FR2994199A1 - Dispositif d'assistance a la regulation d'un bain electrolytique liquide - Google Patents

Abstract

Dispositif d'assistance à la régulation (1) d'un bain électrolytique liquide (2), comprenant une cuve (3) pour contenir le bain (2) et un support (4) d'éléments métalliques à dissoudre (5) dans le bain (2), ce support (4) étant agencé par rapport à la cuve (3) pour sélectivement plonger les éléments métalliques (5) dans le bain (2) contenu dans la cuve (3). Le support (4) comporte des moyens de mesure d'un effort (6) dépendant de la masse (m ) d'éléments métalliques (5) portés par le support (4).

Description

ARRIERE PLAN DE L'INVENTION L'invention concerne le domaine général de la préparation de bain électrolytique utilisé pour le dépôt de couche de revêtement métallique sur des pièces. Pour réaliser un dépôt de couche métallique sur une pièce conductrice électriquement, on connait la technique de dépôt consistant à plonger cette pièce dans un bain électrolytique et appliquer une différence de poten- tiel entre cette pièce et une électrode plongée dans le bain. La qualité du dépôt réalisé sur la pièce ainsi que la vitesse de formation de la couche dépend essentiellement de la composition du bain électrolytique et de la concentration en ions métalliques de ce bain. Pour cela, le bain électrolytique est préparé avant d'y plonger la pièce à revêtir. Le bain est essentiellement composé d'un liquide tel que de l'eau dans lequel sont introduits des ions métalliques par dissolution d'éléments métalliques. On fait en sorte de contrôler la concentration du bain en ions métalliques pour qu'elle soit comprise dans une plage de concentration prédéterminée et adaptée à la réalisation d'un dépôt requis dans des conditions requises.

La maîtrise de cette concentration du bain en ions métalliques est réalisée par des mesures successives. En raison d'un environnement relativement agressif pour les instrumentations de mesure, ces mesures sont délicates à mettre en oeuvre dans l'atelier où se trouve le bain électrolytique. Pour cela, il est usuel de prélever des échantillons du bain pour les analyser dans des laboratoires extérieurs aux ateliers. Les opérateurs sont par conséquent obligés de réaliser un grand nombre d'allers/retours entre l'atelier et le laboratoire. En fonction des résultats des analyses, le laboratoire définit s'il faut augmenter ou non la concentration en ions métalliques du bain et l'opérateur ajoute ou retire des éléments métalliques à dissoudre du bain. L'opérateur doit par conséquent effectuer un grand nombre d'opérations afin d'obtenir un bain de concentration souhaitée par le laboratoire.

OBJET DE L'INVENTION Un objet de l'invention est par conséquent de fournir un dispositif d'assistance à la régulation du bain électrolytique et un procédé d'utilisation d'un tel dis- positif qui permettent une simplification du travail de l'opérateur. RESUME DE L'INVENTION A cette fin, et selon l'invention, il est proposé un dispositif d'assistance à la régulation d'un bain élec- trolytique liquide, comprenant une cuve pour contenir le bain et un support d'éléments métalliques à dissoudre dans le bain, ce support étant agencé par rapport à la cuve pour sélectivement plonger les éléments métalliques dans le bain contenu dans la cuve. Ce dispositif est es- sentiellement caractérisé en ce que le support comporte des moyens de mesure d'un effort dépendant de la masse d'éléments métalliques portés par le support. Les moyens de mesure sont agencés au moins pour me- surer cet effort alors que ces éléments métalliques por- tés par le support sont plongés dans le bain.

Préférentiellement, ces moyens de mesure sont aussi agencés pour mesurer cet effort alors que ces éléments métalliques portés par le support sont sortis du bain. Grâce à l'invention, on obtient au moins une mesure de la masse d'éléments métalliques portés par le support et plongés dans le bain. Via l'évolution dans le temps de l'effort mesuré, on connait l'évolution de la masse des éléments métalliques dissous dans le bain. De cette masse totale d'éléments métalliques dissous dans le bain, il est aisé de connaitre l'évolution de la concentration du bain en éléments métalliques dissous. Ainsi, connaissant la concentration initiale du bain et la masse dissoute après ce moment initial, on peut alors connaitre par simple mesure de l'effort au peson, la concentration du bain en ions métalliques. Grâce à l'agencement du support pour sélectivement plonger les éléments métalliques dans le bain, on peut réguler le bain électrolytique en plongeant les éléments métalliques dans le bain si l'on souhaite augmenter la concentration du bain en ions métalliques ou en retirant ces éléments métalliques du bain si l'on souhaite au contraire stopper l'augmentation de cette concentration. L'invention porte aussi sur un procédé d'utilisation du dispositif de l'invention selon l'un quelconque des modes de réalisation présentés ci-après. Ce procédé consiste à successivement: - positionner le support portant lesdits éléments métalliques à dissoudre de manière à ce que la position de ce support soit fixe par rapport à la cuve et à ce que certains au moins des éléments métalliques à dissoudre soient immergés dans le bain ; puis à - mesurer à l'aide des moyens de mesure d'effort, ledit effort F dépendant de la masse mzinc d'éléments métalliques portés par le support ; puis à - commander le déplacement du support pour écar- ter les éléments métalliques du bain après que l'effort mesuré F passe une valeur seuil prédéterminée V. Selon ce procédé, on commande l'arrêt de la dissolution des éléments métalliques dans le bain dès lors que l'on a constaté que la masse d'éléments métalliques Màm portée par le support à diminuée en dessous d'une valeur prédéterminée V. L'écart entre la valeur de masse Màm d'éléments métalliques portés au moment « 0 » où l'on immerge ces éléments dans le bain et la valeur de masse final Màm d' éléments métalliques portés au moment « final » où l' on retire ces éléments du bain correspond à la masse Mdissous de ces éléments dissous dans le bain. Comme on le verra par la suite, Mdissous est déterminée par la formule : final 0 ,', A) mréelle = mréelle mdissous OÙ Mréelle est la masse de l'ensemble suspendu au peson au moment « 0 » ; et final Mréelle est la masse de l'ensemble suspendu au peson au moment « final ». Comme cela sera démontré par la suite, chacune de ces masses mréelle est connue par la formule : B) F/G = mimmergé = mréelle PL ( mpanier/ Pacier Mzinci Pzinc) où F est la force mesurée par le peson (dans cette formule F est mesurée pendant l'immersion des éléments); G est la constante gravitationnelle d'accélération ; Mininnergé est une masse apparente mesurée avec le peson alors que les éléments à dissoudre sont immergés ; 'DL est la masse volumique du bain ; Mpanierest la masse réelle à vide de la partie du support suspendue au peson (obtenue par mesure de F alors que le support est vide et hors du bain) ; Pacier est la masse volumique du matériau constitutif de la potion de support immergée dans le bain ; Mzinc est la masse réelle courante des éléments métalliques à dissoudre portés par le support ; Pàncest la masse volumique des éléments à dissoudre.

Grâce au dispositif et au procédé de l'invention, on assiste l'opérateur dans les opérations de régulation de concentration du bain en ions métalliques. Le dispositif de l'invention est en outre particulièrement avantageux car il permet d'obtenir directement dans l'atelier, des mesures d'effort pour calculer l'évolution de la concentration en ions du bain. Préférentiellement la mesure de l'effort selon le procédé de l'invention est réalisée lorsque tous les éléments mé- talliques portés par le support sont immergés dans le bain. Ce mode permet de limiter le risque d'erreur d'estimation de masse réelle d'éléments métalliques dissous dans le bain.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence à la figure 1 qui représente le dispositif selon l'invention agencé pour évaluer l'évolution de la concentration du bain en ions.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Comme indiqué précédemment, l'invention concerne un dispositif d'assistance à la régulation 1 d'un bain électrolytique liquide 2. Ce dispositif permet d'évaluer l'évolution de la concentration en ions métalliques par une mesure d'un effort de suspension d'un ensemble partiellement plongé dans le bain.

Ce dispositif comprend une cuve 3 pour contenir le bain 2 et un support 4 pour porter des éléments métalliques à dissoudre 5 dans le bain 2. Ce support 4 est agencé par rapport à la cuve 3 pour sélectivement plonger les éléments métalliques 5 dans le bain 2. Des moyens de mesure 6 sont agencés pour mesurer un effort F dépendant de la masse courante Màm des éléments métalliques 5 portés par le support 4. Le dispositif comprend en outre une motorisation 7 agencée pour déplacer le support 4 par rapport à la cuve 3 entre une position dans laquelle les éléments mé- talliques 5 sont plongés / immergés dans le bain 2 et une position dans laquelle les éléments métalliques 5 sont sortis du bain 2. On note que dans la position où les éléments métalliques à dissoudre sont sortis du bain, le support se trouve alors complètement en dehors de la cuve ce qui permet d'une part de le recharger le support en éléments à dissoudre et d'autre part de réaliser une mesure de masse de l'ensemble suspendu par le peson alors que cet ensemble est à distance du bain, sans influence de poussée d'Archimède. Le risque de modifier la concen- tration du bain lors du chargement du support est limité puisque les éléments métalliques rechargés se trouvent à distance du bain. Le support 4 comporte une première partie 4a qui est dotée d'appuis 8a, 8b, 8c, 8d respectivement agencés pour venir sélectivement en appui sur des emplacements fixes 9a, 9b, 9c, 9d par rapport à la cuve 3. En l'occurrence, cette première partie 4a du support 4 est en forme de cadre s'étendant principalement au dessus de la cuve et du bain qu'elle contient. Cette pre- mière partie 4a présente un anneau permettant d'accrocher un crochet au treuil 7, formant la motorisation pour soulever le support. Dans le cas présent, ces emplacements fixes 9a, 9b, 9c, 9d sont des portions de la cuve 3 formées sur un rebord supérieur de la cuve. Chacun des ap- puis 8a, 8b, 8c, 8d est en forme de L dont un côté vient en appui vertical sur la cuve et dont un autre côté vient en appui latéral sur un bord interne de la cuve. Ces appuis en forme de L sont disposés pour interdire un mouvement latéral du support lorsqu'il est posé sur la cuve.

Le support 4 présente également une seconde par- tie 4b mobile par rapport à la première partie 4a. Cette seconde partie 4b comporte plusieurs paniers contenant chacun des éléments métalliques à dissoudre 5 et porte ainsi ces éléments métalliques 5.

La seconde partie 4b du support 4 présente des moyens de suspension des paniers qui sont ici réalisés avec une barre horizontales positionnée au dessus du bain, y compris lorsque le support est déplacé pour immerger les éléments à dissoudre 5. Cette barre horizon- tale 13 permet de suspendre ces paniers, ici au nombre de quatre, par l'intermédiaire de crochets 14 appartenant aux paniers 10a, 10b, 10c, 10d. Les paniers peuvent être retirés du reste du support pour être rechargé en élément à dissoudre. L'opérateur peut ainsi manipuler des masses réduites d'éléments à dissoudre en manipulant les pa- niers, un par un. Chaque panier 10a, 10b, 10c, 10d présente une poignée propre 15 reliée aux crochets 14 pour permettre de saisir le panier depuis une zone toujours située au dessus de la cuve 3. Chacune de ces poignées 15 est for- mée par une barre s'étendant au dessus des crochets 14 et préférentiellement de la barre 13 de suspension. Ces poignées 15 permettent également de relier entre eux les crochets d'un même panier pour en fixer l'écartement et ainsi limiter le risque de variation de la profondeur d'immersion des paniers au cours de la dissolution. La seconde partie 4b du support est montée coulissante par rapport à la première partie 4a, par l'intermédiaire de guidages linéaires en translation. Ces guidages sont disposés pour permettre un déplacement de la seconde partie 4b selon une direction verticale 18 lorsque la première partie 4a du support est en appui sur la cuve 3. Un premier type de guidage linéaire 16 est formé par un tube appartenant à la première partie 4a dans lequel coulisse une tige appartenant à la seconde partie 4b. Ce premier type de guidage permet de maintenir la barre 13 toujours parallèle à la surface du bain tout au long du déplacement selon la direction 18. On garantie ainsi que les paniers qui sont identiques entre eux soient tous disposés à une même profondeur d'immersion dans le bain. Un second type de guidage linéaire 17 est formé par un profile en forme de U s'étendant selon la direction de guidage verticale 18 et par une portion de la seconde partie 4b s'étendant dans le U du profilé pour y coulisser selon cette direction 18. Ces seconds types de guidages sont disposés de part et d'autre des guidages du premier type, ces guidages étant dans un même plan. Ces seconds types de guidages augmentent la rigidité de la liaison en translation entre les première et seconde parties du support et augmente ainsi la précision de la mesure d'évolution de la concentration du bain.

Les moyens de mesure 6 d'effort F comportent un peson 6a placé entre ces première et seconde parties 4a, 4b. Ce peson 6a est attaché à la première partie 4a et supporte un ensemble constitué de la seconde partie 4b et des éléments 5 à dissoudre. Ce peson 6a interdit l'écartement de ces parties 4a, 4b l'une par rapport à l'autre. Le peson 6a présente une extrémité reliée sur un anneau de la première partie 4a et une autre extrémité relié sur un anneau 4b de la seconde partie. Le peson mesure l'effort d'écartement F de ces parties 4a, 4 l'une par rapport à l'autre. Préférentiellement le peson 6a est associé à des moyens de calcul pour indiquer la valeur de l'effort F mesuré et/ou l'écart entre l'effort F mesuré et le seuil prédéterminé V et/ou la masse réelle d'éléments métalliques dissous. La méthode de calcul uti- lisée pour déterminer ces indications sera donnée ci- après. Pour informer l'opérateur, le peson peut compor- ter un afficheur de l'une au moins l'une de ces informations. Cet afficheur peut ainsi indiquer une force de traction F (en multiple de Newtons) ou son équivalent massique (en multiple de kilogrammes) calculé en fonction de la constante gravitationnelle G. Plus la masse des éléments métalliques 5 diminue lors de la dissolution dans le bain 2 et plus l'effort mesuré F par le peson 6a / moyens de mesure d'effort 6 diminue. La mesure de l'évolution de l'effort d'écartement de ces parties 4a, 4b l'une de l'autre, illustre la variation de la masse Màm des éléments 5 portés par le support. La limitation d'écartement D par le peson 6a est avantageuse car elle minimise l'amplitude du mou- vement de la seconde partie 4b par rapport à la cuve 3 lorsque le support est y positionné. On évite ainsi d'ajouter un biais à la mesure d'effort F lié à un déplacement de la seconde partie 4b par rapport au bain durant la dissolution. La force d'Archimède exercée par le bain 2 sur la portion de support immergée reste sensiblement constante tout au long de la dissolution car la seconde partie 4b du support reste immobile tout au long de la dissolution et car la portion immergée de cette seconde partie est dans un matériau choisi pour être non soluble dans le bain. La distance D séparant un point d'attache du peson 6a avec la première partie 4a d'un point d'attache du peson 6a avec la seconde partie 4b varie de moins de 5% entre une configuration où le support est éloigné du bain et porte les éléments métalliques 5 et une configuration où le support est éloigné du bain et ne porte pas d'éléments métalliques à dissoudre. Les éléments métalliques 5 à dissoudre, sont dis- posés dans les paniers 10a, 10b, 10c, 10d qui présentent chacun des perforations 11 pour mettre en contact les éléments métalliques 5 avec le bain 2 qui y circule. Ces paniers 10a, 10b, 10c, 10d sont constitués d'un métal dont le potentiel standard est supérieur au potentiel standard des éléments métalliques 5 à dissou- dre. Cet écart entre le potentiel standard des éléments métalliques 5 et le potentiel standard du métal constituant les paniers 10a, 10b, 10c, 10d, permet de générer, une fois les paniers 10a, 10b, 10c, 10d et les éléments métalliques 5 plongés dans le bain, une pile galvanique forçant la dissolution des éléments métalliques 5. Idéalement l'écart entre ces potentiels standards est d'au moins 0.2V/ESH. Dans le cas présent le potentiel standard de l'acier utilisé pour réaliser les paniers 10a, 10b, 10c, 10d est compris entre -0.38 et -0.35V/ESH alors que le potentiel standard des éléments métalliques en Zinc est de l'ordre de - 0.76 V/ESH, soit un écart entre ces potentiels standards d'au plus 0.41V qui est supérieur aux 0.2V/ESH précités. On note que l'unité de mesure « V/ESH » correspond à une mesure de potentiel standard exprimée en Volt et mesurée avec une électrode de référence à hydrogène utilisée pour définir les potentiels standards d'oxydoré- duction, cette électrode standard à hydrogène étant notée ESH. Idéalement, les éléments métalliques à dissoudre 5 comportent du zinc et le métal des paniers 10a, 10b, 10c, 10d contient du fer et peut être du type acier oxy- dable. Le métal des paniers incite les éléments métalli- ques, ici le zinc se présentant sous la forme de billes, à se sacrifier pour limiter la corrosion du métal des paniers, ici du fer. Le métal des paniers n'est donc pas corrodé et la masse des paniers 10a, 10b, 10c, 10d reste constante pendant toute la durée de la dissolution des éléments 5. On note que le bain 2 est étudié pour favoriser la réaction d'oxydoréduction induisant la dissolution des éléments métalliques 5. Pour cela le bain contient notam- ment des amines et/ou de la potasse. Des moyens de commande 12 de la motorisation 7 reliés aux moyens de mesure d'effort 6 sont agencés pour commander à la motorisation 7, le déplacement du support 4 par rapport à la cuve 3 en fonction de la mesure d'effort F. Ces moyens de commande 12 sont agencés pour comparer l'effort mesuré F à la valeur seuil prédéterminée V. Lorsque l'effort mesuré F passe cette valeur seuil V, les moyens de commande 12, commandent à la motorisation 7 de déplacer le support 4 de manière à sortir les éléments métalliques 5 du bain 2. Comme on le verra par la suite cette valeur seuil Vest ici une masse apparente mesurée alors que le support 4 est partiellement immergé et porte des éléments 5. Cette valeur V est fixée en fonction d'une masse métalli- que à dissoudre mdissous- Alternativement, cette valeur seuil V peut aussi être un écart entre un effort F mesuré par le peson alors que les éléments métalliques portés par le support sont immergés à un moment 0 et un effort mesuré à un moment ultérieur « final », alors que la masse métallique à dissoudre MdissouseSt atteinte. Les moyens de commande 12 comportent une inter- face homme/machine 19 pour ajuster des paramètres de déplacement du support 4 par rapport à la cuve 3 en fonction de l'effort mesuré F par les moyens de mesure d'effort 6. Parmi les paramètres pouvant être ajustés avec cette interface, on a la valeur seuil V. Cette va- leur V peut être calculée dans le laboratoire en fonction d'une analyse de concentration du bain en élément métallique et d'un objectif de concentration à atteindre (par exemple entre 25 et 35 grammes d'ions métalliques par li- tre de bain). Cette valeur V qui est fonction de la masse d'éléments métalliques à dissoudre est entrée par l'opérateur grâce à l'interface homme/machine. Cette interface homme /machine prend ici la forme d'un automate ou d'un ordinateur 19 comprenant un proces- seur et des mémoires reliés à un clavier et un écran de visualisation. Cette interface 19 permet de commander manuellement la motorisation qui est ici un treuil 7 pour déplacer verticalement le support 4 par rapport à la cuve 3 en fonction des besoins de l'utilisateur.

Cette interface 19 est aussi utilisée pour para- métrer les conditions de commande de déplacement du support 4 par la motorisation 7 en fonction de la mesure d'effort F. Comme la motorisation 7 est prévue pour déplacer l'ensemble du support 4 par rapport à la cuve, cette mo- torisation 7 peut être mise en oeuvre simplement avec un simple treuil à câble électrique peu couteux et largement disponible dans les ateliers industriels. La commande de ce treuil 7 est très simple puisqu'elle consiste à soit descendre le support 4 jusqu'à ce qu'il vienne en appui sur les emplacements fixes par rapport à la cuve 9a, 9b, 9c, 9d, soit à remonter le support 4 jusqu'à ce que ce support et les éventuelles éléments métalliques qu'il porte soient complètement écartés du bain. Grâce aux appuis 8a, 8b, 8c, 8d du support contre les emplacements correspondants 9a, 9b, 9c, 9d, la position d'arrêt de descente du support par rapport à la cuve est indépendante de la précision du treuil, puisqu'elle est fixée par les appuis du supports contre les emplacements 9a, 9b, 9c, 9d. La régulation en position du treuil 7 peut ainsi être minimale. On note qu'en séparant la motorisation 7 de la mesure d'effort 6, la mesure d'effort F peut être réalisée avec un simple peson électronique 6a disponible dans le commerce. Grâce à l'invention, la mesure de l'effort F peut être réalisée : - alors que le support est à l'écart de la cuve, pour estimer une masse d'éléments métalliques portés par le support (cette pesée peut être utile au moment du chargement des paniers par l'opérateur) ; - alors que le support est précisément positionné sur la cuve par ses appuis 8a, 8b, 8c, 8d, les éléments 5 étant alors immergés. L'évolution de la masse réelle des éléments mé- talliques 5 à dissoudre est ainsi évaluée précisément car la masse du support et la force d'Archimède exercée par le bain sur ce support restent constantes tout au long de la dissolution des éléments métalliques (comme indiqué précédemment, le support n'est pas attaqué par le bain et reste dans une position stable d'immersion tout au long de la dissolution des éléments métalliques). Il va maintenant être exposé la manière dont est calculée la valeur seuil V servant à déterminer le moment « final » de retrait des éléments métalliques 5 hors du bain. 1) Notations : * mréelle Masse réelle de l'ensemble supporté par le peson. Cet ensemble comprend la deuxième partie 4b du support, y compris les paniers, et les éléments métalliques 5 qu'il porte. Cette masse réelle peut être évaluée par le mesure de F alors que le support et les éléments métalliques qu'il porte sont hors du bain ; - nlréelle0 : masse réelle mréelle au moment « 0 ». final - nlréelle : masse réelle mréelle au moment « final ». * Mimmergé : Masse apparente de l'ensemble supporté par le peson lorsque le support est déplacé pour plonger les éléments métalliques dans le bain. Cette masse apparente est déduite par la mesure de l'effort F= Mimmergé *G. On note qu'une masse apparente est fonction de la densité du bain alors qu'une masse réelle qui est indépendante de la densité du bain. final - Mimmergé : masse apparente Mimmergé mesurée au mo- ment « final » ; - mimmergéo : masse apparente Mimmergé mesurée au moment « 0 » ; * mpanier masse réelle de l'ensemble précité compre- nant les paniers vides, sans les éléments métalliques (x) - mzinc : Masse réelle des éléments métalliques, en l'occurrence du Zinc, portés par le support et apparte- nant à l'ensemble précité (x) ; * G : Constante d'accélération terrestre = 9.81 m.s 2 (X) ; * Vsol : Volume de solide immergé, correspondant au volume immergé d'éléments métalliques 5 et à la portion du support qui est immergée. Ce volume Vsol est égal au volume du bain déplacé par immersion de la portion du support et des éléments métalliques ; * Vpanier Volume du support, y compris les paniers, qui est immergé lorsque le support est abaissé pour plon- ger les éléments métalliques. Ce volume Vpanier ne comprend que le volume du support plongé dans le bain et ne comprend pas le volume des éléments métalliques à dissoudre. *Vzinc : Volume des éléments métalliques immergés, en l'occurrence il s'agit d'un volume de zinc immergé ; - pader: Masse volumique du matériau du support qui est immergé, en l'occurrence, il s'agit de la masse volumique des paniers qui sont en acier (x) ; *pzinc:Masse volumique des éléments métalliques à dissoudre, en l'occurrence il s'agit de la masse volumique du zinc (x) ; *phq: Masse volumique de la solution constituant le bain (x) ; * Préel: Poids réel dudit ensemble (y compris les éléments métalliques à dissoudre) supporté par le peson.

Préel = F mesurable par le peson lorsque l'ensemble est suspendu hors du bain. * Pimmergé: Poids immergé apparent de l'ensemble précité lorsqu'il est dans la position d'immersion des éléments métalliques et présente une portion du support qui est immergée. Ce poids apparent est donné par l'effort F = Pimmergé mesurable avec le peson lorsque le support est dé- placé pour immerger les éléments métalliques à dissoudre. On note que Pimmergé immergé - Mimmergé * G * u: Poussée d'Archimède exercée par le bain sur la portion immergée du support et sur les éléments métalli- ques immergés ; (x) : les éléments ainsi marqués sont mesurables ou connus de la littérature. Les unités utilisées dans les relations ci-après sont le kg pour les masses, le Newton pour les poids, le m3 pour les volumes et le kg/m3 pour les masses volumiques. 2) Détermination de la relation entre Mirnmergé et Mréelle On cherche ici la relation entre la masse apparente Mirnmergé qui est obtenue par la mesure de F alors que l'ensemble (portion de support et éléments métalliques) est immergé et la masse réelle mréelle de cet ensemble. L'objectif de cette relation est de connaitre l'évolution de la masse réelle lors de la dissolution via une mesure de l'effort F alors que les éléments et une portion du support sont immergés. a) Relation entre masse réelle et poids réel : Mréelle = Préel / G b) Relation entre poids réel, poids immergé et poussée d'Archimède Préel = Pimmergé c) Relation entre poids immergé et masse mesurée : Pimmergé = mimmergé X G d) Calcul de la poussée d'Archimède : 7= Pliq X Vsoi X G e) Calcul du volume de solide immergé : Vsoi = Vp Vz = (mp/pacier) (mz/pzinc) f) Développement pas à pas : TT = pliq X Vsol X G = pliq X [(mp/pacier) (mz/pzinc)] X G g) Préel = Pimmergé = mimmergé X G + pliq X [(mp/pacier) (mz/pzinc)] X G h) Mréelle = Préel / G = (mimmergé X G + pliq X [(mp/pacier) (mz/pzinc)] X G) / G i) Relation générale : Mréelle = mimmergé Pliq X [(Mp/Pacier) (Mz/Pzinc)] Connaissant cette relation générale « i », on cherche à calculer la valeur V qui sera utilisée par l'opérateur et/ou par les moyens de commande de la motorisation 7 pour déclencher le retrait des éléments métalliques lorsque le bain aura une concentration en ions métalliques souhaitée. Ici, V = Mimmergéfinal - 1) Connaissant la concentration en ions du bain et son volume, le laboratoire demande de dissoudre x grammes de zinc dans le bain afin d'atteindre la concentration souhaitée. On connait ainsi l'objectif de masse d'élément métallique à dissoudre mdissous puisque x= mdissous On note que la masse « Mdissous » est la masse réelle d'éléments métalliques qui doit se dissoudre entre le moment « 0 » où l'on plonge les éléments métalliques dans le bain et le moment « final » où l'on écarte du bain les éléments métalliques restants dans les paniers ;30 2) Le support est chargé d'une masse inconnue / ou grossièrement connue d'éléments à dissoudre. Par mesure de la force F avec le peson, alors que l'ensemble support / élément à dissoudre est hors du bain, on connait la masse réelle de l'ensemble, c'est-à-dire m -réelle° ; 3) Logiquement, on cherche à ce que la dissolution s'arrête lorsque mréelle mréelle Mdissous ; 4) Connaissant la masse mréelle final uniquement mesurable hors immersion, on cherche à déterminer mimmergé fi- nal correspondante qui est mesurable lors de l'immersion ; 5) D'après l'équation i) précitée : final final mimmergé - mréelle PL ( Mpanieri Pacier Mzincfinali Pzinc) 6) Ne connaissant pas Mzincfinal: il faut la calculer: final _ 0 ..«', 0 ..«', Mzinc H 'zinc - 'dissous - mréelle H 'panier Mdissous 7) Reformulation de l'équation 6) : final final mimmergé - mréelle + PL mpanieri Pacier Mzincfinali Pzinc) ; 8) En remplaçant les inconnus dans cette équation 7, on obtient: Mimmergéfinal _ - mréelle0 Mdissous PL ( Mpanier) Pacier mréelle Mpa- nier Mdissous Pacier). Toutes ces valeurs de l'équation 8 sont connues puisqu'avant immersion de l'ensemble on a peut mesurer mréene , et puisque Mpanier est la masse de l'ensemble sus- pendu au peson sans les éléments métalliques (cette va- leur étant connue par simple mesure à vide du poids de la seconde partie du support. Il existe une deuxième méthodologie qui consiste à prédire Mininnergéfinal à partir de droites d' étalonnage .

La première étape est la mesure réelle de la masse des paniers hors du bain : la valeur de mpanier est ainsi connue. A l' aide de la formule : final - final 8bis) Mréelle - mpanier + mzinc final de la formule 7, en remplaçant Mréellefinal, on obtient l' équation suivante : final final final / mimmergé = mpanier + mzinc - PL ( mpanier/ Pacier + mzinc / Pzinc) soit _ Mimmergé final = wpanier (1- Pd Pacier) Mzincfinal (1- Pd Pzinc) En calculant Mininnergéfinal à différentes valeurs de f Mzincinalune droite est obtenue depente A = (1- pd Pzinc) et d'ordonnée B = mpanier (1- PL/ Pacier) (en supposant que le support et son panier ne se dissolvent pas ) . 9) A partir de l' équation de la droite (mimmergé = Axmzinc B) il est possible de déterminer la masse apparente à laquelle il faut arrêter la dissolution en ne connaissant que la masse apparente au temps 0 et la masse à dissoudre Mdissous 25_ Mimmergéfinal - RH/immergé° - B)/A - mdissous) x A + B Dans chacune des méthodologies précitées, si l' on choisi la valeur seuil V= Mirnmergéfinal *G alors dès que la force F affichée par le peson 6a passe cette valeur V, on 30 sait que la masse d' éléments à dissoudre est atteinte : x= Mdissous - On commande alors le retrait des éléments non encore dissous hors du bain. La concentration du bain est alors égale à celle souhaitée par le laboratoire. Cette succession d'étapes peut être effectuée manuellement, par l'opérateur qui commande manuellement la remontée du support, lorsque la valeur V d'effort prédé- terminée s'affiche sur l'écran de mesure d'effort F du peson. Dans un mode particulier, cette succession d'étapes est partiellement automatisée et c'est alors le moyen de commande 12 de motorisation qui, lorsque le peson indique F=V, commande au moteur 7 de remonter le support pour sortir les éléments non dissous hors du bain. Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif 1 de l'invention calcule automatiquement la masse dissoute courante en fonction de l'effort courant F mesu- ré par le peson. Ces valeurs courantes peuvent être utilisées pour générer un fichier historique de la dissolution. Dans les modes de réalisation de l'invention décrits précédemment, on considère que la masse volumique PL du bain liquide L reste sensiblement constante car la masse de solide métallique S qui se dissout dans le bain lors de l'électrolyse présente une masse largement inférieure à la masse totale du bain. Typiquement, on est dans un rapport de masse inférieur à 0.5% (en d'autres termes la masse d'éléments métalliques dissous dans le bain est inférieure à 0.5% de la masse totale du bain). Toutefois, lorsque l'on souhaite prendre en compte la variation de densité du bain liée à la dissolu- tion d'élément métallique dans ce bain, le dispositif de l'invention peut comprendre des moyens de mesure de la densité du bain et la commande de déplacement du support pour écarter les éléments métalliques du bain peut être générée après que l'effort mesuré passe une valeur V prédéterminée d'effort F. Cette valeur prédéterminée V est ici calculée en fonction d'une densité mesurée du bain au cours de la dissolution. Dans un mode particulier, pour augmenter la pré- cision de la régulation du bain, le dispositif de l'invention peut aussi comporter une mesure de la tempé- rature du bain et/ou des moyens de contrôle de cette tem- pérature, et la commande le déplacement du support pour écarter les éléments métalliques du bain peut être générée après que l'effort mesuré passe une valeur V d'effort prédéterminée. Cette valeur prédéterminée V est ici cal- culée en fonction de la température mesurée du bain. On note que la température du bain peut influer sur la valeur de l'effort mesuré puisqu'elle fait varier non seulement la densité du bain, mais aussi celle de la portion immergée du support et la densité des éléments métalliques immergés. Ainsi dans de rares applications, on peut souhaiter prendre en compte cette température pour calculer la valeur prédéterminée en tenant compte de la variation de ces densités respectives. Dans un mode particulier, on peut combiner les deux modes précédents pour commander le déplacement du support et écarter les éléments métalliques 5 du bain 2, en fonction d'une part de la mesure de densité du bain et d'autre part de la mesure de sa température. Toutefois, dans une majorité de cas où la tempé- rature du bain reste sensiblement constante à +/-10° près et où la masse d'éléments métalliques à dissoudre reste inférieure à 1% de la masse totale du bain, on se contente d'un mode de réalisation économique du dispositif présentant une simple mesure d'effort F et ne tenant pas compte des éventuelles variations de température et de densité du bain pendant la dissolution.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif d'assistance à la régulation (1) d'un bain électrolytique liquide (2), comprenant une cuve (3) pour contenir le bain (2) et un support (4) d'éléments métalliques à dissoudre (5) dans le bain (2), ce support (4) étant agencé par rapport à la cuve (3) pour sélectivement plonger les éléments métalliques (5) dans le bain (2) contenu dans la cuve (3), caractérisé en ce que le support (4) comporte des moyens de mesure d'un effort (6) dépendant de la masse (mréelle) d'éléments métalliques (5) portés par le support (4).
2. 2. Dispositif d'assistance à la régulation (1) selon la revendication 1, comprenant une motorisation (7) agencée pour déplacer le support (4) par rapport à la cuve (3) entre une position dans laquelle les éléments métalliques (5) sont plongés dans le bain (2) et une position dans laquelle les éléments métalliques (5) sont sortis du bain (2).
3. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, dans lequel le support (4) comporte : - une première partie (4a) dotée d'appuis (8a, 8b, 8c, 8d) respectivement agencés pour venir sélective- ment en appui sur des emplacements fixes (9a, 9b, 9c, 9d) par rapport à la cuve (3) , ces emplacements fixes (9a, 9b, 9c, 9d) pouvant être des portions de la cuve (3) ; et - une seconde partie (4b) mobile par rapport à la première partie (4a), cette seconde partie (4b) portant les éléments métalliques (5) à dissoudre dans le bain (2) et lesdits moyens de mesure (6) d'effort (F) comportantun peson (6a) placé entre ces première et seconde parties (4a, 4b) du support (4), ce peson (4) interdisant l'écartement de ces première et seconde parties (4a, 4b) l'une par rapport à l'autre et mesurant l'effort dépen- dant de la masse (Mréce) d'éléments métalliques (5) portés par le support (4).
4. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel la seconde partie (4b) du support (4) comporte au moins un panier (10a, 10b, 10c, 10d) dans lequel est dis- posée au moins une partie desdits éléments métalliques (5) à dissoudre, cet au moins un panier (10a, 10b, 10c, 10d) étant perforé (11) pour permettre la mise en contact des éléments métalliques (5) avec le bain (2) contenu dans la cuve (3).
5. 5. Dispositif selon la revendication 4, dans le- quel chaque au moins un panier (10a, 10b, 10c, 10d) est constitué d'un métal dont le potentiel standard est supérieur à un potentiel standard des éléments métalliques (5) à dissoudre.
6. 6. Dispositif selon la revendication 5, dans le- quel les éléments métalliques à dissoudre (5) comportent du zinc, ledit au moins un panier (10a, 10b, 10c, 10d) étant en un matériau contenant du fer tel que de l'acier oxydable.
7. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes combinées à la revendication 2, comportant en outre des moyens de commande (12) de la motorisation (7) reliés aux moyens de mesure d'effort (6) et agencés pour commander le déplacement du support (4) par rapport à la cuve (3) en fonction de la mesure (F) réali- sée par les moyens de mesure d'effort (6).
8. 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel les moyens de commande (12) sont agencés pour comparer l'effort mesuré (F) à l'aide des moyens de mesure d'effort (6) à une valeur seuil prédéterminée (V) et, lorsque l'effort mesuré (F) passe cette valeur seuil (V), à commander la motorisation (7) pour déplacer le support (4) de manière à sortir les éléments métalliques (5) du bain (2).
9. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 7 ou 8, dans lequel les moyens de commande com- portent une interface homme/machine pour ajuster des paramètres de déplacement du support par rapport à la cuve en fonction de l'effort mesuré par les moyens de mesure d'effort.
10. 10. Procédé d'utilisation du dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, consistant à successivement: - positionner le support (4) portant lesdits éléments métalliques (5) à dissoudre de manière à ce que la position de ce support (4) soit fixe par rapport à la cuve (3) et à ce que certains au moins des éléments métalliques à dissoudre (5) soient immergés dans le bain (2) ; puis à - mesurer à l'aide des moyens de mesure d'effort (6) , ledit effort (F) dépendant de la masse (Mréce) d'éléments métalliques (5) portés par le support (4) ; puis à - commander le déplacement du support (4) pour écarter les éléments métalliques (5) du bain (2) après que l'effort mesuré (F) passe une valeur seuil prédéter- minée (V).