27 Juillet 2015  |  Dosage
Publié dans La Revue POLYTECHNIQUE 05/2015

Des capteurs optoélectroniques pour une installation de dosage

La précision et le fonctionnement des installations de dosage Brand reposent sur la technologie du distributeur adaptable sur flacon seripettor®. Equipées d’unités de dosage de 2 ml, ces installations peuvent doser des volumes très faibles avec une précision élevées. Les capteurs optoélectroniques MICROmote® miniaturisés proposés par Balluff permettent d’améliorer la fiabilité du processus.

Le dosage de haute précision de produits aqueux est un défi sans cesse croissant, notamment dans le quotidien du laboratoire, en raison de volumes dosés de plus en plus faibles. Les systèmes de dosage automatisés se voient également confrontés à des exigences de plus en plus strictes en termes de précision et de fiabilité du processus. Cela exige des composants tels que des unités de dosage pour petits volumes, mais également des capteurs conçus pour une installation dans des espaces réduits.
L’espace de montage dans les modules de dosage entièrement ou partiellement interchangeables au sein des installations de dosage est extrêmement réduit. En raison de leurs tailles, les capteurs capacitifs traditionnels n’ont pas assez de place. En outre, du fait de la forme spéciale des pistons sur les unités de dosage de 2 ml et en raison de la portée maximale admissible, ils ne peuvent pas garantir une détection fiable du liquide dans le cylindre.
«Pour notre unité de dosage seripettor® 2 ml, nous spécifions typiquement, pour un volume de consigne de 50 µl d’un produit aqueux, de faible viscosité, une précision de ±1 %, c’est-à-dire 0,5 µl», déclare Eberhard Albrecht, responsable productique et machines spéciales au sein de la société Brand GMBH + CO KG située à Wertheim, en Allemagne. «Cependant, concernant ces indications, il ne s’agit que de valeurs standard. Grâce à des essais de dosage avec le produit d’origine, des tolérances encore plus strictes peuvent souvent être atteintes pour l’application concrète», ajoute –t-il.
 
Alignés en rangs serrés dans les modules de dosage, les systèmes de dosage seripettor® constituent la base des installations de dosage modulaires, là où il n’y a pas de place pour les capteurs traditionnels.
 
Des distributeurs adaptables sur flacon
Les distributeurs adaptables sur flacon du type seripettor®, issus de la gamme des appareils de pipetage «Liquid Handling» proposée par Brand, sont utilisés depuis des années dans les laboratoires du monde entier. Ils permettent le dosage simple et précis de produits, directement à partir du flacon de réserve.
Un mouvement ascendant du piston remplit l’unité de dosage de liquide, qui est ensuite libéré dans un mouvement descendant du piston, par l’intermédiaire du système de vannes, à travers la canule de dosage. «Le principe piston-cylindre ici utilisé peut être parfaitement adapté pour une utilisation dans des systèmes de dosage de précision automatisés. «Nous construisons des installations de dosage depuis de nombreuses années d’après ce concept, pour nos propres tâches de production. Depuis 1998, nous résolvons également des tâches de dosage spécifiques aux clients. De la configuration à la mise en service et au service après-vente, en passant par la construction et la fabrication, la conception du système de commande et la programmation, nous proposons tout provenant du même fournisseur», explique Eberhard Albrecht.»
En tant que pièces maîtresses des installations de dosage, ces systèmes à piston ont été, dans un premier temps, utilisés avec des volumes nominaux de 10 et 25 ml. «Lors de l’utilisation d’unités plus petites pour des volumes de dosage inférieurs, les capteurs capacitifs utilisés jusqu’ici se sont révélé inadaptés pour détecter avec fiabilité les accumulations d’air indésirables dans le cylindre de l’unité de dosage. Nous avions, par conséquent, besoin d’une nouvelle solution de capteurs», se souvient Eberhard Albrecht. En recherchant sur Internet, il est tombé sur les capteurs optoélectroniques miniaturisés proposés par Balluff. Leur forme compacte et leurs excellentes caractéristiques techniques se sont révélé parfaitement adapté à ce processus.
 
Les pistons des petites unités de dosage de 2 ml comportent un déplaceur centré en forme de pointe, au périmètre duquel la détection du liquide doit s’effectuer, donc de façon excentrée. Dans le boîtier en forme de fourche spécialement conçu, les unités d’émetteur et de récepteur des barrages optiques unidirectionnels MICROmote® sont positionnés de manière optimale.
 
Une technique de fabrication brevetée
Les têtes de capteur optoélectroniques MICROmote®, présentant des dimensions de quelques millimètres, logées dans un boîtier métallique robuste, sont utilisées au moyen d’amplificateurs séparés. Ils conviennent ainsi pour les petits espaces de montage, comme dans les modules de dosage utilisés au sein des installations de dosage Brand, dans lesquelles un nombre d’unités de dosage variable selon la version, sont alignées en rangs serrés.
Les amplificateurs pourvus d’éléments d’affichage et de commande sont logés dans l’armoire électrique, à l’extérieur de l’installation. Des câbles électriques ultra souples assurent la transmission des signaux entre la tête de capteur et l’amplificateur. Les capteurs doivent leurs format compact à une technique de fabrication développée et brevetée par Balluff, destinée à la fabrication des composants micro-optiques, tels que les LED, photodiodes ainsi qu’unités de phototransistors et de diodes laser, présentant des caractéristiques techniques remarquables.
 
Les minuscules barrages optiques unidirectionnels MICROmote® surveillent le niveau minimal et maximal dans le réservoir de compensation de niveau des modules de dosage.
 

Des capteurs optoélectroniques pour de nombreux produits standard
Ces minuscules capteurs optoélectroniques, dotés d’optiques hautes performances, sont proposés dans de nombreux produits standard, dans les versions les plus diverses, sous la forme de détecteurs optiques pour une réflexion diffuse des objets ou avec suppression de l’arrière-plan, ainsi que sous la forme de barrages optiques à réflexion ou de barrages optiques unidirectionnels.
Pour l’application dans les installations de dosage Brand, les capteurs sont utilisés en tant que barrages optiques unidirectionnels avec des versions modifiées. «La détection fiable de l’eau, qui est plutôt problématique avec les autres techniques, est également déterminante pour nous», souligne Eberhard Albrecht. A cette fin, les capteurs MICROmote® utilisent, dans cette application, une longueur d’onde dans le domaine infrarouge à 1480 nm environ, à laquelle l’eau présente son maximum d’absorption. A cette longueur d’onde, les capteurs optiques fonctionnent également de façon fiable en présence d’eau claire, mais également lorsque les cylindres remplis de liquide sont fabriqués en un matériau semi-transparent. Ce principe permet de faciliter la détection de liquides ayant une teneur élevée en eau. Les accumulations d’air indésirables dans le cylindre de dosage, qui peuvent donner lieu à des imprécisions concernant le volume de dosage, sont ainsi détectées par l’absence de liquide. Les capteurs installés sur les cylindres des unités de dosage sont logés dans des boîtiers en forme de fourche, spécialement conçus à cet effet.
 
Les têtes de capteur optoélectroniques MICROmote®, de quelques millimètres, sont logées dans un boîtier métallique robuste et utilisées au moyen d’amplificateurs séparés. (Photo: Balluff)
 
L’entreprise Brand utilise le même concept des barrages optiques unidirectionnels, également dans la zone des réservoirs de compensation de niveau qui, en tant que partie intégrante des modules de dosage, veillent à une pression constante du système et servent en même temps de piège d’air. Le niveau minimal et le niveau maximal sont détectés dans cette application. Une surveillance du réservoir principal est réalisée de la même manière. A cette fin, les minuscules modules émetteurs et récepteurs sont disposés sur le tuyau flexible d’aspiration. Si aucun liquide n’est détecté dans le tuyau, le système est vide.
Les minuscules capteurs optoélectroniques MICROmote® constituent donc la bonne solution pour les applications au sein des installations de dosage hautes performances Brand. Ils garantissent la détection fiable de produits aqueux et apportent, avant tout dans le domaine des modules de dosage, une contribution essentielle à une conception compacte, ce qui facilite également le remplacement de modules individuels pendant le fonctionnement courant.
 
Grâce à un système modulaire perfectionné, l’utilisateur trouve facilement la tête de capteur adaptée à son application. (Photos: Balluff)
 
Balluff Sensortechnik AG
8953 Dietikon
Tél.: 043 322 32 40
www.balluff.ch


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