4 parties d’un système d’échantillonnage à contrôler pour mesurer le temps de réponse du système

4 parties d’un système d’échantillonnage à contrôler pour mesurer le temps de réponse du système

Dans le système d’échantillonnage d’un analyseur de process, il y a toujours un délai entre le moment où vous prélevez l’échantillon et le moment où vous obtenez une mesure.

Ce délai correspond au temps total nécessaire à l’échantillon pour parcourir le trajet du point de prélèvement dans la ligne de process jusqu'à l’analyseur qui va fournir la mesure. Ce temps de réponse du système peut s’avérer plus long que ce que l’on imagine et le fait de le sous-estimer peut déboucher sur un contrôle du process déficient. Si vous pensez que le temps de réponse de votre système est d’une minute alors qu’il est en réalité de deux heures, il est fort probable que les mesures fournies par votre analyseur perdront leur intérêt et leur utilité. Votre objectif est de réduire autant que possible ce temps de réponse et de faire en sorte qu’il s’écoule au plus une minute entre le prélèvement et l’obtention de la mesure.

Les causes d’un temps de réponse excessif sont à chercher dans l’ensemble d’un système d'instrumentation analytique. Les quatre principaux points à examiner en vue de réduire le temps de réponse de votre système sont les suivants :

1. La sonde de prélèvement
2. Le transport de l’échantillon (y compris la station de mesure et les lignes de transport)
3. Le système de conditionnement de l’échantillon (y compris la commutation des lignes)
4. L’analyseur

1. La sonde de prélèvement

Évitez d’utiliser une sonde de taille excessive. La sonde doit être suffisamment longue pour atteindre le deuxième tiers du diamètre de la ligne de process, là où l’écoulement est le plus rapide et où l’échantillon prélevé sera le plus propre et le plus représentatif. Elle ne doit être ni plus longue, ni plus large que nécessaire, car plus la sonde est volumineuse, plus le retard occasionné est important.

L’emplacement du point de prélèvement sur le tube du process est un autre élément à prendre en compte. Si vous placez la sonde à proximité d’un tronçon dans lequel le débit est faible, vous devrez attendre plus longtemps avant qu’une modification de la composition chimique du produit ne soit détectée. Par exemple, l’entrée de nouvelles molécules dans un réservoir ou une cuve de grande capacité créera un « volume de mélange » composé d’anciennes et de nouvelles molécules présentes à la sortie jusqu’à ce que le volume soit entièrement purgé. Pour réduire le temps de réponse, il est recommandé de ne pas placer le point de prélèvement en aval d’un volume de mélange. Positionnez-le au contraire en amont de tout ce qui dans le process peut accroître le temps de réponse, à savoir les cuves, les réservoirs, les zones mortes et les lignes stagnantes.

2. Le transport de l’échantillon

• Distance de la vanne de prélèvement: plus le trajet de l’échantillon vers l’analyseur est long, plus le temps de réponse est important. Il est conseillé de placer la vanne de prélèvement le plus près possible de l’analyseur. Si les lignes de transport sont longues, envisagez l’utilisation d’une boucle rapide pour accélérer l’écoulement et fournir un échantillon plus récent à l’analyseur.
• Longueur et diamètre de la ligne: plus la distance que doit parcourir l’échantillon est longue et plus le volume interne des lignes de transport est important, plus le temps de réponse est long. Pour réduire ce temps de réponse, calculez et ajustez la longueur et le diamètre des lignes en conséquence pour garantir l’exactitude des mesures.
• Pression basse dans une ligne acheminant des échantillons liquides: pour les échantillons liquides, le point de prélèvement doit être positionné de manière à ce que la pression dans les lignes de transport ou la boucle rapide soit suffisante pour ne pas avoir à utiliser une pompe. Évitez d’ajouter des composants coûteux supplémentaires tels une pompe, car ils ont pour effet d’accroître le temps de réponse.
• Pression élevée dans une ligne acheminant des échantillons gazeux: avec un gaz, plus la pression est élevée, plus le débit est faible. Pour accélérer le débit, et ainsi réduire le temps de réponse, abaissez la pression. Par exemple, une diminution de moitié de la pression absolue entraîne la même diminution du temps de réponse.

3. Les systèmes de conditionnement des échantillons

• Pièces en T non purgées à l’origine de zones mortes: une zone morte est un espace non purgé qui permet à des molécules de se diffuser dans le fluide du système ou de s’en extraire. Tout raccordement en T ou en croix dans une ligne d’échantillonnage constitue une zone morte, sauf si l'ensemble de ses orifices permettent l’écoulement. Les zones mortes courantes sont les points de raccordement des manomètres et des thermomètres, les purgeurs et vannes de purge, les manifolds d’étalonnage et les points de prélèvement. Vous devrez purger ces zones avant de procéder à des analyses, car la purge contribue à augmenter le temps de réponse. Déplacer la zone morte (le manomètre, par exemple) est parfois la solution la plus simple.
• Adsorption des échantillons sur les parois du tube et des filtres: lorsqu'un échantillon entre en contact avec les parois du tube ou avec toute autre surface solide, certaines de ses molécules se fixent à cette surface. Dans une analyse dont les résultats sont de l’ordre de quelques parties par million, la perte (ou le gain) de molécules due à l’adsorption (ou à la désorption) peut avoir de l’importance. Cependant, cette perte n’est statistiquement significative qu’avec des échantillons gazeux. Avec un échantillon liquide, l’adsorption ne devient un problème que si vous mesurez des valeurs inférieures à 1 ppm. Pour les échantillons gazeux, prévoyez des délais suffisants entre deux commutations de lignes pour permettre l’évacuation du gaz précédent.
• Volume interne élevé des composants: pour s’assurer que l’échantillon sera représentatif et obtenir des mesures précises, chaque dispositif du passage d’écoulement doit être intégralement purgé. Si vous utilisez un dispositif volumineux comme un filtre ou un coalesceur, prévoyez un délai suffisant pour le purger entièrement. De manière générale, on recommande de le rincer en utilisant un volume trois fois supérieur au volume du dispositif. Limitez autant que possible la taille de ces composants.

4. L’analyseur

• Mesures discontinues: du fait des processus à l’œuvre à l’intérieur des analyseurs, certains d’entre eux ont besoin de plus de temps pour produire des résultats. Par exemple, un colorimètre doit développer la couleur mesurée avant de terminer l’analyse, tandis qu’un chromatographe doit séparer les composants mesurés avant de les analyser.
• Mesures continues: certains analyseurs travaillent en continu, mais même ceux-ci ne fournissent pas un résultat immédiat ; c'est pourquoi on observe toujours un temps de réponse plus ou moins long.
• Systèmes manuels: lorsque le processus d’analyse est manuel, veillez à prendre en compte le délai inévitable entre le moment où un changement intervient dans le process et le moment où l’opérateur remarque qu’un changement est intervenu et procède aux réglages nécessaires du système..

Connaître le temps de réponse pour permettre au système de réagir en conséquence

Il est important de tenir compte du temps qui s'écoule entre le moment où l’échantillon est prélevé dans la ligne de process, le moment où celui-ci parvient à l’analyseur et le moment où vous avez connaissance du résultat de l’analyse. Si votre hypothèse concernant ce délai est erronée, vous ne pouvez pas faire le lien entre ce qui circule dans la ligne de process et le résultat de l’analyse. Une bonne connaissance des éléments d’un système d'échantillonnage abordés dans cet article, qui ont une incidence sur le temps de réponse du système (sonde, transport de l’échantillon, conditionnement de l’échantillon, analyseur), vous permettra de savoir ce qui contribue à allonger ce temps de réponse et d’améliorer le contrôle global du process.

Améliorer le délai avec la formation