduit à une conversion plus fiable et plus précise et à une meilleure stabilité de régulation.

Configuration simple débitmètre massique insensible à la pression

Configuration plus simple avec un débitmètre massique "insensible à la pression"

Les avantages pour l'utilisateur

  1. Premièrement, du fait de la mesure plus précise et de la régulation de débit améliorée, des conditions d’utilisation optimisées et plus constantes sont possibles, résultant en une amélioration des performances de votre procédé.
  2. Deuxièmement, la facilité d'utilisation car il n'y a pas besoin de maintenir précisément les conditions d’alimentation et de procédé pour lesquelles l'instrument a été commandé.
  3. Troisièmement, étant donné que la pression de lignede gaz fournie devient moins importante pour la précision et la stabilité de régulation de l'instrument, moins de composants de précisions sont nécessaires sur la ligne de gaz d’alimentation, le nombre d’équipement nécessaire peut être réduit au stricte nécessaire. Cela permet de limiter les coûts en faisant l’économie d’un régulateur de pression par exemple.

Régulateur de débit insensible aux variations de pression

Nouvelle série de débitmètres et régulateurs de débit EL-FLOW Prestige PI, insensibles à la pression

  • Pour obtenir plus d'informations sur l'EL-FLOW Prestige, consultez notre page produits.
  • Pour rester informé de nos dernières solutions fluidiques, inscrivez-vous à la newsletter.

L'odeur de votre haleine en dit long sur votre état de santé

Les régulateurs de débit massique sont utilisés dans les spectromètres de mobilité ionique (IMS) pour réguler les gaz dans le tube de dérive. Les instruments basés sur la technologie MEMSn, tel que l’IQ+FLOW, sont idéals pour ces types d’applications.

Rob Ten Haaft
Cover Image

Cela peut surprendre, mais déjà au Moyen Âge, les gens s'intéressaient à l'odeur de l'haleine. Analyser l'haleine devait représenter tout un défi, mais on réussit quand-même à l’utiliser pour diagnostiquer des maladies comme le diabète (associé à une odeur sucrée d'acétone) et l'insuffisance hépatique (odeur de poisson). Je ne parlerai pas des traitements utilisés, mais disons qu'il y a eu beaucoup de progrès depuis. Par exemple, de nos jours, les spectromètres de mobilité ionique (SMI) sont utilisés pour mesurer les composés organiques volatils (COV).

Des études du début du 21e siècle montrent que les chiens peuvent détecter le cancer par l'odorat. Ils sont entraînés à détecter différents types de cancers dans l'haleine expirée des patients humains, puisqu’ils peuvent sentir des odeurs avec une sensibilité en parties par milliard (ppt). Par exemple : l'odeur de l'équivalent d'un centimètre cube cm3 de sang, dilué dans le volume d'eau de 20 piscines olympiques, peut être détectée par le chien. Il est donc probable que les chiens puissent distinguer les échantillons d'haleine entre eux en fonction de l’odeur, mais on ne sait toujours pas quelle odeur ou quel mélange de composés ils détectent. La détection du cancer par des chiens spécialement entraînés peut paraître une panacée, mais elle nécessite beaucoup d'entraînement et on ne sait pas pourquoi toutes les formes de cancer ne peuvent pas être détectées.

Composés organiques volatils (COV)

C'est une des raisons pour laquelle les chercheurs commencent à concevoir des analyseurs qui peuvent faire le même travail qu’un chien. Au cours des dernières années, on a découvert que les composés organiques volatils (COV) peuvent être des biomarqueurs distinctifs dans le diagnostic des maladies humaines. Les composés organiques volatils sont des composés qui s'évaporent ou se volatilisent facilement à la température ambiante, une propriété qui, dès lors, s’appelle la volatilité.

L'haleine humaine expirée contient quelques milliers de composés organiques volatils et leur composition est utilisée lors de tests de l'haleine comme biomarqueurs pour dépister des maladies comme le cancer du poumon.

La spectrométrie de mobilité ionique (SMI) est une technique de plus en plus utilisée pour mesurer les COV. Elle est rapide, résiste à l'humidité, est hautement sensible et fonctionne à pression ambiante. Elle est donc adaptée dans les applications médicales portables ou pour les tests réalisés sur les lieux d'intervention médicale.

Spectrométrie de mobilité ionique (SMI)

Le principe de fonctionnement du spectromètre de mobilité ionique (SMI) repose sur la dérive ou le temps de vol des ions qui se forment dans la chambre d'ionisation. Les ions se déplacent suivant un champ électrique, dans le tube de dérive où ils se mêlent à un gaz propulseur (N2 ou de l'air). En fonction de leur forme et leur valence, certains ions circuleront plus facilement dans les gaz propulseurs que d’autres, ce qui fait que les ions de l'échantillon s’étalent et, à la détection par couleur, finissent par former un spectre SMI, comme le montre la figure 1.

Spectromètre de mobilité ionique Spectromètre de mobilité ionique avec spectre

Régulateurs de débit massique

Bronkhorst possède les connaissances et l'expérience nécessaires pour fournir les produits adéquats permettant d'acheminer les gaz dans le tube de dérive. Nos produits répondent aux spécifications requises pour le contrôle des gaz à l’aide de la spectrométrie de mobilité ionique, par exemple :

  • la propreté
  • la petite taille des instruments
  • la réponse rapide et la fiabilité
  • l’efficacité énergétique
  • le faible coût de possession

Nos instruments fondés sur les microsystèmes électromécaniques (Micro Electro Mechanical Systems - MEMS), comme les débitmètres thermiques IQ+FLOW, conviennent parfaitement à la spectrométrie de mobilité ionique.

Débitmètre thermique gaz

Débitmètre thermique IQ+FLOW

La technologie MEMS utilisée dans les équipements de chromatographie en phase gazeuse vous intéresse? Lisez l'article de blog : MEMS technology to support compact gas chromatography equipment

Si vous souhaitez en savoir plus sur la spectrométrie massique et sur la façon dont les régulateurs de débit massique et l'évaporation sont utilisés comme source d'ionisation par électronébulisation (ESI), consultez notre article de blog « Mass spectrometry and mass flow control - A closer Ion them ».

Vous pouvez aussi lire tout sur nos réussites en matière d’application de débitmètres à gaz et régulateurs de pression IQ+ pour la chromatographie en phase gazeuse.

Si vous avez des questions ou des idées sur la spectrométrie de mobilité ionique ou d'autres applications analytiques comprenant le contrôle de gaz ou de liquides, contactez-nous à l'adresse email : sales@bronkhorst.fr

Innovations, nouvelles solutions, articles de blog... Restez informé : inscrivez-vous à notre newsletter.

Chris King
Cover Image

Vous pourriez penser que les mesures de débit massique seraient exprimées en unités de masse, telles que grammes/heure, milligrammes/seconde, etc. La plupart des utilisateurs, cependant, pensent et travaillent en unités de volume. C’est acceptable, du moins lorsque nous parlons des mêmes conditions de référence. Laissez-moi commencer par un exemple :

Masse par rapport au volume

Imaginez que vous avez un cylindre de 1 litre qui est fermé au moyen d’un piston mobile ayant un poids négligeable. Ce cylindre contient 1 litre d'air à pression ambiante, environ 1 bar. Le poids de ce volume d’air à 0°C est de 1,293 g ; il s’agit de la masse.

Lorsque nous déplaçons le piston à mi-chemin vers le fond du cylindre, le volume d’air contenu n’est alors que d’un ½ litre, la pression est d’environ 2 bars, mais la masse n’a pas changé, 1,293 g ; rien n’a été ajouté ou exclu.

Selon cet exemple, le débit massique devrait être en fait exprimé en unités de poids, telles que g/h et mg/s. De nombreux utilisateurs, cependant, pensent et travaillent en unités de volume. Cela ne pose pas de problème, à partir du moment où les conditions dans lesquelles la masse est convertie en volume sont clairement acceptées.

Utilisation de la densité dans la conversion du débit massique en débit volumique

Afin d’utiliser la densité dans la conversion du débit massique en débit volumique, nous devons choisir un ensemble de conditions de pression et de température spécifiques auxquelles nous utilisons la valeur de densité pour le gaz.

Les conditions qui sont fixées sont diverses : conditions normales et conditions standard, présentées en style européen ou style américain. Quelles sont les différences ?

Conditions de pression et de température

Conditions normales, style européen

Selon la définition « européenne », une température de 0°C et une pression de 1.013 bar sont sélectionnées en tant que conditions de référence « normales », indiquées par la lettre sous-jacente « n » dans l’unité de volume utilisée (mln/min ou m3n/h). La méthode de mesure directe thermique du débit massique est toujours basée sur ces conditions de référence, sauf demande contraire.

Un exemple de conversion en unités volumétriques utilisant les conditions de référence normales : Le débitmètre massique indique 100 g/h de débit d’air. • Densité de l’air (à 0°C) = 1,293 kg/m³ • X ln/min d’air = 100 g/h / (60 min/h × 1,293 kg/m³) • Débit = 1,29 ln/min d’air

Conditions standard, style européen

En tant qu’alternative, une température de 20°C et une pression de 1.013 bar sont utilisées pour faire référence aux conditions de référence « standard », indiquées par la lettre sous-jacente « s » dans l’unité de volume utilisée (mls/min ou m3s/h).

Un exemple de conversion en unités volumétriques utilisant les conditions standard : Le débitmètre massique indique 100 g/h de débit d’air. • Densité de l’air (à 20°C) = 1,205 kg/m³ • X ls/min d’air = 100 g/h / (60 min/h × 1,205 kg/m³) • Débit = 1,38 ls/min d’air

Si le préfixe « s » a été utilisé, il renvoie au style américain.

Conditions standard, style américain

Selon la définition « américaine », le préfixe « s » dans sccm, slm ou scfh, fait référence aux conditions « standard », pression absolue de 101,325 kPa (14,6959 psia) et température de 0°C (32°F).

Soyez attentifs aux conditions de référence lorsque vous commandez un instrument. « Normale » et « standard » peuvent être difféentes pour chaque client.

Pourquoi est-ce important ? Car le fait de mélanger ces conditions de référence crée un décalage de plus de 7% dans ce que le client s’attend à voir !

Apprenez-en plus sur les technologies de Bronkhorst, ainsi que sur la mesure du débit massique

Tableau avec les références normale et standard, réparties en style européen et style américain

Tableau des références normale et standard

Pour connaître les nouveautés et être informé des derniers articles de blog de Bronkhorst, inscrivez-vous à la newsletter.

La vanne de régulation : l’outil le plus utilisé dans la régulation de débit

Une vanne de régulation est utilisée pour réguler un débit en faisant varier la taille du passage de débit. C'est l'un des outils les plus utilisés dans la régulation de débit.

Stefan VON KAAN
Cover Image

Utilisée pour réguler un débit, une vanne de régulation fait varier la taille du passage de débit en fonction d’un signal provenant d’un régulateur, comme par exemple une fonction PID embarquée dans un débitmètre. C’est l’un des outils les plus utilisés dans la régulation de débit.

Un outil pour les régulateurs de débit massique

Les vannes de régulation peuvent être fournies comme partie intégrante des régulateurs de débit massique et des régulateurs de pression, ou comme composant séparé utilisé avec un débitmètre ou un capteur de pression. Via la boucle de régulation du régulateur de débit massique ou du capteur de pression, la vanne contrôle le débit afin d’atteindre la valeur de consigne de débit ou de pression imposée.

En fonction de l’application, il est généralement possible de déterminer si votre régulateur de débit massique a besoin d’une vanne d’arrêt (ouverture/fermeture) ou d’une vanne de régulation, ou alors si une vanne normalement ouverte ou normalement fermée est nécessaire. Parmi les vannes de régulation, il existe un certain nombre de vannes différentes, chacune ayant ses propres caractéristiques, avantages et inconvénients.

Dans cet article de blog, je parlerais de quelques vannes et détaillerai les manières de gérer des pressions absolues et différentielles (∆P), plus élevées, et comment obtenir des débits plus élevés à de faibles pressions différentielles (∆P).

Les vannes de régulation directe

Une vanne de régulation directe se compose d’un orifice de surface connue qui détermine la taille de l’ouverture, ce qui permet de connaître la valeur du débit traversant la vanne.

  • L’avantage : C’est une vanne plutôt rapide, bon marché et qui ne nécessite que peu de puissance pour réguler le débit.
  • L’inconvénient : elle ne peut travailler qu’avec des pressions et des débits limités.

Prenons l’exemple d’une vanne électromagnétique (électrovanne):

Pour une vanne, la force (F) à fournir pour obtenir l’ouverture de la vanne est déterminée par le diamètre de l’orifice (d) et la différence de pression (Δp) sur la vanne (F ~ Δp * ¼ d2). Lorsque la pression différentielle (∆P), ou le diamètre de l’orifice augmente, cela empêche la vanne de régulation directe de s’ouvrir correctement en raison de la force de la pression, qui peut être > 15 N pour une pression différentielle de 200 bar sur un orifice de 1 mm, forçant ainsi la fermeture de la vanne.

Une vanne électromagnétique ne peut exercer qu’une force d’environ 5 N sur son clapet. Il pourrait être possible d’utiliser une bobine plus forte, délivrant une force magnétique plus importante. Cependant, les régulateurs de débit massique ont souvent une alimentation électrique limitée et la quantité de chaleur produite par effet Joule peut également devenir un problème. Leur débit maximal est donc limité, proportionnellement à la pression et à la surface de l’orifice.

En résumé, la plupart des vannes de régulation directe ne sont pas adaptées aux débits élevés, aux pressions différentielles élevées (∆P) ou aux pressions absolues découlant de ces restrictions. Les vannes de régulation directe peuvent être utilisées pour des débits faibles de 0.014 mln/min jusqu’à environ 70 ln/min.

Quelles alternatives avons-nous ?

  1. Concevoir une vanne directe pour l’adapter à des pressions plus élevées
  2. Utiliser une vanne avec 2 étages de régulation, une vanne de régulation pilotée
  3. Utiliser une vanne à compensation de pression, afin d’atteindre des débits élevés à basse pression

1. La vanne de régulation directe haute pression

Pour gérer des pressions plus élevées, la solution la plus simple est souvent de concevoir une vanne de régulation directe. Comme la taille de l’orifice est limitée, elle peut être utilisée pour des débits relativement faibles (jusqu’à 20 ln/min). Pour faire face aux différences de pression plus importantes, jusqu’à 200 bar de pression différentielle (bard) (∆P), le corps de la vanne et du régulateur de débit massique doivent être plus robustes. La plupart des vannes ne peuvent pas supporter une poussée de 200 bard, soit le matériau d’étanchéité se rompt, soit les pièces mécaniques ne supportent pas les impulsions de force soudaines qui peuvent survenir à 200 bard.

Les dimensions de la vanne ne sont que légèrement supérieures à celles d’une vanne standard et donc de l’ensemble du régulateur de débit massique. En revanche, les faibles débits sont souvent limités en raison des fuites à travers la vanne en cas de fortes différences de pression.

2. La vanne de régulation pilotée, une vanne à 2 étages de régulation

Pour gérer des pressions et des débits encore plus élevés, jusqu’à 200 ln/min, nous devons innover encore un peu plus et changer notre régulateur de débit massique. Une vanne de régulation pilotée (illustration 1) permet d’atteindre des débits ainsi que des pressions absolues et différentielles (∆P), plus élevées.

Vanne de régulation pilotée

Illustration 1 – Vanne de régulation pilotée

Une vanne de régulation indirecte (ou vanne de régulation à 2 étages) se compose de :

  • une vanne pilote de régulation directe (A), se comportant comme décrit précédemment, et cela sans nécessiter de puissance supplémentaire.
  • une vanne supplémentaire dans le corps de vanne, un élément de compensation de pression (B) qui permet de maintenir une différence de pression constante (P1 -P2) de seulement quelques bars dans la vanne pilote (A). Ce faisant, les pressions d’entrée et de sortie peuvent changer sans que cela n’ait d’impact sur le fonctionnement de la vanne. La force de pression exercée sur la pièce compensée en pression maintient la vanne fermée. Ce n’est que lorsque la vanne supérieure s’ouvre que la force de pression est ramenée à une valeur suffisamment faible pour ouvrir la vanne et contrôler le débit.

Ainsi, la vanne de régulation pilotée se compose de deux vannes en série (A+B), où la chute de pression et la taille de l’orifice déterminent ensemble le débit résultant.

Cette vanne possède cependant des inconvénients, à savoir une taille et des coûts relativement importants. En outre, une différence de pression minimale est nécessaire pour fermer l’élément de compensation de pression de la vanne. La taille des orifices est également encore limitée, par conséquent, pour atteindre 200 ln/min une pression d’entrée minimale de > 150 bara est nécessaire. Pour obtenir de tels débits à des pressions plus basses, il faut utiliser un tout autre type de vanne, comme une vanne à compensation de pression, c’est-à-dire une vanne à soufflet.

3. La vanne à compensation de pression

Il est possible d’utiliser des orifices plus grands et d’atteindre des débits plus élevés avec une vanne de régulation directe, mais pour cela, la force de pression dans la vanne doit être réduite. On peut utiliser dans ce cas une vanne à compensation de pression à soufflet dont l’orifice efficace contre la force de pression a été considérablement réduit (illustration 2). Avec une vanne à soufflet, des débits de plusieurs centaines de litres par minute peuvent être atteints avec une différence de pression minimale. Cependant, la pression absolue reste limitée en raison de sa conception et la vanne est beaucoup plus grande et plus chère qu’une vanne de régulation directe standard.

Vanne à compensation de pression

Illustration 2 - Vanne à compensation de pression

Conclusion : en fonction de la pression que vous voulez exercer sur votre régulateur de débit massique ainsi que du débit de sortie nécessaire, vous pouvez utiliser :

  • soit une vanne haute pression à régulation directe (jusqu’à 200 bara et 20 ln/min)
  • soit une vanne à compensation de pression pilotée (jusqu’à 700 bara ou 400 bard et 200 ln/min)

Pour atteindre des débits élevés à basse pression, une vanne à compensation de pression représente la meilleure solution.

Vue d'ensemble des vannes

Illustration 3 - Vue d’ensemble des vannes

Jetez un coup d'œil aux vannes de régulation que nous associons souvent à nos débitmètres ou capteurs de pression.

La cigarette électronique – Bonne ou mauvaise ? A la recherche d’arguments avec la débitmétrie massique

La Prof. Aufderheide travaille dans le domaine des méthodes alternatives à base de cellules biologiques et ses recherches se concentrent sur la toxicologie par inhalation, c'est-à-dire, l'effet des substances actives de l’atmosphère sous forme d’aérosols sur les cellules épithéliales des voies respiratoires.

Prof. Michaela AUFDERHEIDE
Cover Image

La Prof. Aufderheide travaille depuis plus de 30 ans dans le domaine des méthodes alternatives à base de cellules biologiques et ses recherches se concentrent sur la toxicologie par inhalation, c'est-à-dire, l'effet des substances actives de l’atmosphère sous forme d’aérosols sur les cellules épithéliales des voies respiratoires. Avec ses collaborateurs, elle a développé pour cela des appareils spéciaux, les modules CULTEX RFS brevetés, qui permettent de traiter les cellules cultivées directement avec ces substances actives. La pollution croissante de l'air ambiant extérieur et du lieu de travail rend nécessaire ce type de méthodes d'essai nouvelles afin de pouvoir prédire le risque de mise en danger avec de telles substances. La haute sensibilité des systèmes d'essais biologiques nécessite un montage technique stable et précis pour tester l’air ambiant en question, sachant qu'outre la technologie CULTEX, les régulateurs de débit massique sont essentiels pour ajuster et contrôler les débits d'aérosols sur les cellules.

La cigarette électronique

L'histoire de l'être humain est marquée par la sensibilité aux excitants. Depuis des temps immémoriaux, les substances toxiques comme l'alcool et le tabac en font partie. Bien que les risques pour la santé soient connus de nous tous, "la plupart des gens n'abandonnent leurs vices que lorsque ceux-ci leur causent des soucis" (William Sommerset Maugham).

Le tabagisme colle particulièrement à cette devise. On sait généralement que le tabagisme excessif augmente le risque de maladies cardio-vasculaires et notamment de cancer des poumons et pourtant nous cédons à la tentation de la "bouffée de fumée bleue". Les études épidémiologiques nous ont montré maintes fois la nocivité de cette dépendance au plaisir mais le renoncement promis à la cigarette échoue bien souvent, en dépit de la certitude que chaque cigarette peut être celle de trop.

L'industrie de la cigarette propage alors la cigarette électronique comme alternative. La combustion du tabac produit des milliers de substances nocives que le fumeur inhale aussi bien évidemment. Avec la cigarette électronique, on inhale un brouillard qui est censé ne contenir aucun produit dangereux pour la santé issu d'une combustion. Cette "vapeur" est produite à partir d'un liquide aromatisé (principaux ingrédients : propylène-glycol, glycérine, éthanol, divers arômes et selon les besoins, nicotine) à l'aide de ce que l'on appelle un atomiseur.

La cigarette électronique est ainsi prisée par l'industrie de la cigarette comme alternative "plus saine" à la cigarette conventionnelle et pour le sevrage du tabac. De grosses sommes d'argent sont investies pour prouver scientifiquement que les produits de la cigarette électronique ne sont pas aussi nocifs que ceux du tabac. Cette déclaration est correcte en principe. Cependant, elle ne répond pas à la question de l'effet de la "vapeur" en soi. Des études épidémiologiques sur la fumée de cigarette par exemple ne sont pas disponibles et par conséquent, personne ne peut exclure qu'une consommation excessive ou à long terme ne puisse mettre notre vie en danger.

Illustration 1 - CULTEX®RFS Compact avec Transwell 6 positions

Cultex RFS

Études in vitro

Comment puis-je maintenant aborder une telle problématique ? Il ne reste qu'à réaliser des études in vitro. Pour cela, nous utilisons la culture de cellules vivantes comme alternative aux essais sur les animaux.

Les substances inhalées rencontrent d'abord l'épithélium qui les tapissent dans les poumons. Celui-ci est constitué d'une multitude de cellules qui, du fait de leurs fonctions spéciales, servent à se défendre contre les substances inhalées ou à les inactiver. On trouve les cellules produisant du mucus qui, avec leur sécrétion, "piègent" de telles substances nocives, mais aussi des cellules porteuses de cils qui peuvent évacuer ce mucus. D'autres cellules servent à désintoxiquer et dans un corps sain, nous disposons de suffisamment de cellules de remplacement qui peuvent remplacer les cellules endommagées ou nécrosées.

Dans le domaine de la recherche basée sur les cellules, nous pouvons disposer de ce genre de populations de cellules humaines pour nos travaux (voir illustration 2). Les cellules sont cultivées sur des membranes microporeuses dans ce que l'on appelle des transwells où elles sont alimentées en nutriments par leur face inférieure par le biais de la membrane, tandis que la partie apicale (extérieure) de la culture peut réagir à l'air environnant.

Coupe transversale de membranes d'insert de culture de cellules avec cellules NHBE (CL-1548) immortalisées colorées à l'HE (hématoxyline et éosine). Après 21 jours de mise en culture à l'interface air-liquide, les cellules ont été soumises de manière répétée (quotidiennement pendant cinq jours et après une phase de récupération de deux jours, de nouveau durant trois jours consécutifs, temps d’exposition maximal : 8 répétitions de l'exposition à la fumée) à de l'air propre (CA), de la fumée de cigarette ordinaire (CS ; 4x K3R4F cigarettes par passage conf. à la norme ISO 3308, University of Kentucky, Lexington, KY, USA) et à de la vapeur de liquide électronique (EC) sans nicotine (Tennessee Cured, Johnsons Creek, Hartland, WI, USA). K3R4F cigarettes ont été fumées par une machine à fumer et comme suit : 24 bouffées avec un volume de 35 mL en 2 s, une durée de soufflage de 7 s et une distance entre les bouffées de 10 s. Le type de cigarette électronique InSmoke Reevo Mini (InSmoke Shop, Suisse) a été traité de manière comparable : 50 bouffées (volume 35 mL, durée de la bouffée 2 secondes, durée de soufflage de 7 secondes) et un intervalle entre les bouffées de 10 s.

Membrane microporeuse culture cellulaire

Les régulateurs de débit massique – les gardiens de l'exposition des cellules

Avec les années, nous avons développé des systèmes d'exposition efficaces pour les cellules, les modules CULTEX®RFS, qui permettent une exposition directe, stable et reproductible de cellules pulmonaires cultivées à l'interface air-liquide (Air-Liquid Interface – ALI) (voir illustration 1). Cette stabilité est notamment le garant de résultats probants et est assurée d'une part par la conception coordonnée physiquement des aérosols des modules CULTEX®RFS mais aussi par l'emploi de régulateurs de débit massique pilotés par ordinateur (séries IQ+FLOW et EL-FLOW Select de la société Bronkhorst) qui, en termes de commande et de conception, sont adaptés aux besoins d'une exposition des cellules. La régulation de débit produit une atmosphère précise et reproductible pour l'exposition des cellules aux gaz d'essai. Seule cette fiabilité dans le montage expérimental nous fournit des résultats qui permettent de tirer des conclusions sur l'effet de chaque atmosphère d'essai. Dans ce cas, la vapeur de cigarette électronique (50 bouffées par traitement) et la fumée de cigarette normale en comparaison (24 bouffées par traitement) a été tirée sans pression sur les cellules différenciées, sachant que les cellules ont été soumises à la dose de traitement respective pendant 8 jours. Des cellules traitées à l'air sain ont été utilisées comme référence du test.

Les résultats sont regroupés sur l'illustration 2 et sont surprenants. La comparaison des préparations histologiques des cellules traitées avec la fumée et la vapeur de cigarettes électroniques avec celles de référence de l'air sain a montré que la fumée de cigarette – comme on s'y attendait - a produit une nette réduction tant dans la production de mucus que dans le nombre et la forme des cils. Cependant, un effet comparable bien que moins marqué a pu être observé également pour le liquide aérosol après cette période de traitement. En comparaison aux cellules traitées à l'air sain, nous avons là un effet significatif qui nous donne à réfléchir dans tous les cas. L'affirmation "la vapeur est moins active que la fumée" ne doit pas être associée à la conclusion que la vapeur n'a aucun effet. Il faudra s'attaquer à cette problématique à l'avenir, afin de pouvoir contrer les dégâts sur le long terme de façon prophylactique.

Apprenez-en plus sur les régulateurs de débit massique thermiques utilisés : séries IQ+ FLOW et EL-FLOW Select

Des débitmètres intelligents pour une maintenance préventive

L'importance d'une maintenance efficace, d'une maintenance curative et d'une maintenance préventive pour les débitmètres et réguateurs de débit

Harry Bosvelt
Cover Image

La maintenance est un thème important, régulièrement abordée au sein de nombreuses entreprises en lien avec la numérisation croissante des procédés de production. Globalement, l'entretien regroupe toutes les mesures prises pour veiller au bon fonctionnement des débitmètres et régulateurs massiques. Il peut s'agir d’une maintenance curative, c'est-à-dire qu’elle est effectuée au moment où cela s'avère nécessaire, par ex. parce que l'installation est encrassée, ou d'un entretien préventif, qui consiste à envoyer périodiquement les instruments pour procéder à des réparations ou à une vérification. Les appareils deviennent aussi de plus en plus « intelligents », pour mieux les préparer à l'avenir. Dans ce cadre, on peut citer la maintenance effectuée en fonction de l'état de l'appareil (condition-based maintenance), ainsi que la maintenance préventive (predictive maintenance) dont le but est d'éviter toute mise hors service non planifiée et tout gaspillage inutile. Enfin, la règlementation en vigueur joue aussi un rôle important sur les décisions de maintenance avec, dans de nombreux secteurs d’activité, des exigences toujours plus strictes imposées à la maintenance des instruments.

L'importance d’une bonne maintenance

Pour les clients de Bronkhorst, la maintenance de leurs instruments de débit massique est un élément essentiel. Les débitmètres massiques de Bronkhorst sont particulièrement robustes et résistent très bien à l'usure sous des conditions d'utilisation normales. Néanmoins, les appareils sont de plus en plus utilisés dans le cadre de conditions extrêmes, de sorte qu'une bonne maintenance est essentielle pour réduire le risque d'une panne soudaine. Ces arrêts inopinés génèrent non seulement le coût de temps de travail nécessaire pour le personnel pour faire réparer et calibrer l'instrument, mais aussi un impact négatif sur la qualité de production dans l’ immédiat, et éventuellement sur l'image de l'entreprise à long terme.

Dans les industries 4.0 d'aujourd’hui, la maintenance occupe une place déterminante. Après l'invention de la machine à vapeur, celle de la production de masse avec les moteurs électriques et celle de l'automatisation poussée des procédés, nous vivons à présent la quatrième révolution industrielle. Celle-ci repose sur l'utilisation et l'échange de données par le biais de connexions réseau rapides, dans le but de rendre les méthodes de production toujours plus efficaces et plus intelligentes. D'où son nom de « smart industry ». L'un des moteurs de l'industrie 4.0 est la réduction du cost of ownership, ou coût de propriété. Les nouvelles techniques numériques permettent ainsi de réduire les frais de maintenance d'au moins 30 %, et les pannes imprévues d'au moins 70 %. 1). Des chiffres significatifs qui reflètent l'intérêt de ces méthodes.

Maintenance des instruments de mesure de débit massique : l'évolution des pratiques, les prévisions d'avenir selon Bronkhorst et le rôle de l'industrie 4.0.

La maintenance au fil du temps

Maintenance instruments de mesure

La maintenance curative

Dans les premières années d'activité de Bronkhorst, la maintenance curative (corrective maintenance) était la norme. La plupart des débitmètres et régulateurs de débit massiques fonctionnaient de façon analogique et ne disposaient pas de paramètres de diagnostic. Lorsqu'un instrument devait faire l'objet de réparations, il était renvoyé chez Bronkhorst ou un technicien se rendait sur place. Cette méthode coûtait beaucoup de temps et d'argent en raison de la longue mise à l'arrêt. Le réseau de SAV de Bronkhorst a par la suite été organisé à l'échelle mondiale et compte aujourd'hui 20 GSO (Global Service Offices, des centres de réparation agréés SAV) ainsi qu'un service clientèle accessible 24h/24. Afin de garantir un service rapide, des pièces de rechange étaient également tenues en stock.

Support Service après-vente

Maintenance préventive

Avec l'ère numérique, qui s'est progressivement installée au début des années 2000 et continue encore son expansion aujourd'hui, la maintenance préventive a gagné en intérêt. Les clients ont commencé à envoyer leurs instruments de façon périodique au SAV de Bronkhorst pour procéder à leur maintenance et à leur calibration. Ces interventions requerraient encore du temps et une certaine organisation, mais la mise à l'arrêt engendrée était en quelque sorte planifiée. Si les risques de pannes inopinées pouvaient ainsi être réduits, cela n'offrait néanmoins aucune garantie qu'aucun problème ne survienne.

Département service Bronkhorst

Depuis 2004, les instruments Bronkhorst peuvent être connectés et vus à distance par un de nos services baptisé « Remote Support ». Ceci nous permet de vérifier à distance si, par exemple, le procédé d'un client présente des signes d'instabilité. Le client branche son instrument à un ordinateur muni d'une connexion à Internet. À partir des paramètres de diagnostic internes de l'appareil, nous pouvons en déterminer le statut, sur la base duquel nous pouvons établir, avec le client, l’action à mener. Si nous constatons par exemple qu'un procédé n'est pas correctement réglé, nous sommes à même de modifier à distance les paramètres de régulation (valeurs PID).

Un bel exemple d'intervention à distance est celui d'un client au Canada, qui a récemment contacté notre service d'assistance mondial en signalant qu'un dispositif d'analyse, relié à son installation contenant un système de contrôle de l'évaporation de Bronkhorst (CEM), ne détectait aucune trace d'eau. Par l'intermédiaire de notre service Remote Support, nous avons constaté, à l'aide du logiciel Bronkhorst, que le client n'avait pas bien réglé un paramètre de commande : le régulateur de débit liquide de Bronkhorst ne disposait ainsi pas de la bonne valeur de consigne, de sorte que la soupape réglant l'apport d'eau restait fermée. La solution ? En concertation avec le client, nous avons défini les bons paramètres pour son procédé. Ainsi, nous avons pu aider immédiatement le client, sans que l'instrument ne doive être renvoyé à notre département de réparation ou qu'un technicien doive se rendre sur place, engendrant une belle économie de temps et d'argent.

Prêt pour l'avenir

Afin d'encore mieux servir nos clients par l'intermédiaire de notre système de Remote Support, nous allons prochainement lancer le service Bronkhorst Expert Eye, une application sur smartphone offrant une assistance vidéo. Grâce à cette appli, le client sera en contact direct avec les collaborateurs de Bronkhorst, qui pourront lui offrir une assistance à distance et en temps réel, image et son à l'appui.

À l'avenir, nous avons l’ambition d'approfondir encore l'intelligence de nos instruments dans le but de toujours mieux aider et soulager nos clients. Nos appareils contiennent déjà des données pouvant nous fournir de précieux renseignements sur l'état d'un instrument ou la qualité du procédé dont fait partie le régulateur de débit massique. Nous avons désormais l'intention de convertir ces données en informations utiles en matière d'entretien préventif, de contrôle des procédés et d'optimisation de ceux-ci.

Une nouvelle application que nous aimerions développer en collaboration avec vous. Pour plus d'informations sur les solutions de données spécifiques pour les régulateurs de débit massique, ainsi que sur l'entretien préventif et celui effectué en fonction de l'état de l'appareil, n'hésitez pas à nous contacter.

1) Source: Driving Unconventional Growth through the Industrial Internet of Things (2015).

Cet article vous a plu ? Inscrivez-vous à notre newsletter.