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Qu’est-ce qu’un spectromètre de masse ?

Un spectromètre de masse (MS) est un instrument qui ionise les molécules d’un échantillon puis détecte et identifie le rapport masse/charge (m/z) des ions produits.

Lorsque les molécules sont ionisées, elles volent sous l’effet des forces électrostatiques.

Un spectromètres de masse est un analyseur qui sépare et détecte les ions en vol en fonction de leur rapport masse/charge (m/z) par une action électrique, magnétique ou autre dans le vide. L’instrument se compose principalement d’une section d’introduction de l’échantillon, d’une source d’ions, d’une section de séparation de masse et d’un détecteur.

Il en existe plusieurs types selon les méthodes d’ionisation et de séparation de masse, utilisées en fonction de l’échantillon à mesurer et de l’usage. Les spectromètres de masse permettent principalement d’identifier des échantillons et d’analyser la composition d’échantillons inconnus. Ils distinguent et détectent également les isotopes.

Utilisations des spectromètres de masse

Les spectromètres de masse sont utilisés pour l’analyse qualitative et quantitative d’un large éventail de molécules, des composés de faible poids moléculaire aux composés de poids moléculaire élevé tels que les protéines et les polymères synthétiques.

Comme il s’agit d’une méthode analytique efficace pour identifier des substances connues et déterminer la structure de substances inconnues, le spectromètre de masse est largement utilisé en chimie organique, en biochimie et autres domaines chimiques et biologiques. Plus précisément, il est employé dans la recherche et le développement, le contrôle de la qualité, l’analyse et les tests liés à divers produits agrochimiques, produits pharmaceutiques et composés d’origine naturelle.

Ces dernières années, comme il est devenu possible d’ioniser des protéines de poids moléculaire élevé, les domaines des sciences de la vie et de la médecine utilisent aussi cette méthode.

Principe des spectromètres de masse

Le spectre de masse est obtenu dans la séquence d’étapes suivante :

1. L’échantillon est introduit dans l’instrument par l’introduction de l’échantillon.
2. L’échantillon est ionisé par la source d’ions.
3. Dans la section de séparation de masse, l’échantillon est séparé en utilisant les différentes magnitudes de l’action reçue du champ magnétique ou électrique en fonction du m/z, et est détecté par le détecteur.

Dans les spectromètres de masse, outre les ions à charge unique, dans lesquels la molécule de l’échantillon ne possède qu’une seule charge, des ions multivalents chargés de plus de deux charges, des ions fragments produits par dissociation ou des ions agrégats produits par l’association d’échantillons entre eux peuvent être produits et détectés respectivement. Les pics ont aussi généralement une distribution inhérente dérivée du rapport isotopique de la molécule d’origine.

Types de spectromètres de masse

Il existe différents types de spectromètres de masse, classés principalement en fonction de la combinaison du type de source d’ions et du type de séparateur de masse. Par exemple, ils sont décrits comme “MALDI-TOF-MS” ou “ESI-TOF-MS”.

1. Section d’introduction de l’échantillon

Certains spectromètres de masse comportent une section d’introduction de l’échantillon précédée d’une combinaison d’autres instruments, sont utilisés dans la recherche et le développement et le contrôle de la qualité. Il s’agit par exemple de la LC-MS combinée à la chromatographie liquide, de la GC-MS combinée à la chromatographie en phase gazeuse et de la ICP-MS combinée au plasma à couplage inductif.

2. Sources d’ions

Méthode EI(Ionisation électronique)
Des électrons accélérés entrent en collision avec des molécules aérées thermiquement (M) dans un vide poussé. Les électrons sont ensuite éjectés de la molécule, produisant des cations radicaux (M+) appelés ions moléculaires.

Méthode ESI (ionisation par électronébuliseur)

1. La solution de l’échantillon est d’abord introduite dans un capillaire auquel on applique une haute tension.
2. Un gaz atomisant (gaz de nébulisation) est pulvérisé à l’extérieur du capillaire pour former des gouttelettes chargées.
3. Au fur et à mesure que les gouttelettes chargées se déplacent, le solvant s’évapore et le champ électrique de surface augmente. La force de répulsion entre les charges finit par dépasser la tension superficielle du liquide, ce qui provoque la séparation des gouttelettes.
4. La répétition de l’évaporation et de la séparation finit par libérer les ions de l’échantillon dans la phase gazeuse.

Méthode MALDI (Matrix Assisted Laser Desorption Ionisation)
Cette méthode consiste à mélanger un échantillon à une matrice, tel qu’un composé organique aromatique, pour former des cristaux qui sont ensuite ionisés par irradiation laser. La gamme de poids moléculaire applicable est extrêmement large, de 1 à 10 000 000. Cette méthode présente comme caractéristique majeure d’ioniser de manière stable des composés de poids moléculaire élevé tels que les protéines.

Méthode FAB (Fast Atom Bombardment)
Cette méthode ionise les molécules de l’échantillon en les faisant entrer en collision avec une matrice telle que le glycérol et une solution d’échantillon dissoute dans un solvant organique, qui est ensuite  agitée et bombardée avec des atomes neutres à grande vitesse.

Parmi les autres méthodes, citons les méthodes CI, FD, APCI et ICP.

3. Section de séparation des masses

Quadripôle (Q)
Cette méthode utilise quatre tiges d’électrodes et applique une tension à haute fréquence aux ions émis par la source d’ions. Les tiges d’électrodes sont soumises à des tensions continues et alternatives qui créent un champ électrique dans lequel seuls les ions ayant un certain m/z peuvent atteindre le détecteur.

Cette méthode permet, en principe, de mesurer tous les ions de la gamme m/z souhaitée en faisant varier linéairement la tension alternative tout en maintenant un rapport constant entre les tensions continue et alternative.

Type à double focalisation
Il s’agit d’un des séparateurs de masse du type secteur magnétique (Secteur magnétique). Dans ce type de séparateur, les ions passent à travers un champ magnétique et le changement de trajectoire dû aux forces de Lorentz qu’ils subissent est utilisé. Le type à double focalisation combine spécifiquement les secteurs de champ magnétique et électrique pour obtenir à la fois la vitesse et la convergence directionnelle des ions.

Temps de vol (TOF)
Technique dans laquelle un champ électrique d’intensité connue accélère un échantillon ionisé et détecte la différence de temps entre l’arrivée de chaque ion au détecteur ; plus le m/z est élevé, plus la vitesse de vol est lente et plus il faut de temps aux ions pour atteindre le détecteur, utilisé pour identifier chaque ion. En principe, il n’y a pas de limite à la gamme de masse mesurable.

Les autres méthodes comprennent le piège à ions (IT), la résonance cyclotronique des ions par transformation de Fourier (FT-ICR), la spectrométrie de masse par accélérateur (AMS).

Qu’est-ce qu’un robot de soudage ?

Les robots de soudage sont des robots industriels capables d’effectuer des processus de soudage de manière automatique. Ils sont principalement utilisés dans les usines qui fabriquent des voitures, des avions, etc.

Ces robots peuvent être utilisés pour économiser de la main d’œuvre et améliorer la productivité. Ils sont capables de répéter la même opération rapidement et avec précision. Ils peuvent donc accroître l’efficacité du travail grâce à des opérations courtes et stables. Cela a pour effet de réduire le risque d’accidents du travail tels que les brûlures associées aux processus de soudage et les risques pour la santé causés par l’inhalation de gaz nocifs pendant le soudage, ainsi que les erreurs causées par l’homme.

Dans le processus de soudage, il est difficile d’ajuster l’apparence, la densité ou autre de la zone de soudage. La qualité du processus de soudage est difficile à stabiliser parce que les compétences de chaque travailleur ont un impact important sur la qualité du processus de soudage dans les opérations manuelles. Les robots de soudage sont également des produits industriels, il y a donc de minuscules cliquetis sur les axes de fonctionnement. Les différences individuelles entre les robots sont toutefois contrôlées au millimètre près, de sorte que la reproductibilité du travail est extrêmement élevée.

Les variations de qualité peuvent être minimisées autant que possible sans dépendre des compétences des opérateurs, ce qui permet de produire des produits uniformes à tout moment. La fiabilité de la qualité s’en trouve améliorée.

Utilisations des robots de soudage

Les robots de soudage sont utilisés dans des utilisations où le processus de soudage est sans personnel, automatique et efficace. En enseignant une série de procédures et de processus de travail au robot de soudage, le travail lui-même peut être effectué sans personnel. L’intérêt des robots de soudage réside dans le fait qu’ils permettent de réduire les coûts de main-d’œuvre et d’éviter une réduction de l’efficacité du travail en raison d’un manque de personnel.

Lorsque les processus de soudage sont effectués manuellement, le travail doit être réalisé dans des zones à haute température où le métal fond. Ainsi, un risque élevé de brûlures dues aux éclaboussures peuvent se produire pendant le soudage, de cécité due à la lumière irritante et de risques pour la santé dus aux gaz nocifs. Les robots de soudage contribuent également à améliorer la sécurité de l’environnement de travail.

Principe des robots de soudage

Les robots de soudage ont une forme de bras qui ressemble à une main humaine et sont construits avec de nombreuses articulations pour permettre des mouvements fluides. En général, le type à 6 axes et 6 articulations est le plus courant. Toutefois, il existe des robots de soudage avec moins d’articulations et une gamme de mouvements plus étroite, qui peuvent manipuler des objets plus lourds. Il existe également des robots de soudage avec plus d’articulations, qui peuvent effectuer des mouvements plus détaillés.

Les robots de soudage sont équipés d’une torche de soudage à l’extrémité du bras, qui peut être remplacée pour permettre une variété de processus de soudage. En fixant un gabarit pour le réglage des pièces au lieu d’une torche de soudage à l’extrémité du bras, le robot peut également être utilisé comme robot de transfert/manipulation. Ainsi, cela permet d’automatiser des opérations autres que le soudage.

Autres informations sur les robots de soudage

1. L’enseignement des robots de soudage

L’apprentissage consiste à enseigner aux robots de soudage les opérations de soudage et les procédures de travail. Il convient également de les programmer pour qu’ils fonctionnent automatiquement. Le robot ne peut effectuer que les tâches déterminées par le programme. L’apprentissage s’avère être une tâche extrêmement importante car la précision du processus de soudage varie considérablement en fonction de facteurs autres que le robot de soudage. Par exemple le désalignement de la pièce lors du réglage des pièces et la précision de la surface de soudage.

La programmation de l’apprentissage s’effectue à l’aide d’automates programmables (PLC) ou de microcontrôleurs appelés “séquenceurs”, bien que les noms diffèrent d’un fabricant à l’autre. Le principal langage de programmation est le langage “ladder diagram”, qui consiste en des figures intuitives de type “échelle”. Les deux principales méthodes d’enseignement sont les suivantes :

L’enseignement hors ligne
L’enseignement hors ligne peut être effectué en utilisant des données 3D sur un ordinateur pour obtenir les coordonnées du point de soudage. Il faut ensuite simuler et en transférer les données au robot, ou en programmer l’opération de soudage directement dans celui-ci. En fonction de la précision de traitement du produit ou du gabarit, il se peut qu’il ne fonctionne pas toujours selon les données 3D. Il est donc nécessaire de combiner l’enseignement en ligne dans la section suivante afin d’améliorer la précision de l’enseignement.

L’enseignement en ligne
Dans l’apprentissage en ligne, l’opérateur utilise une télécommande pour déplacer directement le robot afin d’effectuer une série d’opérations de soudage. Le robot mémorise ces mouvements et les reproduit à l’identique.

Cette méthode d’enseignement en ligne était à l’origine utilisée pour l’enseignement. Toutefois, elle était difficile car il fallait beaucoup de temps pour mettre en place chaque opération de soudage en déplaçant le robot un par un. De ce fait, le robot ne pouvait pas être utilisé pendant le processus d’enseignement. 

L’enseignement hors ligne est donc devenu la norme ces dernières années. Toutefois, en fonction de la précision d’usinage du produit ou du montage, des ajustements fins peuvent être nécessaires dans la pièce de travail réelle. Par conséquent; la méthode d’enseignement doit être modifiée de manière flexible en fonction des besoins.

2. Les qualifications pour l’enseignement des robots de soudage

Une formation spéciale est requise pour enseigner les robots de soudage. Elle dure environ deux jours, ne fait que qualifier l’opérateur pour la tâche. C’est-à-dire qu’elle ne lui donne pas immédiatement les compétences et les connaissances nécessaires pour mener à bien l’opération d’enseignement.

L’enseignement nécessite des connaissances en matière de programmation, de techniques de simulation utilisant des données 3D et d’opérations de soudage. L’optimisation de l’ordre du processus de soudage et le changement de posture du robot de soudage peuvent souvent améliorer de manière significative l’efficacité du processus de soudage. Ainsi, les compétences de l’opérateur effectuant l’enseignement sont perceptibles et il est donc nécessaire de recevoir une formation dispensée par un personnel enseignant expérimenté en interne ou en externe.

3. Le contrôle des robots de soudage par des capteurs

Les pièces de grande taille sont souvent sujettes à un désalignement de la pièce à souder en raison d’erreurs d’usinage et d’assemblage dans le processus précédent. Ces dernières années, la technologie de détection a attiré l’attention, des capteurs étant fixés au robot pour gérer automatiquement le désalignement de la pièce à souder. La détection comprend principalement des capteurs tactiles à fil et de déplacement laser pour la détection préalable au stade du pré-soudage. Des capteurs d’arc et des capteurs visuels sont aussi utilisés pour la détection en temps réel pendant le soudage.

La technologie de détection continuera à se développer à l’avenir, car les robots de soudage appliquent automatiquement une compensation pour le désalignement. Cela élimine le besoin de corrections manuelles détaillées et rend la qualité du produit plus stable.

Qu’est-ce qu’un thermomètre enregistreur ?

Un thermomètre enregistreur est un appareil qui mesure et enregistre automatiquement les changements de température au fil du temps. Il est aussi appelé “thermomètre à enregistrement automatique”.

Il existe deux types de thermomètres enregistreurs, en fonction de leur mécanisme.

L’un utilise la dilatation thermique des métaux, tels que les bimétaux ou les tubes de Bourdon. La dilatation thermique entraîne le stylet du dispositif d’enregistrement automatique.

L’autre considère la variation de la résistance électrique en fonction de la température. Pour cela, il utilise une thermistance afin de convertir la variation de la résistance en courant, ensuite enregistré par le thermomètres enregistreurs.

Utilisations des thermomètres enregistreurs

Les thermomètres enregistreurs sont généralement peu sensibles et peuvent retarder de quelques minutes. Cependant, ils peuvent indiquer l’heure à laquelle les températures les plus élevées et les plus basses ont été atteintes, ainsi que la variation de température à un moment donné.

C’est pourquoi ils sont utilisés pour l’observation météorologique générale, dans les écoles et autres boîtes centrifuges. One les trouve également dans la climatisation, les hôpitaux, les entrepôts et d’autres situations où un contrôle de la température est nécessaire.

Ils sont placés dans les musées et les galeries d’art pour protéger les objets exposés, ou encore dans les entrepôts tels que les locaux de stockage de produits pharmaceutiques et alimentaires, dans l’agriculture, dans les usines de production de machines de précision telles que les semi-conducteurs et les LSI, ainsi que dans les laboratoires environnementaux.

Principe des thermomètres enregistreurs

Les thermomètres bimétalliques utilisent comme capteur une plaque composée de deux feuilles de métal ayant des coefficients de dilatation thermique différents, collées l’une à l’autre. Ils mesurent les variations de température par la déformation du métal qui varie en fonction de la température.

Les tubes de Bourdon sont constitués d’un tube métallique ovale à section plate, fermé à une extrémité et enroulé en forme presque circulaire, avec une extrémité fixée en place. L’alcool ou l’éther contenu dans le tube se dilate à mesure que la température augmente, déplaçant l’extrémité non fixée du tube et mesurant le changement de température.

Dans les thermomètres enregistreurs utilisant des bimétaux ou des tubes de Bourdon, la déformation des bimétaux et le déplacement de l’extrémité du tube dû aux changements de température sont amplifiés par un levier. Ils sont ensuite transmis à un stylo dans le dispositif d’enregistrement. Celui-ci inscrit les données sur du papier millimétré (papier d’enregistrement) enroulé autour d’un tambour tournant dans un mécanisme d’horlogerie.

Les thermistances sont des composants électroniques dont la résistance varie en fonction de la température. Les thermomètres à thermistance mesurent ainsi la résistance en faisant passer une petite quantité de courant à travers le métal de la partie du capteur. Celle-ci est ensuite convertie en une valeur de température. Comme la mesure est effectuée électriquement, un affichage numérique est également possible. Les variations de température sont enregistrées sur un enregistreur de données numérique.

Qu’est-ce qu’un capteur de température de surface ?

Les capteurs de température de surface mesurent la température de surface de l’objet.

Il en existe deux types : un type avec contact, qui mesure par contact avec l’objet, et un type sans contact, qui mesure sans contact. Ces capteurs sont utilisés dans différents domaines.

Utilisations des capteurs de température de surface

Les utilisations des capteurs de température de surface diffèrent selon qu’il s’agit de capteurs avec ou sans contact.

1. Capteurs de température de surface à contact

Le capteur de température de surface à contact typique est un thermocouple, dans lequel celui-ci est mis en contact avec l’objet dont la température doit être mesurée. Il est principalement utilisé dans la recherche et les essais en tant que capteur intégré dans les équipements, les machines, les lignes de production, etc. La thermistance est un autre capteur de température de surface typique, de type contact. Ils sont souvent utilisés dans les appareils électriques tels que les réfrigérateurs et les climatiseurs et sont les capteurs de température de surface les plus produits en masse.

2. Capteurs de température de surface sans contact

Le capteur de température de surface sans contact typique est un capteur qui détecte la quantité de rayonnement infrarouge. Il est utilisé dans de nombreuses situations, par exemple pour mesurer la température corporelle, car il peut mesurer les températures sans avoir à entrer en contact avec l’objet.

Principe des capteurs de température de surface

Cette section explique les principes des capteurs de température de surface à contact utilisant des thermocouples et des thermistances, et des capteurs de température de surface sans contact utilisant des capteurs de détection à infrarouge.

1. Capteurs de température de surface utilisant des thermocouples

Les thermocouples sont des capteurs de température constitués de deux types de conducteurs métalliques, connectés aux deux extrémités pour former un circuit fermé. Ils utilisent le phénomène selon lequel, lorsque des températures différentes sont appliquées aux points de contact aux deux extrémités, une tension est générée entre les différents métaux. En d’autres termes, le principe des capteurs de température utilisant des thermocouples est de détecter la température en convertissant cette tension générée en température. Cette méthode est avantageuse car elle offre une bonne réponse,  un faible coût et peut mesurer une large gamme de températures.

2. Capteurs de température de surface utilisant des thermistances

Les capteurs de température de surface utilisant des thermistances exploitent les caractéristiques de l’élément appelé thermistor pour effectuer des mesures. Les thermistances ont la propriété de modifier leur valeur de résistance en fonction de la température. La température est calculée en mesurant sa valeur de résistance et en la convertissant en température.

3. Capteurs de température de surface utilisant des capteurs de détection infrarouge

Dans les capteurs de température de surface utilisant des capteurs de détection infrarouge sans contact, le capteur détecte la quantité de rayonnement infrarouge émise par l’objet à mesurer et la convertit en température. Ils sont souvent utilisés pour mesurer des éléments tels que la température du corps humain et sont extrêmement pratiques car ils peuvent mesurer des températures sans contact.

Autres informations sur les capteurs de température de surface

1. Durée de vie du thermocouple du capteurs de température de surface

Les thermocouples, souvent utilisés dans les capteurs de température de surface à contact, ont une durée de vie, et s’ils continuent à être utilisés au delà, cela peut entraîner des relevés inexacts de la température de surface. La durée de vie des thermocouples varie en fonction de la température et de l’atmosphère dans lesquelles ils sont utilisés, et dépend également du type de métal utilisé.

À titre d’exemple, dans une atmosphère oxydante, en dessous de la température ambiante, les métaux précieux, sensibles à la corrosion et à la rouille, ont une durée de vie d’environ 2 000 heures, tandis que les métaux communs robustes ont une durée de vie d’environ 10 000 heures. S’ils sont utilisés à la limite supérieure de température du métal concerné, la durée est très courte, de l’ordre de 50 à 250 heures.

Il convient d’être particulièrement attentif lorsque des capteurs de température de surface utilisant des thermocouples sont utilisés comme capteurs de température de surface dans des appareils électriques et des produits industriels. Un exemple est l’utilisation de capteurs de température de surface avec thermocouples dans les fours et les étuves. Si le thermocouple se détériore et détecte par erreur une température basse, du gaz ou d’autres substances sont brûlés pour augmenter la température du four, ce qui entraîne des coûts inutiles.

De plus, les thermocouples sont moins précis dans les environnements où la température est élevée par erreur. Par conséquent, les thermocouples des capteurs de température de surface nécessitent un entretien et un remplacement réguliers.

2. Types de capteurs de température de surface sans contact

Il existe deux types de capteurs de température de surface sans contact :

• Les thermomètres corporels sans contact : ils mesurent par exemple la température corporelle d’une personne.
• Les thermomètres standards sans contact : ils mesurent les objets dont il est dangereux de s’approcher en raison des températures élevées ou les objets en mouvement, en rotation, etc.

Les  capteurs de température de surface sans contact peuvent être déployés dans ces applications car ils mesurent la température par l’intensité du rayonnement infrarouge émis par l’objet mesuré. Ils sont utiles dans les applications industrielles car ils ont un temps de réponse très rapide et peuvent mesurer les températures instantanément.

Les thermomètres sans contact ayant une sensibilité relativement faible, la température du corps humain doit être mesurée à l’aide de ces derniers. Les thermomètres sans contact sont dotés d’une fonction de correction qui permet de compenser les erreurs dues aux différences du squelette humain et à l’humidité.

Les capteurs de température de surface sans contact présentent également une faiblesse : ils ne peuvent pas mesurer avec précision la température de matériaux tels que les métaux, qui n’émettent pas correctement les rayons infrarouges. Autre inconvénient, une mesure précise n’est pas possible dans les environnements de travail humides. En effet, dans un environnement humide, le rayonnement infrarouge émis par l’objet mesuré est absorbé par la vapeur d’eau, et la lentille du capteurs de température de surface sans contact ne peut recevoir le rayonnement infrarouge avec précision.

Dans ce cas, la température mesurée peut être inférieure à la température réelle. Le même phénomène peut se produire si la lentille est sale car la lumière est reçue par celle-ci. Toutefois, comme indiqué précédemment, une fonction de correction est prévue pour les thermomètres sans contact.

Qu’est-ce qu’un générateur de vapeur ?

Un générateur de vapeur produit de la vapeur en chauffant de l’eau. Il existe deux types de générateurs de vapeur : ceux qui utilisent l’électricité pour chauffer l’eau afin de produire de la vapeur, et ceux qui utilisent la chaleur générée par des turbines ou des fours à combustion, le cas échéant, pour chauffer l’eau afin de produire de la vapeur. Les méthodes qui utilisent l’électricité pour obtenir de la vapeur comprennent les méthodes électrodynamiques et électrothermiques. Il existe également des dispositifs qui produisent de la vapeur surchauffée en chauffant davantage la vapeur saturée. La vapeur chauffée est utilisée comme source d’énergie pour les moteurs à vapeur et la production d’électricité, ainsi que pour la stérilisation et le séchage.

Utilisations des générateurs de vapeur

Les générateurs de vapeur sont utilisés dans les usines de production alimentaire, les usines de fabrication de produits céramiques, les usines de fabrication de produits chimiques et les sites de fabrication d’équipements médicaux. Les principaux exemples d’utilisation sont le chauffage et la stérilisation des aliments, le chauffage des produits céramiques et chimiques et la stérilisation des équipements puissants à l’aide de la vapeur générée par les générateurs de vapeur. Lors du choix d’un générateur de vapeur, il est nécessaire de prendre en compte la quantité de vapeur à générer, la pression de la vapeur, le type de vapeur à générer, la température de la vapeur, la consommation électrique, la taille et la facilité d’entretien.

Principe des générateurs de vapeur

Les générateurs de vapeur se composent d’une section d’eau d’alimentation, d’une section de production de vapeur et d’une section d’évacuation de la vapeur. La section de production de vapeur peut être classée en trois catégories : le type à électrodes, le type électrothermique et le type à apport de chaleur externe, en fonction de la différence de méthode de production. Les principes de fonctionnement de chaque type sont expliqués ci-dessous.

• Type à électrodes
  Il se compose d’un récipient contenant de l’eau et de deux électrodes. L’eau utilisée ne doit pas être de l’eau distillée mais de l’eau contenant des impuretés. En fonctionnement, lorsqu’une tension est appliquée à chacune des électrodes, de l’énergie est générée par le mouvement des impuretés, et cette énergie provoque l’évaporation de l’eau, ce qui permet d’obtenir de la vapeur. Selon le type d’eau utilisé, du sel peut adhérer aux électrodes.
• Type électrothermique
  Les types électrothermiques se composent d’une tige chauffante électrique reliée à une source d’alimentation et d’un récipient contenant de l’eau. En fonctionnement, le thermoplongeur électrique génère de la chaleur lorsqu’il est alimenté en électricité, ce qui entraîne l’évaporation de l’eau et la production de vapeur.
• Type à apport de chaleur externe
  Dans les usines équipées de turbines à gaz, de turbines à vapeur ou de fours à combustible, la chaleur générée par ces derniers est récupérée et utilisée pour chauffer l’eau et produire de la vapeur. Si la chaleur provenant de sources externes n’est pas suffisante pour produire de la vapeur, un chauffage supplémentaire est fourni.

Qu’est-ce qu’un débitmètre de vapeur ?

Un débitmètre de vapeur est un appareil de mesure utilisé pour déterminer le débit de vapeur.

Il s’agit généralement de vapeur d’eau. La vapeur est un gaz qui contient de l’énergie thermique, et la mesure précise de son débit est importante pour les procédés industriels et la gestion de l’énergie. La vapeur est une source d’énergie importante utilisée dans de nombreux procédés industriels.

Les Débitmètres de Vapeur peuvent être utilisés pour contrôler avec précision l’approvisionnement en vapeur et améliorer la stabilité et l’efficacité des procédés. Le maintien de débits de vapeur adéquats permet également d’augmenter la productivité et d’économiser de l’énergie.

Il contribue également à la maintenance du système de vapeur et à la détection des défaillances. Un contrôle précis du débit de vapeur permet de détecter rapidement les fuites de vapeur et d’autres problèmes. Cela contribue à améliorer la fiabilité du système et à prolonger la durée de vie des équipements.

Utilisations des débitmètres de vapeur

Les débitmètres de Vapeur sont des instruments largement utilisés dans l’industrie. Voici quelques exemples de domaines d’utilisation des débitmètres de vapeur

1. Centrales électriques

Les débitmètres de vapeur sont utilisés dans les centrales électriques à turbine à vapeur pour mesurer le débit de vapeur produit par les chaudières. Cela permet de mesurer la quantité d’électricité produite et d’optimiser le rendement.

Les débitmètres de vapeur peuvent également être utilisés dans les turbines à gaz des systèmes de cogénération. Un système de cogénération produit simultanément de l’électricité et de l’énergie thermique. La chaleur résiduelle générée par la turbine à gaz est généralement utilisée pour produire de la vapeur.

2. usines de fusion du fer et des métaux

Dans les usines sidérurgiques, le haut fourneau est le principal procédé de transformation du minerai de fer en acier. La vapeur est parfois utilisée pour injecter de l’oxygène afin de dissoudre le minerai de fer dans le haut fourneau. Dans ce cas, des débitmètres Vapeur sont utilisés pour contrôler l’alimentation en oxygène et les gaz de réaction.

Le processus principal d’une fonderie de métaux est le processus de fusion des métaux. L’usine dispose d’un four de fusion, qui fait fondre le minerai tout en rejetant des gaz d’échappement chauds. La chaleur résiduelle des gaz d’échappement étant souvent extraite sous forme de vapeur, des débitmètres de Vapeur sont souvent utilisés.

3. usines de transformation des aliments

Les usines de transformation des aliments ont souvent besoin de chauffer leurs produits. La vapeur est utilisée dans les équipements de chauffage et dans les réservoirs dotés d’enveloppes chauffantes. Les débitmètres de vapeur mesurent la quantité de vapeur nécessaire au processus de chauffage et contrôlent la qualité des produits et l’efficacité du chauffage.

Principes des débitmètres de Vapeur

Le principe de base commun à tous les débitmètres de vapeur consiste à estimer le débit de vapeur en mesurant les variations des paramètres physiques qui sont proportionnelles au débit.

Les paramètres spécifiques varient en fonction de la méthode de mesure et du type de capteur, comme la température de la vapeur, la pression, les vibrations ou la dissipation de chaleur.

Types de débitmètres de vapeur

Il existe différents types de débitmètres de vapeur. Les types de débitmètres de vapeur typiques sont les suivants

1. Type à pression différentielle

Les débitmètres de vapeur à pression différentielle sont des débitmètres dans lesquels un dispositif spécifique est installé dans la conduite par laquelle la vapeur s’écoule et la différence de pression causée par l’écoulement est mesurée. La différence de pression est liée au débit de la vapeur, de sorte que le débit est estimé par calcul. Ils se caractérisent par leur faible coût, même pour les grands diamètres.

Les dispositifs spécifiques comprennent les plaques à orifice et les tubes de Pitot, les plaques à orifice étant les plus couramment utilisées. Les plaques à orifice sont des dispositifs circulaires en forme de plaque installés dans les conduites pour limiter l’écoulement des fluides. Elles se caractérisent par leur petite taille, leur légèreté et leur facilité d’installation.

Les débitmètres de vapeur à pression différentielle limitent l’écoulement de la vapeur, ce qui entraîne une chute de pression dans la conduite. Il en résulte une perte de charge constante. La perte de pression doit être prise en compte lors de la conception et de la sélection du compteur.

2. type ultrasonique

Les débitmètres de vapeur à ultrasons sont des débitmètres qui estiment le débit de vapeur par la vitesse réfléchie des ondes ultrasoniques. Ils se composent d’un émetteur et d’un récepteur qui émettent des ondes ultrasoniques.

Lorsque les ondes ultrasoniques sont transmises, leur phase change en fonction de la vitesse de la vapeur dans la conduite. Les ondes ultrasoniques dont la phase a changé sont reçues par le récepteur. Le débit peut être mesuré sans contact et il n’y a pas de perte de pression.

3. Type vortex

Les débitmètres de vapeur à vortex sont des débitmètres qui estiment le débit en fonction du nombre et de la période des tourbillons de Karman générés dans la conduite. Ils se composent d’un générateur de tourbillons et d’un capteur pour la détection des tourbillons.

La période des tourbillons de Karman générés par le générateur de tourbillons est mesurée par le capteur de détection de tourbillons. La vitesse d’écoulement moyenne du fluide peut être mesurée. La forme du générateur de tourbillons et le type de capteur de détection de tourbillons varient et doivent être sélectionnés en fonction du débit de la vapeur utilisée et du diamètre intérieur de la conduite.

Il se caractérise par sa robustesse, l’absence de pièces mobiles et une très grande précision de mesure.

Qu’est-ce qu’un atomiseur ?

Un atomiseur est un dispositif qui libère de l’eau atomisée.

Les ondes ultrasoniques ou le chauffage sont utilisés pour transformer l’eau en brouillard et la libérer dans l’espace. Les utilisations comprennent l’humidification de l’espace, la désinfection, la désodorisation et les effets scéniques. Les types d’ultrasons sont souvent utilisés pour des utilisations de stérilisation et de désodorisation.

Traditionnellement, ils étaient utilisés pour l’humidification et la stérilisation. Toutefois depuis peu, ils sont également utilisés pour les productions scéniques. L’illumination du brouillard augmente la luminosité, ce qui le rend efficace pour les effets scéniques. Il existe une grande variété de types d’atomiseurs, depuis les atomiseurs à poser sur le sol jusqu’à ceux de bureau.

Utilisations des atomiseurs

Les atomiseurs servent souvent à humidifier, à désinfecter et à désodoriser les espaces. Ils sont également utilisés dans les productions scéniques, mais les utilisations les plus courantes sont les suivantes :

1. L’humidification des espaces

En hiver, l’air devient sec en raison d’une baisse de l’humidité. Cet air est à l’origine d’une peau rugueuse et d’une sensibilité accrue aux rhumes. L’atomiseur est donc utilisé pour prévenir la sécheresse et maintenir un espace confortable.

2. La stérilisation et désodorisation

Les bactéries et les virus sont présents dans l’air. La prolifération des bactéries entraîne des odeurs, tandis que la prolifération des virus peut entraîner une détérioration des conditions de santé. Les solutions d’atomisation pour la désinfection et la désodorisation sont efficaces pour se répandre dans l’espace.

Les atomiseurs sont également utilisés dans tous les secteurs industriels. Cela va du refroidissement des éléments chauffants à la réduction de l’électricité statique due à l’humidification, en passant par la prévention du dessèchement. Notamment sur les sites où sont utilisées des substances à base d’eau.

Principe des atomiseurs

Les atomiseurs fonctionnent en atomisant un liquide et en le libérant ensuite de l’appareil. L’atomisation est réalisée par des ondes ultrasoniques et par le chauffage. Le mécanisme d’atomisation diffère selon la méthode, mais les deux principales méthodes sont les suivantes :

1. Le type à ultrasons

Les objets atomisés sont produits lorsque des vibrations ultrasoniques sont transmises au liquide. La tension superficielle du liquide intervient lors de la génération. La fréquence du transducteur couramment utilisé est de 2,4 MHz. En faisant varier cette fréquence, on peut également faire varier la taille des particules du brouillard généré.

2. Le type de chauffage

Cette méthode utilise le fait que lorsque la température d’une substance n’est pas élevée, les molécules sont immobiles et fixes. Mais qu’au contraire, lorsque la température augmente, le mouvement moléculaire devient plus intense. Au-dessus du point d’ébullition, les molécules se séparent et deviennent un gaz. Les molécules gazeuses sont alors libérées dans l’espace sous forme d’atomisation en raison de l’effet de la tension superficielle, qui réduit la surface des molécules.

Structure des atomiseurs

Un atomiseur utilisant la méthode des ultrasons se compose d’un transducteur qui fait vibrer le liquide et d’une base oscillante qui le fait vibrer. Certains atomiseurs sont dotés d’un pavillon fixé à l’extrémité du transducteur pour une atomisation efficace.

Pour maintenir une relation correcte entre le niveau de liquide et la hauteur du pavillon, il est généralement utilisé en combinaison avec un flotteur pour ajuster le niveau de liquide. Les atomiseurs sont souvent équipés d’un ventilateur intégré pour diffuser le brouillard dans l’espace et d’un réservoir pour fournir le liquide.

Types d’atomiseurs

Le réservoir est souvent intégré à l’atomiseur. La taille de l’atomiseur dépend de la taille du réservoir, qui tend inévitablement à être plus grand pour atomiser de grands volumes de liquide.

Il existe différents types d’atomiseurs pour répondre à différents besoins, notamment ceux qui peuvent être pompés à l’extérieur du liquide à atomiser et ceux qui peuvent être jetés directement dans le réservoir de liquide.

Comment choisir un atomiseur ?

Lors de l’utilisation d’un atomiseur, vérifiez la capacité d’atomisation en fonction de l’usage. Des capacités d’atomisation plus importantes sont nécessaires pour les grands espaces, tandis qu’elles ne le sont pas pour les petits espaces.

Si l’objectif principal est d’utiliser l’appareil en continu pendant une courte période, il n’est pas nécessaire. Cependant, pour des périodes plus longues, il est plus sûr d’utiliser un appareil avec une fonction intermittente. Par exemple, un diffuseur à usage domestique sera utilisé dans une petite pièce privée, dans une chambre ou un bureau. En revanche, dans un grand magasin, une capacité de vaporisation et un réservoir de liquide plus importants seront nécessaires pour la vaporisation d’arômes.

Autres informations sur les atomiseurs

À propos de la tension superficielle

La tension superficielle est la force à la limite (interface) entre un liquide et un gaz, où les molécules du liquide essaient de réduire la surface autant que possible. Dans un liquide, les forces intermoléculaires agissent entre les molécules pour maintenir la distance entre elles constante. Lorsque les molécules se déplacent du côté du gaz, les forces intermoléculaires ne fonctionnent pas et l’état est instable. Afin de résoudre l’état instable, les forces agissent pour réduire la surface autant que possible, et les molécules se transforment en particules.

Qu’est-ce qu’un connecteur optique ?

Les connecteurs optiques sont des connecteurs permettant de relier des lignes à fibres optiques.

Ils permettent la connexion complète des câbles à fibres optiques pour la transmission de signaux optiques. Ces connecteurs permettent de raccorder facilement les câbles à fibres optiques, ce qui simplifie les travaux d’installation et de maintenance. Ils permettent une connexion rapide et fiable des câbles à fibres.

De plus, la conception précise et la technologie de fabrication garantissent des pertes optiques minimales vers et depuis la fibre optique. Cela améliore l’efficacité de la transmission des signaux et permet de les envoyer sur de plus grandes distances.

Cependant, les connecteurs optiques sont des composants très précis et la zone de contact avec la fibre doit être propre. Si le connecteur est contaminé par de la saleté ou des empreintes digitales, la qualité du signal et l’efficacité de la transmission peuvent être réduites. Il est donc important de travailler dans un environnement propre lors de leur manipulation. Il convient également d’utiliser des capuchons de protection des connecteurs.

Utilisations des connecteurs optiques

Les connecteurs optiques sont des composants actifs dans divers secteurs d’activité. L’industrie des télécommunications est un exemple typique d’utilisation.

Plus précisément, ils sont utilisés dans la construction de réseaux de fibres optiques pour la communication à longue distance et la transmission de données à grande vitesse. Par exemple, les connexions de câbles à fibres optiques et les distributeurs optiques. De plus, les centres de données exigent une transmission à grande vitesse de grandes quantités de données et une faible latence.

Les réseaux à fibres optiques dotés de connecteurs optiques peuvent fournir une bande passante et une qualité de signal élevées. Ils relient les serveurs et les systèmes de stockage au sein du centre de données.

Parmi les autres utilisationss, citons la télédiffusion, les équipements médicaux et industriels. Ils sont également utiles dans les secteurs de l’aéronautique et de la défense. Ils sont souvent utilisés lorsqu’une transmission rapide et stable des données est importante.

Principe des connecteurs optiques

Un connecteur optique typique se compose d’un boîtier et d’une virole permettant de fixer l’extrémité d’une fibre optique. Dans les lignes à fibres optiques, le principe de la connexion des connecteurs est d’appuyer ces extrémités directement l’une contre l’autre. Si la connexion dévie ne serait-ce que légèrement, la perte de connexion augmente, d’où la nécessité d’une structure qui permette une connexion de haute précision.

Le dispositif auquel un connecteur optique est connecté est appelé “adaptateur optique”. Il est possible d’obtenir des connexions de haute précision parce que celui-ci est doté d’un manchon fendu intégré qui correspond à la forme du connecteur.

Les surfaces de connexion (faces d’extrémité) sont souvent polies par PC, également connu sous le nom de “polissage sphérique”. Les faces d’extrémité sphériques sont assemblées par des ressorts dans le connecteur de manière à ce que les sommets soient concaves. Cela empêche la formation d’une couche d’air entre les fibres optiques et minimise ainsi les pertes.

Types de connecteurs optiques

Il existe différents types de connecteurs optiques. Les types les plus couramment utilisés sont énumérés ci-dessous.

1. SC (Subscriber Connector)

Les connecteurs SC sont des connecteurs optiques courants dotés de férules cylindriques de précision. Ils sont dotés d’un mécanisme de verrouillage mécanique qui se détache en poussant et en tirant, ce qui permet une connexion facile et sûre. Ils sont généralement utilisés pour les câbles à fibres optiques monomodes.

2. LC (Connecteur Lucifer)

Les connecteurs LC sont des connecteurs optiques de petite taille. Dans l’ensemble, il s’agit de connecteurs compacts qui conviennent aux environnements de câblage à haute densité. Ils sont généralement utilisés pour les câbles à fibres optiques monomodes et multimodes.

3. ST (Traction Droite)

Les connecteurs ST sont des connecteurs optiques dotés d’un mécanisme de couplage à baïonnette. Ce type de connecteur est relativement grand et robuste et est généralement utilisé pour les câbles à fibres optiques multimodes. Ils sont souvent utilisés dans les équipements de réseau et les applications de communication de données.

4. FC (Connecteur de Fibre)

Les connecteurs FC sont des connecteurs optiques dotés d’un mécanisme de couplage fileté. Ces connecteurs sont parfois utilisés dans des environnements industriels et des utilisations de défense car ils offrent une grande durabilité et une qualité de signal élevée. Ils sont généralement utilisés pour les câbles à fibre optique monomode.

Qu’est-ce qu’un commutateur optique ?

Les commutateurs optiques, également appelés dispositifs de commutation de ligne optique, sont des dispositifs de communication optique capables de bifurquer ou de changer la destination d’un signal spécifique sans avoir à convertir un signal optique en un signal électrique.

Comme il n’est pas nécessaire de convertir les signaux reçus en signaux électriques, la commutation est possible tout en maintenant la vitesse élevée qui est une caractéristique de la communication optique.

Les commutateurs optiques peuvent être divisés en trois types principaux, en fonction de la méthode de commutation.

La méthode mécanique commute le chemin optique en montant et en déplaçant un élément d’entrée/sortie ou un élément optique sur un actionneur électrique. La méthode MEMS commute en contrôlant la position d’un minuscule élément optique à l’aide de forces faibles telles que des charges électrostatiques. La méthode par courbure consiste à placer des éléments chauffants des deux côtés d’un guide d’ondes optique sur un substrat et à chauffer l’élément chauffant d’un côté pour générer une différence de température entre les côtés gauche et droit du guide d’ondes. La différence de température entre les côtés gauche et droit du guide d’ondes entraîne une modification de l’indice de réfraction dans le guide d’ondes, ce qui modifie le chemin de propagation de la lumière.

Utilisations des commutateurs optiques

Les commutateurs optiques sont utilisés pour la commutation du chemin optique et les dispositifs ON/OFF dans les communications optiques, qui ne sont plus indispensables pour les communications à grande vitesse.

Si les communications optiques sont converties en signaux électriques avant la commutation, le temps nécessaire entre la conversion et la commutation devient un goulot d’étranglement. Les commutateurs optiques ont été développés pour résoudre ce problème en commutant sous forme de lumière.

Dans la pratique, ils sont utilisés pour fournir en permanence un environnement d’accès optique stable en passant par d’autres chemins lorsqu’un chemin optique devient inutilisable en raison d’une défaillance de l’appareil ou pour d’autres raisons.

Principe des commutateurs optiques

La méthode mécanique a une structure très simple et commute en faisant glisser des éléments optiques tels que des prismes. Le système de contrôle est facile à utiliser, il y a peu de pertes et une faible consommation d’énergie peut être obtenue car l’alimentation n’est fournie que lorsque le chemin optique est commuté.

Le système MEMS est un commutateur optique utilisant un micro-miroir, qui peut être produit grâce aux progrès de la technologie de microfabrication, et commute par réflexion entre deux miroirs. Ils peuvent être intégrés dans un petit format et fonctionner à des vitesses élevées, ce qui les rend adaptés à la commutation multicanal. Bien que le dispositif doit être constamment alimenté, la puissance nécessaire pour faire fonctionner chaque élément est faible, ce qui permet de réduire la consommation d’énergie.

Les systèmes à guides d’ondes optiques sont réalisés à l’aide de la technologie des circuits à ondes lumineuses, qui crée un guide d’ondes optiques sur une surface plane et modifie le chemin optique en changeant l’indice de réfraction, ou par d’autres moyens avec des entrées externes telles que la chaleur, la lumière ou l’électricité. Bien que les pertes soient élevées, les surfaces planes peuvent être empilées, ce qui les rend compactes et faciles à intégrer.

Qu’est-ce qu’un tube photomultiplicateur ?

Un tube photomultiplicateur (PMT) est l’un des capteurs optiques les plus sensibles, capable de convertir la lumière (photons) en électricité.

Il se compose d’un tube de verre sous vide avec une fenêtre incidente, une photocathode et une dynode. Le principe est basé sur l’effet photoélectrique externe, dans lequel des électrons sont émis à partir de la surface d’un métal lorsque la lumière est irradiée sur celui-ci dans le vide.

Étant donné qu’un seul photon peut être converti en un signal électrique important à une vitesse élevée (environ 10-9 s), les tubes photomultiplicateurs sont employés comme photodétecteurs dans les microscopes électroniques, les équipements d’analyse environnementale, les instruments médicaux, les spectrophotomètres et les équipements d’analyse spectrale.

Utilisations des tubes photomultiplicateurs

Les tubes photomultiplicateurs servent de détecteurs d’électrons secondaires dans les microscopes électroniques et dans les équipements de photo-analyse tels que les spectrophotomètres UV-visible et les spectromètres d’émission. Ils sont également intégrés dans les compteurs de poussière pour mesurer les particules dans l’air, dans les radars laser (LiDAR) pour détecter la lumière diffusée par les particules en suspension dans l’air, ainsi que dans les appareils médicaux tels que la tomographie par émission de positrons (TEP) et la tomodensitométrie (TDM) utilisés pour le dépistage du cancer.

Le LiDAR détecte la position et le mouvement des objets autour d’un véhicule. Il devrait devenir une technologie clé pour la conduite entièrement automatisée. Le Super-Kamiokande, l’installation la plus avancée au monde pour la recherche sur les neutrinos, utilise 13 000 tubes photomultiplicateurs d’un diamètre de 20 pouces pour capturer la lumière Cherenkov (lumière produite lorsque les électrons dépassent la vitesse de la lumière dans l’eau) générée dans un réservoir d’eau de 50 000 tonnes.

Les tubes photomultiplicateurs sont très performants en termes de sensibilité et peuvent convertir une faible lumière en une quantité suffisante de signaux électriques. D’un autre côté, ils présentent également des inconvénients : ils nécessitent une tension élevée pour être utilisés et sont susceptibles de capter le bruit causé par les électrons thermiques. L’alimentation des tubes photomultiplicateurs doit donc être extrêmement silencieuse et très stable.

Principe d’un tube photomultiplicateur

Les tubes photomultiplicateurs sont des capteurs optiques capables de détecter la lumière d’un seul photon et de la convertir en un signal électrique.

Le tube de verre sous vide est équipé d’une fenêtre par laquelle pénètre la lumière, d’une photocathode qui convertit les photons en électrons par l’effet du photocourant externe (l’effet des électrons émis dans le vide), d’une électrode de focalisation qui collecte les photoélectrons, d’une dynode d’environ 10 étages qui multiplie les électrons secondaires et d’une anode qui génère le signal électronique. Une tension continue d’environ 1 000 V est appliquée à l’ensemble du système, de la photocathode à l’anode.

1. Matériau de la fenêtre

Le verre borosilicaté, le verre de quartz, le verre transmettant les UV et les cristaux de MgF2 sont utilisés comme matériaux de fenêtre, en fonction de la gamme de longueurs d’onde de la lumière, principalement du côté des courtes longueurs d’onde.

2. Photocathode

Les photocathodes forment une couche active à efficacité quantique (efficacité de génération de photoélectrons) sur la surface en contact avec le vide poussé. Dans le domaine visible, des photocathodes en métal bialkali, des photocathodes en métal multi-alcalin de trois types ou plus avec une sensibilité allant jusqu’à l’infrarouge, des photocathodes en halogénure alcalin pour la détection des UV et des semi-conducteurs composés III-V avec une sensibilité élevée dans l’UV et le proche infrarouge ont été développés.

3. Dynode

Les photoélectrons sont accélérés par l’électrode de focalisation et collectés dans la dynode. Celle-ci forme une couche active sur un substrat métallique tel que le nickel ou l’acier inoxydable, ce qui augmente le taux d’émission d’électrons secondaires. Les couches déposées de métal alcalin-antimoine (par exemple SbCs), d’oxyde de béryllium et d’oxyde de magnésium sont couramment utilisées.

Lorsque les électrons frappent la dynode, un grand nombre d’électrons secondaires sont émis. Ils entrent ensuite en collision avec la dynode suivante installée, où d’autres électrons secondaires sont émis. Ce processus est répété, augmentant finalement le nombre d’électrons d’un million de fois et plus. Une quantité suffisante d’électrons est détectée sous la forme d’un signal électrique.

Autres informations sur les tubes photomultiplicateurs

Structure du multiplicateur d’électrons secondaires

Différentes structures ont été conçues pour les multiplicateurs d’électrons secondaires, telles que les cages circulaires, les lignes focales, les boîtes et les grilles, les mailles fines et les canaux métalliques, en fonction de la disposition et de la forme des dynodes et des autres composants.

Pour chaque structure, la conception optimale de l’électrode est basée sur l’analyse de l’orbitale des électrons. Les électrons se déplaçant dans un vide poussé, il est possible d’obtenir des caractéristiques temporelles rapides. La sensibilité élevée et les caractéristiques de réponse rapide, qui permettent de compter la lumière comme un grain, sont les raisons pour lesquelles les PMT sont employés en première ligne.