L'élaboration de systèmes de dosage automatisés au moyen de pompes doseuses électro-magnétiques

Du fait de leur principe de fonctionnement et de leurs nombreuses possibilités de réglage, les pompes doseuses électro-magnétiques sont parfaitement adaptées à cette tâche que ce soit pour la réalisation d'équipements de dosage très simples ou plus complexes. Elles se distinguent tout particulièrement par leur simplicité de montage, par l’usure presque insignifiante des pièces mobiles et par un encombrement restreint.

* * *

Les pompes doseuses sont utilisées pour le dosage de la plupart des fluides nécessaires aux traitements chimiques, tant dans le domaine des industries alimentaires, les laboratoires, que dans celui du traitement des eaux potables ou résiduaires. Dans ce cas, il est très souvent nécessaire non seulement que la pompe réponde de manière précise aux caractéristiques demandées, mais également qu'elle puisse s’adapter — dans une certaine limite — aux changements d’application. Elle constitue alors l'élément essentiel d'un système de mesure, de contrôle et de surveillance, permettant de corriger les écarts de régulation, de s’adapter à des applications différentes et de signaler toutes irrégularités. La mise en place d'un tel système est d’autant plus facile à réaliser que l'ensemble des fonctions peut être pris en charge par la pompe.

Le principe de fonctionnement des pompes doseuses électro-magnétiques (représentées sur la figure 1) permet de les intégrer aisément dans un circuit de régulation, leur commande électronique pouvant aisément être modifiée et assurer des fonctions différentes.

Montage d’une pompe doseuse électro-magnétique

Le bloc d'entraînement d'une pompe doseuse électro-magnétique est très simple. Un électro-aimant à faible course est propulsé vers l'avant à chaque impulsion, actionne une membrane laquelle, stabilisée par un noyau en acier, déplace le liquide dans la tête doseuse. En fin de course l’électro-aimant est déconnecté et retrouve sa position de départ par l'intermédiaire de disques et ressorts. Ce système d'entraînement ne comporte donc que deux pièces mobiles. Les impulsions sont produites par un fréquenceur électronique réglable de façon interne, ou encore par des impulsions provenant d'une source externe à la pompe doseuse, ce qui permet d’adapter la pompe à différents systèmes de régulation.

Réglage de la fréquence des impulsions

La pompe doseuse elle-même offre la possibilité d’un réglage interne ou externe de la fréquence des impulsions. En commande interne, celle-ci peut être modulée manuellement, dans le rapport 1—25, à l'aide d'un potentiomètre. Le débit de la pompe se modifie en conséquence. Par la connexion d’un pont de court-circuit à l'intérieur du boîtier, et une liaison par câble à deux conducteurs, elle peut être commutée en commande externe. Il est également possible de l’équiper d'un commutateur extérieur « interne/externe » si nécessaire, par exemple dans le cas d'un fonctionnement manuel ou automatique, ce qui peut aussi être commandé à distance, à l'aide d'un commutateur placé dans une armoire centrale.

Si la pompe en commande interne donne des impulsions en fonction de la fréquence indiquée par le potentiomètre, en commande externe elle ne donne qu’une seule impulsion à chaque contact extérieur ; dans ce cas, la course de la membrane reste inchangée. C'est ainsi qu’en cas de commande externe par un compteur d’eau, si aucun débit ne se manifeste, la pompe doseuse ne reçoit aucune impulsion, ce qui évite un fonctionnement intempestif.

Toutes les fonctions intégrées, et par conséquent les possibilités de réglage qui en résultent, sont représentées sur la figure 2.

Les possibilités de fonctionnement (commutation interne/externe) découlent en fait d’un éventail de services :

– changement de connexion ;— commutation ;— commutation à distance.

En commande interne, le réglage de la fréquence s’effectue « manuellement ».

Dans le cas de la commande externe, il peut se faire de la façon suivante :

– commande à distance manuelle (à l'aide d'un contacteur à fréquence variable, figure 3) ;— commande par un compteur d'eau à contacts ;— commande par régulateur de fréquence (en fonction de paramètres tels que pH-potentiel redox-chlore libre, figure 4) ;— commande par compteur à pré-sélection ;— commande par convertisseur analogique.

Le principe essentiel de la commande externe est de transformer des valeurs mécaniques (écart angulaire d'un potentiomètre ou turbine d’un compteur d'eau), des valeurs électro-mécaniques (compteur à pré-sélection) ou des valeurs électriques (valeurs potentiométriques et ampérométriques, signal analogique de débit, contrôleur de niveau, etc.) en impulsions proportionnelles qui commandent directement celles de l’électro-aimant.

Ces exemples montrent que la pompe électro-magnétique peut être commandée directement et de manière précise et constante, en fonction de valeurs mesurées, sans pour cela nécessiter des équipements supplémentaires tels que système d’entraînement, régulateur de vitesse, servo-moteur.

Réglage de la course de la membrane

Si le débit peut être réglé par la fréquence des impulsions, il peut l'être également par la course du piston, soit en l'occurrence la course de la membrane. Il existe là aussi deux possibilités de réglage : l'une manuelle et l'autre automatique à l'aide d’un servo-moteur adapté à la pompe, ce qui permet d'effectuer des commandes manuelles (sur place ou à distance) ou à l'aide d'un régulateur tri-zones, soit encore au moyen d’un régulateur proportionnel.

Choix du type de commande, commande combinée de la fréquence et de la course

Le réglage de la fréquence est prioritaire si la commande automatique de la pompe est réalisée en fonction d’un seul paramètre ; en effet, le réglage de la course de la membrane se faisant mécaniquement, il réagit beaucoup plus lentement aux variations des applications que dans le cas d’une commande électronique de la fréquence. Par ailleurs, le coût d’une commande automatique de cette course est plus élevé que celui de la commande de fréquence, du fait de l’adjonction d’un servo-moteur (qui est lui-même onéreux).

Dans le cas des pompes électromagnétiques, la fréquence ainsi que la course de la membrane étant réglables automatiquement, on peut dire que le débit de la pompe peut être modulé en fonction de deux paramètres indépendants l’un de l’autre. Par exemple : avec un passage d’eau à débit variable et une valeur pH qui doit être fixée à une valeur déterminée, on peut régler la fréquence des impulsions par un compteur d’eau, et la course de la membrane par un régulateur pH tri-zones. Cette disposition tient compte du fait que le débit de l’eau (0-100 %) et ses variations sont plus importantes que la variation du pH.

Les régulateurs intégrés

Les possibilités de réglages décrites ci-dessus concernent toujours des pompes en version standard. Il n’est pas nécessaire d’y ajouter des accessoires supplémentaires, sauf pour le réglage automatique par un servo-moteur de la course de la membrane.

Leur conception comme celle de leur bloc électronique a été prévue de façon à pouvoir y intégrer également des convertisseurs analogiques (dans la mesure où ceux-ci sont d’une conception électronique). Il en est résulté une série de pompes régulées en fonction de paramètres et ne nécessitant aucun appareil supplémentaire, à l’exception de la cellule de mesure. Il est donc possible de réaliser des circuits de réglage avec des pompes doseuses à convertisseurs analogiques intégrés, convertisseurs qui font en même temps office de transmetteurs de point de consigne, comparateurs valeur mesurée-valeur point de consigne, amplificateurs, convertisseurs analogiques et éléments de réglage du débit. Cet ensemble ne nécessite qu’un seul point extérieur, la cellule de mesure. On obtient ainsi un maximum d’efficacité, de flexibilité et de fiabilité dans un ensemble homogène et compact, ce qui n’est pas toujours le cas des éléments séparés.

À l’heure actuelle, les régulateurs suivants peuvent être intégrés dans les pompes : conductivimètre, régulateur pH, régulateur potentiel redox, régulateur à entrée analogique.

Il s’agit là d’appareils à point de consigne fixe ou réglable avec, si nécessaire, possibilité d’étalonnage de la cellule de mesure, courbe de mesure réglable, compensation de température, et avec ou sans affichage digital des valeurs mesurées et du point de consigne.

Lorsque les écarts de mesures sont importants, la pompe fonctionne à la fréquence maximum ; lorsque l’écart de mesure diminue, la fréquence se réduit de façon exponentielle jusqu’à ce que le point de consigne soit atteint, ce dernier pouvant être réglé sur une plage de mesure très large.

Fonctions annexes

Un contrôleur de niveau peut être raccordé à la pompe standard, permettant ainsi de la stopper en cas de manque de produits. En ajoutant un « relais témoin de niveau », le signal transmis par le contrôleur de niveau peut déclencher une alarme ou peut commander à distance le remplissage du bac à réactifs.

L’adjonction à une pompe d’un relais à impulsions permet d’y raccorder une seconde. En effet, si par exemple le débit d’une seule à commande externe n’est pas suffisant pour la quantité à doser, on peut ainsi en commander une ou plusieurs autres qui fonctionneront obligatoirement de manière synchrone avec la première. On peut également réaliser un comptage d’impulsions à l’aide de ce relais ou encore transmettre ce paramètre à distance.

Par ailleurs, toutes les pompes à régulateurs incorporés — à l’exception des régulateurs à point de consigne fixe — disposent d’une sortie pour enregistreur, de manière à pouvoir conserver la trace de l’enregistrement des valeurs mesurées. Ceci est d’ailleurs obligatoire dans la neutralisation d’eaux résiduaires ou encore dans les stations de désinfection.

Perspectives

La micro-électronique a permis une large intégration des fonctions de mesure, de commande, de régulation et autres dans les pompes doseuses électromagnétiques à membrane. Ces nombreuses possibilités permettent de trouver la solution la mieux adaptée à toutes sortes d’applications et aux moindres frais.

Le jour n’est plus éloigné où seront intégrés dans les pompes doseuses des micro-processeurs qui tiendront compte simultanément d’un nombre important de paramètres, qui calculeront la fréquence nécessaire et commanderont les pompes en conséquence, ou bien qui réaliseront des programmes de dosage complexes et variables. De ce fait, le fonctionnement et le réglage des pompes doseuses électromagnétiques, déjà important à l’heure actuelle, pourraient alors être assurés totalement ou partiellement par un automate industriel.