Brevet FR2465223A1 — publié le 19810320

L'invention se rapporte à un appareil d'analyse de gaz comprenant un pont de Wheatstone, appareil consistant en fils de résistance qui sont placés dans deux canaux indé- pendants d'un bloc de mesure, les fils de résistance des branches opposées du pont étant placés dans le même canal et un gaz de référence pouvant être dirigé dans l'un desdits canaux, tandis que le gaz devant être analysé'peut être dirigé dans un autre desdits canaux. Le mode opératoire d'un appareil d'analyse de gaz de ce type est basé sur les propriétés de conductibilité thermique des gaz. Le pont est réglé de manière que la température des fils de résistance soit supérieure à la température ambiante, le pont étant équilibré lorsque le même mélange de gaz est dirigé dans les deux canaux. Lorsque, par exemple, de l'air est utilisé en gaz de référence et le gaz devant être analysé est un mélange d'air et d'un autre gaz, la tension de sortie du pont varie en fonction de la concentration dudit autre gaz, car ce dernier conduit la chaleur plus ou moins bien que l'air. Un problème soulevé par les appareils classiques d'analyse de gaz du type tel que décrit est que la tension de sortie du pont n'est pas une fonction linéaire de la concentration du gaz devant être analysé. En effet, la conductibilité thermique d'un gaz augmente avec l'élévation de température et, pour des gaz conduisant la chaleur mieux que l'air, par exemple pour l'hélium, chaque augmentation élémentaire de concentration apporte une contribution moindre à la tension de sortie que l'augmentation élémentaire précédente, tandis que, pour des gaz qui conduisent la chaleur moins bien que l'air, par exemple l'anhydride carbonique, chaque augmentation élémentaire de concentration apporte une contribution supérieure à la tension de sortie que l'augmentation élémentaire précédente. Donc, les appareils classiques d'analyse de gaz ne peuvent être utilisés que pour la mesure de faibles concentrations, par exemple jusqu'à une concentration maximale de 5 %. Il a été suggéré d'élargir la plage de mesure par application de la tension de sortie du pont, après amplification à une valeur convenable, à un circuit résistant à diode de manière à rendre la tension de sortie linéaire. Ceci signifie que la caractéristique d'étalonnage de ce circuit doit être bien reproductible, car sinon il n'est pas possible que la production soit rentable. Par ailleurs, un circuit résistant à diode devrait toujours recevoir la même tension d'entrée pour une certaine concentration de gaz. Par ailleurs, cette linéarisation n'est valable que pour un seul gaz. L'invention a donc pour objet un appareil d'analyse de gaz du type tel que spécifié ci-dessus, mais qui élimine les inconvénients mentionnés de manière efficace, mais néanmoins simple. Selon une particularité essentielle de l'appareil d'analyse de gaz de l'invention, le courant circulant dans le pont est réglé pendant une mesure de telle manière que la résistance des fils du second canal demeure sensiblement constante. Ainsi, la température des fils résistants qui est modifiée par le gaz devant être analysé est ramenée à sa valeur initiale par modification du courant d'alimentation du pont, de sorte que chaque augmentation élémentaire de concentration apporte sensiblement une contribution de même valeur à la tension de sortie que l'augmentation élémentaire précédente de concentration. Lorsque l'appareil d'analyse de gaz selon l'invention est linéaire pour un certain gaz, cette remarque s'applique à tous les types de gaz, aussi bien ceux dont la conductibilité thermique est supérieure à celle de l'air que ceux dont cette conductibilité est inférieure. Selon un mode de réalisation simple de l'invention, le pont consistant en fils résistants forme l'une des branches d'un second pont de Wheatstone dont le courant d'alimentation est réglé pendant une mesure de manière que ce second pont demeure équilibré. Ainsi, la tension de sortie du premier pont de Wheatstone est une fonction linéaire de la concentration d'un gaz de l'un ou l'autre des types mentionnés plus haut jusqu'à une concentration d'environ 25 à 30 %. Lorsque les concentrations sont supérieures, l'appareil cesse d'être linéaire, car non seulement le courant circulant dans les fils de résistance situés dans le canal réservé au gaz devant être analysé varie, mais, de plus, le courant circulant dans les fils de résistance situés dans le canal réservé au gaz de référence varie aussi. Conformément à l'invention, cette absence de linéarité peut être pratiquement éliminée par un mode de réalisation caractérisé en ce que la branche du second pont qui est montée en série avec le premier pont de Wheatstone consiste en une résistance dont les propriétés physiques correspondent à celles des fils résistants du premier pont, le courant par unité de section transversale de cette résistance étant plus faible que celui de la résistance totale du premier pont. L'invention va être décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel: la figure 1 est une coupe longitudinale d'un bloc de mesure pouvant être utilisé dans un appareil d'analyse de gaz selon l'invention; et la figure 2 est un schéma d'un mode de réalisation de l'appareil d'analyse de gaz selon l'invention. La figure 1 représente en coupe transversale un bloc de mesure 1 comprenant un canal 2 dans lequel peut être dirigé un gaz devant être analysé, ainsi qu'un canal 3 dans lequel un gaz de référence peut être dirigé. Deux fils résistants 4, 5 ainsi que 6, 7 sont placés dans chacun de ces canaux 2 et 3; les extrémités a-h de ces fils résistants 4 à 7 sont accessibles par des broches de connexion (non représentées) qui sont montées à l'extérieur du bloc de mesure 1. Ce bloc 1 peut être par exemple en aluminium ou en laiton, tandis que les fils résistants 4 à 7 sont en général en platine. Comme le montre la figure 2, les fils résistants 4 à 7 sont connectés en pont de Wheatstone 8 dont les fils situés dans le même canal sont montés sur les branches opposées du pont 8. Le courant circulant dans les résistances 4 à 7 est tel que la température des fils correspondants 4 à 7 est supérieure à la température ambiante. Le pont 8 est réglé de manière qu'il soit équilibré lorsque le même gaz passe par les canaux 2 et 3, de sorte que la tension VO entre les bornes de sortie 9 et 10 est nulle. Lorsque, par exemple, le gaz de référence dirigé dans le canal 3 est de l'air, tandis qu'un mélange d'air et d'hélium est dirigé dans le canal 2, les fils résistants 4, 5 se refroidissent plus fortement que les fils résistants 6 et 7, car l'hélium conduit la chaleur mieux que l'air. Donc, la tension de sortie V0 varie en fonction du pourcentage d'hélium. Pour éliminer l'absence de linéarité de la tension de sortie VO résultant du fait que la conductibilité thermique des gaz augmente avec l'élévation de la température, le pont 8 est connecté à un second pont de Wheatstone 11 comprenant d'autres résistances RA, Rc, RD et Ri, la résistance totale du pont 8 étant représentée par la valeur RB. Le pont 11 est équilibré pendant la mesure par réglage du courant qui y circule. Ainsi, la résistance I demeure sensiblement constante et la température des fils résistants 4, 5, qui est modifiée par le gaz faisant l'objet de la mesure, est ramenée à la valeur initiale. Comme le montre la figure 2, le pont 11 est connecté à une source 13 de courant continu par l'inter- médiaire d'un transistor 12 constituant le dispositif de réglage du courant du pont. Les bornes de sortie 14 et 15 du pont 11 sont connectées à un amplificateur différentiel 16 dont la sortie est connectée à la base du transistor 12 par l'intermédiaire d'une résistance 17. Une résistance 18 est connectée entre le collecteur et la base du transistor 12. Pour que le circuit fonctionne correctement, il faut que la résistance RB soit réglée de manière qu'elle se trouve dans la partie non linéaire de la caractéristique tension-courant du pont 8. Le réglage s'effectue de manière simple, car la résistance Ri consiste en un potentiomètre dont le curseur forme la borne de sortie 14 du pont 11. Dans un mode d'exécution ainsi réalisé de l'appareil décrit d'analyse de gaz, de bons résultats ont été obtenus jusqu'à une concentration de gaz de 25 à 30 %. Lorsque les concentrations sont supérieures, l'appareil cesse d'être linéaire, car non seulement le courant circulant dans les fils résistants 4 et 5 est modifié, mais celui qui circule dans les fils résistants 6 et 7 l'est aussi. Cette absence de linéarité peut être éliminée en conférant à la résistance RA les mêmes propriétés physiques que la résistance RB, par exemple en réalisant la résistance RA en la même matière que la résistance R, le courant circulant dans la résistance RA par unité de section transversale devant être inférieur à celui qui circule dans la résistance RB. Il est possible ainsi d'obtenir une mesure linéaire jusqu'à une concentration d'approximativement 80 %. Lorsque l'appareil d'analyse de gaz qui a été décrit est linéaire pour un certain gaz, il l'est pour tous les gaz. L'appareil d'analyse peut alors être utilisé aussi bien pour les gaz ayant une conductibilité thermique supérieure à celle de l'air, par exemple H2, He, 02' N20, que pour les gaz ayant une conductibilité thermique inférieure à celle de l'air, par exemple Ar, CO2 et N2* Un circuit amplificateur convenable peut bien entendu être connecté aux bornes de sortie 9 et 10 du pont 8, ce circuit amplifiant la tension de sortie V0 en lui donnant une valeur qui convient pour d'autres traitements et/ou pour l'affichage par un dispositif correspondant. Le circuit d'amplification peut aussi contenir des éléments de réglage du signal de sortie du circuit amplificateur à une valeur nulle lorsqu'un gaz de référence est dirigé dans les deux canaux 2 et 3. Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté et que diverses modifications peuvent lui être apportées sans sortir du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil d'analyse de gaz comprenant un pont de Wheatstone (8) consistant en fils résistants (4, 5, 6, 7) qui sont montés dans deux canaux indépendants (2, 3) d'un bloc de mesure (1), les fils résistants des branches opposées (4, 5; 6, 7) du pont étant placés dans le même canal, un gaz de référence pouvant être dirigé dans l'un de ces canaux et un gaz devant être analysé, dans l'autre, appareil carac- térisé en ce que le courant circulant dans le pont est réglé pendant une mesure de manière que la résistance des fils correspondants situés dans le second canal demeure sensiblement constante. 2. Appareil d'analyse de gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit pont (8) consistant en fils résistants forme l'une des branches d'un second pont de Wheatstone (11) dont le courant d'alimentation est réglé pendant une mesure de manière que ce second pont demeure en équilibre. 3. Appareil d'analyse de gaz selon- la revendication 2, caractérisé en ce que la branche du second pont qui est monté en série avec le premier pont de Wheatstone consiste en une résistance (RA) dont les propriétés physiques correspondent à celles des fils résistants du premier pont, le courant par unité de section transversale de cette résistance étant inférieur à celui de la résistance totale représentée par le premier pont (8). 4. Appareil d'analyse de gaz selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les bornes de sortie (14, 15) du second pont de Wheatstone (11) sont connectées à un amplificateur différentiel (16) dont la sortie commande un dispositif de réglage (12) du courant d'alimentation du second pont. 5. Appareil d'analyse de gaz selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'une des bornes de sortie (14) du second pont de Wheatstone (11) est le curseur d'un potentiomètre (Ri) connecté à ce second pont.