Brevet FR2369561A1 — publié le 19780526

La détermination de la quantité des gaz combustibles dans l'air, eu égard en particulier aux problèmes techniques, est de nos jours de plus en plus importante. I1 suffit de penser aux mines (présence de métal), à l'introduction de l'utilisation du gaz naturel (protection contre l'explosion) ou à la sécurité de la circulation zendes a alcool). Mais les methodes utilisées antérieurement (méthode chimique, méthode phototechnique) ne donnent pas satisfaction à beaucoup de points de vue, elles sont difficiles à réguler, ne sont appropriees que pour un seul usage, il se forme pendant la mesure des substances aux propriétés défavorables, les appareils ne sont pas précis, etc. A la suite des travaux de Harger et collaborateurs, on peut démontrer que la respiration humaine peut être considérée comme un échantillon de matière qui traduit fidèlement au moment de la mesure la concentration effective d'alcool dans le sang artériel. L'analyse de la respiration présente en meme temps, par rapport à l'analyse du sang et des autres tissus de l'organisme, un avantage par suite de la simplicité du prélevement de l'échantillon et de son traitement. Dans la méthode mise en oeuvre avec l'analyse de la respiration, l'état de la technique est représentée par les travaux suivants Harger N.R., Toxicology : Mechanism and Analytical Methods (VoI. Il, Academic Press, New York, 1963). Dubowski K.M. : Measurement of Ethyl Alcohol in Breath (Laboratory Diagnosis of Diseases caused by Toxic Agents, Chapitre 31 316, 1970). I1 est compréhensible que les études ultérieures dans ce domaine aient été accrues et plus poussées dans ces dernières années. Les dispositifs appropriés pour la mesure de la teneur en alcool de l'air expiré peuvent être groupés selon leur sûreté en filtres-sondes pour la circulation routière (dispositif dit "Prearrest", dispositifs de "filtrage',' dispositif d'essai sur route, etc.) et analyseurs de respiration qui sont à mme de donner des résultats de même valeur pour l'analyse de l'alcool sanguin et concluants et acceptés par les autorités. I1 n'existe actuellement qu'un seul appareil mis au point par Dubowski et disponible dans le commerce sous le nom d'analyseur de respiration (1'Breathalyzer") et approprié pour l'analyse de la respiration. Mais cet appareil, en raison de son poids, ne peut pas être utilisé pour les applications mentionnées ci-dessus. De nombreux principes physiques peuvent être à la base de la construction d'un tel appareil, par exemple des dispositifs fonctionnant par absorption de la lumière infrarouge ou par oxydation électrochimique. On connaît déjà des sondes de mesure de ce type. Un problème commun des appareils de mesure fonctionnant par oxydation de l'alcool consiste en ce que la respiration, outre la quantité d'alcool à déterminer et l'oxygène, ainsi que l'azote, contient des quantités variables de vapeur d'eau et de C02 Comme l'oxydation de l'alcool se produit vers 200-3000C (selon le catalyseur), la zone active de la cellule de mesure doit etre à la même température. La présence de la vapeur d'eau et de C02 en quantités variables est gênante parce que leur conductibilité thermique s'écarte de celle de l'air pur et du fait que la perte thermique de l'élément de mesure varie par rapport à l'air pur et constitue une source de bruit-(ceci est appelé effet de la conductibilité thermique ou "effet de catharomètre").Un appareil de mesure de ce type est préparé par la Société Borg-Warfler (type Alert T M.J. 2A-1000). Cet appareil est le seul muni d'une sonde de mesure qui soit utilisé par la police. On connaît en outre une méthode mise au point par J.C. Crawford et publiée dans la revue "The Police Chief" (24 Janvier 1975). Cette méthode repose sur le principe que des paires de charge sont produites par l'alcool brûlé sur la surface d'un semi-conducteur de type N,mais qu'ainsi la conductibilite thermique augmente. Le problème est alors que les substances interférant avec la mesure sont trop nombreuses et le chauffage de la matière semi-conductrice nécessite beaucoup d'énergie. D'après le fabricant, on peut effectuer au maximum 20 à 40 essais avec une seule charge. Conme un détecteur construit selon le type d'un fil catalytique consomme davantage d'énergie, on ne doit tenir compte que de l'interférence de C02 et de la vapeur d'eau, la Société Warner-Borg poursuit les recherches avec cette solution. On connaît en outre un détecteur catalytique pour les sondes à alcool. La demande de brevet de la République Fédérale d'Allemagne DOS n" 2 257 486 décrit un dispositif selon lequel on élimine l'action de la conductibilité de la vapeur d'eau et de C02 à l'aide de deux éléments catalytiques identiques dont un seul contient l'air de respiration à mesurer et l'autre élément reçoit un air de respiration dont on a eliminé l'alcool de n'importe quelle manière, par exemple par combustion. Le C02 et l'eau formés sont en Si faible quantité que la mesure n'est pas influencée. L'effet de catharomètre ne produit donc pas d'écart dans le pont de mesure. On ne peut déceler par cet appareil, ni la présence de l'eau, ni celle de C02. Le plus gros problème de cet appareil consiste en ce qu'un transfert synchrone de l'échantillon dans les deux éléments de mesure est difficile. Comme il ressort de ce qui a été dit plus haut, le problème ne peut pas être résolu d'une manière satisfaisante par les appareils de même précision. L'inveution a donc pour objet d'éliminer les inconvénients des appareils connus jusqu'à présent. L'appareil selon l'invention présente, par rapport aux appareils connus3 les avantages suivants 1. L'appareil réagît immédiatement (en quelques secondes). 2. L'appareil de mesure ne contient pas d'éléments à remplacer. 3. On peut mettre en marche aussi souvent qu'on le désire. 4. Son système électronique donne un signal proportionnel à la teneur en substance combustible. 5. La sensibilité de l'appareil est considérable (supérieure a 0,005). 6. Son détecteur est protégé contre une surcharge. L'invention a pour objet un appareil de mesure qui produit un signal électrique proTortionnel à la teneur en gaz de l'air traversant le détecteur, ce signal étant indépendant de la vitesse du courant d'air et des autres gaz non combustibles. Dans ce but, selon l'invention, la quantité d'air a étudier est envoyée, comme échantillon, à travers une membrane mince, au moyen d'une diffusion sur deux fils métalliques incandescents minces. L'un de ces fils métalliques est recouvert superficiellement avec une substance catalytique et l'autre pas. Les deux filaments sont maintenus au moyen d'un courant de filament A une température désirée par un dispositif électronique de commande. Si un gaz combustible est présent dans l'air, il est brûlé sur la surface du fil catalytique. Dans un domaine de faible concentration, il s'établit sur la surface du filament une production de chaleur proportionnelle à la concentration. Le dispositif électronique de commande empêche l'augmentation de la température du filament, la production de chaleur par effet Joule étant diminuée d'autant que la production de chaleur par voie catalytique est forte. La température du filament présente donc une valeur constante et la commande en retour protège le filament également lorsque, dans des cas exceptionnels, une quantité de gaz à concentration élevée pourrait venir en contact avec la surface du fil.Le maintien du filament à température constante permet l'élimination d'une erreur de mesure, résultant de la variation de la conductibilité thermique de l'air (en présence de composants incombustibles tels que vapeur d'eau, C02 etc.) et de la variation de la vitesse d'écoulement de l'air, et la température du filament non catalytique peut être stabilisée à une valeur a laquelle les variation mentionnées ci-dessus nécessitent une variation du courant électrique correspondant au filament catalytique. Si le signal de sortie est produit à partir de la différence des signaux des deux circuits stabilisant la température, le signal de sortie contient seulement un composant qui correspond a la combustion catalytique. La construction et la fonction de l'appareil de mesure selon l'invention sont discutées ci-après en resférence à la figure unique ciannexée qui représente schématiquement le schéma de fonctionnement de l'appareil. L'appareil de mesure consiste en une chambre de mesure dans laquelle se trouvent deux filaments, a savoir un filament C1 qui présente une surface catalytique et un filament C2 dont la surface est neutre. Le filament C1 a surface catalytique est branché à la sortie d'un circuit de commande G1 de type connu et le filament C2 à la sortie d'un circuit de commande G2 analogue au circuit G1. A chacun des deux filaments, est adaptée dans la chambre de mesure une sonde thermométrique E1 ou E2 qui est reliée a son tour aux entrées des circuits de commande G1 ou G2.Les circuits de commande sont en outre reliés chacun avec un potentiomètre P1 ou P2 > leur autre sortie étant reliée l'entrée positive ou négative d'un amplificateur soustractif E. L?air à étudier s'écoule dans une chambre contenant les deux filaments. La temperature des filaments individuels est captée par les sondes E1 cu E7 et la valeur du courant est élevée ou abaissée par les circuits de commande G1 ou G2 dlautant que les signaux de température s'écartent d'une valeur préétablie des potentiomètres P1 ou P2. On peut ajuster par le potentiomètre P1 la température du filament C1 a une température de 200-3000C nécessaire pour la catalyse. La température du filament C2 est ajusté par le potentiomètre P2 de telle manière que la valeur de la tension de sortie Uki ne soit pas modifiée par une variation de la teneur de l'air en gaz incombustibles. REVENDICATIONS Appareil de mesure pour la détermination de la teneur en gaz combustibles dans l'air comportant une chambre de mesure dans laquelle se trouvent deux filaments dont l'un porte un revêtement catalytique et l'autre présente une surface neutre ainsi que des circuits de commande et un amplificateur soustractif, ledit appareil étant caractérisé en ce que le filament (C1) à surface catalytique est branché à une sortie du circuit de commande (G1) relié au filament, l'autre filament (C2) à une sortie d'un autre circuit de commande (G2), en ce que la sonde thermométrique (E1) du filament catalytique (C1) est reliée a l'entrée du premier circuit de commande (G1), et la sonde (E2) du filament (C2) à surface neutre à l'entrée du deuxième circuit de commande (G2), et en outre en ce que les deux circuits de commande (G1, G2) sont reliés du côté de la sortie à des potentiometres (P1, P2) et aux entrées positive ou négative d'un amplificateur soustractif E.