Contrôleur pH/ORP en ligne

Un analyseur de pH est l’appareil qui transforme l’acidité en une grandeur sur laquelle un système de commande peut agir. Il se tient dans la ligne ou sur la paroi du réservoir, lit en continu par une électrode de verre et tient une sortie courant qu’une pompe de dosage, un contrôleur ou un enregistreur peut suivre. Cette gamme couvre trois contrôleurs encastrés construits sur la même chimie d’électrode : un niveau haut de gamme à afficheur de 4,3 pouces, deux sorties isolées et un contact de nettoyage séparé, et deux niveaux à afficheur de 2,8 pouces qui reprennent la même exactitude pH dans des boîtiers plus petits à sortie unique.

Les trois niveaux se lisent plus facilement comme une décision sur le boîtier et sur la boucle que comme une décision sur la mesure. Les trois lisent le pH à ±0,02 et acceptent les mêmes électrodes. Ce qui change sous le haut de gamme, c’est le nombre de valeurs que l’appareil peut transmettre à la fois, le nombre de contacts qu’il offre et la place qu’il occupe sur la façade.

Ce que le contrôleur mesure

La mesure principale est le pH. Une seconde se tient derrière, l’ORP, que le même appareil lit lorsqu’une électrode ORP remplace l’électrode de pH. Les deux ne sont pas des variantes l’une de l’autre : le pH rend compte de l’activité des ions hydrogène sur une échelle logarithmique, tandis que l’ORP rend compte, en millivolts, de la tendance oxydante ou réductrice de la solution. Un flux chloré peut maintenir un pH stable pendant que son ORP bouge, si bien qu’une boucle de désinfection et une boucle de neutralisation ne mesurent pas la même chose même lorsqu’elles sont sur la même installation.

Le niveau haut de gamme étend la plage de pH à -(2,0016,00) et prend en charge une électrode d’antimoine, ce qui compte en acide fort et en base forte là où une membrane de verre ne survivrait pas. Les deux niveaux plus petits travaillent sur 014 pH. Du côté ORP, le haut de gamme atteint ±2000 mV, le niveau économique est limité à -1000~+1000 mV, et le niveau intermédiaire couvre cette plage avec ±2000 mV réalisables sur commande.

Comment fonctionne la mesure

Une électrode de mesure en verre et une électrode de référence forment une cellule électrochimique, et la tension à ses bornes dépend de l’activité des ions hydrogène de la solution qui les sépare. La réponse est logarithmique, si bien qu’une variation donnée en millivolts correspond à une variation donnée en pH plutôt qu’à une variation proportionnelle. Le contrôleur transforme cette tension en valeur pH à l’aide d’un étalonnage établi contre des solutions tampons de pH connu, et applique une compensation de température pour corriger la réponse de l’électrode à la température réellement mesurée.

Trois conséquences en découlent, et les trois comptent plus que l’électronique. La première est que la mesure est une comparaison, si bien que la moitié de référence de la cellule compte autant que la moitié de mesure : une jonction de référence partiellement obstruée ou épuisée apparaît comme une lecture qui dérive ou qui répond lentement, et aucun réétalonnage n’y remédie. La seconde est que la membrane de verre est un consommable. 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. La troisième est que la compensation de température corrige l’électrode, non le procédé : lorsque le pH du procédé varie réellement avec la température, la compensation suit la réponse de l’électrode et rend le pH vrai à cette température, ce qui n’est pas la même affirmation que le pH contre lequel le cahier des charges a été écrit.

Le montage de la compensation diffère selon le niveau. Le haut de gamme offre une compensation manuelle et une compensation linéaire automatique, avec des compensations dédiées acide, alcaline et eau pure pour les fluides où un seul modèle linéaire n’est pas assez exact. Le niveau intermédiaire accepte une sonde NTC10K ou Pt1000 et le niveau économique une sonde NTC10K, tous deux sur une plage de -10 à 130 °C. Sur chaque niveau, la plage utilisable est fixée par l’électrode montée, et le document ne fournit aucun tableau de température pour les électrodes.

Choisir entre les trois niveaux

Partez de la boucle plutôt que du tableau. Si l’installation n’a qu’à transmettre une valeur et couper une charge, les niveaux plus petits font tout le travail dans une découpe de 96 x 96 mm ou de 100 x 100 mm. Si le pH et une seconde valeur doivent être transmis tous les deux, ce sont les deux sorties isolées du haut de gamme qui rendent cela possible sans second appareil, et ses trois contacts - deux d’alarme et un de nettoyage - permettent de séquencer un nettoyeur à jet ou à brosse sans emprunter un relais d’alarme.

Vérifiez ensuite l’alimentation, car les trois niveaux ne sont pas interchangeables de ce point de vue. Le haut de gamme accepte AC (85265) V ou DC (21,626,4) V, si bien qu’il fonctionnera sur ce que le tableau fournit. Le niveau économique prend AC 220 V ±10 % à 50 Hz ou DC 24 V, et le niveau intermédiaire AC 220 V ±10 % à 50 ou 60 Hz ou DC 24 V ±20 %, avec une puissance d’entrée d’au moins 6 W. Le document avertit expressément de ne pas mélanger ces montages, et un tableau alimenté hors des gammes les plus étroites demandera le haut de gamme ou une alimentation séparée.

Puis tranchez la façade elle-même. Les trois boîtiers sont de tailles différentes et les lunettes avant ne sont pas interchangeables, si bien que la découpe doit être arrêtée avant que la façade ne soit percée. Le matériau du boîtier, le joint et l’indice de protection ne sont pas indiqués dans le document, ce qui compte sur un mur soumis au lavage à grande eau.

Choisir l’électrode

Le contrôleur ne fait que la moitié de la boucle, et sur la plupart des installations c’est l’électrode qui décide si la mesure fonctionne. Le document liste une gamme partielle d’électrodes assorties - un modèle à corps plastique pour le travail en ligne continu et cinq modèles en verre pour la qualité de l’eau courante - sans tableau de paramètres pour aucune d’elles. Plages, limites de température, limites de pression et filetages de raccordement doivent donc être confirmés modèle par modèle plutôt que lus sur cette page.

Quatre questions décident de l’électrode, et elles méritent une réponse avant la commande de l’appareil. Que contient le milieu : l’acide fluorhydrique, les bases fortes, les sulfures, les huiles, les protéines et les solides denses attaquent chacun une partie différente de la cellule. À quelle température il travaille, y compris tout cycle de nettoyage ou de stérilisation, car cela décide à la fois de l’électrode et de sa durée de vie. Quelle est la pression de la ligne et si elle varie, parce que la jonction de référence réagit à la pression et qu’une pression oscillante ou un vide peut appeler la référence dans l’échantillon. Et comment le capteur sera atteint : une électrode qu’on ne peut ni retirer ni nettoyer sans vider la ligne est une électrode qui dérivera.

L’avertissement même du document mérite d’être répété. La plage de compensation de température est annoncée de -10 à 130 °C, mais la plage de mesure utilisable appartient à l’électrode, et aucun tableau de température d’électrode n’est fourni. Là où le procédé travaille chaud, c’est une question pour le devis plutôt qu’une hypothèse tirée de cette page.

Sorties, alarmes et boucle de régulation

Les trois niveaux offrent une sortie courant isolée, qui sépare électriquement l’appareil de l’équipement récepteur et évite une boucle de masse entre eux. Le haut de gamme dispose de deux voies, affectables sur toute la plage de mesure, à ±0,1 %FS et conformes à NAMUR NE43. Les niveaux intermédiaire et économique n’ont qu’une voie à ±0,2 %F.S. Chaque niveau est dimensionné pour une charge maximale de 750 Ω, valeur suffisante pour un tracé de câble normal mais pas illimitée : la résistance du câble et de l’appareil récepteur doit rester à l’intérieur, sinon le courant n’est plus régulé et la valeur lue à l’autre bout s’écarte de la valeur mesurée sans qu’aucun défaut ne soit signalé.

Les contacts d’alarme sont des contacts à relais, et le document donne leur pouvoir de coupure plutôt que leur seul type. Le haut de gamme porte trois contacts SPST, deux d’alarme et un de nettoyage, en forme normalement ouvert et normalement fermé, sous 250 VAC / 5 A. Les deux autres niveaux portent deux contacts sous AC 250 V / 3 A. Une pompe de dosage ou une vanne à solénoïde restant dans ces valeurs peut être coupée directement ; au-delà, ou sur une charge inductive, le conseil du document est d’intercaler un relais pour que l’appareil coupe une bobine plutôt que la charge. Cela maintient les contacts dans leur domaine et reporte l’usure sur une pièce remplaçable.

Limites de mesure et critères de choix

Le chiffre de ±0,02 pH est l’exactitude électrique du contrôleur. Ce n’est pas l’exactitude de la mesure installée, laquelle dépend de l’état et de l’âge de l’électrode, de la fraîcheur des solutions tampons contre lesquelles elle est étalonnée, de l’accord entre la compensation et le fluide réel, et du milieu lui-même. Un bulbe encrassé ou une jonction de référence partiellement obstruée déplace la lecture bien plus que l’erreur propre du contrôleur, et c’est pourquoi le geste utile est le nettoyage, l’étalonnage dans une solution tampon fraîche et le remplacement d’une électrode qui ne passe plus plutôt que le réétalonnage d’une électrode en défaut.

Plusieurs paramètres ne sont indiqués nulle part dans le document : l’indice de protection, les limites de température et d’humidité ambiantes, et la rigidité diélectrique. Rien ici n’est déduit pour combler ces trous. Ils sont énumérés comme information requise, et la note du document rappelant que toutes les valeurs sont nominales et doivent être confirmées contre la plaque signalétique et la notice livrées s’applique à toute la page.

Le montage en façade fixe aussi un détail d’installation auquel il faut penser avant la découpe. Le document illustre une installation d’électrode à 15 degrés, recommandation sur la façon dont le capteur doit se placer pour que sa membrane sensible touche pleinement le milieu et que les bulles ne s’y accumulent pas ; ce n’est pas une seconde manière de monter le contrôleur. Le contrôleur lui-même est un appareil encastré dont la lunette affleure la façade, et le document note que, lorsque le schéma montre les deux dispositions, la notice livrée fait foi.

Là où une lecture doit être portée sur un échantillon plutôt que tenue dans une ligne, l’appareil est le mauvais : un pH-mètre est apporté à l’échantillon et lu là, et il ne demande ni alimentation, ni câblage, ni découpe de façade. L’analyseur existe parce que la lecture doit rester en place et commander quelque chose. Là où le besoin est un relevé ponctuel unique, ou une campagne de mesure sur de nombreux points, le pH-mètre est à la fois moins coûteux et plus pratique.

Commander

Un devis peut être établi à partir de l’usage décrit dans la demande. Les éléments qui fixent la réponse sont le milieu et sa température, la plage de pH ou d’ORP attendue et la bande à tenir, la pression de la ligne et ses variations, la disposition de montage disponible au point de mesure et l’accès permis pour déposer le capteur, le nombre de valeurs à transmettre et ce qui les lira, la nécessité ou non pour la lecture de commander un dosage, l’alimentation disponible au tableau, et l’indice de protection que le lieu demande. La quantité, le port de destination et la date de livraison requise complètent la demande.