Brevet FR2249328A1 — publié le 19750523

La présente invention se rapporte aux analyseurs de gaz combustibles du type utilisant des éléments de détection à fil chauffé. Un agencement tres connu et largement répandu destiné à déterminer la concentration d 'un gaz combustible dans l'air ou un autre mélange gazeux comprend un pont de Wheatstone résistif dans lequel ltune des résistances constitue le détecteur de gaz combustible. Généralement, la résistance de détection est formée d'un fil fin revêtu d'une substance favorisant la combustion catalytique du gaz sur sa surface lorsque la température de la résistance s'élève. Une résistance de compensation est prévue qui est aussi semblable que possible à la résistance de détection quant à ses caractéristiques électriques mais qui est dépourvue de revêtement catalytique. La résistance de détection et la résistance de compensation sont chacune branchées dans des bras séparés d'un pont résistif et ces deux résistances sont exposées au flux d'un échantillon gazeux. Une tension est appliquée aux bornes du pont qui est suffisante pour élever la température de la résistance de détection au niveau nécessaire pour favoriser l'action catalytique. Si l'échantillon contient un gaz combustible, la combustion catalytique se produisant sur la résistance de détection fait stélever sa température au-dessus de celle de la résistance de compensation de sorte qu'il en résulte un accroissement de la valeur de la résistance de détection.Le pont résistif, précédemment équilibré en l'absence d'un combustible, se trouve alors déséquilibré d'une quantité indicative de la concentration de combustible Afin de procurer une sensibilité adéquate et un temps de réponse approprié, la résistance de compensation ainsi que la résistance de détection sont respectivement formées d'un filament à fil fin. lorsqu'un échantillon qui contient une concentration élevée de gaz combustible ou qui présente une faible conductivité thermique, ou encore les deux, est analysé, la température du détecteur peut élever à un niveau tel que sa durée de vie est notablement écourtée et, notamment, bien souvent, à quelques minutes. I1 est inutile de dire que dans de telles conditions le fonctionnement des détecteurs classiques de gaz combustible implique des dépensès supplémentaires et est entaché d'incertitude. Par conséquent, un objet de la présente invention consiste à réaliser un détecteur de gaz combustible utilisant le principe de la combustion eatalytique dans lequel la durée de vie de la résis tance de détection est de plusieurs fois supérieure à celle d'une résistance de détection telle qu'utilisée dans un instrument classique. Un autre objet de la présente invention consiste à réaliser un instrument destiné à déterminer les propriétés ou la composition d'un gaz par la méthode du pont résistif et dont le fonctionnement n'est pas fâcheusement affecté par l'état, les propriétés physiques ou la composition du gaz analysé. Un autre objet de la présente invention consiste à réaliser un analyseur de gaz du type à pont résistif dans lequel l'une ou plusieurs de ses résistances sont chauffées par un courant contrô- lé à une température constante qui n'est pas sensiblement affectée par des variations de l'environnement des résistances ou des résistances elles-memes. Encore un autre objet de la présente invention consiste à réaliser un analyseur de gaz du type à pont résistif dans lequel la stabilité de l'étalonnage est sensiblement améliorée en maintenant l'une ou plusieurs des résistances du pont à une température constante. En bref, la présente invention vise la combinaison de deux ponts de Wheatstone ré sist ifs comprenant chacun dans un de leurs bras une résistance maintenue à une température supérieure à la température ambiante par le passage dans oette résistance d'un courant électrique contrôlé. L'une de ces résistances est analogue à la ré résistance de référence ou de compensation utilisée dans les ponts des analyseurs précédemment connus. l'autre de ces résistance constitue une résistance de détection. Pour chaque pont, des connexions sont prévues entre les bornes du pont servant à détecter son équilibre ou son déséquilibre et un amplificateur connecté de manière à contreréactionner vers une borne d'entrée du pont une fraction du courant circulant dans les bras du pont.Si la température de la résistance de référence ou de détection, selon le cas, tend à changer, sa valeur de résistance tend de la meme manière à changer, provoquant le déséquilibre du pont et la variation du signal de sortie de l'amplificateur dans le sens convenable, augmentant ou diminuant ainsi la tension d'entrée appliquée au pont, pour rétablir l'équilibre du pont et, par conséquent, maintenir constante la température de la résistance. Dans un détecteur de gaz combustible, les résistances de référence et de détection sont exposées à des échantillons homogènes de gaz.Si l'échantillon contient un combustible, la tempéra ture de la résistance de détection tend alors à augmenter de sorte qu'il en résulte une diminution du signal de sortie de l'amplificateur de rétroaction connecté à ce pont, mais aucune variation sensible de la température de la résistance de référence se produit. le signal de sortie de l'amplificateur de rétroaction connecté au pont contenant la résistance de référence ne varie pas. Des moyens sont prévus pour comparer les signaux de sortie des deux amplifica teurs de rétroaction et pour indiquer le résultat, de préférence, -après un étalonnage convenable, en pourcentages de la limite explosive. Ces objets et caractéristiques et d'autres encore de la présente invention apparattront plus clairement de la description détaillée qui suit ainsi que du dessin y annexé représentant schématiquement l'instrument selon l'invention, étant bien entendu que celui-ci n'est donné qu'à titre d'exemple nullement limitatif. En se reportant maintenant au dessin, on y voit un pont de référence 10 qui comprend des résistances variables 12 et 14 connectées en série et shuntées par une résistance fixe 16 branchée en série avec une résistance de référence 18 sensible à la température afin de former le circuit classique d'un pont de Wheatstone.Un point de jonction 21 du pont 10 est mis à la masse et un courant est adressé à ce pont par une résistance 22 branchée entre une source de tension positive et un-point de jonction 23 du pont 10 et par la sortie d'un amplificateur 24 également connectée au point de jonction 23. les entrées de l'amplificateur 24 sont respectivement connectées à des points de jonction 25 et 26. Si le coefficient de température de la résistance de référence 18 est positif, comme il est courant, il apparatt au point de jonction 25 une tension plus levée qutau point de jonction 26 de sorte que les entrées de l'amplificateur 24 se trouvent polarisées de telle manière qu'il en résulte une réduction du courant de sortie de cet amplificateur. La résistance 24 est réglable afin de faire varier le niveau de température de la résistance de référence 18 tandis que la résistance 12 est réglable afin de permettre 1' équilibrage du pont. le pont de mesure 30 est sensiblement identique au pont de référence 10 et possède des résistances correspondantes 12', 14', 16' et 22' ainsi qu'un amplificateur 24'. Cependant, la résistance de détection 31 diffère de la résistance de référence 18 en ee que la résistance de détection 31 est pourvue d'un rev8tement catalytique. De même, il apparatt au point de jonction 25' du pont 30 une tension plus élevée qu'au point de jonction 26' de ce pont de sorte que les entrées de l'amplificateur 24' se trouvent polarisées de telle manière qu'il en résulte une réduction du courant de sortie de cet amplificateur. Comme il est bien connu des hommes de l'art, la résistance de référence 18 et la résistance de détection 31 sont exposées à un échantillon gazeux et sont isolées thermiquement l'une de l'autre, de sorte que l'élévation de température produite par la combustion et apparaissant à la résistance de détection 31 n'est pas détectée par la résistance de référence 18. La résistance-de référence 18 est par conséquent capable de détecter et de compenser les variations de température ambiante de l'échantillon gazeux. La combustion s'effectuant à la résistance de détection 31 tend à augmenter sa température et sa valeur de résistance, réduisant ainsi la tension de sortie de l'amplificateur 24' et le courant adressé au point de jonction 23' du pont de mesure 30.Par conséquent, la présence d'un combustible dans l'échantillon analysé ne provoque qutun faible acorois- sement de la température de la résistance de détection au-dessus du niveau établi sans combustible présent dans l'échantillon. La valeur de l'accroissement de température est analogue à l'erreur qui existe dans tous les servomécanismes et dépend du gain de l'amplificateur 24'. Bien que la température de la résistance de détection 31 augmente nécessairement en présence d'un combustible, cet accroissement est faible, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de prendre des mesures élaborées pour isoler thermiquement la résistance de référence 18 de la résistance de détection 31. les tensions de sortie des amplificateurs 24 et 24' sont comparées dans un amplificateur différentiel 33 dont le signal de sortie est indiqué par un appareil de mesure 34 convenablement étalonné. Initialement, la résistance de référence 18 et la résistance de détection 31 sont exposées à un échantillon gazeux ne contenant pas de combustible et la résistance d'équilibrage 12 est réglée de manière à ne produire aucune indication sur l'appareil de mesure 34. La température des résistances 18 et 31 est déterminée par le réglage des résistances 14 et 14'. Si la température ambiante de l'échan- tillon gazeux vient à varier, la résistance de référence 18 et la résistance de détection 31 sont affectées de manière égale, les tensions de sortie des amplificateurs 24 et 24 changent de manière égale et aucun changement ne se produit dans l'indication de l'appareil de mesure 34.Si un combustible est présent dans l'échantillon gazeux, la température de la résistance de détection 31 tend à augmenter, de sorte qu'il en résulte une réduction de la tension de sortie de l'amplificateur 24' et un accroissement de l'indication de l'appareil de mesure 34 d'une valeur qui dépend de la concentration de combustible dans 1' échantillon analysé. En faisant fonctionner la résistance de détection à une température sensiblement constante indépendamment de la concentration de combustible dans ltéchantillon gazeux, la durée de vie de la résistance de détection est largement accrue. De plus, l'instrument est capable de répondre plus rapidement et avec plus de précision à des variations de concentration de combustible que les instruments précédemment connus, puisque le tramage thermique est beaucoup réduit et que les points d'étalonnage ne dérivent pas. Bien que dans un but d'explication de l'invention une forme de réalisation particulière de celle-ci ait été représentée et décrite, il doit être entendu que divers changements ou modifications évidents à tout homme de l'art peuvent y & re apportés sans s'écarter pour cela de l'esprit de Invention ni sortir de son domaine. REVENDICATIONS 1. Analyseur de gaz combustible caractérisé en ce qu'il comprend : un premier pont résistif possédant une première résistance sensible à la température ; un moyen possédant un premier amplificateur pour adresser au premier pont résistif un courant de valeur suffisante pour élever la température de la première résistance audessus de la température ambiante, le premier amplificateur possédant une connexion d'entrée provenant du premier pont résistif afin de contr8ler la tension de sortie de cet amplificateur de manière à maintenir constante la température de la première résistance ; un second pont résistif possédant une seconde résistance sensible à la température ; un moyen possédant un second amplificateur pour adresser au second pont résistif un courant de valeur suffisante pour élever la température de la seconde résistance au-dessus de la température ambiante, le second amplificateur possédant une connexion d'entrée provenant du second pont résistif afin de contrôler la tension de sortie de cet amplificateur de manière à maintenir constante la température de la seconde résistance ; un moyen destiné à exposer la première et la seconde résistance au gaz à analyser, la présence d'un combustible dans ce gaz provoquant une élévation de la température de la seconde résistance ; et un moyen destiné à comparer les tensions de sortie du premier et du second amplificateur et à procurer de cette comparaison une indication en termes de la concentration de combustible dans le gaz à analyser. 2. Analyseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen possédant le premier amplificateur et le moyen possédant le second amplificateur maintiennent respectivement la température de la première résistance et la température de la seconde résistance à des valeurs sensiblement égales. 3. Analyseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde résistance est pourvue d'un revêtement qui favorise la combustion catalytique du combustible présent dans le gaz à analyser. 4. Analyseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen possédant le premier amplificateur comprend un moyen adressant un courant de valeur fixe au premier pont résistif et le second moyen possédant le second amplificateur comprend un moyen adressant un courant de valeur fixe au second pont résistif.