Justesse et répétabilité d'un débitmètre

Deux paramètres clés pour la mesure du débit : la justesse et la répétabilité. Mais la justesse est-elle toujours importante?

Chris King
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Les caractéristiques d'un débitmètre sont des éléments essentiels lorsqu'il s'agit d'en choisir un qui soit adapté à votre application. Sa justesse (le biais) et sa répétabilité sont deux paramètres clés. Commençons par expliquer ce qu’ils signifient:

Justesse d'un débitmètre

La justesse correspond au degré de proximité de la mesure par rapport à la valeur réelle (mesurande). Dans le cas des débitmètres, il s'agit du degré de proximité du résultat obtenu avec l'appareil de mesure par rapport au mesurande. Cette valeur est exprimée en pourcentage, p. ex. ±1 %. Cela signifie que toute lecture peut comprendre une marge d'erreur de plus ou moins 1 % par rapport au mesurande. De manière générale, on peut dire que plus ce pourcentage est faible, plus l'appareil de mesure est juste. Toutefois, La justesse exprimée dépend soit de la pleine échelle PE (Full Scale – FS), soit de la lecture/mesure (Reading – Rd). La signification des termes de justesse en fonction de la pleine échelle ou de la lecture/Mesure sera expliquée plus loin dans cet article de blog. Les débitmètres deviennent de plus en plus précis, en particulier depuis l'avènement des débitmètres massiques.

Répétabilité d'un débitmètre

La répétabilité correspond à la capacité à produire le même résultat dans les mêmes conditions. En d'autres termes, un débitmètre devrait produire les mêmes valeurs de lecture lorsqu'il est utilisé sous les mêmes conditions de mesure. Cette valeur est, elle aussi, exprimée en pourcentage ±. Si la justesse est généralement mise en avant dans le domaine de la mesure, la répétabilité est le fondement sur lequel repose l’exactitude. Vous pouvez avoir une excellente répétabilité sans justesse, mais vous ne pouvez pas avoir de bonne justesse et donc d’exactitude sans répétabilité élevée. En effet, cela ne sert à rien que l'appareil soit très juste seulement de temps en temps. Si vos données ne sont pas fiables, si vous obtenez des résultats différents dans les mêmes conditions, il est absolument impossible que ces chiffres soient tous justes.

justesse et répétabilité

La justesse est-elle toujours importante ?

Personne ne veut un appareil de mesure imprécis, mais toutes les applications ne nécessitent pas le même degré de justesse. Il peut être acceptable de s'écarter quelque peu de la référence d’étalonnage, si votre mesure vise uniquement à vous donner une idée du débit qui s'écoule dans une tuyauterie. Toutefois, une telle situation est inacceptable si vous mélangez des produits pharmaceutiques destinés à la santé humaine ou des produits volatils. Pour bien choisir un débitmètre, il est important de connaître le degré d’exactitude auquel votre appareil de mesure doit répondre, car en général, plus un appareil de mesure est exact, plus son prix est élevé.

Lorsque vous vérifiez les caractéristiques de justesse, celle-ci doit être exprimée en pourcentage de la pleine échelle PE (FS) ou de la lecture/mesure (Rd ou RD). La différence entre ces deux valeurs peut être considérable.

Lisez notre article de blog « La tendance en faveur de la haute précision est-elle justifiée ? »

Qu'est-ce que la justesse en fonction de la pleine échelle PE (FS) ?

La valeur maximale de l'étendue de mesure est appelée pleine échelle. La définition de la justesse en fonction de la pleine échelle (« Full scale » – FS en anglais) est « le degré de proximité par rapport à la valeur réelle exprimée en pourcentage de la valeur pleine échelle ». Avec la justesse en fonction de la pleine échelle, le biais absolu ( l’erreur de justesse) reste le même, mais le biais relatif varie à mesure que le débit augmente ou diminue sur la plage de débit. Si l’instrument est étalonné à 1 % de 200 ln/min, alors le biais absolu est de 0,01 × 200 ln/min = 2 ln/min soit 1% de la mesure. Si le débit est de 100 ln/min, le biais reste de 2 ln/min ou 2 % de la mesure, soit un biais relatif deux fois plus élevé.

Qu'est-ce que la justesse en fonction de la lecture (Rd ou RD) ?

La définition de justesse en fonction de la lecture (« Reading » – Rd ou RD en anglais) est « le degré de proximité par rapport à la valeur réelle exprimée en pourcentage de la valeur réelle ».

lecture pleine échelle

Avec la justesse en fonction de la lecture, le pourcentage est donné par rapport à la lecture de la mesure. Le pourcentage reste le même, peu importe où se situe le débit dans la plage de débit. S'il est de 1 % à 200 ln/min, cela reviendrait à 1 % à 100 ln/min. Par conséquent l'erreur pour un débit de 200 ln/min serait de 2 ln/min mais pour 100 ln/min, elle serait de 1 ln/min et non pas de 2 ln/min de la pleine échelle. Ainsi, quand la mesure est dans le bas de l’étendue de mesure d’un instrument, la différence entre les justesses « pleine échelle » ( FS) et « lecture » peut rapidement augmenter et avoir un impact considérable sur la qualité du produit fini.

Comparaison justesse Pleine échelle (FS) / lecture (Rd)

La justesse pleine échelle est une indication qui remonte au temps des indicateurs mécaniques, lorsque les résultats de lecture dépendaient de graduation sur un cadran. Les appareils de mesure numériques peuvent désormais donner des résultats de lecture beaucoup plus précis. C'est pourquoi les appareils de mesure récent, haut de gamme, sont présentés avec une justesse en % de la lecture au lieu de la pleine échelle.

Il faut cependant reconnaître que toutes les applications de mesure de débit n’exigent pas forcément la meilleure métrologie.

En termes de débit massique, le choix du type de capteur utilisé dépend des exigences d’exactitude de l’application et des moyens financiers disponibles. Ainsi, si vous avez besoin d'une très grande exactitude, vous pouvez choisir un débitmètre Coriolis. Au contraire, si l’exigence d’exactitude est moindre et l’exigence économique forte , un autre type de débitmètre comme le thermique type CTA (Constant Temperature Anemometry ou anémométrie à température constante) peut être retenu.

Utilisation de la débitmètrie massique pour améliorer le traitement de l’eau et préserver la santé publique

Comment le dosage de l'acide orthophosphorique à l'aide de la technologie du débit massique Coriolis peut entraîner une diminution des coûts de dosage chimique.

James Walton
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La société Anglian Water Services traite l’eau potable selon les normes les plus strictes, la fournit à des millions de foyers et la gère avec soins pour s’assurer qu’elle ne vienne jamais à manquer dans chaque région du Royaume-Uni. Elle a lancé un projet visant à optimiser et accentuer le contrôle du dosage de phosphates dans le réseau public d’alimentation d’eau.

Fonction de l’acide orthophosphorique dans le réseau public d’alimentation d’eau

Les exploitants des réseaux publics d’alimentation d’eau ajoutent généralement des phosphates à l'eau potable en tant qu’inhibiteurs de corrosion pour passiver les surfaces et ainsi éviter le lessivage du plomb et du cuivre dans les tuyauteries. Des phosphates inorganiques (p.ex. acide phosphorique, phosphate de zinc et phosphate de sodium) sont ajoutés à l’eau afin de créer une couche d’orthophosphate qui forme un revêtement de protection insoluble à l’intérieur des conduites d’eau et des circuits de plomberie domestique. Cette couche agit comme un inhibiteur, qui empêche les éléments de corrosion présents dans l'eau de dissoudre certains métaux dans le réseau d’eau potable. En conséquence, les taux de plomb et de cuivre dans l’eau restent bas et dans les limites des normes visant à protéger la santé publique.

Quel était le procédé d’origine ?

Dans le procédé d’origine, un analyseur en ligne était placé en aval de l’injection pour mesurer la concentration d’acide orthophosphorique dans le débit principal. Les résultats des mesures étaient comparés à la concentration requise et utilisés pour ajuster le taux d’acide orthophosphorique dans le flux principal en réglant la vitesse de la pompe de dosage. Avec ce processus, Anglian Water Services peut maîtriser les taux de concentration de cuivre et de plomb dans l’eau dans les limites fixées pour la protection de la santé publique. Néanmoins, le procédé était perfectible, ce qui va être évoqué dans cet article de blog.

Système initial de dosage d'acide phosphorique

Système initial de dosage d’acide phosphorique

Quelles sont les limites du procédé d’origine ?

Le dispositif de la boucle de régulation sur l’injection du réactif par la mesure de la concentration des phosphates n’est pas le meilleur. Sa réaction pour ajuster l’injection n’est pas assez rapide par rapport aux variations du débit principal. Nous devions nous assurer que nous dosions bien une concentration répondant aux exigences légales, en supposant que la station traitait un débit maximum. Des coûts secondaires sont à ajouter au dispositif du fait de la nécessité d’une redondance sur l’analyseur de mesure de concentration, afin de garantir la continuité de la mesure des taux d’acide orthophosphorique, ce qui impose la présence d’un second analyseur.

Objectifs du projet

  1. Réduire la concentration de phosphates.
  2. Réduire le coût de la mise en conformité avec les normes environnementales légales pour l’entreprise.
  3. Retirer l’analyseur aval et celui de secours pour la redondance de l’analyse en continu et l’enregistrement des données.

Deux technologies de capteurs de débit ont été évaluées pour améliorer le disposif : la mesure de pression différentielle et la débitmétrie massique Coriolis. Le débitmètre à pression différentielle est le plus économique et permet de mesurer le débit volumique d’acide orthophosphorique; le régulateur reçoit un signal analogique du débit principal et injecte un débit d’acide proportionnel au débit principal d’eau. Le débitmètre massique Coriolis donne une mesure de débit massique direct, plus précise et reproductible qu’une mesure de débit volumétrique pour cette application mais elle est également plus onéreuse. Avec cette technique de mesure, le régulateur reçoit aussi un signal analogique du débit principal et injecte un débit d’acide proportionnel au débit principal d’eau.

Couplage du débitmètre Coriolis mini CORI-FLOW avec pompe Tuthill

Le choix du principe de mesure s’est articulé autour du temps nécessaire au retour sur investissement. Cependant, durant la démonstration du débitmètre massique Coriolis, nous avons appris quelque chose de nouveau qui allait changer l’orientation de la prise de décision. Le débitmètre massique Coriolis peut mesurer aussi la densité du fluide et la transmettre sur une sortie de mesure enregistrable.

Pourquoi est-ce important ?

L’acide phosphorique est vendu en concentrations diluées, généralement en solution à 80%. Ce que nous avons découvert, c’est qu’il existe des écarts dans la concentration réelle au point d’utilisation.

À ce stade, nous savions déjà que la pression différentielle ou la technologie Coriolis pouvait nous aider à améliorer le processus de suivi et d’enregistrement. À présent, nous avions la chance de passer au niveau supérieur en donnant un paramètre non disponible auparavant mais très important, et de l’utiliser pour ajuster réellement la proportion d’acide à injecter.

Le paramètre de densité supplémentaire, disponible avec le débitmètre massique Coriolis, a été décisif pour le choix technique. À présent, le dosage peut être contrôlé proportionnellement au flux principal et à la densité réelle (qualité) de l’acide phosphorique utilisé.

Nouveau système de dosage d'acide phosphorique Nouveau système de dosage d’acide phosphorique

Quels sont les avantages donnés par l’utilisation de la débitmètrie massique ?

Alors que les cinq premières installations avec cette technologie vont être lancées, voici les points clés retenus :

  1. La concentration stable de l'acide orthophosphorique dans le réseau public d’alimentation d’eau.
  2. Le maintien des engagements vis-à-vis de la règlementation de l’industrie de l’eau pour l’hygiène et la santé publique.
  3. La diminution significative de la quantité d’acide phosphorique injecté dans l’environnement
  4. Des réductions de coûts d’exploitation sur 2 points: l’élimination des analyseurs en aval et la réduction de la consommation d’acide phosphorique.

Aujourd’hui, l’entreprise Anglian Water Services adhère à un principe «Love Every Drop » (aimer chaque goutte). Cette approche est une vision de la manière dont une entreprise de services publics doit fonctionner. Cette vision induit que l’état développe les conditions pour améliorer la protection et la résistance de l’environnement, ce qui permet d’avoir une croissance durable, capable de supporter les contraintes du changement climatique. Ainsi, la création de solutions économiquement abordables et fiables, répond aux besoins des clients utilisateurs, des collectivités et de l’environnement. Nous voulons que nos populations et nos collectivités locales aient des solutions pérennes aussi. L’acide phosphorique est lié au concept de « limites planétaires », selon Rockström et al. 2009. La société Anglian Water Services est en mesure de réduire la consommation d’acide phosphorique dans ses processus, sans sacrifier pour autant la qualité de l’eau. Ceci est bien en phase avec leurs principes de bonne gestion de leurs activités et de développement durable.

Suite à cette expérience, les spécialistes du traitement de l'eau chez Bronkhorst seront plus qu’heureux de vous aider à relever vos défis en matière de traitement de l'eau. Envoyez-nous vos questions : nous contacter

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La gourmandise qui met tout le monde d’accord : le chocolat !

Comment les débitmètres massiques Coriolis améliorent le dosage des additifs dans le processus de production du chocolat ?

Sandra Wassink
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Ce week-end, c’est le week-end de Pâques ! C’est le temps fort des ventes de chocolat. Si vous vous rendez au supermarché, vous trouverez en ce moment des œufs en chocolat, des lapins de Pâques et différentes variétés de confiseries. A l'agence, nous avons également un grand panier rempli de délicieux œufs colorés en chocolat !

Et si nous parlons de différents arômes de chocolat, c'est en partie parce que les instruments de mesure entrent en jeu.

L'industrie du chocolat

Nous allons nous pencher sur l’incroyable dynamisme du secteur de la chocolaterie fine et les tendances en matière de chocolat aromatisé. Qui est mieux placé qu’une femme pour en parler ? 75 % des femmes déclarent adorer le chocolat, contre 68 % des hommes.

Le chocolat : un marché mondial en plein essor du haut de ses 100 milliards de dollars, dont le choix de produits se résumait autrefois à trois variétés : chocolat noir, blanc ou au lait. À l’heure actuelle, la créativité en matière de chocolats aromatisés semble inépuisable.

Le chocolat est le cadeau saisonnier par excellence. Nous avons tendance à acheter plus de chocolats pendant les fêtes. La meilleure fête n’est pas la Saint Valentin, comme on pourrait le croire, mais Pâques. Le chocolat est à la fois un petit plaisir et un remède à la déprime, argument de vente qui fait mouche, surtout chez les jeunes adultes. La majorité des amateurs de chocolat, en particulier aux États-Unis, sont friands de produits avec des mélanges, loin des variétés neutres/non aromatisées.

Production du chocolat

Textures et arômes

Le marché mondial de la chocolaterie est le théâtre d’innovations incroyables en matière de goût et de texture. De nouveaux produits créatifs ne cessent de voir le jour, s’attardant davantage sur les arômes et les textures que sur le classique goût sucré. Mais la base de consommateurs reste plutôt traditionnelle, plébiscitant des parfums intemporels comme noisette, caramel, amande et orange.

Les consommateurs plus âgés ont tendance à bouder le chocolat. Ce manque d’intérêt traduit une volonté de manger plus sain. Pour séduire ces consommateurs adultes, les chocolatiers se tournent vers des tactiques comme des parfums alcoolisés et un positionnement haut de gamme avec, par exemple, du chocolat noir au limoncello ou des chocolat à la liqueur.

Système de dosage avec débitmètres Coriolis

Une hygiène de vie saine

C’est surprenant, mais la tendance mondiale envers une hygiène de vie plus saine explique en grande partie la croissance du marché du chocolat, à juste titre. Le chocolat, et surtout le chocolat noir à plus de 85 % de cacao, est excellent pour la santé : parmi ses vertus, il est « riche en fibres, fer, magnésium, cuivre, manganèse et autres minéraux », « source d’antioxydants » et « protège des maladies cardiovasculaires ».

Le fait que les consommateurs connaissent mieux les bienfaits du chocolat noir pur explique pourquoi sa consommation est à la hausse. Avec la montée en popularité du chocolat noir, les ventes d’autres variétés suivent le mouvement. Les consommateurs cherchent d’autres options « saines », comme du chocolat sans sucre, sans gluten, casher ou issu du commerce équitable. Ces qualités éthiques donnent au secteur l’occasion de se diversifier plus que jamais. Pour asseoir l’image saine du chocolat, des ingrédients fonctionnels comme des fibres, des protéines, des micro-nutriments, de l’énergie (extrait de guarana), de l’extrait de thé vert ou des graines de chia entrent de plus en plus souvent dans la composition du chocolat.

Le cacao

L’augmentation de la demande en faveur du chocolat a aussi ses mauvais côtés. Environ trois millions de tonnes de fèves de cacao sont consommées chaque année, dont plus de 70 % proviennent de seulement quatre pays : la Côte d’Ivoire, le Ghana, le Nigéria et le Cameroun, tous en Afrique de l’Ouest . Le cacao est une culture fragile et les arbres plantés voilà 25 ans ont atteint leur pic de production ; les terres sur lesquelles ils sont cultivés ont perdu de leur fertilité. Une réhabilitation des terres et des arbres à grande échelle est désormais un passage obligé si l’on veut éviter de voir la production baisser. Le changement climatique fait aussi payer un lourd tribut à ce secteur, avec à la clé un prix élevé des matières premières et une économie instable dans les nations productrices de cacao. Pour éviter toute pénurie, de nombreux chocolatiers de renom ont décidé d’investir en faveur de la réhabilitation des terres et des arbres pour pérenniser la production de cacao, ceci alors que des pays en développement comme la Chine, l’Inde et la Russie s’apprêtent à voir leurs ventes de chocolat augmenter de 30 %.

Les débitmètres massiques et le chocolat

En raison de la croissance effrénée des variantes de chocolat intégrant toujours plus d’arômes et d’ingrédients fonctionnels, les débimètres et les régulateurs de débit massique font leur entrée dans le secteur de la chocolaterie. Grâce à leur précision et leur stabilité, surtout en association avec une pompe, les débitmètres et les régulateurs de débit massique Coriolis sont parfaits pour doser ces additifs.

Les instruments Coriolis de Bronkhorst mesurent le débit massique direct, indépendamment des propriétés des fluides : en d’autres termes, un changement précis est possible en quelques secondes, sans démonter la pompe ni recalibrer l’installation. C’est un atout immense qui permet de gagner du temps, et assouplit énormément le processus.

Grâce aux instruments massiques Coriolis pour le dosage des additifs, bénéficiez de temps d’arrêt plus court entre chaque lot, d’une meilleure traçabilité des ingrédients et de produits plus uniformes et qualitatifs.

Visionnez la vidéo et visitez notre site internet pour avoir plus d'informations sur le dosage précis des additifs en confiserie

Plasma à couplage inductif (ICP) pour analyse environnementale

Les techniques de plasma à couplage inductif (ICP-AES) sont utilisées pour retracer les métaux et autres éléments présents dans l'eau. Les débitmètres jouent un rôle important dans cet équipement

Rob Ten Haaft
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Pour pouvoir mener une vie saine, il est souhaitable de connaître la nature et la teneur des éléments chimiques indésirables qui se trouvent dans notre environnement. Si une commune souhaite dépolluer un terrain dans le but de construire un nouveau quartier, il est bon de savoir si l'ancienne exploitation du site a laissé derrière elle des métaux lourds ou des substances nocives, comme l'arsenic. Les exploitants de sources d'eau potable, d'eau de surface ou d'eau de pêche doivent également connaître la qualité de leurs eaux afin de déterminer si elles sont conformes aux règles sanitaires et environnementales. De plus, pour garantir une bonne qualité de l'air, la teneur en oligo-éléments dans les particules en suspension dans l'air doit être limitée.

Par ailleurs, il existe d’autres domaines, en dehors du secteur de l'environnement, où il est pratique de pouvoir identifier et quantifier les éléments présents. Comme la concentration d’éléments métalliques dans les huiles moteur pour déterminer la vitesse à laquelle un moteur s'use ou la concentration d'engrais dans les terres agricoles pour déterminer s'il est nécessaire de poursuivre la fertilisation. Les débitmètres et régulateurs de débit ont leur rôle à jouer ici. En tant que spécialiste de l'industrie pour le marché de l'analyse, permettez-moi de vous décrire ces techniques.

Plasma à couplage inductif - spectrométrie d’émission atomique, ICP-AES

Nous venons de voir qu'il est important pour de nombreuses applications de connaître la quantité et le type d'éléments chimiques présents dans l'environnement. La technologie ICP-AES est une bonne technique d'analyse pour mesurer la nature et la concentration des éléments qui se trouvent dans les matières solides, les liquides ou les gaz. ICP-AES est l'acronyme de Inductively Coupled Plasma - Atomic Emission Spectrometry (Plasma à couplage inductif - Spectrométrie d’émission atomique). De par sa grande précision (ppb - parties par milliard), la technologie ICP-AES convient parfaitement à l'analyse des oligo-éléments, c'est-à-dire les éléments à très faible concentration. Cette technologie permet de déterminer la teneur en métaux (comme le mercure) et métalloïdes (comme l'arsenic) tout en analysant simultanément des dizaines d'autres éléments. Qu'est-ce qui se cache derrière cette technologie et en quoi la régulation et la mesure précise des gaz jouent-elles ici un rôle ?

L’alimentation contrôlée de l’argon par un régulateur de débit

Pour faire court : En tant que technique d'analyse élémentaires, la technologie ICP-AES utilise un plasma à couplage inductif (ICP) pour générer des ions et des atomes excités à partir des éléments présents dans l'échantillon à analyser dont le spectre caractéristique est mesuré par spectrométrie d'émission atomique (AES) quand ils retournent à leur état fondamental. L'intensité des raies du spectre offre une mesure directe de la concentration des éléments dans l'échantillon.

Les échantillons peuvent uniquement entrer dans l'équipement ICP-AES sous forme liquide. Ce n'est pas un problème pour l'eau mais c'en est un pour les échantillons du sol et autres matières solides. Vous libérez donc les éléments chimiques en dissolvant l'échantillon dans un acide puissant : de l'eau régale (mélange d'acide chlorhydrique et d'acide nitrique). Une pompe péristaltique aspire le liquide échantillon qui se trouve dans un récipient et le transporte dans le nébuliseur, où le liquide se transforme en aérosol ou spray. Pour contrôler avec précision la concentration du spray (et le diluer si besoin est), un débit d'argon est introduit dans le nébuliseur via un régulateur de débit. Le spray pénètre ensuite dans la chambre du réacteur, où il entre en collision avec le plasma qui se trouve déjà dans cette chambre.

Si vous passez un gaz avec suffisamment d'énergie, au milieu d’une bobine alimentée d’une tension électrique élevée, les électrons de certains atomes de gaz peuvent se libérer. Ainsi, en plus des particules de gaz d'origine, vous obtenez un mélange d'électrons négatifs et d'ions positifs. Ce « mélange gazeux ionisé » de particules chargées est appelé plasma. Le plasma est considéré comme le quatrième état d'un matériau, en plus des états solide, liquide et gazeux. Dans un équipement ICP, l'argon forme la base du plasma et ce gaz doit être alimenté avec précision grâce aux régulateurs de débit massique. Le plasma affiche une température très élevée d'environ 7 000 degrés Celsius. Comme la composition du plasma doit toujours être juste, le débit d'argon doit être précis et continu. Et pour protéger l’environnement extérieur de ces températures élevées, un gaz de refroidissement (argon) est projeté à l'extérieur du réacteur.

Régulation de la nébulisation (spray)

Quand le spray qui contient les éléments chimiques à mesurer entre en collision avec le plasma, ces éléments sont convertis en plasma. Les éléments sont soumis à une telle quantité d'énergie qu'ils se trouvent dans un état excité. Mais ces éléments sont dans un état instable dans cet environnement et ils préférent retrouver leur état fondamental à un niveau d'énergie inférieur. Quand cette transition se produit, les éléments émettent un rayonnement qui leur est propre. Ce rayonnement est détecté par le spectromètre et son intensité mesurée est parfaitement proportionnelle à la teneur de l'élément en question dans l'échantillon. Étant donné que chaque élément est associé à une série de longueurs d'onde qui lui sont caractéristiques dans le rayonnement émis, cette technique permet d'identifier plusieurs éléments simultanément. Si vous disposez d'une gamme d'étalonnage pour les éléments en question ou si vous avez inclus un étalon interne dans le nébuliseur, vous pouvez également quantifier ces quantités.

Spectromètre, ICP-AES ou ICP-OES

Le spectromètre AES est une combinaison de miroirs, de prismes, de mono-chromateurs et de détecteurs qui contrôlent et mesurent le rayonnement émis. Pour éviter toute perturbation - suite à l'absorption du rayonnement par des gaz contenant de l'oxygène, par exemple - l'environnement dans lequel se trouvent ces objets optiques est constamment purgé à l'azote. Ce débit de gaz n'a pas besoin d'être très précis mais il doit être reproductible. Pour ce faire, l'utilisation de régulateurs de débit est extrêmement importante. Par ailleurs : le terme ICP-AES (spectrométrie d'émission atomique) est parfois remplacé par ICP-OES (spectrométrie d'émission optique). Deux noms pour une seule et même technologie.

ICP-MS

Chromatographie

La technologie ICP-MS est une technique similaire d'analyse des éléments, si ce n'est que la détection n'est pas optique ici. Les particules chargées du plasma arrivent dans un spectromètre de masse (MS). Elles y sont séparées en fonction de leur rapport masse/charge et le rapport relatif de chacune de ces particules chargées est enregistré. La technologie ICP-AES se passe sous pression atmosphérique tandis que la technologie ICP-MS nécessite le vide. La limite de détection pour la technologie ICP-MS est inférieure à celle pour la technologie ICP-AES.

Les analyses environnementales n'étudient pas uniquement la quantité totale d'un élément dans l'échantillon mais également si l'élément est libre ou s'il fait partie d'un composé chimique. Par exemple : les composés inorganiques de l'arsenic sont beaucoup plus toxiques que les organiques. Vous pouvez utiliser les technologies ICP-AES et ICP-MS pour faire la distinction entre ces différentes forme d'éléments, ce que l'on appelle la « spéciation ». Pour ce faire, il est cependant nécessaire que les différentes formes soient séparées les unes des autres avant l'ICP par une chromatographie ionique (IC), par exemple. IC et ICP sont régulièrement combinés.

Débitmètres massiques et régulateurs de débit pour ICP-AES

Solution Manifold

« Au début » de la technologie ICP, l'arrivée des gaz était contrôlée manuellement. Quand l'automatisation a fait son apparition dans ce domaine, la régulation des gaz a été concernée et les débitmètres massiques ont fait leur apparition. Les débitmètres massiques et les régulateurs de débit sont utilisés dans les équipements ICP-AES pour injecter les gaz inertes. Si vous maîtrisez la régulation du débit de gaz, la technique analytique est plus précise et plus stable, ce qui permet d'atteindre des limites de détection plus basses. Ce qui est déterminant compte tenu des exigences de qualité et d'environnement de plus en plus strictes.

Bronkhorst fournit de nombreux débitmètres pour le marché de l'analyse et compte plusieurs grands fabricants d'équipements d'analyse parmi ses clients. Bronkhorst conçoit d'ailleurs souvent des solutions spécifiques « manifolds » pour ses clients. Ces solutions intègrent de multiples fonctionnalités dans un module compact personnalisé. En effet, les instruments compacts et de faible encombrement sont de plus en plus importants pour les laboratoires dont l'espace de travail ne cesse de se réduire.

Lisez la note d'application « Controlled supply of gases in Inductively Coupled Plasma (ICP-AES) for environmental analysis ».

La technologie MEMS vient renforcer les équipements compacts de chromatographie gazeuse

La régulation du débit et de la pression de gaz en chromatographie gazeuse : des équipements d'analyse plus compacts avec la miniaturisation par la technologie des puces MEMS

Dion OUDEJANS
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La technologie des puces électroniques améliore notre quotidien de bien des façons. Venue de la technologie des semiconducteurs, la technologie de puces MEMS est également présente dans de nombreux appareils tout autour de vous, sous la forme de capteurs. Pensez à votre smartphone qui capture votre voix et détecte la position, l'orientation et le mouvement de l’appareil par des systèmes microélectromécaniques (Micro Electro Mechanical Systems-MEMS). Le cumul de ces fonctionnalités a peu d'impact sur les dimensions physiques d'un smartphone, il tient toujours dans votre main et dans votre poche.

Cet article de blog traite de la miniaturisation des instruments par la technologie de puce MEMS et des avantages des instruments de débit gazeux miniaturisés pour les applications dans le domaine de la chromatographie gazeuse. En tant que responsable produits MEMS au sein de Bronkhorst High-Tech, je vois les avantages de la miniaturisation par la technologie MEMS dans de telles applications.

Solution IQ+

Miniaturisation

Dans un environnement de laboratoire, il est avantageux de travailler avec un équipement de la taille d'un ordinateur de bureau. Les avantages des équipements compacts sont les suivants : faible encombrement, plus grande facilité de fonctionnement et coût global de possession réduit.

Les équipements de chromatographie gazeuse sont un bon exemple de concentration de fonctionnalités dans un très faible encombrement. De nombreux types de composition gazeuse et de composition de vapeurs peuvent être analysés avec une précision élevée et pour des niveaux de concentration très bas. En outre, cela comporte un certain degré d'automatisation. Tout cela est à la portée de main d'un technicien de laboratoire.

Chromatographie gazeuse

Le but de l'analyse par chromatographie gazeuse est d'identifier et de mesurer la concentration de composants gazeux dans un échantillon de gaz. Dans la chromatographie gazeuse (voir photo 3), on a souvent besoin de réguler la pression ou le débit du gaz. La photo montre un régulateur de débit gazeux pour le flux de gaz porteur (en rouge) et un régulateur de pression pour maintenir la pression sur l’entrée de l’injecteur (en jaune).

Chromatographie gazeuse

Principe de la chromatographie gazeuse

Le principe de la chromatographie gazeuse comprend un flux de gaz porteur régulé qui passe devant un injecteur, une colonne et un détecteur. Un gaz échantillon est injecté pendant un temps court, créant une fraction d'échantillon gazeux. La fraction d'échantillon gazeux est séparée en composants gazeux à travers la colonne , ils deviennent visibles en tant que pics durant la détection. La photo 4 montre un exemple d'un signal de sortie de chromatographie gazeuse.

Diagramme de sortie de Chromatographie gazeuse

Diagramme de sortie de chromatographie gazeuse

Échantillonnage d'espace de tête

Je vous propose un zoom sur l’échantillonnage dynamique d'espace de tête utilisé en combinaison avec la chromatographie gazeuse. L'échantillonnage d'espace de tête renvoie à l'espace gazeux dans un flacon de chromatographie contenant un échantillon liquide. L'échantillon liquide est un solvant contenant un matériau à analyser : par ex. composés organiques volatiles dans des échantillons environnementaux, alcool dans le sang, solvants résiduels dans des produits pharmaceutiques, plastiques, composés aromatiques dans des boissons et des aliments, café, fragrances dans des parfums et cosmétiques.

Ceci est expliqué sur la photo 5. L'échantillonnage dynamique d'espace de tête est effectué en purgeant l'espace de gaz et l'adsorbant. L'adsorbant collecte le gaz échantillon. Après le transfert, l'adsorbant est de nouveau désorbé pour libérer le gaz échantillon dans un chromatographe gazeux.

Echantillonnage dynamique d'espace de tête

Échantillonnage dynamique d'espace de tête

Un régulateur de débit gazeux entre en scène à la purge de l'espace de tête et de l'adsorbant avec un flux constant d'hélium ou d'azote. Le débit gazeux, contenant le gaz échantillon d'espace de tête, passe devant un adsorbant qui collecte le gaz échantillon d'espace de tête.

Maintenant, l'adsorbant est transféré vers l'entrée d'un chromatographe gazeux. De nouveau, un flux gazeux d'hélium ou d'azote régulé passe devant l'adsorbant pour libérer le gaz échantillon d'espace de tête dans l'entrée du chromatographe gazeux. Le chromatographe gazeux fait son travail d'analyse de l'échantillon et différents pics montrent les différents composants et leur concentration.

Débitmètres gazeux et régulateurs de pression IQ+FLOW

Pour les débitmètres, certaines spécifications sont importantes dans l'échantillonnage d'espace de tête et la chromatographie gazeuse. La ligne de produit IQ+FLOW basée sur la technologie de puce MEMS tient compte de ces spécifications avec une petite taille d'instrument, une réponse rapide, une bonne répétabilité, une faible consommation d'énergie, un faible coût global de possession et l'excellent support que vous apporte Bronkhorst.

Pour en savoir plus sur la ligne de produits à puce IQ+FLOW

Pour en savoir plus sur la chromatographie gazeuse combinée aux débitmètres, manomètres et régulateurs, consultez notre note d'application "Chromatographie gazeuse".

Débitmètre IQ+ Flow

Le futur de la technologie MEMS

Bronkhorst s'engage à aller de l'avant et à rechercher des applications qui peuvent être améliorées avec la technologie de puce MEMS. N'hésitez pas à nous poser vos questions contactez-nous. Nous vous tiendrons informé(e)s !

Que faire en cas de vibrations lors de l’utilisation de débitmètres massiques Coriolis ?

Le principe de mesure de Coriolis est sensible aux vibrations avec une fréquence proche de celle de résonance du tube du capteur ou une harmonique plus élevée de cette fréquence. Que pouvez-vous faire?

Ferdinand Luimes
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Instrument connu pour sa grande précision, un débitmètre massique Coriolis présente de nombreux avantages par rapport aux autres appareils de mesure. Chaque principe de mesure pose toutefois ses problèmes et le principe de Coriolis n’échappe pas à la règle. L’utilisation d’instruments Coriolis peut être un défi considérable pour les applications à bas débit de l’industrie lourde où l’on peut avoir affaire à toutes sortes de vibrations. Dans cette publication, j’aimerais partager avec vous mes expériences en la matière.

Le principe de Coriolis

Les débitmètres massiques Coriolis présentent de nombreux avantages sur les autres appareils de mesure. Tout d'abord, les instruments à effet Coriolis mesurent le débit massique direct. Il s’agit d’une caractéristique importante pour l’industrie, car elle élimine les imprécisions dues aux facteurs de correction calculés avec incertitudes des propriétés physiques du fluide. Autre avantage : les instruments à effet Coriolis sont très précis, offrent une excellente répétabilité, ne contiennent aucune pièce mobile et ont une plage dynamique élevée, etc.

Pour en savoir plus sur l’importance de la mesure de débit massique et la pertinence de la technologie Coriolis, lisez le précédent article de notre blog : l’importance de la mesure de débit massique et la pertinence de la technologie Coriolis.

Les vibrations influencent-elles la précision de mesure d’un débitmètre massique Coriolis ?

Dans les applications industrielles, toutes sortes de vibrations avec différentes fréquences sont très courantes. Un débitmètre Coriolis mesure un débit massique à l’aide d’un tube capteur vibrant, dont la fluctuation se déphase lorsque la masse du fluide s’écoule au travers de celui-ci, comme cela est expliqué dans la vidéo à la fin de cet article.

Cette technique de mesure est sensible aux vibrations non désirées ayant une fréquence proche de celle de résonance du tube capteur (cela dépend de la conception du tube capteur, par ex. 360 Hz) ou une harmonique plus élevée de cette fréquence (voir la photo ci-dessous).

Description de l’image les débitmètres Coriolis ne sont sensibles qu’à la fréquence de résonance ou à une harmonique plus élevée de cette fréquence

La probabilité de présence de ces vibrations non désirées est plus grande dans un environnement industriel. Aussi les fabricants de débitmètres Coriolis font de leur mieux pour réduire l’influence des vibrations sur la valeur mesurée par l’utilisation de solutions techniques courantes, à savoir :

  • des fréquences plus élevées
  • des tubes à double capteur
  • différentes formes de capteur
  • l'utilisation de lest (ex.: des blocs massiques)
  • la compensation passive et active des vibrations
  • des compensateurs de dilatation

Donc oui, les vibrations peuvent influencer la précision de mesure de votre débitmètre Coriolis, mais seulement si elles ont une fréquence proche de la fréquence de résonance. Que pouvez-vous y faire ? Cela dépend du type de vibration.

Quels types de vibrations existent-t-il ?

Dans un environnement industriel, les fréquences peuvent être générées par :

  • les sources de vibration liées à l’environnement (transport routier, les voies ferrée, activités industrielles)
  • les sources de vibration liées au bâtiment (installations mécaniques et électriques, comme la climatisation)
  • les sources de vibration liées à l’usage (équipement et machines installés, par ex. les pompes, les convoyeurs).

Ces vibrations traversent les éléments comme le sol, l’air, des tuyaux ou le fluide en tant que tel. Si ces vibrations perturbent la fréquence de Coriolis, le débit mesuré pourrait dans une certaine mesure être erronnée.

Afin d’atténuer les effets des vibrations, il est utile d’identifier ces causes. Parfois, il est possible de déplacer juste un peu le débitmètre, de le tourner (les débitmètres Coriolis sont dans la plupart des cas moins sensibles aux vibrations s’ils sont tournés de 90 degrés), d’utiliser un bloc massif lourd (ou plus important), d’utiliser des tubes souples ou des tubes métalliques en U ou des alternatives pour la suspension.

Comment pouvez-vous vérifier la performance d’un débitmètre Coriolis ?

Un débitmètre et un régulateur qui fonctionnent bien donneront les meilleurs résultats au procédé. Avant de leur faire entièrement confiance, il est donc conseillé de tester les instruments Coriolis dans votre application, si vous vous attendez à des vibrations équivalentes à celles de l’industrie lourde. Faites attention lors de la filtration du signal de mesure. Dans certains cas, cela semble judicieux (par ex. quand une réponse rapide n’est pas requise), mais si vous voulez évaluer le emps de réponse d’un débitmètre, la filtration pourrait fausser votre jugement.

Panneau de dosage Coriolis

Si, dans des circonstances spécifiques, le débitmètre Coriolis ne fonctionne pas comme il le devrait, l’opérateur constatera un changement à la sortie du procédé. Ainisi, par exemple, dans une application de dosage de la couleur d’un détergent, cela peut provoquer des différences de couleur du produit dues à un dosage incorrect et/ou à un comportement inattendu du signal de mesure. Dans ces cas-là, vérifier le signal de mesure brute (sans filtres !) est justifié, puisque cela vous donnera une bonne indication de la performance du débitmètre. Demandez au fabricant de votre débitmètre comment annuler la filtration de tous les signaux.

Normes relatives aux vibrations

Étonnamment, l’influence des vibrations externes n’est pas clairement définie dans une norme relative aux débitmètres Coriolis. Plusieurs normes portent sur les vibrations, mais aucune sur la précision des mesures en relation avec les vibrations. Il existe toutefois deux normes utiles relatives aux vibrations :

  • IEC60068-2, Essais d’environnement de l’équipement électronique concernant la sécurité
  • MIL STD 810, Considérations de génie écologique concernant les chocs, le transport et l’utilisation

En tant qu’utilisateur de débitmètres Coriolis, il est important de bien appréhender l’environnement de votre application, surtout en ce qui concerne les sources de vibrations externes potentielles. Spécialistes de l’effet Coriolis à bas débit, nous travaillons en collaboration avec des partenaires comme l’Université de Twente et le TNO (un organisme néerlandais de recherche scientifique appliquée) afin d’approfondir constamment notre compréhension de ces phénomènes et de leurs effets.

Dotés d’installations de tests en interne, nous sommes en mesure de réaliser des tests de vibrations spéciales. Forts de l’expérience acquise grâce aux applications de nos clients et à des solutions sur mesure, nous n’avons de cesse d’améliorer nos débitmètres Coriolis afin qu’ils donnent encore plus satisfaction à nos clients.

Regardez notre vidéo sur le principe de Coriolis :

En savoir plus sur le principe de mesure de Coriolis

Consultez notre cas d’utilisation des régulateurs de débit massique Coriolis pour l’odorisation de notre gaz naturel.