Brevet FR2430009A1 — publié le 19800125

La présente invention concerne un détecteur à flamme ionisante capable de fonctionner à température élevée. Les détecteurs à flamme ionisante utilisés, par exemple, pour les analyses par chromatographie en phase gazeuse sont connus des spécialistes. Ils comportent généralement deux électrodes et un brûleur, placés dans une enceinte. Les électrodes sont maintenues à des potentiels électriques dif férents et il se développe entre elles un champ électrique dans lequel se trouve placée la flamme du valeur lors du fonctionnement du détecteur. L'électrode qui est au potentiel le plus élevé sert d'électrode collectrice, l'autre étant dénommée électrode de polarisation. Dans le mode le plus perfectionné de réalisation connu jusqu'ici, le brûleur est disposé horizontalement et l'extrémité ou se développe la flamme constitue l'electrode de polarisation en face de laquelle est placée l'élec- trode collectrice qui est plane. Cet agencement nécessite l'isolation électrique de ltextrémité par rapport au reste du brOleur, ce qui est obtenu an réalisant le brûleur en deux parties métalliques reliées mécaniquement entre elles par un isolateur électrique. L'expérience a montré qu'un bon fonctionnement d'un tel détecteur à flamme ionisante est possible tant que la température de fonctionnement reste inférieure à environ 400 C. Dans certaines analyses, les températures de combustion doivent être supérieures à 400 C et les matériaux de collage utilisés n'assurent plus une liaison parfaite et étanche entre les trois éléments constituant le brûleur . I1 se produit des fuites qui tout d'abord faussent les mesures jusqu'à ce qu'intervienne la destruction partielle, voire même totale, du brOleur. Cette destruction est, bien entendu, d'autant plus rapide que la température de fonctionnement est plus élevée.Ainsi, par exemple, pour des températures de fonctionnement supérieures à 500 C on a pu constater que survient une destruction quasi totale du brOleur au bout de quelques heures et que pendant cette faible durée de fonctionnement la précision de la mesure est notablement diminuée. Llobjet de la présente invention est de remédier à ces inconvenients en proposant un mode perfectionné de réalisation d'un detecteur à flamme qui est illustré par les figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 représente schématiquement et en coupe, un mode de réalisation du détecteur à flamme selon l'invention et - les figures 2 à 4 illustrent des variantes de réalisation. La figure 1 représente schématiquement et en coupe verticale le détecteur à flamme selon l'invention. La référence 1 désigne le socle ou embase de ltappareil sur lequel est fixé le brûleur 2, par exemple au moyen d'un filetage 3, ltextrémité conique 4 assurant ltétanchéité entre le brûleur et ltembase 1. A travers des conduits 5 et 6 prévus dans ltembase 1, le brûleur 2 communique avec des conduits 7 et 8 qui assurent respectivement l'alimentation du brOleur en gaz contenant les produits à brûler et en combustible gazeux (hydrogène). L'extrémité libre 13 du brûleur ou se développe la combustion est profilée et calibrée comme ii est bien connu de l'homme de l'art pour que la combustion s'effectue dans des conditions bien particulières, favorables à l'ionisation ainsi que pour obtenir un bon rendement et un faible bruit de fond. Sur ltembase 1 est fixée une enceinte composée de deux parties 9a - 9b maintenues entre elles par tout moyen approprié tel que pinces, vis, etc... Un joint metallique ou en téflon 10 assure ltétanchéité entre les deux parties 9a - 9b. Un joint il métallique ou en téflon assure ltétanchéité entre l'enceinte et ltembase 1 sur laquelle l'enceinte est fixée par des vis schématisées en 12. L'enceinte 9a - 9b qui enveloppe l'extrémité libre 13 du broyeur est raccordée à son extrémité inférieure à une canalisation 14 d'alimentation en gaz comburant tel que ltoxygène ou de l'air. A la partie supérieure de l'enceinte un orifice de collecte 15 permet la récupération de la totalité des gaz brOles. A l'intérieur de l'enceinte une grille 16 placée à un niveau inf6- rieur au brûleur assure une bonne répartition de ltécoulement du gaz comburant, tandis que deux électrodes 17 et 18 et un filament 19 complètent les éléments essentiels du détecteur de flamme. Ces électrodes et ce filament sont par exemple fixés sur des isolateurs 17a, 18a 19a et 19b portés par la grille 16. Le filament 16,relit par des conducteurs 20 et 21 à une source électrique,est placé au voisinage de ltextrémité libre 13 du brûleur pour assurer l'allumage des gaz lorsqu'il est alimenté en courant. Les électrodes 17 et 18 sont connectées,par des conducteurs électriques 22 et 23,à des pièces dont les potentiels électriques sont différents pour que se développe entre elles un champ électrique suffisant. L'électrode 17 qui est reliée à un dispositif de mesure du type électromètre (non représente) constitue a l'électrode collectrice collectrice et est place en face de ltextrémité libre du brûleur à une distance déterminée expérimentalement lors de la mise J point du détecteur (comme cela est bien connu des spécialistes). La seconde électrode 18,dite électrode de polarisation,qui est soumise à un potentiel réglable et négatif par rapport à celui de ltélectrode collectrice 17a est constituée d'une fine lame d'un matériau conducteur, et est place à proximité de l'extrémité libre 13 du brûleur, la ou la flamme prend naissance, à une distance d' de l'ordre de 0,1 à 0,2mm, comme le montre la figure 2 qui est une vue partielle selon la flèche F de la figure 1. Dans ce mode de réalisation, le brûleur 2, qui est constitué d'une seule pièce en matériau électriquement conducteur, peut être ainsi que ltembase 1 et 11 enceinte 9a - 9b, relié au potentiel électrique de la masse. La figure 3 montre une variante de realisation de 11 invention. Sur cette figure on a représenté à grande echelle l'extremite libre 13 du brtleur dont l'alésage interne 13a est calibré. Cette extrémité est cylindrique et comporte un épaulement 24 à une distance D de ltextrémité du du brOleur. L'extré- mité du brbleur est recouverte d'un élement tubulaire isolant 25, constitué par exemple en céramique, de longueur D' supérieure à D et d'épaisseur e Autour de la bague isolante 25 est placée l'électrode de polarisation 18 de forme tubulaire de longueur L inférieure à D'. A celle de ses extrémités la plus éloignée de l'endroit où prend naissance la flamme, cette électrode de polarisation est pourvue d'une collerette 18b sur laquelle prend appui, pour assurer la liaison électrique, une lame élastique 18c reliée au conducteur 23. A son autre extre- mite l'electrode 18 est munis d'un orifice 18d ayant un diamètre 0 inferieur au diamètre extérieur de la bague isolante 25.Cette configuration forme un épaulement sur ltélectrode qui prend appui sur la bague isolante et 11 orifice 18d de diamètre # se trouve ainsi à la distance d de l'extrémité du brflleur, cette distance étant telle que d = D' - D L'électrode de collecte 17 est ici une électrode plane qui est placée parallèlement à l'axe du brOleur à une distance R de l'axe du brOleur. La distance R qui est réglable est ajustée à la valeur qui confère à l'appareillage une bonne sensibilité et la meilleure linéarité possible. Dans un mode de réalisation, on a choisi une valeur de R sensiblement égale au rayon de la collerette 18b de ltélectrode 18.Cette disposition diminue l'encrassement de ltélectrode de collecte par la flamme lors du fonctionnement du détecteur et facilite l'accès au brOleur lors d'un démontage éventuel ou lors d'un nettoyage. Comme on l'a déjà indiqué, l'extrémité du brOleur est déterminée par le spécialiste pour obtenir les conditions optimales de combustion et d'ionisation (forme de la flamme). La distance d et le diamètre sont, bien entendu, déterminés en fonction de la forme de la flamme. Dans un mode de réalisation qui a donné satisfaction, les valeurs de d et de étaient du même ordre de grandeur que le diamètre de l'alésage 13a sans que pour autant ces valeurs soient limitatives. A titre d'exemple, on indique ci-dessous les valeurs des différents paramètres caractérisant des brOleurs qui ont été réalisés et qui ont fonctionné avec succès - diamètre de l'alésage 13a = 0,6mm - diamètre intdrieur de la bague isolante h lmm - diamètre extérieur de la bague isolante --2mm e = 0,5mm d = 1,5mm = inn D = 4,5mm D' = 6mm R = 4,5mm Selon une autre variante de réalisation schématisée sur la figure 4, l'électrode 17 a une forme tubulaire de diamètre interne R dont la valeur est la même que celle indiquée plus haut. Comme le montre la figure 4, cette élec- trode tubulaire est centrée sur l'axe du brOleur. Bien entendu, des modifications pourront être apportées sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. Ainsi, par exemple, l'embase pourra entre pourvue de moyens de chauffage pour empêcher tout phénomène de condensation. Dans ce qui précède, on a illustré, à à titre d'exemple seulementJun un bradeur à axe horizontal, mais il est possible de disposer ce brOleur verticalement ou de manière inclinée. REVENDICATIONS 1. - Détecteur à flamme ionisante comportant un socle, un brOleur fixé à l'une de ses extrémités sur ce socle et à travers lequel il est alimenté par des canalisations en un gaz combustible et en un gaz porteur contenant les matérieux à brûler, une enceinte fixée sur ce socle et enveloppant l'extrémité libre du brûleur ayant un orifice calibré, cette enceinte étant réunie à une canalisation d'alimentation en gaz comburant et comportant un orifice d'évacuation des produits de combustion, une grille de diffusion interposée dans ltécoulement du gaz comburant en amont du point de combustion, des moyens d'allumage des gaz à la sortie du brOleur, une électrode collectrice et une électrode de polarisation distinctes l'une de l'autre et maintenues à des potentiels électriques différents, celui de ltélectrode de polarisation étant réglable et négatif par rapport au potentiel de ltélectrode collectrice, caractérisé en ce que ladite enceinte est composée de deux éléments assemblés de façon étanche, en ce que le brOleur est constitué d'un seul élément en matériau électriquement conducteur, le brOleur et l'enceinte étant au potentiel électrique de la masse et en ce que ltélectrode de polarisation est maintenue à proximitd immediate de l'extrémité libre du bradeur, cette electrode entant portée à un potentiel électrique au plus régal à celui du brûleur. 2. - Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode de polarisation est constituée d'une lame plane, placée sensiblement dans le plan perpendiculaire a l'axe du brflleur et passant par l'extrémité de ce brOleur, cette électrode étant à une distance comprise entre 0,05 et 0,25mm de l'extre-- mité du brûleur. 3 - Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ltélectrode dc polarisation est constituée par une pièce métallique recouvrant l'extrémité du brûleur dont elle est isolée électriquement par une bague, cette pièce métallique comportant à une extrémité un orifice calibre centré sur l'axe du brûleur et à l'autre extrémité une- collerette. 4. - Détecteur selon une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'électrode collectrice est plane, placée perpendiculairement à ltaxe du brdleur et à une distance réglable de llextrSmité libre du brOleur. 5. - Détecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'électrode collectrice est plane et maintenue parallèlement à l'axe du brOleur et à une distance réglable de cet axe. 6. - Détecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'électrode collectrice est de forme tubulaire et a un diamètre interne déterminé, cette électrode étant placée coaxialement au brflleur.