FR2812725A1 - DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING THE CHARACTERISTICS OF BIOMASS - Google Patents

Abstract

Device (1) for determining the electrical characteristics of a biomass, comprising: - a probe (S) comprising a first pair of intensity electrodes (E1, E4) for injecting a current, a second pair of measurement electrodes voltage (E2, E3), and an injected current measurement resistor (116), - a conditioner (10) comprising an alternating voltage generator (112) and a circuit (200) for processing current measurement signals and voltage, so as to deliver signals (C, G) respectively for measuring the capacitance and the conductance of the medium. The conditioner (10) includes a zero method measurement bridge (150) controlled automatically to deliver the signals (C, G) for measuring the capacity and conductance of the medium. Use in particular for the control of biological fermentation process.

Description

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" Dispositif et procédé de détermination des caractéristiques électriques d'une biomasse " DESCRIPTION La présente invention concerne un dispositif de détermination des caractéristiques électriques d'une biomasse, notamment dans un processus de fermentation. Elle vise également un procédé mis en #uvre dans ce dispositif. Une estimation en temps réel des caractéristiques de la biomasse est essentielle pour le contrôle optimal des processus de fermentation utilisés dans les industries agro-alimentaires, pharmaceutiques, chimiques et dans les biotechnologies. Pour une présentation du principe général de l'estimation en temps réel d'une biomasse, on pourra utilement se référer à l'article Dielectric permittivity of microbial suspensions at radio frequencies : a novel method for the real-time estimation of microbial biomass de C.M. Harris et al., paru dans la revue Enzyme Microb.technol., vo1.9, Mars 1987. Le document EP0281602 divulgue un équipement pour déterminer la biomasse, comprenant des électrodes espacées mutuellement prévues pour être placées dans le milieu en contact électrique avec celui-ci; et des moyens pour générer un signal dépendant de la capacité entre les électrodes, à une fréquence prédéterminée ou dans une gamme de fréquence prédéterminée entre 0,1 MHz et 10 MHz. Ces électrodes comportent une première paire d'électrodes d'injection de courant dans le milieu entourant une seconde paire d'électrodes de courant, et sont disposées dans une sonde incluant des moyens d'amplification et reliée à un conditionneur électronique. Ce conditionneur comprend des moyens pour appliquer une tension alternative, à la fréquence prédéterminée,

"Device and method for determining the electrical characteristics of a biomass" DESCRIPTION The present invention relates to a device for determining the electrical characteristics of a biomass, in particular in a fermentation process. It also relates to a process implemented in this device. A real-time estimation of biomass characteristics is essential for optimal control of the fermentation processes used in the food, pharmaceutical, chemical and biotechnology industries. For a presentation of the general principle of real-time estimation of a biomass, one can usefully refer to the article Dielectric permittivity of microbial suspensions at radio frequencies: a novel method for the real-time estimation of microbial biomass by CM Harris et al., Published in the journal Enzyme Microb.technol., Vo1.9, March 1987. Document EP0281602 discloses equipment for determining biomass, comprising spaced apart electrodes intended to be placed in the medium in electrical contact with that -this; and means for generating a capacity dependent signal between the electrodes, at a predetermined frequency or in a predetermined frequency range between 0.1 MHz and 10 MHz. These electrodes comprise a first pair of electrodes for injecting current into the medium surrounding a second pair of current electrodes, and are arranged in a probe including amplification means and connected to an electronic conditioner. This conditioner comprises means for applying an alternating voltage, at the predetermined frequency,

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entre les électrodes de courant, des moyens pour fournir un signal de courant indicatif du courant instantané dans le circuit d'électrode de courant, des moyens pour fournir un signal de tension indicatif de la tension instantanée aux bornes des électrodes de tension; et des moyens pour déterminer le rapport entre la valeur du signal de tension et 1a valeur d'une composante en quadrature du signal de courant, ou vice-versa, pour fournir un signal dépendant de la capacité. Or ce signal est nécessairement aussi dépendant de la fréquence de la tension alternative appliquée sur les électrodes de tension, ce qui implique de maintenir cette fréquence constante lors d'une séquence de mesure. Le but de l'invention est de proposer un dispositif de détermination des caractéristiques électriques d'une biomasse, qui permette d'obtenir directement un signal représentatif de la capacité indépendamment de la fréquence d'excitation des électrodes. Par ailleurs, un autre but de l'invention est de procurer un dispositif de détermination de caractéristiques électriques, qui soit muni d'une sonde de mesure passive dépourvue de moyens d'amplification électronique et donc plus facilement réalisable. On atteint les objectifs précités avec un dispositif pour déterminer des caractéristiques électriques d'une biomasse, comprenant . - une sonde prévue pour être immergée dans un milieu contenant des cellules en suspension, ladite sonde comportant une première paire d'électrodes d'intensité pour injecter un courant dans ledit milieu, une seconde paire d'électrodes de tension pour relever la tension appliquée audit milieu, et des moyens pour mesurer le courant injecté,

between the current electrodes, means for providing a current signal indicative of the instantaneous current in the current electrode circuit, means for providing a voltage signal indicative of the instantaneous voltage across the voltage electrodes; and means for determining the ratio between the value of the voltage signal and the value of a quadrature component of the current signal, or vice versa, for providing a capacitance dependent signal. However, this signal is also necessarily dependent on the frequency of the alternating voltage applied to the voltage electrodes, which implies keeping this frequency constant during a measurement sequence. The object of the invention is to propose a device for determining the electrical characteristics of a biomass, which makes it possible to directly obtain a signal representative of the capacity independently of the excitation frequency of the electrodes. Furthermore, another object of the invention is to provide a device for determining electrical characteristics, which is provided with a passive measurement probe devoid of electronic amplification means and therefore more easily achievable. The above objectives are achieved with a device for determining electrical characteristics of a biomass, comprising. a probe intended to be immersed in a medium containing cells in suspension, said probe comprising a first pair of intensity electrodes for injecting a current into said medium, a second pair of voltage electrodes for detecting the voltage applied to said medium, and means for measuring the injected current,

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- un conditionneur comprenant des moyens pour fournir une tension alternative isolée galvaniquement à appliquer entre lesdites électrodes d'intensité, et des moyens pour traiter des signaux représentatifs respectivement du courant injecté dans ledit milieu et de la tension relevée aux bornes des électrodes de tension, de façon à délivrer des signaux respectivement de mesure de la capacité et de la conductance dudit milieu. Suivant l'invention, les moyens de traitement comprennent . - un pont de mesure par méthode de zéro agencé pour traiter un signal image du courant injecté et un signal image de la tension relevée appliqués respectivement à une branche de référence et à deux branches d'opposition, et - des moyens pour commander automatiquement ce pont à partir du signal de mesure de conductance. Contrairement aux dispositifs de mesure d'impédance de l'art antérieur mettant en #uvre un pont de mesure par méthode de zéro dans lequel on insère effectivement l'impédance à mesurer, dans le dispositif de mesure selon l'invention, le pont de mesure par méthode de zéro est disposé en aval de circuits délivrant des signaux images respectivement du courant injecté et de la tension aux bornes de l'impédance à mesurer. On résout ainsi des problèmes d'isolement et de précision car cet agencement permet un montage en pont flottant et une amplification préalable des signaux de mesure délivrés par la sonde. Dans un mode particulier de réalisation, le pont de mesure comporte - une branche de référence incluant une résistance de référence sur laquelle est appliqué le signal image du courant injecté,

a conditioner comprising means for supplying a galvanically isolated alternating voltage to be applied between said intensity electrodes, and means for processing signals respectively representative of the current injected into said medium and of the voltage detected at the terminals of the voltage electrodes, so as to deliver signals respectively for measuring the capacity and the conductance of said medium. According to the invention, the processing means comprise. - a zero method measurement bridge arranged to process an image signal of the injected current and an image signal of the detected voltage applied respectively to a reference branch and to two opposing branches, and - means for automatically controlling this bridge from the conductance measurement signal. Unlike the impedance measurement devices of the prior art implementing a measurement bridge by the zero method into which the impedance to be measured is effectively inserted, in the measurement device according to the invention, the measurement bridge by zero method is arranged downstream of circuits delivering image signals respectively of the injected current and of the voltage across the impedance to be measured. Isolation and precision problems are thus solved because this arrangement allows mounting on a floating bridge and prior amplification of the measurement signals delivered by the probe. In a particular embodiment, the measurement bridge comprises - a reference branch including a reference resistor on which the image signal of the injected current is applied,

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 - A first opposition branch including an adjustable opposition resistance and a second opposition branch including an adjustable opposition capacitor on which the image signal of the detected voltage is applied, and - amplifier means having their input connected to said reference and opposition branches and delivering a zero measurement signal.

In a device according to the invention further comprising means for delivering an image signal of the voltage across the terminals of the second pair of electrodes and means for delivering an image signal of the current injected into the first pair of electrodes, the conditioner further comprises in the first opposing branch a first modulator, the input of which is connected to the output of the means for delivering the voltage image signal, this first modulator being controlled by the conductance measurement signal so that the signal measurement of zero is substantially zero.

In a preferred embodiment, the probe comprises four wires respectively connecting the four current injection and voltage measurement electrodes to four terminals of connection means with the conditioner, and two additional wires respectively connecting the terminals of a resistor measuring current disposed inside the probe at two other terminals of said connection means.

The current measurement resistor is for example inserted between one of the current injection electrodes and one of the additional wires connected via the means for connection to a floating mass of the conditioner, and is preferably placed near the electrodes. of the probe.

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 This particular arrangement of the measurement probe has the advantage that this probe is entirely passive and does not include an amplifier, unlike the probe described in document EP0281602 which includes amplification electronics. It then becomes possible to design probes of very small diameter, for example with a diameter of 12 mm.

In addition, the conditioner of the device according to the invention can be easily controlled by replacing the measurement probe with a passive standard consisting of a resistance and a capacity.

The automatic control means can also be arranged to control the bridge from the capacity measurement signal. The conditioner then further comprises a second modulator inserted between the output of the means for delivering the voltage image signal and the opposition capacitor, said second modulator being controlled by the capacitance measurement signal so that the zero measurement signal is substantially zero.

In a practical embodiment of the device according to the invention, the processing means further comprise, at the output of the measurement bridge, respectively a first and a second channel each comprising synchronous detection means and first integrators respectively delivering the signals for measuring capacity and conductance, these synchronous detection means being controlled by the output signal of the oscillator means.

The probe includes only passive components and is removably connected to the conditioner. the conditioner further comprises first and second differential amplifiers electrically connected to the probe and designed to deliver the current signal and the voltage signal respectively.

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Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé pour déterminer des caractéristiques électriques d'une biomasse, mis en ceuvre dans le dispositif selon l'invention, comprenant - une injection d'un courant alternatif à fréquence prédéterminée dans un milieu contenant des cellules en suspension, via une première paire d'électrodes immergées dans ledit milieu, - une mesure du courant injecté dans ledit milieu, - une mesure de la tension aux bornes d'une seconde paire d'électrodes immergées dans ledit milieu et disposées à proximité des électrodes d'injection de courant, et - un traitement des signaux images respectivement du courant injecté dans ledit milieu et de la tension relevée aux bornes des électrodes de tension, de façon à délivrer des signaux respectivement de mesure de la capacité et de la conductance dudit milieu. Ce procédé est caractérisé en ce que le traitement des signaux de courant et de tension inclut une méthode de zéro mettant en oeuvre un pont de mesure comprenant d'une part une branche de référence sur laquelle le signal image du courant est appliqué, et d'autre part, deux branches d'opposition sur lesquelles le signal image de la tension est appliqué, ces branches d'opposition comprenant respectivement une composante résistive réglable et une composante capacitive réglable, et ce pont de mesure étant automatisé pour délivrer un signal de mesure de capacité et un signal de mesure de conductance du milieu. Ainsi, dans la présente invention, la mesure de la résistance et de la capacité du milieu est déterminée par une méthode de zéro, à partir de l'action qu'il est nécessaire de faire pour annuler la partie réelle et la partie imaginaire du courant passant à travers 1a

According to another aspect of the invention, there is provided a method for determining the electrical characteristics of a biomass, implemented in the device according to the invention, comprising - an injection of an alternating current at predetermined frequency into a medium containing cells in suspension, via a first pair of electrodes immersed in said medium, - a measurement of the current injected into said medium, - a measurement of the voltage across a second pair of electrodes immersed in said medium and arranged near the current injection electrodes, and - a processing of the image signals respectively of the current injected into said medium and of the voltage measured at the terminals of the voltage electrodes, so as to deliver signals respectively for measuring the capacity and the conductance of said medium. This method is characterized in that the processing of the current and voltage signals includes a zero method implementing a measurement bridge comprising on the one hand a reference branch on which the image signal of the current is applied, and on the other hand, two opposing branches on which the image signal of the voltage is applied, these opposing branches respectively comprising an adjustable resistive component and an adjustable capacitive component, and this measurement bridge being automated to deliver a measurement signal of capacity and a medium conductance measurement signal. Thus, in the present invention, the measurement of the resistance and the capacity of the medium is determined by a method of zero, from the action which it is necessary to do to cancel the real part and the imaginary part of the current passing through 1a

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biomasse. Avec ce procédé de mesure, il n'est pas nécessairement de contrôler l'amplitude de la tension aux bornes des électrodes émettrices, à la différence du procédé de mesure décrit dans le document EP0281602 pour lequel il est impératif de maintenir constante l'amplitude sur les électrodes émettrices. Pour un exposé du principe général de mesure d'impédance par méthode de zéro avec mise en ceuvre de quatre électrodes, on pourra utilement se référer à l'article Four-Electrode Null Techniques for Impedance measurement With High resolution de H.P. SCHWAN et C.D. FERRIS dans la publication The Review of Scientific Instruments , Volume 39, No 4, Avril 1968. La mise en #uvre d'une mesure en méthode de zéro procure de nombreux avantages au nombre desquels le fait que la mesure de capacité est directe et ne dépend pas de la fréquence. De plus, la mesure de capacité est peu sensible aux harmoniques et procure une très bonne résolution. L'opposition est réalisée par traitement d'un signal de tension prélevé aux bornes des électrodes de mesure de tension, via une résistance de référence et un condensateur d'opposition. Cette opposition est effectuée juste à 1a sortie d'amplificateurs différentiels de mesure fournissant respectivement un signal de tension et un signal de courant, et l'amplitude de l'opposition est asservie automatiquement à l'aide de modulateurs. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs: - la figure 1 est un schéma d'un exemple de réalisation d'un dispositif de mesure capacitive selon l'invention ;

biomass. With this measurement method, it is not necessarily necessary to control the amplitude of the voltage at the terminals of the emitting electrodes, unlike the measurement method described in the document EP0281602 for which it is imperative to keep the amplitude constant over the emitting electrodes. For a presentation of the general principle of measurement of impedance by zero method with implementation of four electrodes, one can usefully refer to the article Four-Electrode Null Techniques for Impedance measurement With High resolution by HP SCHWAN and CD FERRIS in the publication The Review of Scientific Instruments, Volume 39, No 4, April 1968. The implementation of a measurement by method of zero brings many advantages among which the fact that the measurement of capacity is direct and does not depend frequency. In addition, the capacitance measurement is not very sensitive to harmonics and provides very good resolution. The opposition is carried out by processing a voltage signal taken from the terminals of the voltage measurement electrodes, via a reference resistor and an opposition capacitor. This opposition is carried out just at the output of differential measurement amplifiers supplying respectively a voltage signal and a current signal, and the amplitude of the opposition is automatically controlled by means of modulators. Other features and advantages of the invention will appear in the description below. In the appended drawings given by way of nonlimiting examples: - Figure 1 is a diagram of an exemplary embodiment of a capacitive measurement device according to the invention;

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- la figure 2 est un schéma d'une partie du dispositif de mesure capacitive de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe d'une sonde équipant un dispositif de mesure capacitive selon l'invention ; et - la figure 4 illustre un mode de réalisation alternatif pour la détermination de la capacité dans un dispositif de mesure capacitive selon l'invention. On va maintenant décrire, en référence à la figure 1, un exemple de réalisation d'un dispositif de détermination selon l'invention. Le dispositif 1 selon l'invention comprend une sonde de mesure S et un conditionneur électronique 10 auquel est reliée cette sonde. Le conditionneur 10 est inclus dans une enceinte blindée respectivement 100 reliée à la masse dudit conditionneur. La sonde S est incluse dans une enceinte 120 qui n'est pas nécessairement blindée, le milieu dans lequel les électrodes sont immergées assurant une fonction de blindage. La sonde de mesure S comprend deux électrodes d'injection de courant E1, E4 entre lesquelles sont disposées deux électrodes de mesure de tension E2, E3. Ces électrodes E1-E4 sont reliées, via respectivement des fils de liaison F1, F2, F3, F6 au sein de la sonde S, à un connecteur électrique CS de liaison au conditionneur. La sonde de mesure S comprend en outre deux fils de mesure de courant F4, F5 reliées aux bornes d'une résistance de mesure 116 insérée entre l'électrode d'injection de courant E4 et le fil de liaison F6. Une résistance 117, assurant une fonction d'équilibrage électrostatique, est insérée entre l'électrode d'injection de courant El et le fil de liaison Fl.

- Figure 2 is a diagram of part of the capacitive measurement device of Figure 1; - Figure 3 is a sectional view of a probe fitted to a capacitive measuring device according to the invention; and - Figure 4 illustrates an alternative embodiment for determining the capacity in a capacitive measuring device according to the invention. We will now describe, with reference to FIG. 1, an exemplary embodiment of a determination device according to the invention. The device 1 according to the invention comprises a measurement probe S and an electronic conditioner 10 to which this probe is connected. The conditioner 10 is included in a shielded enclosure 100 respectively connected to the ground of said conditioner. The probe S is included in an enclosure 120 which is not necessarily shielded, the medium in which the electrodes are immersed ensuring a shielding function. The measurement probe S comprises two current injection electrodes E1, E4 between which are arranged two voltage measurement electrodes E2, E3. These electrodes E1-E4 are connected, respectively via connection wires F1, F2, F3, F6 within the probe S, to an electrical connector CS for connection to the conditioner. The measurement probe S further comprises two current measurement wires F4, F5 connected to the terminals of a measurement resistor 116 inserted between the current injection electrode E4 and the connection wire F6. A resistor 117, providing an electrostatic balancing function, is inserted between the current injection electrode El and the connecting wire Fl.

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Ces fils de liaison F1-F6 et les deux résistances 116, 117 sont par exemple disposées, en référence à la figure 3, dans une enceinte cylindrique 31 comprenant à son extrémité libre un embout 34 supportant les quatre électrodes E1-E4 et à son autre extrémité une embase cylindrique 32 comportant une surface intérieure filetée prévue pour recevoir un connecteur 33 conçu pour être accouplé avec le connecteur de mesure CP du conditionneur 10. Le conditionneur 10 comprend un premier connecteur de mesure CP coopérant avec le connecteur CS de la sonde S et un second connecteur d'interface CI. Le connecteur de mesure CS comportant un premier contact P1, prévu pour être relié électriquement via le connecteur de mesure CS à une première électrode d'injection de courant El, est relié à la sortie d'un transformateur d'isolement 113 lui-même relié en sortie d'un circuit oscillateur 112 recevant un signal de commande F via le connecteur d'interface ci, cet oscillateur étant à fréquence commandée en courant depuis l'extérieur du conditionneur, avec amplitude constante en sortie. Un second contact P2 du connecteur de mesure CP, prévu pour être relié électriquement à l'une des électrodes de mesure de tension E2, est relié en entrée positive d'un circuit de mesure de tension 13, tandis qu'un troisième contact P3, prévu pour être relié électriquement à l'autre électrode de mesure de tension E3, est relié en entrée négative dudit circuit de mesure de tension 13. Un quatrième contact P4, prévu pour être relié électriquement à la seconde électrode d'injection de courant E4, est relié en entrée positive d'un circuit de mesure de courant, tandis qu'un cinquième contact P5,

These connecting wires F1-F6 and the two resistors 116, 117 are for example arranged, with reference to FIG. 3, in a cylindrical enclosure 31 comprising at its free end a tip 34 supporting the four electrodes E1-E4 and at its other end a cylindrical base 32 having a threaded inner surface provided for receiving a connector 33 designed to be coupled with the measurement connector CP of the conditioner 10. The conditioner 10 comprises a first measurement connector CP cooperating with the connector CS of the probe S and a second CI interface connector. The measurement connector CS comprising a first contact P1, intended to be electrically connected via the measurement connector CS to a first current injection electrode El, is connected to the output of an isolation transformer 113 which is itself connected at the output of an oscillator circuit 112 receiving a control signal F via the interface connector ci, this oscillator being at frequency controlled by current from outside the conditioner, with constant amplitude at output. A second contact P2 of the measurement connector CP, designed to be electrically connected to one of the voltage measurement electrodes E2, is connected to the positive input of a voltage measurement circuit 13, while a third contact P3, designed to be electrically connected to the other voltage measuring electrode E3, is connected to the negative input of said voltage measuring circuit 13. A fourth contact P4, designed to be electrically connected to the second current injection electrode E4, is connected to the positive input of a current measurement circuit, while a fifth contact P5,

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prévu pour être relié électriquement à une borne de la résistance de mesure 116, est relié en entrée négative du circuit de mesure de courant 14. Un sixième contact P6, prévu pour être relié électriquement à la borne de la résistance de mesure 116, est relié à une masse flottante du secondaire du transformateur d'isolement 113. Le circuit de mesure de tension 13 et le circuit de mesure de courant 14, réalisés sous la forme d'amplificateurs différentiels à haute impédance, sont agencés pour délivrer respectivement un signal V représentatif de la tension effectivement présente entre les électrodes d'injection de courant et un signal I représentatif du courant effectivement injecté dans le milieu de fermentation, ces signaux respectivement de tension et de courant V, I étant appliqués en entrée d'un circuit de détermination de caractéristiques électriques 200. Le conditionneur 10 comprend en outre un module d'alimentation 130, une sonde de température 115 permettant de corriger les dérives thermiques éventuelles de l'électronique contenue dans le conditionneur, et un circuit 20 de nettoyage électrolytique des électrodes de la sonde. Le conditionneur 10 est inclus dans une enceinte de blindage 100 reliée à la masse du circuit d'alimentation 130 qui constitue également la masse de l'ensemble des composants du conditionneur à l'exception de l'enroulement secondaire du transformateur d'isolement 113. Le circuit de nettoyage 20 comprend, en référence à la figure 2, un premier groupe 12 de diodes de commutation disposé entre la sortie du transformateur d'isolement 113 à travers un condensateur de découplage 211 et l'entrée

designed to be electrically connected to a terminal of the measurement resistor 116, is connected to the negative input of the current measurement circuit 14. A sixth contact P6, provided to be electrically connected to the terminal of the measurement resistor 116, is connected to a floating mass of the secondary of the isolation transformer 113. The voltage measurement circuit 13 and the current measurement circuit 14, produced in the form of high-impedance differential amplifiers, are arranged to respectively deliver a representative signal V of the voltage actually present between the current injection electrodes and a signal I representative of the current actually injected into the fermentation medium, these voltage and current signals V, I respectively being applied at the input of a circuit for determining electrical characteristics 200. The conditioner 10 further comprises a power supply module 130, a temperature probe 115 making it possible to correct any thermal drifts in the electronics contained in the conditioner, and a circuit 20 for electrolytic cleaning of the electrodes of the probe. The conditioner 10 is included in a shielding enclosure 100 connected to the ground of the supply circuit 130 which also constitutes the ground of all of the components of the conditioner with the exception of the secondary winding of the isolation transformer 113. The cleaning circuit 20 comprises, with reference to FIG. 2, a first group 12 of switching diodes disposed between the output of the isolation transformer 113 through a decoupling capacitor 211 and the input

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négative de l'amplificateur différentiel de mesure de tension 13, un second groupe 11 de diodes de commutation disposé entre l'entrée positive de l'amplificateur différentiel de tension 13 et l'entrée positive de l'amplificateur différentiel de mesure de courant 14, et un circuit de contrôle de nettoyage 114 incluant une voie d'injection d'un courant de nettoyage I+net à travers une première résistance de limitation 216 et une voie de retour d'un courant de nettoyage I-net à travers une seconde résistance de limitation 214 et un amplificateur inverseur 215, ces deux voies d'injection et de retour étant reliée à une ligne de commande de nettoyage N activée de l'extérieur du conditionneur 100. Chaque groupe de diodes de commutation 11, 12 comprend un premier ensemble de deux diodes reliées en tête-bêche en série avec un second ensemble de deux diodes reliées en tête-bêche, la borne de liaison entre le premier et le second ensemble de diodes étant reliée au circuit de contrôle de nettoyage 114, tandis que chaque autre borne desdits premier et second ensembles de nettoyage est reliée aux contacts de mesure du conditionneur 100. Les diodes de commutation des deux groupes 11, 12 sont agencées de façon à ne laisser passer que du courant continu utilisé pour le nettoyage électrolytique des électrodes de la sonde. Le circuit 200 de détermination des caractéristiques électriques de la biomasse comporte un pont 150 prévu pour réaliser une méthode de zéro, ce pont comprenant une branche de référence sur laquelle est appliqué le signal de courant I à travers une première résistance de référence RI correspondant à une référence en phase de 0 degré, et deux branches d'opposition sur lesquelles sont respectivement appliquées, d'une part, la sortie d'un

negative of the differential voltage measurement amplifier 13, a second group 11 of switching diodes disposed between the positive input of the differential voltage amplifier 13 and the positive input of the differential current measurement amplifier 14, and a cleaning control circuit 114 including a path for injecting a net cleaning current I + through a first limiting resistor 216 and a path for returning a cleaning current I + net through a second resistance limitation 214 and an inverting amplifier 215, these two injection and return paths being connected to a cleaning control line N activated from outside the conditioner 100. Each group of switching diodes 11, 12 comprises a first set of two diodes connected in head to tail in series with a second set of two diodes connected in head to tail, the connection terminal between the first and the second set of diodes being connected to the circ cleaning control unit 114, while each other terminal of said first and second cleaning assemblies is connected to the measuring contacts of the conditioner 100. The switching diodes of the two groups 11, 12 are arranged so as to allow only current to flow continuous used for electrolytic cleaning of the probe electrodes. The circuit 200 for determining the electrical characteristics of the biomass comprises a bridge 150 provided for carrying out a zero method, this bridge comprising a reference branch to which the current signal I is applied through a first reference resistance RI corresponding to a reference in phase of 0 degree, and two branches of opposition on which are respectively applied, on the one hand, the output of a

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premier modulateur 15 recevant en entrées le signal de tension V et un signal de sortie G représentatif de la composante résistive de l'impédance de biomasse, et d'autre part, la sortie d'un second modulateur 16 recevant en entrées le signal de tension V et le signal de sortie représentatif de la composante C. La sortie du premier modulateur 15 est reliée à une borne d'une résistance d'opposition Ro correspondant à une référence en phase de 0 degré. La sortie du second modulateur 16 est reliée à une borne d'un condensateur d'opposition de capacité Co correspondant à une référence en phase de 90 degrés. I1 est à noter que les résistances Ro, RI, et le condensateur d'opposition Co doivent être choisis de haute qualité pour garantir des références de phase très pures. Le nceud de liaison des première et seconde branches du pont de mesure 150 est relié en entrée d'un amplificateur 17 prévu pour la mesure de zéro et dont la sortie est appliquée d'une part à un premier détecteur synchrone 18 à travers un déphaseur de 90 degrés (n/2) et d'autre part à un second détecteur synchrone 19, ces deux détecteurs synchrones étant commandés par la sortie de l'oscillateur 112 et ayant leurs sorties respectives reliées à des circuits intégrateurs 110, 111 prévus pour délivrer respectivement les signaux de sorties C, G représentatifs de la capacité et de la conductance du milieu. Ces signaux de sortie C, G sont appliqués respectivement en commande du premier et du second modulateurs 15, 16 du pont de mesure 150. La commande du premier modulateur 15 est asservie de telle sorte que la partie réelle de l'impédance soit équilibrée entre la branche de référence et les branches

first modulator 15 receiving as inputs the voltage signal V and an output signal G representative of the resistive component of the biomass impedance, and on the other hand, the output of a second modulator 16 receiving as inputs the voltage signal V and the output signal representative of the component C. The output of the first modulator 15 is connected to a terminal of an opposition resistance Ro corresponding to a reference in phase of 0 degrees. The output of the second modulator 16 is connected to a terminal of an opposition capacitor of capacitance Co corresponding to a reference in phase of 90 degrees. It should be noted that the resistors Ro, RI, and the opposition capacitor Co must be chosen to be of high quality to guarantee very pure phase references. The connection node of the first and second branches of the measurement bridge 150 is connected at the input of an amplifier 17 provided for the measurement of zero and the output of which is applied on the one hand to a first synchronous detector 18 through a phase shifter 90 degrees (n / 2) and on the other hand to a second synchronous detector 19, these two synchronous detectors being controlled by the output of the oscillator 112 and having their respective outputs connected to integrator circuits 110, 111 provided for delivering respectively the output signals C, G representative of the capacity and the conductance of the medium. These output signals C, G are applied respectively to control the first and second modulators 15, 16 of the measurement bridge 150. The control of the first modulator 15 is controlled so that the real part of the impedance is balanced between the reference branch and branches

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d'opposition du pont présentant des références en phase respectives de 0 degré et de 90 degrés. L'équilibre est mesuré par l'amplificateur 17 et est atteint lorsque sa tension de sortie est nulle. La commande du second modulateur 16 est asservie de telle sorte qu'il y ait équilibre de la partie imaginaire entre les branches du pont. Cet équilibre est atteint lorsque la tension de sortie de l'amplificateur 17 est également nulle. A l'équilibre, les commandes respectives des premier et second modulateurs 15, 16 sont respectivement proportionnelles à la résistance G mesurée et à la capacité C mesurée. Il est à noter que les impédances Ro, Co et RI recréent respectivement l'image des impédances du circuit de la sonde S : Rx, Cx et la résistance de mesure 116. Par ailleurs, on peut remarquer que le circuit de déphasage de 7z/2 n'intervient pas sur la mesure de la capacité, mais est utilisé comme correcteur de phase pour stabiliser l'asservissement. I1 est important de noter que dans le dispositif selon l'invention, il n'est pas nécessaire de réaliser un asservissement de la mesure C de la capacité du milieu, comme l'illustre le schéma de la figure 9, dans lequel le circuit de détermination 90 comprend une capacité de référence Co reliée directement en parallèle sur une résistance de référence Ro, 1a mesure de capacité C étant directement obtenue en sortie du premier détecteur synchrone 18. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, d'autres structures géométriques de

of opposition of the bridge having respective phase references of 0 degrees and 90 degrees. Balance is measured by amplifier 17 and is reached when its output voltage is zero. The control of the second modulator 16 is controlled so that there is equilibrium of the imaginary part between the branches of the bridge. This equilibrium is reached when the output voltage of the amplifier 17 is also zero. At equilibrium, the respective commands of the first and second modulators 15, 16 are respectively proportional to the resistance G measured and to the capacity C measured. It should be noted that the impedances Ro, Co and RI respectively recreate the image of the impedances of the circuit of the probe S: Rx, Cx and the measurement resistance 116. Furthermore, it can be noted that the phase shift circuit of 7z / 2 does not intervene in the measurement of the capacity, but is used as a phase corrector to stabilize the servo-control. It is important to note that in the device according to the invention, it is not necessary to carry out a control of the measurement C of the capacity of the medium, as illustrated in the diagram of FIG. 9, in which the circuit of determination 90 includes a reference capacitance Co connected directly in parallel to a reference resistor Ro, the capacitance measurement C being obtained directly at the output of the first synchronous detector 18. Of course, the invention is not limited to the examples which come to be described and numerous modifications can be made to these examples without departing from the scope of the invention. So other geometric structures of

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sonde que celle qui vient d'être décrite peuvent être envisagées. Par ailleurs, le circuit de détermination peut comporter d'autres étages de traitement des signaux de tension et de courant sans sortir pour autant du cadre de la présente invention.

probe as that which has just been described can be envisaged. Furthermore, the determination circuit may include other stages for processing the voltage and current signals without thereby departing from the scope of the present invention.

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Claims (16)

1.A device (1) for determining electrical characteristics of a biomass, comprising - a probe (S) intended to be immersed in a medium containing cells in suspension, said probe (S) comprising a first pair of electrodes intensity (E1, E4) for injecting a current into said medium, a second pair of voltage electrodes (E2, E3) for reading the voltage applied to said medium, and means for measuring the injected current (116), - a conditioner (10) comprising means (112) for supplying a galvanically isolated alternating voltage to be applied between said intensity electrodes (E1, E4), and means (200) for processing signals (I, V) respectively representative of the injected current in said medium and of the voltage recorded at the terminals of the voltage electrodes, so as to deliver signals (C, G) respectively for measuring the capacity and the conductance of said medium, characterized in that these milking means ment (200) understand. - a zero method measurement bridge (150) arranged to process an image signal of the injected current and an image signal of the detected voltage applied respectively to a reference branch and to two opposing branches, and - means (15 , 16) to automatically control this bridge (150) from the conductance measurement signal (G). 2. Device (1) according to claim 1, characterized in that the measuring bridge (150) comprises: <Desc / Clms Page number 16>  - a reference branch including a reference resistance to which the image signal of the injected current is applied, - a first opposition branch including an adjustable opposition resistance and a second opposition branch including an adjustable opposition capacitor on which is applied the image signal of the detected voltage, and - amplifier means having their input connected to said reference and opposition branches and delivering a zero measurement signal. 3. Device (1) according to claim 2, further comprising means (13) for delivering an image signal of the voltage across the terminals of the second pair of electrodes (E2, E3) and means (14) for delivering a image signal of the current injected into the first pair of electrodes (E1, E4), characterized in that the conditioner (10) further comprises a first modulator (15) inserted between the output of the means (13) for delivering the image signal voltage and the first opposition branch, said first modulator (15) being controlled by the conductance measurement signal (G) so that the zero measurement signal is substantially zero. 4. Device (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the probe (S) comprises four wires (F1, F2, F3, F6) respectively connecting the four electrodes (El, E2, E3, E4 ) current injection and voltage measurement at four terminals of means (CS) for connection with the conditioner, and two additional wires (F4, F5) respectively connecting the terminals of the current measurement resistor (116) disposed at

<Desc / Clms Page number 17>  the interior of said probe (S) at two other terminals of said connection means (CS). 5. Device (1) according to claim 4, characterized in that the current measuring resistor (116) is inserted between one of the current injection electrodes (E4) and one (F6) of the wires the probe (S) connected via the connection means (CS) to a floating mass of the conditioner (10). 6. Device (1) according to claim 5, characterized in that the current measuring resistor (116) is arranged near the electrodes (E1-E4) of the probe (S). 7. Device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the automatic control means are further arranged to control the measurement bridge (150) from the capacitance measurement signal (C). 8. Device (1) according to claim 7, characterized in that the conditioner (10) further comprises a second modulator (16) inserted between the output of the means (13) for delivering the voltage image signal and the capacitor of opposition (Co), said second modulator (16) being controlled by the capacitance measurement signal (C) so that the zero measurement signal is substantially zero. 9. Device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the processing means further comprise, at the outlet of the

<Desc / Clms Page number 18>  measuring bridge (150), respectively a first and a second channel each comprising synchronous detection means (18, 19) and integrating means (110, 111) respectively delivering the capacitance and conductance measurement signals (C, G ), said synchronous detection means (18, 19) being controlled by the output signal of the oscillator means (112). 10. Device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the probe (S) comprises only passive components and is removably connected to the conditioner (10). 11. Device (1) according to claim 10, characterized in that the conditioner (10) further comprises first and second differential amplifiers (13, 14) electrically connected to the probe (S) and designed to respectively deliver the signal image of the current (I) and the image signal of the voltage (V). 12. Device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the first conditioner (10) further comprises means (11, 12, 114) for carrying out an electrolytic cleaning of the electrodes (El-E4). 13. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the conditioner (10) further comprises temperature probe means (115) within said conditioner (10). 14. Method for determining electrical characteristics of a biomass, implemented in 1e

<Desc / Clms Page number 19>  device according to one of the preceding claims, comprising. - an injection of an alternating current at a predetermined frequency into a medium containing cells in suspension, via a first pair of electrodes immersed in said medium, - a measurement of the current injected into said medium, - a measurement of the voltage across the terminals of a second pair of electrodes immersed in said medium and arranged near the current injection electrodes, - a processing of the signals representative respectively of the current injected into said medium and of the voltage measured across the voltage electrodes, so as to deliver signals respectively for measuring the capacitance and the resistance of said medium, characterized in that the processing of the current and voltage signals includes a zero method implementing a measurement bridge comprising a reference branch including a reference resistance on which the signal representative of the current is applied, and two opposing branches c comprising respectively an adjustable resistive component and an adjustable capacitive component, this measurement bridge being automated to respectively deliver a capacitance measurement signal and a medium conductance measurement signal. 15. The method of claim 14, characterized in that it comprises a first control of the measurement bridge by means of the conductance measurement signal. 16. The method of claim 15, characterized in that it comprises a second control of the measurement bridge by means of the capacity measurement signal.