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Réfractométrie – La technologie de mesure en ligne de la concentration d’un liquide

Elscolab blog article - Réfractométrie – La technologie de mesure en ligne de la concentration d’un liquide

Raisons pour lesquelles la réfractométrie, ou mesure de l’indice de réfraction, constitue le meilleur choix.

Les méthodes de détermination en ligne ou en continu de la concentration d’un liquide sont légion. Il n’y a pas lieu de s’étonner que la sélection d’un système fiable et de qualité suscite un tel embarras. Les professionnels prennent volontiers un détour passant par une mesure de la densité d’un liquide pour en calculer la concentration. Vous allez découvrir ci-après que cette approche n’est pas forcément la meilleure. Mesure de l’indice de réfraction de la lumière dans le liquide considéré, la réfractométrie présente bien d’autres atouts.

Diverses techniques de mesure au choix

Bon nombre de méthodes de mesure de la concentration d’un liquide sont basées sur la densité. Les techniques les plus utilisées s’énoncent comme suit : tube en U, Coriolis, acoustique (vitesse de propagation du son), pression différentielle (cellule d/p), voire rayonnement nucléaire. Cette variabilité des techniques employées est révélatrice de l’absence d’applicabilité universelle de l’une quelconque d’entre elles. La réfractométrie est la seule technique de mesure directe de l’indice de réfraction. Mieux, la réfractométrie se prête à la mesure de la densité d’un liquide. Mais pour quelle raison faudrait-il prendre ce détour ?

Pourquoi est-il préférable d’opter pour la réfractométrie ?

La mesure de l’indice de réfraction est la seule méthode d’évaluation de l’ensemble des substances dissoutes dans un liquide. Et c’est bien de cela dont il s’agit, non ? D’autres techniques basées sur la densité partent d’une corrélation entre la densité et la grandeur mesurée, laquelle est également en rapport avec la concentration. Prenons à présent les débitmètres de Coriolis. Ces débitmètres mesurent le débit massique découlant de la densité d’un liquide, laquelle est corrélée à son tour avec la concentration. Nous connaissons tous le phénomène suivant : lorsque l’on plonge un crayon dans un verre d’eau, il semble se briser. L’angle de réfraction dépend de la concentration en substances dissoutes. Un réfractomètre permet de mesurer l’angle de réfraction et partant, la concentration du liquide considéré. 

L’influence des bulles d’air et/ou des particules solides en suspension est inexistante

Comme le montre la figure, la présence de bulles d’air ou de particules solides en suspension dans le liquide n’influe aucunement sur l’angle de réfraction. L’angle de réfraction ne permet de déterminer que la concentration en substances dissoutes. Les autres techniques de mesure basées sur la densité sont plus ou moins perturbées par la présence de bulles d’air ou de particules en suspension.

Saviez-vous que la présence de bulles d’air perturbe les mesures de la densité ? Lors de toute mesure de la densité, la présence de 1 % d’air dans le liquide considéré entraîne une erreur de 1 %, laquelle correspond à une erreur de 1,5 à 2,5 % affectant la mesure de la concentration.

Par opposition à bien d’autres techniques de mesure, la réfractométrie ne souffre nullement de la présence de particules solides. En revanche, les particules solides présentes dans un écoulement liquide sont susceptibles de se déposer sur des composants vitaux ou d’obstruer de petits conduits. Exemple : application de méthodes acoustiques ou de techniques reposant sur l’emploi de micro-ondes. Au demeurant, ces dernières permettent exclusivement de mesurer la quantité totale de substances solides ; en d’autres termes, la quantité de particules dissoutes ou non dans le liquide étudié. Et ce n’est pas ce que vous souhaitez.

Un débit constant ? Vous n’y pensez pas !

Au sein de processus industriels, les débits ne sont jamais d’une constance absolue. Les turbulences et variations de débit influent sur les débitmètres de Coriolis et les tubes en U affectés à la détermination de la densité de fluides. En revanche, un réfractomètre est complètement insensible à ces variables. Par ailleurs, cet instrument permet de procéder sans problème à l’exécution de mesures sur un produit immobile. Un réfractomètre se passe de toute vitesse d’écoulement ou de tout débit minimal.

Chocs thermiques, coups de bélier et résonance

La température influe de toute évidence sur l’ensemble des principes de mesure. Seules varient la nature et l’importance de cette influence. Comme la majorité des densitomètres sont exécutés en métal, ils sont relativement lourds et encombrants. En cas de variations de température, les mesures effectuées ne redeviendront stables et fiables qu’après avoir atteint un nouvel équilibre thermique. Il va sans dire que la température influe également sur un réfractomètre en ligne. S’agissant des réfractomètres, il suffit toutefois de mesurer les variations de température au niveau du prisme et de compenser immédiatement.

Les réfractomètres en ligne proposés par K-Patents / Vaisala se distinguent par leur conception brevetée. Les fameuses « core optics » sont incorporées à un bloc massif auquel un jeu de ressorts spéciaux permet d’absorber les vibrations et variations de pression. La résonance consécutive à la manifestation de vibrations et de variations brutales de la pression, imputables par exemple à l’ouverture ou à la fermeture d’un clapet monté en aval, met à mal la stabilité et la précision de la plupart des densitomètres.

Absence de dérive des réfractomètres

En raison du principe de mesure en tant que tel et de ses « core optics » brevetées (voir ci-avant), un réfractomètre ne subit aucune dérive. Il s’ensuit que tout (ré)étalonnage est superflu ! Le fabricant procède à l’étalonnage de base en se fondant sur les données scientifiques et études d’application dont il dispose. On observe parfois certaines divergences par rapport aux mesures de contrôle, mais il est possible d’y remédier sans peine. 

Les professionnels qui ont déjà eu l’occasion de faire étalonner un densitomètre, un débitmètre de Coriolis ou un instrument acoustique savent à quel point l’entreprise est hasardeuse, chronophage et coûteuse. Au besoin, tout utilisateur pourra procéder, de temps à autre, à une validation de son réfractomètre à l’aide d’étalons de référence certifiés, une opération que ne lui prendra que quelques minutes. 

Montage du réfractomètre en un point quelconque de l’installation

En ce qui concerne l’installation de densitomètres, les différents modèles présentent des limitations spécifiques sur le plan du montage. L’exécution de mesures à l’aide d’un tube en U n’est envisageable qu’en dérivation. Les débitmètres de Coriolis sont susceptibles d’être montés en ligne, mais le diamètre de la canalisation influe sur le prix de revient. Les appareils de mesure de la vitesse du son se caractérisent par un degré de précision plus élevé dans les canalisations de grand gabarit que dans celles de moindre gabarit, cependant que les capteurs de densité à micro-ondes ne s’accommodent que de canalisations d’une section restreinte.

Les réfractomètres ne sont soumis à aucune de ces restrictions. Qu’il s’agisse d’une canalisation principale ou d’une dérivation, d’une conduite de grande section ou d’une modeste tuyauterie ou encore d’une installation dans une cuve équipée ou non d’un racleur rotatif, toutes les options sont envisageables !

Conclusion

La mesure de l’indice de réfraction au moyen d’un réfractomètre en ligne est la seule technique qui autorise une mesure directe de la concentration du milieu considéré. Pression, température, présence de particules solides, vibrations, dérive, etc., aucune de ces variables n’influe sur les mesures effectuées. La réfractométrie est une technique de mesure fiable et stable qui ne requiert aucun étalonnage et ne nécessite virtuellement aucune maintenance. La réfractométrie livre des résultats de mesure satisfaisants qui vous permettront de faire des économies, d’améliorer la qualité de vos produits et d’optimiser le rendement de vos installations. C’est l’objectif visé, non ?

 

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