Brevet FR2431693A1 — publié le 19800215

La présente invention concerne la construction dJappa- reils de contrôle et de mesure, et a notamment pour objet un appareil de mesure des dimensions et de la quantité de particules contenues dans un milieu fluide. I1 est particulièrement avantageux d'utiliser l'appareil proposé pour le contrôle de la pureté de l'air des locaux de production. I1 est également possible d'employer l'appareil pour le contrôle du degré de pollution des liquides dans l'industrie chimique et dans les constructions mécaniques. L'appareil réalisé selon la présente invention peut aussi entre employé en médecine pour les analyses de la composition du sang et d'autres liquides. On connait des appareils de mesure des dimensions et de la quantité de particules contenues dans un milieu fluide, comprenant une chambre noire dans laquelle une source de lumière forme avec un système de lentilles un faisceau lumineux. Dans cette chambre est monté un dispositif photosensible qui reçoit la lumière diffusée par les particules se trouvant sur le trajet du faisceau lumineux. Les particules sont introduites dans la chambre avec le courant de fluide à analyser. Le courant de fluide à analyser est dirigé transversalement à la direction du faisceau lumineux. Le dispositif photo sensible transforme les impulsions de lumière diffusée par les particules, en impulsions électriques. La sortie du dispositif photosensible est reliée aux entrées de signaux de dispositifs à seuil, par l'intermédiaire d'un diviseur répartissant les impulsions en fonction des dimensions des particules. Les sorties des dispositifs à seuil sont réunies aux entrées de compteurs à indicateur. Pour contrôler la précision de l'appareil on a recours à un élément simulant des particules calibrées. Cet élément a une partie mobile quiest introduite dans le faisceau lumineux avant la mesure (voir par exemple, le brevet nO 2239168 délivré en FRANCE). Dans cet appareil, le contrôle ne se fait qui avant le début de la mesure, et le réglage de l'appareil est réalisé par l'opérateur lui-mme, ce qui rend plus compliquée l'utilisation de l'appareil. En outre, dans un tel appareil, l'influence des sources d'erreurs à à variations rapides apparaissant au cours de la mesure (telles que, par exemple, l'instabilité de la tension de la source d'alimentation), n'est pas éliminée. Le but de la présente invention est d'éliminer les inconvénients mentionnés. L'invention a donc pour but de mettre au point un appareil de mesure des dimensions et de la quantité de par- ticules contenues dans un milieu fluide, dans lequel l'élément simulant une particule calibrée serait conçu de manière à permettre d'automatiser le processus de calibrage de l'appareil au cours de la mesure. Ce but est atteint du fait que dans un appareil de mesure des dimensions et de la quantité de particules contenues dans un milieu fluide, du type dans lequel un dispositif photosensible transformant en implusions électriques la lumière diffusée par les particules dans le courant de fluide traversant le faisceau lumineux formé par une source lumineuse, et une partie dela lumière de ce faisceau délivré par un élément simulant une particule calibrée, est relié, par l'intermédiaire d'un diviseur repartissant ces impulsions, en fonction des dimensions des particules, entre les entrées de signaux de dispositifs à seuil correspondants dont les sorties sont reliées aux entrées de compteurs à indicateur, selon l'invention l'élément simulant une particule calibrée est monté de façon à pouvoir, au cours de la mesure, varier périodiquement l'intensité de la brillance d'une partie de la lumière atteignant le dispositif photosensible, tandis qu'entre la sortie du dispositif photosensible et les entrées de référence des dispositifs à seuil est inséré un circuit de transformation des impulsions de sortie du dispositif photosensible en une tension continue réglant les niveaux de fonctionnement des dispositifs à seuil en fonction de l'amplitude de l'impulsion reçu de l'élément simulant une particule calibrée. I1 est inutile que l'élément simulant une particule calibrée soit réalisé sous forme d'une tige montée mobile en va et vient en vue de son introduction périodique dans le faisceau lumineux, ladite tige étant reliée à cet effet à l'armature dtun électro-aimant. Une telle conception dudit élément est la plus simple du point de vue construction et assure une stabilité maximale des indications de l'appareil. L'élément simulant une particule calibrée peut aussi se présenter sous forme d'une voie guide de lumière transmettant une partie de la lumière du faisceau lumineux de la source de lumière au dispositifghotosensible, d'un interrupteur de lumière monté dans ladite voie et commandé par une commande autonome. Une telle réalisation permet de régler la brillance de la lumière et, par conséquent, la dimension équivalente de la particule calibrée. L'appareil de mesure des dimensions de la quantité de particules contenues dans un milieu fluide, réalisé selon la présente invention, est assuré d'un calibrage automatique au cours de la mesure, ce qui permet d'obtenir une haute stabilité des catactéristiques métrologiques et une précision de mesure élevée. Une description détaillée des différents modes non limitatifs de réalisation de la présente invention est donnée ci-après avec référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 illustre le schéma de principe d'un appareil de mesure des dimensions et de la quantité de particules contenues dans un milieu fluide, équipé d'un élément simulant une particule calibrée, réalisé sous forme d'une tige (coupe longitudinale) - la figure 2représente la chambre contenant un système de miroirs - la figure 3 est le schéma de principe d'un appareil de mesure des dimensions et de la quantité de particules contenues dans un courant du milieu, dans lequel l'élément simulant une particule calibrée est réalisé sous forme d'un système de prismes avec un interrupteur de lumière - la figure 4- représente la chambre contenant des guides de lumière. La description qui va suivre concerne, à titre exemple, un appareil de mesure du degré de pollution de l'air, mais il est bien entendu que celui-ci ne constitue que l'une des applications possibles de l'invention. L'appareil comprend une chambre noire 1 (figure 1) dans laquelle se trouvent une source de lumière constituée par une lampe 2, et un système de lentilles 3 formant un faisceau lumineux. Dans la chambre 1 est également monté un dispositif photosensible 4 dont le rayon visuel formé par un système de lentilles 5 est dirigé perpendiculairement au faisceau lumineux provenant de la source de lumière 2. Pour l'introduction de l'air à analyser dans la chambre 1 il est prévu une buse (non représentée) montée de façon à diriger le courant d'air vers la zone d'intersection desdits faisceaux. En tant qu'élément 6 simulant une particule calibrée, est utilisée une tige désignée par le méme chiffre de référence 6 et pouvant faire varier périodiquement la brillance de la lumière attaquant le dispositif photosensible 4 au cours de la mesure. Pour faire varier la brillance de la lumière, la tige 6 est montée de telle façon qu'elle puisse se déplacer en vue de son introduction dans le faisceau lumineux provenant de la source de lumière 2 ; à cette fin, la tige 6 est reliée à l'armature 7 d'un électro-aimant 8 alimenté depuis un générateur autonome 9. La tige 6 est montée de sorte que, lors de son déplacement, elle entre périodiquement dans le faisceau lumineux provenant de la source de lumière 2, en diffusant une partie de la lumière de ce faisceau en direction du dispositif photosensible 4. Le dispositif photosensible 4 sert à transformer en impulsions éléctriques la lumière incidente. En tant que dispositif photosensible on peut utiliser tout dispositif photosensible connu et convenant à cette fin, tel qu'une cellule photo-électronique multiplicatrice. La sortie du dispositif photosensible 4 est reliée à l'entrée du circuit 10 de transformation des impulsions de sortie du dispositif photo sensible 4 en tension continue et aux entrées de signaux des dispositifs à seuil Il par l'intermédiaire d'un diviseur 12 répartissant entre les dispositifs à seuil Il correspondants les impulsions de sortie du dispositif photo sensible 4 en fonction des dimensions des particules se trouvant dans le courant d'air. La sortie du circuit de conversion 10 est branchée sur les entrées de référence des dispositifs à seuil 11. Le circuit 10 de transformations des impulsions de sortie du dispositif photosensible 4 en tension continue est réalisé sous forme d'une chaîne intégrante utilisant une résistance 13, une diode 14 et un condensateur 15 ; la constante de temps de la chaine intégrante est choisie nettement plus grande que la durée de l'impulsion apparaissant à la sortie du dispositif photosensible 4 sous l'action de la lumière diffuséepar les particules se trouvant dans le courant d'air, mais plus petite que la durée de l'impulsion apparaissant à la sortie du dispositif photosensible 4 sous l'effet de la lumière diffusée par la tige 6 simulant une particule calibrée.Les impulsions de sortie des dispositifs à seuil 11 sont appliquées aux entrées de compteurs correspondants 16 à indicateur, servant à compter et à indiquer le nombre d'impulsions correspondant à la quantité de particules contenues dans le courant à analyser, séparément pour chaque groupe de dimensions. En tant que circuits électriques constituant le diviseur, les dispositifs à seuil et les compteurs à indicateur, on peut utiliser tous circuits connus appropriés. Comme élément simulant une particule calibrée peut aussi être utilisée une voie guide de lumière 17 (figure 2) comprenant un système de miroirs 17a et un interrupteur placé dans cette voie et constitué avantageusement par une tige 6a reliée à l'armature 7 d'un électro-aimant 8 identique à celui décrit ci-dessus. Le prélèvement d'une partie de lumière du faisceau provenant de la source de lumière 2 (figure 1) est assuré par un diaphragme 18 disposé sur le trajet du faisceau. Comme élément simulant une particule calibrée on peut utiliser une voie guide de lumière 19 (figure 3) comportant un système de prismes 20 et un interrupteur de lumière 21 placé dans cette voie et commandé par une commande autonome 22. On peut utiliser un interrupteur de lumière de n'importe quelle construction connue convenant à cette fin. Le prélèvement d'une partie de la lumière du faisceau provenant de la source de lumière 2 est assuré par un diaphragme 23 disposé sur le trajet de ce faisceau. La voie guide de lumière 19 illustrée sur la figure 4 est constituée par deux guides de lumière 24 et 25 montés en série et entre lesquels est inséré un interrupteur de lumière 21 similaire à celui monté dans la voie 19 (figure 3) décrite précédemment. Une partie de la lumière prélevée arrive à travers le diaphragme 23 (figure 4). L'appareil de mesure des dimensions et de la quantité de particules contenues dans un milieu fluide fonctionne de la manière suivante. La source de lumière 2, à l'aide du système de lentilles 3, crée dans la chambre 1 un faisceau lumineux étroit nettement délimité. Le courant d'air à analyser contenant des particules est introduit dans le faisceau lumineux à travers une buse placée dans un plan perpendiculaire au plan du dessin, lorsqu' une particule pénètre dans le faisceau, elle diffuse une partie de la lumière de ce faisceau dans toutes les directions; la partie de la lumière ainsi diffusée par la particule pénètre dans le rayon visuel du dispositif photosensible 4, formé par le système de lentilles 5. La lumière atteignant le dispositif photosensible 4 est transformée en impulsions électriques. L'amplitude de ces impulsions est fonction de l'intensité de la lumière diffusée par la particule. Les impulsions de sortie du dispositif photosensible 4 passent par le diviseur ohmique ou à résistances 12 et sont appliquées aux entrées de signaux des dispositifs à seuil Il correspondants, en les mettant à l'état excité pendant toute la durée de l'impulsion. Le nombre de dispositifs à seuil mis à l'état excité dépend de l'amplitude de l'impulsion et, par conséquent, de la grandeur (dimension ou taille) de la particule donnant naissance à cette impulsion. L'impulsion issue du dispositif majeur (du point de vue de l'amplitude de l'impulsion) parmi les dispositifs à seuil à l'état excité est appliquée à l'entrée du compteur 16 correspondant assurant le comptage et l'indication de la quantité de particules dont les dimensions correspondent aux limites de la voie concernée. Ainsi, la dimension de la particule est déterminée d'après l'amplitude de l'impulsion à la sortie du dispositif photosensible 4.L'amplitude de l'impulSion à la sortie du dispositif photosensible 4 est fonction de la dimension de la particule et dépend d'une série de facteurs tels que la brillance de la source de lumière, le facteur de transformation du dispositif photosensible 4, la sensibilité des dispositifs à seuil 11,etc. Pour éliminer l'influence de ces facteurs, la mesure de la dimension de la particule est faite en comparant la quantité de lumière diffusée par cette particule avec celle élaborée par l'élément simulant une particule calibrée. Pour former la lumière simulant une particule calibrée, on introduit périodiquement la tige 6 dans le faisceau lumineux provenant de la source de lumière 2. La surface réflèchissante et la profondeur de pénétration de la tige 6 dans le faisceau sont limitées de façon à assurer une intensité constante de la lumière diffusée par cette tige. La tige 6 est déplacée par l'électro-aimant 8 alimenté par un générateur autonome 9. La période d'oscillations du générateur 9 est choisie de façon que la durée de l'impulsion apparaissant à la sortie du dispositif photosensible 4 sous l'effet de la lumière diffusée par la tige 6 soit considérablement plus grande que la durée de l'impulsion provoquée par la particule. Toutes les impulsions de sortie du dispositif photosensible 4 sont appliquées au circuit 10 de transformation des impulsions de sortie du dispositif photosensible 4 en tension continue. Etant donné que la durée des impulsions provoquées par les particules se trouvant dans le courant d'air est sensiblement inférieure à la constante de temps de la chatne intégrante du circuit de transtrmation 10, et que la quantité de particules provoquant des impulsions de grande amplitude est infiniment petit, les impulsions engendrées par les particules se trouvant dans le courant d'air n'influent pratiquement pas sur la tension continue de sortie du circuit de transformation 10.La durée de l'impulsion provoquée par l'intervention de la tige 6 est tout à fait suffisante pour assurer la charge du condensateur 15 jusqu'à une valeur correspondant à l'amplitude complète de cette impulsion. I1 en résulte qu'à la sortie du circuit de transformation 10 est élaborée une tension continue dont le niveau est égal à l'amplitude de l'impulsion provoquée par l'élément simulant une particule calibrée. La tension continue de sortie du circuit de transformation 10 attaque les entrées de référence des dispositifs à seuil 11. Seul le dispositif à seuil Il à l'entrée de signaux duquel est appliquée une impulsion dont l'amplitude est supérieure au niveau de la tension continue à son entrée de référence est mis à l'état excité.Ainsi, en cas de variation de la brillance de la source de lumière 2, du facteur de transformation du dispositif photosensible 4 et d'autres facteurs influençant l'amplitude des impulsions provoquées par les particules se trouvant dans le courant d'air, il se produit une variation simultanée et proportionnelle de l'amplitude des impulsions provoquées par les particules se trouvant dans le courant d'air et du niveau de la tension continue provoquée par l'élément simulant une particule calibrée. Ainsi, donc la mesure de la dimension des particules se trouvant dans le courant s'effectue par comparaison de celle-ci avec la dimension de la particule calibrée au cours de la mesure, ce qui augmente sensiblement la précision de l'appareil. Lorsque l'on utilise, en tant qulélément simulant une particule calibrée,~d'une voie guide de-lumière 17 transmettant une partie de la lumière du faisceau de la source de lumière 2 au dispositif photosensible,4, la formation de la lumière simulant la particule calibrée se fait de la matière suivante. Le faisceau lumineux formé par le système de lentilles 3 et provenant de la source de lumière 2 passe à travers le diaphragme 18 et atteint le système composé des deux miroirs 17a. Par suite de la réfraction de la lumière par le système de miroirs 17a, la partie du faisceau qui a traversé le diaphragme 18 est dirigée sur le dispositif photosensible 4. Entre les miroirs 17a, sur le trajet de réfraction du faisceau, est montée la tige 6a masquant périodiquement le faisceau. Pour le reste, le fonctionnement de l'appareil est identique au fonctionnement de l'appareil utilisant la tige 6 en tant qu'élément simulant une particule calibrée. En cas d'utilisation de guides de lumière flexibles 24 et 25 (figure 4) pour la formation d'une voie guide de lumière 19, le processus de formation de la lumière simulant celle d'une particule calibrée est analogue à celui qui se déroule en cas d'emploi, dans les voies guides de lumière 17, 19 des miroirs 17a et du système de prismes 20. En tant qu'interrpteur 21 est utilisée une moitié d'un disque entraîné en rotation par la commande autonome 22. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n1 ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Appareil de mesure des dimensions et dela quantité de particules contenues dans un milieu fluide, du type dans lequel un dispositif photosensible transformant en impulsions électriques la lumière diffusée par les particules se trouvant dans le courant de fluide intersectant un faisceau lumineux provenant d'une source de lumière, et une partie de la lumière de ce faisceau, provenant d'un élément simulant une particule calibrée, est relié, par l'intermédiaire d'un diviseur répartissant ces impulsions, en fonction des dimensions des particules, entre les entrées de signaux de dispositifs à seuil correspondants dont les sorties sont reliées aux entrées de compteurs à indicateurs, caractérisé en ce que l'élément simulant une particule calibrée est monté de façon à pouvoir, au cours de la mesure, faire varier périodiquement la brillance de la partie de la lumière atteignant le dispositif photosensible, et qu'entre la sortie du dispositif photosensible et les entrées de référence des dispositifs à seuil est inséré un circuit transformation des impulsions de sortie du dispositif photosensible en tension continue réglant les niveaux de fonctionnement des dispositifs à seuil en fonction de l'ampltude de l'impulsion reçue de l'élément simulant une particule calibrée. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que 11 élément simulant une particule calibrée est une tige montée mobile en va-et-vient en vue de iritroductonpérioiquedans1e le faisceau lumineux, ladite tige étant reliée à cet effet à l'armature d'un éléctro-aimant. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément simulant une particule calibrée est constituée par une voie guide de lumière transmettant une partie de la lumière du faisceau lumineux de la -source de lumière au dispositif photosensible, et par un interrupteur de lumière monté dans ladite voie et commandé par une commande autonome.