Qu'est-ce qu'un analyseur de pH
Un analyseur de pH mesure en continu l'acidité ou l'alcalinité d'un flux de procédé, sur place, et transforme cette mesure en un signal sur lequel un système de contrôle peut agir. L'acidité ne se mesure pas directement : le capteur développe une faible tension aux bornes d'une membrane de verre dont la réponse suit l'activité des ions hydrogène de la solution, et l'analyseur convertit ce signal en millivolts en une valeur de pH, au moyen d'un étalonnage compensé en température.
La différence pratique entre un analyseur et un pH-mètre tient à ce qui se passe après la mesure. Un pH-mètre se porte jusqu'à un échantillon et se lit ; un analyseur s'installe dans la ligne ou dans la cuve et y reste, fournissant un signal à une pompe doseuse, à un régulateur ou à un enregistreur. C'est pourquoi ce type apparaît partout où le pH doit être maintenu plutôt que simplement vérifié : neutralisation d'effluents, dosage chimique, fermentation, traitement des eaux de chaudière et de refroidissement, et procédés agroalimentaires où un lot doit être prouvé à l'intérieur d'une plage.
L'essentiel de la difficulté, dans ces installations, n'est pas dans l'électronique. Elle est dans l'électrode : sa tenue au milieu, le maintien d'une jonction de référence ouverte dans un flux sale ou riche en protéines, et l'accessibilité pour le nettoyage et l'étalonnage. Cette page traite de ces décisions, et de la frontière entre un analyseur de pH et les mesures voisines avec lesquelles on le confond souvent.
Comment mesure un analyseur de pH
Une électrode de mesure en verre et une électrode de référence forment une cellule dont la tension dépend de l'activité des ions hydrogène de la solution située entre elles. La relation est logarithmique : une unité de pH correspond donc à une variation fixe en millivolts et non à une variation linéaire ; l'analyseur convertit cet écart de millivolts en une valeur de pH à l'aide d'un étalonnage établi sur des solutions tampons connues.
Deux faits découlent de cette construction. D'abord, la mesure est une comparaison : la moitié de référence de la cellule est donc aussi importante que la moitié de mesure. Une jonction de référence bouchée ou épuisée se manifeste par une mesure qui dérive ou qui répond lentement, et qu'aucun réétalonnage ne corrige. Ensuite, la membrane de verre est une pièce d'usure. Elle vieillit, elle se déshydrate si on la laisse sécher, et elle est attaquée par l'acide fluorhydrique et par les bases fortes à température élevée. Une mesure de pH qui ne tient pas l'étalonnage signale généralement l'état de l'électrode et non une panne du transmetteur.
La température modifie la tension de la cellule et modifie aussi la chimie du procédé lui-même. La compensation automatique de température corrige la réponse de l'électrode à la température mesurée, mais elle ne peut pas corriger un procédé dont le pH varie réellement avec la température. Ce sont deux choses différentes, et une seule des deux est un problème de compensation.
Choix de configuration
L'essentiel de la spécification est déterminé par ces décisions plutôt que par la classe d'exactitude. Chacune contraint la suivante, c'est pourquoi elles sont tranchées dans l'ordre.
| Configuration | Options à fixer | Ce que cela détermine réellement |
| Type d'électrode de mesure | Bulbe de verre, verre à surface plane, et corps solides non vitreux ou à base d'antimoine | La tenue du capteur au milieu et l'entretien qu'il demande. Une surface plane résiste à l'abrasion et aux dépôts là où un bulbe s'encrasserait ou casserait. |
| Système de référence | Jonction simple ou double, sous forme gélifiée, rechargeable ou solide | Le comportement de la référence dans un flux sale, chargé de sulfures ou riche en protéines. Une double jonction sépare la référence de l'échantillon, ce qui la maintient en vie dans les milieux agressifs. |
| Compensation de température | Automatique, avec un capteur intégré ou séparé, ou manuelle | La capacité de l'affichage à suivre la réponse de l'électrode lorsque la température du procédé varie. Sans elle, une électrode correcte annonce une valeur fausse dès que la température diffère du point d'étalonnage. |
| Mode de montage | Immersion, insertion, traversée, et raccords extractibles ou à boisseau sphérique | La possibilité d'atteindre et de retirer le capteur sans vidanger la ligne. Sur une ligne sous pression, cela décide si l'étalonnage est une tâche de routine ou un arrêt d'installation. |
| Disposition du transmetteur | Monté en tête sur l'électrode, ou analyseur séparé installé en un point commode | La possibilité de lire la valeur là où passe la tuyauterie, ou là où une personne peut la voir et l'exploiter. |
| Sorties et régulation | 4-20 mA, relais d'alarme et de dosage, et options de bus numérique | Si l'analyseur se contente de rendre compte, ou s'il pilote aussi une pompe doseuse ou une vanne. La régulation par relais est ce qui permet une boucle de neutralisation autonome. |
| Dispositif de nettoyage | Nettoyage manuel, ou nettoyeur automatique à jet, à brosse ou à ultrasons | La fréquence à laquelle quelqu'un doit ouvrir la ligne. Sur un service encrassant, la méthode de nettoyage fixe en grande partie le coût d'entretien. |
| Raccordement process et matériau du corps | Taille du raccord, profondeur d'insertion, et matériau du corps mouillé | La compatibilité du montage avec le bossage existant, et sa tenue au milieu à la température et à la pression du procédé. |
Comment choisir un analyseur de pH
| Critère | Pourquoi il décide de la réponse | Comment le fixer avant de nous consulter |
|---|
| Plage de pH et bande de régulation | Un procédé maintenu près du point neutre et un procédé qui balaie toute l'échelle n'imposent pas les mêmes contraintes à l'électrode ni à la routine d'étalonnage | Indiquez la plage attendue et, plus important encore, la bande à maintenir. |
| Température du procédé | Elle commande à la fois le choix de l'électrode et la durée de vie du capteur | Donnez la température normale et la température maximale, y compris tout cycle de nettoyage ou de stérilisation. |
| Environnement chimique | Acide fluorhydrique, bases fortes, sulfures et matières organiques attaquent chacun une partie différente de la cellule | Listez tous les milieux que le capteur rencontrera, y compris les produits de nettoyage. |
| Solides, fibres et tendance à l'encrassement | L'encrassement bouche la jonction bien avant d'endommager le verre | Décrivez le contenu du flux et si la ligne demande déjà un nettoyage. |
| Pression, et sa stabilité | La jonction de référence réagit à la pression, et un vide ou une pression oscillante peut aspirer la référence dans l'échantillon | Précisez la pression de ligne et si elle est stable. |
| Accès pour l'entretien | Un analyseur inaccessible est un analyseur qui dérive | Indiquez si le capteur peut être retiré d'une ligne en service et l'espace disponible autour de lui. |
| Classement de zone et lavage | Ils modifient le boîtier et les raccords, et pas seulement l'étiquette | Précisez le classement et si la zone est lavée au jet. |
Si l'un de ces points reste ouvert, envoyez ce qui est connu. Un devis peut être établi sur une description de service et affiné une fois les lacunes comblées.
Les alternatives les plus proches
Ce sont les types que recouvre généralement une demande pour un analyseur de pH, et le moment où le choix se décide vraiment.
| Alternative la plus proche | Ce qui la distingue d'un analyseur de pH |
| PH-mètres de procédé | La même chimie d'électrode dans un montage plus simple, destiné à l'indication locale plutôt qu'à une boucle de régulation. Lorsque la mesure doit piloter un dosage ou être enregistrée en continu, c'est l'analyseur qu'il faut ; lorsqu'il s'agit simplement de voir la valeur sur la cuve, le pH-mètre suffit. |
| Analyseurs ORP | Mesurent le potentiel d'oxydo-réduction de la solution en millivolts, ce dont ont réellement besoin la désinfection et certaines boucles de dosage d'oxydant. Ce n'est pas un équivalent du pH : un flux chloré peut garder un pH stable tandis que son ORP évolue, et l'inverse est tout aussi possible. |
| Analyseurs de conductivité | Comptent les ions dissous plutôt que les ions hydrogène. Ils sont bien plus robustes dans les flux sales et ne demandent aucune jonction de référence, ce qui les fait préférer pour la surveillance des eaux de rinçage et la détection de contaminations. Ils ne distinguent pas un acide d'une base. |
| Analyseurs de chlore | Mesurent directement le désinfectant résiduel. Le pH et le chlore sont liés par la chimie mais ne sont pas interchangeables dans une boucle : lorsque l'obligation porte sur un chlore libre résiduel, mesurer le pH et en déduire le chlore ne démontre pas la conformité. |
| Analyseurs de TDS | Affichent les solides dissous totaux, généralement déduits d'une mesure de conductivité. Ils répondent à la question de la quantité dissoute, et non de l'acidité ou de l'alcalinité, et ils sont insensibles à l'équilibre entre les deux. |
| Analyseurs de qualité de l'eau | Un ensemble multiparamètre pouvant inclure une voie de pH parmi d'autres. Il convient à une station de surveillance où plusieurs mesures sont voulues en un seul point ; un analyseur dédié est préférable lorsqu'une mesure doit être régulée finement. |
Quatre de ces appareils sont fréquemment spécifiés là où le pH était en réalité l'exigence, et deux d'entre eux ne peuvent pas répondre à la question du tout. Trancher ce point avant de commander l'instrument coûte moins cher que de le découvrir après l'installation.
Ce qu'il faut inclure dans la demande
La première réponse peut être un devis plutôt qu'une série de questions si la demande contient ces éléments. Lorsqu'un chiffre est inconnu, envoyez la description de l'usage et nous confirmerons ce qu'il implique.
- Nom et composition du milieu, y compris les fluides de nettoyage et de stérilisation
- Plage de pH attendue, et bande à maintenir
- Températures normale, maximale et de nettoyage
- Pression de ligne, sa stabilité, et présence éventuelle de vide
- Solides, fibres, huile ou tendance à l'encrassement dans le flux
- Nécessité pour la mesure de piloter un dosage, ou seulement d'être affichée et enregistrée
- Mode de montage possible au point de mesure, et accès pour le retrait
- Sortie requise, et ce qui la lira
- Classement de zone et exigence de lavage
- Quantité, port de destination et date de livraison requise
