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Comparaison des méthodes de mesure de la concentration et de la densité

Comparons les analyses par calcul de la vitesse du son avec d'autres méthodes

La concentration d'un liquide peut être calculée à l'aide de différentes méthodes.

Pour une comparaison détaillée entre les sondes LiquiSonic® et d'autres méthodes d'analyse, veuillez télécharger le fichier ci-dessous.

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Measuring concentration in liquids

Measuring concentration in liquids | 5 MB

Chacune de ces méthodes d'analyse a ses propres avantages et inconvénients. Pour en savoir plus, veuillez cliquer sur les méthodes d'analyse.

Mesure de la vitesse du son

La technologie LiquiSonic® s'appuie sur la mesure de la vitesse de propagation des ondes sonores. À l'aide de cette méthode d'analyse par ultrasons, la concentration d'un liquide est déterminée précisément et rapidement, étant donné que la vitesse du son dans un liquide dépend de la concentration de chacun des composés du liquide et de la température.

Pour déterminer la vitesse du son, des ondes sonores sont transmises à travers le liquide et le temps qu'elles mettent à atteindre le récepteur est mesuré. La distance entre le transmetteur et le récepteur d'ultrasons étant constante, la vitesse du son peut donc être calculée.

Propriétés de la méthode d'analyse LiquiSonic® :

  • les mesures ne dépendent pas de la couleur, de la conductivité ni de la transparence du liquide traité
  • précision des mesures de ±0,05 m/s
  • haute précision sans dérives, même en présence d'une concentration élevée de bulles de gaz
  • mise à jour des résultats toutes les 250 ms
  • installation intégrée directement dans les conduites ou les cuves
  • installation sans dérivations
  • sondes à conception solide sans joints ni pièces mobiles
  • technologie d'analyse ne nécessitant aucun entretien
  • absence de sensibilité à la contamination
  • température d'utilisation de –90 °C à 200 °C
  • pression d'utilisation pouvant atteindre 500 bar
  • possibilité d'utiliser des sondes fabriquées en matériaux spéciaux adaptés à une application dans des liquides corrosifs
  • mesures de la température intégrée

Mesure de la densité avec les débitmètres massiques à effets de Coriolis

Si un flux liquide traverse un tube oscillant, le déphasage de cette oscillation dépend de la force de Coriolis et enfin du débit massique du flux liquide.

Étant donné que les débitmètres massiques Coriolis sont optimisés pour une détermination précise du déphasage, leurs performances liées à la mesure de la fréquence d'oscillation, qui est nécessaire pour une mesure précise de la densité, restent médiocres. Ainsi, ces instruments permettent d'obtenir des mesures de la concentration et de la densité avec des précisions de seulement ± 5 % à ± 10 % à pleine échelle.

La mesure de la concentration effectuée avec cette technologie comporte des inconvénients:

  • haute sensibilité aux bulles de gaz et aux sédiments
  • dans la plupart des cas, les instruments peuvent compenser la température de l'appareil mais les calculs de la densité de prennent pas en compte la température
  • étalonnage effectué uniquement en usine
  • difficultés d'installation, en particulier dans les conduites de grands diamètres
  • forte perte de pression due à la réduction du diamètre interne de la conduite

Mesure de la densité avec les densimètres à tube en U/vibrants

L'utilisation de densimètres à tube en U vibrants est une méthode éprouvée et très fiable, en particulier dans les applications adaptées aux laboratoires.

Toutefois, lorsque cette méthode est utilisée pour des applications de fabrication, ces instruments ont des points faibles:

  • diamètre maximum de 10 mm, impliquant le recours à une dérivation
  • sensibilité aux hausses de la pression
  • aucun type d'instrument submersible disponible
  • haute sensibilité aux bulles de gaz et aux sédiments

Mesure de la conductivité

La conductivité d'un liquide dépend de la concentration et de l'activité ionique dans ce liquide.

En ce qui concerne les mesures de la concentration, la méthode de conductivité (de type inductif) est une technologie low cost qui présente les inconvénients suivants :

  • L'activité, et donc la conductivité, dépend fortement de la température, avec des écarts atteignant 3 % par °C.
  • Les mesures de la conductivité sont impactées par l'encrassement, la saleté, la production de complexes ou d'hydrates.
  • En raison des propriétés physiques, cette méthode est uniquement adaptée aux liquides et solutions non organiques.

Mesure du pH

La mesure du pH est une méthode qui a fait ses preuves en laboratoire et qui sert à la détermination indirecte de la concentration ou de la densité.

Si la technologie de mesure du pH (les pH-mètres) est rentable, elle est néanmoins associée aux inconvénients suivants:

  • la membrane sensible doit être en contact direct avec le liquide
  • en raison des dérives temporelles, un étalonnage répété est nécessaire, ainsi que des raccords d'échantillonnage et des tuyaux rétractables
  • les fortes dérives impliquent un étalonnage répété ainsi qu'une panoplie complète de technologie de montage et d'échantillonnage coûteuse
  • cette méthode n'est pas adaptée aux plages de mesures de la concentration supérieures à 1 % par unité de poids
  • les capteurs de pH sont fabriqués en verre. Étant donné la fragilité de ce matériau, leur application dans certains procédés agro-alimentaires ou pharmaceutiques est difficilement envisageable.

Réfractométrie

Le calcul de l'indice de réfraction (de l'angle critique de la réflexion totale) est une méthode de laboratoire éprouvée et qui sert à la détermination de la concentration ou de la densité à l'aide de divers tableaux d'étalonnage.

L'indice de réfraction sera déterminé par le biais d'une fenêtre optique. L'utilisation de réfractomètres pour les applications de fabrication s'accompagne de plusieurs inconvénients :

  • Le revêtement de la surface de la fenêtre produit une dérive des valeurs ou empêche totalement l'utilisation.
  • La conception est telle qu'un joint ou un raccord collé est nécessaire. Le joint ou le raccord peuvent être corrodés si ces instruments sont utilisés dans le cadre de processus agressifs.
  • Certains éléments électroniques (ligne CCD) nécessitent un refroidissement avec une cellule Peltier. Ces refroidisseurs ont une durée de vie limitée.
  • L'indice de réfraction dépend de la longueur d'ondes de la source lumineuse.
  • Les informations des tableaux d'indices de réfraction ou les tableaux d'étalonnage des appareils de laboratoire ne doivent pas être utilisées pour étalonner les appareils de fabrication.

Radiométrie

Une source radioactive envoie des rayonnements dans le matériau soumis à l'analyse. Le détecteur reçoit les rayonnements. Un scintillateur convertit les rayonnements radioactifs en éclairs de lumière et calcule leur nombre. Puisque la pénétration des rayons gamma dépend du matériau, la densité est déterminée à partir de l'intensité des rayonnements perçus.

1 : radiomètre doté d'une protection

2 : compteur à scintillation

3 : fixation servant à mesurer la distance dans la conduite

Récemment, la radiométrie a été remplacée par des technologies d'analyse plus modernes, étant donné que l'utilisation d'un radiomètre est soumise à des exigences réglementaires et que les coûts et les risques éventuels sont élevés :

  • long et onéreux processus d'approbation du matériel de la part de l'autorité réglementaire
  • entretien régulier, nécessité d'effectuer des recherches de fuite régulièrement
  • le Responsable de la radioprotection doit être formé
  • fourniture obligatoire d'informations et de documents aux pompiers
  • élimination très onéreuse des sources radioactives en cas d'échange ou de restitution de l'appareil
  • livraison nécessitant des véhicules spéciaux
  • employés exposés à un danger potentiel élevé