Brevet FR2143378A1 — publié le 19730202

Le brevet américain Keidel No 2 830 945 décrit un dispositif pour mesurer par voie électrolytique la teneur en humidité des gaz, ce dispositif opérant sur une base quantitative dans les plages des parties par million en volume. Une extension à la mesure des liquides et des solides est réalisée en utilisant un gaz auxiliaire, les résultats des mesures étant généralement exprimés, dans ces applications, en rapports de poids plutôt quten rapports de volumes. Le but de la présente invention est d'apporter certains perfectionnements à la cellule électrolytique et aux circuits utilisés dans le brevet Keidel pour les raisons suivantes: L'une des causes des pannes de la cellule de Keidel réside, dans certaines applications, en ce qu'elle est sujette à se boucher. Le but de l'invention est de diminuer cette tendance et à la ramener à une petite fraction de sa valeur actuelle. Une autre cause de panne de la cellule de Keidel provient de ce qu'elle est sujette à griller, ce qui a pour conséquence de couper l'un des deux fils hélicoldaus faisant fonction d'électrodes rendant ainsi la cellule inopérante. I1 est à noter que la structure de la cellule de Keidel est telle que s'il se produit un point chaud quelque part, elle ne tarde pas à être détruite par un phénomène cumulatif. L'un des buts de l'invention, est de présenter un moyen par lequel le fonctionnement de la cellule est maintenu, même lorsqu'un fil a grillé. Un autre but de l'invention est de présenter un moyen pour contrer et corriger une telle situation.Ainsi donc, l'invention se propose d'étendre considérablnment la durée utile de la cellule électrolytique qui constitue la partie essentielle, mais aussi la partie la plus vulnérable, de l'invention de Keidel. La cellule de Keidel comprend une partie moulée comportant des tampons d'extrémité en Teflon pour la tenir. Pour éviter que ces tampons soient expulsés lorsque, par suite d'une fuite lente, un gaz sous pression a' accumule entre ceux-ci et l'élément moulé, et quand on relâche la pression d'essai, les tampons d'extrémité sont percés d'un petit orifice de fuite.Ceci impose une limite supérieure de température lors du fonctionnement de la cellule électrolytique, puisque les vapeurs de la matière moulée pénètrent dans le courant d'essai, à travers ce trou de fuite, et faussent les lectures.Dans la cellule de Keidel, on utilise une colle époxyde comme matière de moulage et on constate que celle-ci abandonne de l'eau aux températures voisines de 90gC. L'invention se propose également d'elever cette limite de température au-dessus d'environ 300OC. La cellule de Keidel utilise deux fils de platine enroules en hélice qui sont moulés dans la surface intérieure du tube que traverse le gaz d'essai. Ces fils sont revetus de pentoxyde phosphoreux qui absorbe l'humidité du gaz qui traverse le tube et cette humidité est décomposée par voie électrolytique en hydrogène et en oxygène lorsque les tensions appropriées sont appliquées à ces deux fils. En mesurant le courant qui circule, compte tenu du montage, et du débit de circulation des gaz, on peut lire directement la teneur en humidité, en parties par million, comme il a été indique.Dans certaines conditions, par exemple, quand le gaz d'essai est lthydrogene, la déviation de l'aiguille de l'appareil de mesure est beaucoup plus grande qu'elle n'aurait dû ltêtre sous la seule action de lthumidité, et ceci est interprêté comme étant d à la recombinaison du gaz qui se dégage à l'une des alectrodes, avec le gaz d'essai, sous l'influence de l'action catalytique des fils-électrodes. Lorsque le gaz d' essai est l'hydrogène, celui-ci se recombine avec l'oxygène libéré en descendant le long de la cellule. On note des effets analogues lorsque le gaz d'essai est l'oxygène, la recombinaison sleffectuant alors avec l'hydrogène libéré.Bien que le fait de remplacer le platine par le rhodium semble atténuer cet effet, l'expérience montre cependant qu'il subsiste néanmoins. Un autre but de la présente invention est d'apporter un moyen pour diminuer considérablement cet effet de régénération catalytique. Dans le brevet Keidel, la plage standard maximale de mesure de l'humidité des gaz est de 1000 parties par million par volume, ceci étant obtenu avec un débit du gaz d'essai de 100 cm3/mn Cette plage peut être étendue à 10 000 parties par million en volume en réduisant le débit à 10 cm3/mn, puisque, dans ce cas, il faut que chaque centimètre cube de gaz contienne 10 fois plus d'humidité lorsqu' un dixième de 100 cm3 circule dans la cellule par minute et si lton veut que le courant électrolytique soit le même. I1 existe des débitmètres qui permettent d'obtenir ce changement de rapport de 10/1 et même, pour certains gaz, d'établir un rapport de 20/I. les débit mètres actuels sont limités à cela et même, dans ces conditions, le débit du courant d'essai traversant l'instrument est tel que le temps de réponse devient appréciable. D'autre part, les fils d'environ 0,005 mm qui donnent des résultats satisfaisants dans la cellule de Keidel, ne permettent pas d'augmenter sensiblement l'intensité du courant électrolytique sans abréger de façon excessive la durée de la cellule. En conséquence, l'invention se propose d'apporteur un moyen pour étendre instantanément la plage de mesures, en la multipliant essentiellement par 10 (la signification du mot "essentiellement" étant donné ci-après) sans modifier pour autant le temps de réponse.Ainsi, l'invention a, entre autres, pour but de permettre de mesurer essentiellement des proportions de 100 parties par million en volume dans les conditions où le débit est réduit à 10 cm3 / minute, ceci étant un débit pouvant être commodément mesuré et établi, lorsque cela est nécessaire quand on procède à des mesures devant être enregistrées. Dans certains cas, une aussi grande extension de la plage de mesures n'est pas nécessaire et un autre but de l'invention est de fournir un moyen pour étendre instantanément cette plage en sélec tionnnnt essentiellement un multiple entier, tout en conservant une grande partie des autres avantages mentionnés ci-dessus. Un autre objectif de l'invention est de permettre de réaliser des économies dans le coût de ces cellules électrolytiques. Les avantages de la présente invention sont obtenus en rempla çant la cellule de Keidel, qui ne comporte qu'un seul élément, par une cellule à plusieurs éléments, dont chacun est sensiblement plus court que celui de la cellule à élément unique et en tirant profit du fait que dans le cas d'un nombre n d'éléments égaux, la vitesse du courant de gaz traversant chaque élément est dans le rapport de 1/1, comparativement au cas d'un élément unique, pour le même débit total de gaz, ce qui a pour résultat que l'efficacité de chaque élément, en ce qui concerne l'absorption de l'humidité provenant du courant de gaz qui le traverse, est considérablement renforcée, et que la longueur totale des éléments peut être sensiblement plus petite que celle de l'élément unique, tout en maintenant un fonctionnement correct, ce qui augmente l'économie de matériel. Dans la cellule de Keidel, qui ne comporte qu'une seule paire de fils en hélice, lorsqu'un point chaud se développe en un point quelconque, le long de ces fils, ceux-ci brûlent et la cellule est hors d'usage, tandis que dans la cellule de la présente invention, lorsqu'un élément grille, celle-ci ne cesse pas d'être capable de fonctionner pour autant et si l'on tire profit des possibilités de commutation décrites ci-après, cet incident peut être facilement corrigé. De plus la probabilité de surcharger la cellule et de la voir griller est sensiblement diminuée dans le mode de fonctionnement en parallèle de la présente invention, comparativement au mode de fonctionnement en série de la cellule de Keidel. Une cause courante de panne de la cellule de Keidel, est l'obstructicn ou le bouchage de l'élément qui empêche le passage du gaz dans celui-ci. Par contre, dans la cellule de l'invention, le fait q'un élément soit bouché ne met pas celle-ci complètement hors d' état e fonctioner a cellule Keidel a mie limite supérieure qui est détermi née par le occurent maximal pouvant parcourir ces fils et par le débit maximal de gaz pouvant être établi avec des débitmètres dont le cout n'est pas excessif.Or, on a souvent besoin d'effectuer des mesures à des niveaux d'humidité dépassant cette limite supérieure et ceci est accompli par la présente invention en mesurant le courant dans un seul élément, par exemple, parmi 10 éléments. Si tous les éléments se comportent exactement de la même façon, cet élément unique va etre parcouru par exactement un dixième du courant total et la mesure totale sera 10 fois celle obtenue avec cet élément unique. Dans la pratique; le facteur de multiplication est obtenu par une mesure, effectiùée à des niveaux normaux, comprenant tous les élémente, et par lvyrW essore obtenue avec 1 t élément unique seul.Ces élé- rirent; peuvent et- réunis en groupes de, par exemple, de 1, 3 et 6, de sortie que la plage de mesures peut être multipliée par 10 pour celle effectuées ac un s 1 élé:nent, par 1/3 pour celles effec tuées avec trois éléments, le facÉeui de n multiplication étant dans crla-ue cas, obtenu en mesurant les rapports entre un et tous les élemvnts et entre trois et tous les éléments, comme il est expliqué à propcs des moyens de commutation décrits ci-après. Dans le mode de construction de la présente invention, la lontueur plus courte des éléments rend inutile l'utilisation d'une composition de mole intermédiaire, de sorte que les limitations de température imposées par cette composition disparaSssent. La pratique actuelle consiste à utiliser le Téflon comme matière de montage pour les éléments, cette matière ne soulevant aucune difficulté dans les plages de température considérées. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d' exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel - la fig.l est une vue schématique, partiellement en écorché, d'une cellule de Keidel à un seul élément. - la fig.2 est une coupe transversale schématique de la cellule de la fig.l. - la fig.3 est une vue schématique d'une cellule à cinq éléments comportant deux bornes de sortie. - la fig.4 montre une cellule à cinq éléments comportant deux paires de bornes de sortie, un élément étant relié à une première paire de bornes, tandis que les quatre paires restantes sont branchées en parallèle sur l'autre paire de bornes. - la fig.5 est une vue schématique d'une cellule à dix éléments (alors que la cellule à cinq éléments peut être logée dans un corps plus court que celui des cellules actuelles, mais ayant le même diamètre, la cellule à 10 éléments exige un corps ayant un diamètre un peu plus grand). La cellule de la fig.5 comporte deux paires de bornes dont l'une reçoit les conducteurs provenant de l'un des éléments, et dont l'autre paire reçoit les conducteurs des autres éléments branchés en parallèle. Sur cette figure, seuls les conducteurs de l'élément unique aboutissant à la première paire de bornes et les conducteurs de trois des éléments reliés à l'autre paire de bornes ont été représentés. - la fig.6 montre une cellule à dix éléments comportant trois paires de bornes, le meme élément de la fig.5 étant relié à l'une des paires de bornes, les trois éléments dont les conducteurs sont représentés lur la fig.5 étant connectés à la seconde paire de bornes, tandis que les conducteurs des six éléments restants sont branchés en parallèle sur la troisième paire de bornes (ces conducteurs n'ont pas été représentés). - la fig.7 montre un montage de commutation destiné à être uti lisé avec la cellule à trois paires de bornes de la fig.6, la simplification de ce montage pour l'adapter à une cellule à deux paires de bornes étant évidente. En se référant au dessin et en particulier à la figal, on voit une cellule de Keidel à un seul élément qui peut être en verre, 2 et 3 désignant ses conducteurs, 4 et 5 les bornes de sortie vu externes, auxquelles les deux conducteurs de l'élément sont reliés intérieurement, 6 et 7 étant des douilles isolantes qui isolent les bornes de sortie du corps extérieur 10; 8 étant un tampon d'extrémité en Téflon placé à la sortie de la cellule, un second tampon identique étant prévu à son extrémité d'entrée, 9 étant la matière moulée intérieure et ll les extrémités filetées pour le raccordement à un circuit de fluide, et 12 est un morceau de souplisso de Selon qui est utilisé sur toutes les bornes des éléments.Sur la fig.2, la cellule de Keidel de la fig.l est représentée schématiquement, en utilisant les mêmes références que précédemment. Sur la fig.3, on voit schématiquement un montage à cinq éléments et à deux bornes où l'un des conducteurs de chacun des éléments 13, 14, 15, 16 et 17 est relié à la borne 26, ces conducteurs étant respectivement 30, 24, 22, 21 et 19, tandis que l'autre conducteur de chacun de es éléments est connecté à la borne 27, ces seconds conducteurs étant 31, 25,23, 20 et 18. Sur la fig.4, on voit une cellule à cinq élément-s comportant deux paires de bornes, la paire supplémentaire de bines portant les références 28 et 29, tandis que les autres références sont les mêmes que sur la fig.3.Sur la fig.4, toutes les eDmeions sont les mêmes que sur la fig.3, sauf en ce qui concerne l'élément 13 et son conducteur 31 qui, ici aboutit à la borne 28, tandis que son con- ducteur 30 aboutit à la borne 29, ce qui permet de mesurer le courant de l'élément 13 seul et celui parcourant les cinq elEments ensemble, cette première mesure permettant une extension nominale de 5/1 de la plage de mesures par un simple montage de commutation tel que celui décrit-ci-après. La fig.5 montre une cellule à dix éléments dans laquelle l'un des conducteurs de l'élément 32 aboutit à la borne 33, l'autre aboutissant à la borne 34. (Ces coHlactexrs ont été représentés, mais ne sont pas référencés). les neuf éléments restants 35, 36, 37, 40, 41, 42, 43, 44, 45 comportent chacun un conducteur aboutissant à la borne 38 et un second conducteur abou tissant à la borne 39, seuls les conducteurs des éléments 35, 36 et 37 ayant été représentés. Dans l'agencement de la fig.5, 'a possibi- lité de mesurer le courant de l'élément 32 seul et celui de tous les dix éléments ensemble fournit les informations nécessa,mes pour une extension nominale de 10/1 de la plage de mesures.La cllule de la fig.6 est identique à celle de la fig.5, sauf qu'elle comporte trois paires de bornes de sortie 46, 47, 48, 49, 50, et 51, l'élément 32 comportant encore un conducteur aboutissant à une borne, ici la borne 48 et un second conducteur aboutissant à une autre borne,ici 49. Les trois éléments 35, 36 et 37 comportent chacun un conducteur relié à la borne 50 et un second conducteur relié à la borne 51, tandis que les six autres éléments ont chacun un conducteur aboutissant à la borne 46 et un second conducteur aboutissant à la borne 47. La mesure du courant circulant dans l'élément unique, à la paire de bornes de celui-ci, et la mesure du courant à toutes les bornes fournissant des informations nécessaires pour une extension dans un rapport nominal de 10/1 de la plage de mesures, tandis que la mesure du courant circulant dans le groupe de trois éléments fournit une intrma- tion supplémentaire pour une extension nominale de la plage de mesures dans un rapport de 3 1/3/1.La fig.7 illustre ur montage pour obtenir les rapports ci-dessus, les références 52 et 53 désignant deux commutateurs jumelés, et la référence 55 le circuit de mesure standard du brevet Keidel, les autres éléments ayant été munis des mêmes références que sur la fig.6. Le commutateur 54 permet de mesurer le courant de tous les éléments dans la position représentée, et un groupe d'éléments sélectionnés par 52-53 dans son autre position. Pour déterminer la correction à apporter aux mesures afin de pouvoir utiliser la cellule dans le cas où un élément serait grillé (circuit ouvert) ou bien bouché, il résulte de ce qui précède que le facteur de correction peut être facilement déterminé à partir de la variation du rapport d'extension de la plage de mesures qui se produit dans ce cas. Qu'une extension de la plage de mesures soit possible, se comprend facilement si l'on considère que le courant normal d'une cellule à un seul élément est de 13,2 mA, alors que dans une cellule à 10 éléments, chaque élément peut etre parcouru par ur murant de 13,2 , ce qui donne une capacité totale de 132 mAv T*'a-; menta'ion nécessaire des limites d'intensité du circuit, qui en découle, ne pose évidemment aucun problème. BBVBDICATIONS 1.- Cellule électrolytique caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs éléments, chacun desdits éléments étant sensiblement plus court que l'élément utilisé dans les analyseurs d'humidité électrolytiques actuels, les deux conducteurs de chacun desdits éléments étant reliés en parallèle à des bornes externes ou de sortie. 2.- Cellule électrolytique caractérisée en ce qu'elle comprend un certain nombre d'éléments, chacun desdits éléments étant sensiblement plus court que celui utilisé dans les analyseurs d'humidité électrolytiques actuels, ces multiples éléments étant subdivisés en deux ou plusieurs groupes, les deux conducteurs de chacun des élé ment s de chacun desdits groupes étant reliés en parallèle et connec- tés à une paire de bornes séparées. 3.- Cellule électrolytique selon la revendication 2, dans laquelle l'un desdits groupes ne comprend qu'un seul élément. 4.- Analyseur d'humidité électrolytique caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commutation et en ce que dans l'une des positions desdits moyens de commutation, le courant circulant dans une paire de bornes d'une cellule électrolytique comportant plusieurs paires de bornes est mesuré, tandis que le courant traversant les paires restantes de bornes contourne le système de mesure, et en ce que, dans une seconde position desdits moyens de commutation, le courant circulant dans toutes les paires de bornes est mesuré.