Brevet FR2288978A1 — publié le 19760521

La présente invention a pour objet un dispositif de mesure de la concentration diun gaz dans une atmosphère et notamment de la concentration de l'anhydride carbonique dans l alr. On sait que la mesure de la concentration du CO2 dans l'air peut s'effectuer par préièvement, puis analyse physique (par exemple par abscrption infrarouge. ou chimique (par exemple par précipitation de carbonate de baryum). Ces méthodes présentent l'lnconvenlent de nécessiter des étalonnages longs et de conduire à des vitesses de mesure lentes. D'autres méthodes sont connues, ccmme la chromatographie ou la spectrographie de masse, mais elles présentent les mêmes inconvénients et sont en plus très coûteuses. On connaît par ai leurs des dispositifs de mesure de la concentration d'un gaz qui utilisent une chambre à ionisation à source radioactive interne, qui présente l'avantage de conduire à une réponse rapide. Toutefois, ces dispositifs connus nécessitent des moyens de prélèvement du gaz à analyser et, de ce fait, ils restent lourds et de mise en oeuvre malaisée La présente invention a pour objet un dispositif du genre de ceux qui utilisent une chambre d'ionisation mais qui ne présentent pas les inconvénients sus-mentionnés, principalement en ce qu'il ne nécessite pas de moyens de prélèvement, sa conception étant telle que ia chambre se place directement dans l'atmosphère à contrôler. De façon plus précise, ia présente invention a pour objet un dispositif de mesure de la concentration d'un gaz dans une atmosphère, du genre de ceux qui comprennent une chambre d'ionisation à source radioactive interne et des moyens électroniques associés permettant de mesurer le courant d'ionisa tion traversant ladite chambre, caractérisé en ce que ladite chambre comprend au moins une grille métallique cylindrique formant une électrode portée à une haute tension par rapport à une électrode de collection cyjlndrlque disposée sur l'axe de ladite grille et revêtue d'un dépôt radioactif et, entourant ladite grille, un grillage formant enveloppe de protection La source radioactive interne est avantageusement constituée par un dépôt de titane tritié. Pour améliorer la sensibilité et la précision de l'appareil, on règle de préférence la haute tension appliquée entre les électrodes à la valeur qui correspond au maximum du rapport entre e courant mesuré lorsque la chambre est placée dans une atmosphère pure et le courant mesuré lorsque la chambre est placée dans le gaz pur, Pour cette valeur de la tension appliquée, les moyens de mesure du courant d'ionisa tion sont ensuite étalonnés en fonction de la concentration dudit gaz Bien que le dispositif de 1 1nventlon soit applicable d'une façon générale à n'importe quel gaz contenu dans une atmosphère quelconque, il est avantageusement utilisé dans la mesure de la concentration de l'anhydride carbonique dans l'air. De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaltront mieux après la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre explicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure I représente un plan d'ensemble du dispositif de mesure selon l'invention; - la figure 2 représente deux courbes de variation de l'intensité du courant d'ionisation mesurée pour liait pur et pour le C02 pur;; - la figure 3 représente une courbe dàétalonnage du dispositif donnant, en fonction du courant d'ionisation mesure, la concentration en CO2 dans i air, Sur la figure 1, est représenté un plan d'ensemble du dispositif de mesure selon l'invention, La chambre d'ionisation à source radioactive interne porte la référence 20; cette chambre est associée à des moyens électroniques qui comprennent une source à haute tens;on 22, un amplificateur 24 et un appareil 26 de- mesure du courant, La chambre d'ionisation proprement dite, qui est représentée en coupe, comprend deux flasques d'assemblage 1 et 2, un canon 3 pour une fiche de connexion électrique, une pièce 4 isolante, des tirants d'assemblage 5, disposés notamment à 120 l'un de l'autre, une autre pièce isolante 6, un embout 7 de raccordement de la fiche de connexion, une source radioactive 8 formant électrode de collection, une grille 9 cylindrique formant l'électrode haute tension et une deuxième grille 10, extérieure à la première et pouvant former elle aussi une électrode haute tension, un grillage il cylindrique formant enveloppe de pro tection électrique et mécanique, une fiche 12 de connexion pour la transmission du signal électrique délivré par la chambre et une fiche femelle 13 supportant l'électrode haute tension et assurant le raccordement électrique entre la source 22 et oelle des électrodes 9 ou 10 qui est utilisée. La figure I correspond à une chambre munie de deux électrodes en forme de grille, bien que l'invention ne se limite pas cette seule disposition mais englobe au contraire toutes les variantes qui comporteraient, d'une façon plus générale, une pluralité de grilles. Cette disposition originale a pour but de permettre le réglage du volume de gaz utilisé dans la chambre pour effectuer la mesure. La haute tension est appliquée entre l'électrode de collection 8 et l'une des grilles 9 ou 10, Le fonctionnement de la chambre d'ionisation est par ailleurs, classique. La structure grillagée de l'enveloppe de protection 11 et des électrodes à haute tension 9 et 10 permet de placer la chambre d 'ionisation directement dans l'atmosphère que l'on désire analyser sans qu'il soit besoin de prévoir des moyens de prélèvement de ladite atmosphère et d'évacuation des gaz .analysés, comme dans l'art antérieur. Lesdispositif de la présente invention est donc de mise en oeuvre particulièrement simple. - La réalisation de la chambre 20 illustrée sur la figure 1 ne pose pas de problème particulier. La source radio active 8, peut être réalisée en déposant du titane sur un support en cuivre ou en acier inoxydable. Le titane n'est indiqué qu'à titre d'exemple, car on peut utiliser aussi bien le zirconium ou une terre rare peu oxydable. Le dépit peut être réalisé par pulvérisation ou par volatilisation, comme il est décrit par exemple dans le brevst français 1 323 549 déposé par le demandeur et délivré le 4 mars 1963. On imprègne ensuite le dépôt de titane par du tritium en le portant à une température comprise entre 3500C et 4000C en atmosphère de tritium (15 à 150 torrs). Le tritium se fixe alors dans le titane. A titre purement explicatif et nullement limitatif, les caractéristiques suivantes ont été obtenues pour une chambre d'ionisation réalisée par le demandeur. Après un certain vieillissement, la perte de tritium se stabilise autour de 2 microcuries par jour. La source radioactive est utilisée suivant les conditions particulières d'emploi conformes aux réglementations habituelles. Dans un mode de réalisation particulier, le diamètre du cylindre est de 4 à 8 mm, sa longueur d'environ 2 75 mm, la surface utile est alors de l'ordre de 15,5 cm ; l'activité du tritium est d'environ 2,8 curies et le courant d'ionisation de l'ordre de 3.10-8 A cm-2, soit 0,4.10-6 A. L'amplificateur de courant peut utiliser des transistors à effet de champ. Pour améliorer la sensibilité de l'appareil, on peut procéder comme suit. Pour une chambre donnée, on mesure le courant d'ionisation I en faisant varier la haute tension V, par exemple entre O et 800 V. Cette mesure est effectuée dans de l'air pur et permet de tracer les variations du courant d'ionisation I en fonction de la tension V (courbe 30 sur la figure 2) et en atmosphère de C02 pur, ce qui conduit à une seconde courbe 32. Ces deux courbes permettent de calculer le rapport entre le courant mesuré lorsque la chambre est placée dans l'air pur et le courant mesuré lorsque la chambre est placée dans le C02 pur. I1 existe une valeur VO de la tension V appliquée entre les électrodes pour laquelle ce rapport est maximal. La source de haute tension 22 est alors avantageusement réglée à VO. Pour ladite tension VO appliquée entre les électrodes 8 et 10, on trace ensuite la courbe d'étalonnage de la chambre en relevant le courant lu sur l'appareil 26 en fonction de la concentration c connue en C02 dans l'air. On obtient alors, comme il est représenté sur la figure 3, une courbe d'étalonnage 34 qui permet ensuite, en mesurant le courant I, de connaître la concentration c en C02. Sur la figure 3, l'intensité I est portée en ordonnées en unités relatives par rapport à la valeur maximale du courant atteinte lorsque la concentration c de C02 est nulle. Bien que a description qui précède se réfère constamment à la mesure de la concentration du C02 dans l'air, le dispositif peut être adapté à la mesure de la concentration d'autres gaz, notamment l'azote, l'oxygène et le méthane. REVENDICATIONS 1- Dispositif de mesure de la concentration d'un gaz dans une atmosphère, du genre de ceux qui comprennent une chambre d'ionisation à source radioactive interne et des moyens électroniques associés permettant de mesurer le courant d'ionisation traversant ladite chambre, caractérisé en ce que ladite chambre comprend au moins une grille métallique cylindrique formant une électrode portée à une haute tension par rapport à une électrode de collection cylindrique disposée sur l'axe de ladite grille et revêtue d'un dépôt radioactif et, entourant ladite grille, un grillage formant enveloppe de protection. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dépôt radioactif est du titane tritié. 3 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la haute tension appliquée est celle qui correspond à la valeur maximale du rapport entre le courant mesuré lorsque la chambre est placée dans une atmos phère pure et le courant mesuré lorsque la chambre est placée dans ledit gaz pur. 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de mesure du courant d'ionisation ont été préalablement étalonnés, pour ladite valeur de la haute tension appliquée, en fonction de la concentration dudit gaz. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit gaz est l'anhydride carbonique et l'atmosphère l'air.