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Dispositif pour la contrôle et le réglage automatique de la composition chimique d'un électrolyte par mesure de sa résistance électri- qu e .
Le présent brevet a pour objet un dispositif pour le contrôle et le réglage automatique de la composition chimique d'un é- leotrolyte par mesure de sa résistance électrique .
Dans le contrôle et le réglage automatique de la composition chimique des solutions électrolytiques par la détermination de leur résistance électrique il est indispensable de tenir compte de l'influence de la température , car la résistance de l'électrolytee dépend non seulement de sa concentration , mais encore en forte proportion de sa température . On sait que cette résistance diminue de 2-3% pour une augmentation de température de un degré centigra- de Dans certains cas , on procède donc de sorte qu'on mesure non seulement la résistance électrique mais encore la température et que l'on corrige les valeurs de résistance à l'aide de tables numériques ou de tables à courbes .
Cette manière de procéder est cependant peut commode , elle exige beaucoup de temps surtout si le processus chimique soumis au contrôle doit constamment être enregistré par un appareil imprimeur à encre ou lorsque ce processus doit être maintenu par un appareil régulateur automatique au niveau
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d'une caractéristique idéale constante . Pour ce motif on a déjà essayé d'éliminer lors de la mesure de la résistance l'influence de la température de l'électrolyte en utilisant un montage spécial compensateur de température .
Ce montage oompensateur consiste par expl. , à monter deux résistances , l'une en parallèle aveo l'élec- trolyte , l'autre an série dans le circuit, ces résistances ayant des valeurs chimiques et des coefficients de température appropriée. dans On arrive ainsi à une combinaison qui,des limites de concentration et de température déterminées peut servir à mesurer la résistance de la concentration par ce que l'influence de la température de l'électrolyte se trouve compensée d'une manière plus ou moins exac- te .
L'exécution pratique de cette méthode de mesure présente oepen- dant certaines difficultés techniques qui résident principalement dans le fait que l'énergie disponible pour assurer le fonctionnement de l'instrument de mesure électrique par résistance est en rai- son du débit absorbé par les éléments du montage de compensation susmentionné , dans beaucoup de cas trop faible pour que la mesure s'effectue d'une manière irréprochable .
On utilise également des appareils pour mesurer la force électromotrice de la concentration dans lesquels plusieurs bobines ou groupes de bobines agissent sur l'organe mobile de l'appareil de mesure électrique utilisé pour la mesure par résistance l'une des bobines ou l'un des groupes de bobines est parcouru par un ou plusieurs courants proportionnels tandis qu'une autre bobine ou ou un autre groupe de bobines est parcouru par un/plusieurs courants dont l'effet ou les effets compensent l'influence des oscillations dues aux variations de température de l'électrolyte sur le résul- tat de mesure .
Il est d'autre part connu d'installer lors de me- sures de l'électrolyte un montage en pont afin de produire une compensation de l'effet de la température de l'électrolyte, et dans les branchements duquel montage on intercale aussi bien l'électro- lyte qu'une résistance ( thermomètre à résistance )exposée à la
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température de l'électrolyte et dépendant d'elle 1 alors que le cou- rant de mesure ( courant diagonal du pont ) traversant la ou les bobines faisant partie de l'instrument de mesure par résistance est approximativement proportionnel au courant traversant l'électrolyte et par conséquent à la résistance de ce dernier .
Tous ces montages ou dispositions utilisés pour la compen- sation de l'influence de la température de l'électrolyte ont pour inconvénient principal de ne tenir compte que dans de faibles limiten de la variation de la concentration de l'éleotrolyte dans la compensation de température parce que cette compensation n'est réellement exacte qu'en un des deux points de la zone de mesure de concentration .
Plus les zones de concentration et de température à contrôler sont étendues, plus les écarts se produisant en dehors desdits points importants deviennent et constituent ainsi pratiquement les erreurs de mesure - Dans le cas spécial où la conductibilité de l'électrolyte est égale à zéro c'est à dire qu'il constitue un distillat pur , l'instrument de mesure par résistance oscille d'une façon quelconque 1 dépendant uniquement de la température de l'électrolyte et faisant croire à un degré de concentration qui ne correspond pas à la réalité .
La présente invention a pour objet une installation simple et particulièrement pratique pour contrôler et régler automa- tiquement les conditions chimiques d'électrolytes par la mesure é- leotrique des résistances et dans laquelle la prise en considération de la température de l'électrolyte s'effectue en évitant les inconvénients susmentionnés .
Dans cette installation on utilise comme dans les montages courants , un instrument de mesure électri- que par résistance sur l'organe mobile duquel agissent plusieurs bobines ou groupes de bobines , l'une d'elles ou l'un d'eux est traversé par un ou plusieurs courants proportionnels au courant de l'électrolyte,tandis qu'une autre bobine ou un autre groupe de bobines est traversé par un ou plusieurs courants dont l'effet oom-
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pense l'influence des variations de la température de l'élestreolyte sur le résultat de la mesure .
L'essence de l'invention réside par oontre dans le fait que cette bobine ou ce groupe de bobines dont l'effet compense l'influence des variations de la température de l'électrolyte est traversé par un ou plusieurs courants dont l'influence est proportionnelle ou presque au produit du courant de l'électrolyte (J) multiplié par la différence entre une température témein (to) et la température momentanément régnante (tw) de l'eleotrolyte .
Par ce fait on réalise le progrès technique considérable que la lecture effectuée-sur l'instrument de mesure par résistance correspondant au changement de température de l'éleotrolyte n'est pas seulement proportionnelle à la différence entre la température respective momentanée de l'électrolyte (tw) et de la température témoin (to) prise pour base de l'étalonnage mais encore - ce qui est très important - proportionnelle au courant de 1'électrolyte (J) . Si ce dernier tombe p.expl. à la moitié ,la déviation de l'oscillation de l'instrument de mesure par résistance correspondant à la variation de température (t - to)de l'éleotrolyte tombe également à la moitié si la température est constante à ce moment .
En présument que le ooéftiioignt de conductibilité des électrolytes à faible saturation uti lisés dans le commerce , diminué fortement par la teneur saline suit une loi linéaire et que le coefficient de température est pratiquement indépendant de la concentration de l'électrolyte - ces deux présomptions étant réaliodes généralement - on peut déterminer la conductisilité électrique de la solution électrolytique par une équation fort simple .
* Si 1' électrolyte montre la résistance Re à une température déterminée to ( température témoin ) prise pour base d'étalonnage de l'instrument de mesure par résistance , on obtient la résistance Rwaux con- ditions de température entrant pratiquement en question valable pour une température ( température active) tw approximativement par l'équation suivante ( x = coefficient de température de l'élec-
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trolyte ) t
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Si par expl.
la concentration de l'électrolyte reste constante et si la température monte , sa conductibilité s'élève également et fait croire en raison de l'influence proportionnelle plus grande exercée sur l'instrument servant à la mesure de la résistance ou de la conductibilité - à une concentration plus grande qu'elle n'existe en réalité si l'on ne tient pas compte de cette influence de température en se munissant d'une base de correction spéciale quelconque . Si l'on branchait p. expl. l'électrolyte, avec l'utilisation d'un ampèrmètre d'une résistance négligeable , sur un voltage de mesure E ,l'ampèrmètre serait traversé par un courant J qui serait proportionnel à la conductibilité respective 1/Rw.
Les ampères-tours AW agissant sur l'organe mobile et par conséquent l'indication de cet instrument correspondraient par conséquent à la conductibilité respective 1/Rw qui ne dépend pas seulement da la concentration mais aussi de la température .:
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AW = eonot. J = oonst. 1/. = oonst. RO 411-X 1 (tw - t 0
Suivant l'invention les ampères-tours agissant sur l'organe mobile de l'instrument de mesure par résistance comprennent deux composantes AW1et AW2qui correspondent à l'équation suivante :
AW1= C1.
J et AW2 = C2.J. X'' .( tw - to). dans laquelle: c1,c2 désignent des oonstantes de proportionalité , J le courant traversant l'électrolyte et x' le coefficient de tem- pérature ( p. expl. d'un thermomètre à résistance ) servant à la compensation du coefficient de température de l'éleotrolyte . Les ampères-tours AW agissant sur l'appareil de mesure de l'instrument
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résultent alors de l'quation suivante s AW =AW, -AW.,=O..J . 1 - 2 . x' tw - to) -'- AW2= l - "'1ü mais Comme 3 est proportionnel à la capacité conductricel/Rw' on pont écrire !
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AV7 - conot. 1' ! 1 - Ce x' ( t".- ta)] R,,, a [1 - x .
( te 0 1 Si l'on fait X$ a 02 = X ci on obtient AW = oonst . 1 .
Ro
Les ampères-tours AW agissant sur l'instrument de mesure de la résistance sont donc toujours proportionnels à la capacité conductrice 1/Ro correspondant à la température témoin to et indé- pendants des variations de la température de l'éectrolyte.
L'installation établie suivant l'invention peut être fai- te de différentes façons . si l'on dispose d'un voltage de mesure constant maintenu artifioiellement/à 1'aide de moyens connus ( P. expl. lem- pas à filament de fer ou transformateurs maintenant le voltage cons- tant on peut utiliser à titre d'instrument de mesure par réeistan- ce un ampèrmètre dont la bobine de mesure est , suivant l'inven- tion subdivisée en plusieurs bobines ou groupes de bobines .Il ont cependant très utile afin de rester indépendant de la valeur du voltage de mesure d'employer un instrument de mesure du quo- tient ( par expl.
instrument de mesure du quotient à bobines croisées ou bobines tournantes ) dont les bobines de mesure sent suivant l'invention , subdivisées en plusieurs bobines ou groupes de bobi- nes . Si l'on emploie un instrument de mesure à courant alternatif on a l'avantage de pouvoir supprimer les redresseurs. t'instrument de mesure de la résistance peut de toute façon adopter la caractèrs caractère d'un dispositif enregistreur ou imprimeur ou il peut en- ocre former l'organe accessoire d'un appareil régulateur automati- que .
Suivant l'invention dans certains cas on peut t outre lee deux bobines ou groupes de 'bobinas fournissant les ampères- tours AW1 et AW2'aménager encore une ou plusieurs bobines ou
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groupes de bobines traversées par le courant indépendant de la résistance de l'électrolyte . Cette variante peut présenter ales avan- tages , par expl* dans les appareils de mesure du quotient et surtout lorsqu.il s'agit d'établir des zones de mesure adaptées à des conditions de service spéciales ( p. expl. des fractions de zones).
L'influence des différentes bobines ou groupes de bobines sur l' organe mobile de l'instrument de mesure peut se manifester de dif- férentes manières Le plus simple est de les laisser agir directement sur le dit organe à. titre de bobines inductioes. D'autre part il peut parfois être pratique de faire agir les différentes bobines seules ou en groupes par l'intermédiaire d'un ou de , plusieurs trainsformateurs sur l'organe mobile de l'instrument de mesure .
On peut encore faire agir une partie des bobines indivi- duelles ou des groupes de bobines à titre de bobine ou bobines de mesure directement sur l'organe mobile de l'instrument de mesure tandis que l'autre partie des bobines ou de leurs groupes influence cet organe par induction par l'intermédiaire d'un ou de plusieurs transformateurs .
Suivant l'invention le montage des bobines ou des groupes de bobines ( AW) traversés par un ou plusieurs courants proportionnels au courant passant dans l'électrolyte s'effectue en série avec l'électrolyte de sorte qu'elle ou son groupe soit traversé par la totalité du courant d'électrolyte ou par une partie .
Pour produire l'influence du courant ( AW2 ) proportionnelle tant au courant d'élestrolyte qu'à la différence de température respective , on utilise suivant l'invention un montage à pont ou un montage différentiel ou plusieurs de ces montages traversés par un courant proportionnel au courant d'électrolyte et sur les conducteurs desquels on branche une ou plusieurs résistances sensibles aux températures ( thermoétre à résistance ) et exposées à la température de l'électrolyte.
Suivant l'invention on monte ces montages à pont ou différentiels de préférence en série avec l'éleotrolyte de manière qu'ils soient traversés par la totalité ou une partie du courant d'électrolyte .
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Au dessin ci-annexé donne à titre d.exemple 1* d8Ílx formes d'exécution des montages ont été représentées aohenatiquemetit t Suivant 1. exemple de la fige 1 on utilise comme instrument de mesu-
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re par résistance un ampèrmétre en combinaison aveo un voltage de mesure maintenu artificiellement constantalors qu'on emploie suivant l'expl. spécialement pratique de la fig. 2 un instrument de mesure du quotient à courant alternatif indépendant du voltage (p. expl. un instrument de mesure du quotient à armature tournante )
Suivant la fige 1 S désigne la bobine de mesure ( P.expl.
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bobine tournante d'un dleotroclynamomètre à exoitation indépendante à circuit magnétique fermé ) subdivisée en deux bobines partielles
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SI et S2 .
La bobine SI se trouve en dérivation par rapport à la ré*sistanoe égalisatrice Ret elle est montée en série avec la résistance de le6leotrolyte devant être oontrôlé , ( électrodes A et B ) de sorte qu'elle est traversée par une fraction du couraht d'éleotrolyte J
Les ampères-tours AW de la bobine Si sont donc (tannes par l'équation AW1 = CI. J ,dans laquelle C1 désigne une constante de proportionalité . La bobine S2 est reliée par une résistance Rv à à un montage à pont parcouru par le courant d'électrolyte J ,et qui se compose ,des thermomètres à résistance T' , T" exposés à la température tw de l'électrolyte et des résistances étalon R' ,R".
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Les ampères-tours At2 de la bobine S2 sont donc donnés par l'èquation A92 = o 2 .J.x' ( te - to j , dans laquelle 02 désigne une constante de proportionalité , x' le coefficient de température des thermomètres à. résistance T' , T" servant à la compensation de la temp6- rature et to la température d'origine mise à la base de l'étalonnage de l'appareil .Les ampères-tours AW de la bobine S nécessaires
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pour les indications de l'ampèrmétre M résultent suivant 1'iven-
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tion de l'équation suivante t Alr9=A91-APl2=Ol .J. 1- ¯' x' .
( t-tc,) a1
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Dans la frigo 2 si et Se désignent les deux bob1nos de
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mesure d'un instrument Q pour déterminer la valeur du quotient se prêtant à la mesure par résistance , indépendant du voltage et qui peut par expl. affecter la forme d'un instrument de mesure pour le quotient avec armature rotative annulaire . Ces bobines de mesu- re sont reliées aux bobines secondaires SN1 , S N2 de deux transfor- mateurs T1' T2' les courants J , J circulant dans les bobines de mesure S S sont donc proportiolnlellement équivalents aux am-
1 pères-tours résultant et agissant sur les transformateurs .
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Dans l'expl. reprdsenté , les bobines Sgl , SK 2 sont con- neotées par l'entremise des résistances R1'R2 à la tension de mesure E qui peut ne pas être absolument constante dans l'occurence.
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Les ampères-tours de Bzz et SKQsont donc complètement indépendants du courant J passant dans l'électrolyte . Les ampères-tours Awi ' Aw"'. des bobines 1 $ %2 'traversées par le courant traversant l' électrolyte J sont proportionnellement égaux à ce courant . Les bo-
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bines ST j ,Sorment un montage différentiel avec le thermomètre à résistance te et la résistance témoin fixe R ) les bobines Se
V T SV constituent en plus un seoond montage différentiel avec le ther- mométre à résistance T" et la résistance témoin R" .
Les deux mon-
V tages différentiels sont parcourus par la courant passant dans l'é- leotrolyte J et produisent sur les transformateurs T1 et T2 uns action magnétisanteproportionnelle au courant J et à la différence de
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température momentanée tw - to .
Le sens d'enroulement des différentes bobines et de leurs groupes est suivant la fig. 2 choisi de telle manière qu'à température croissante d'électrolyte les ampères-tours ( AW') produits par
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le montage différentiel Se , s'v y Te Ry agissent à l'encontre des ampères-tours de la bobine 6.MI ; il en est de même en ce qui concerne le montage différentiel Si Su 1.'11 R"v, de sorte que les ampères-tours AW2" produits par ce montage agissent également à l'encontre des tours-ampères de la bobine S.
Le sens d'enroule-
M2 ment des différentes bobines et groupes de 'bobines des transforma-
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teurs '1 , y W2 a été choisi en plus de telle sorte que les effets
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des ampères-tours résultants produits par eux s'entraident quant à leur effet produit sur l'organe mobile de l'instrument de mesure du quotient Q afin de garantir la plus haute sensibilité de la mesure et la sécurité de réglage nécessaire de cet instrument . Dans
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le cas présent les formules AWl A12 ainsi que AW t A1 + AWi) - (AW2 + AW" ) sont suivant l'invention décisives pour l'indioa- du tion de l'instrument de mesure quotient Q .
Les ampères-touts ré- sultants relèvent de l'équation susmentionnée et déjè expliquée ci-dessus ! :
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L'invention permet l'exécution très précise et exacte de mesures de la valeur des électrolytes parce que d'une part , le principe pris pour base de la compensation de température est thécriquement irréprochable et qu'on peut d'autre part utiliser des isstruments de mesure relativement forte pour la mesure par résistance en raison de l'utilisation favorable de l'énergie de mesure disponi- ble .
Les appareils se conformant à l'idée de l'invention peu- vent servir partout où 11 s'agit de contrôler la capacité de conductibilité d'un électrolyte par la mesure de la résistance électrique ou de le régler automatiquement selon une caractéristique idéale . L'invention est particulièrement importante pour les mesures industrielles ( p,expl. pour déterminer la teneur de ohaux dans l'eau d'alimentation des chaudières ) mais elle peut tout aussi bien trouver des applications dans les recherches scientifiques .
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