Brevet FR2466759A1 — publié le 19810410

i L'invention concerne un appareil photo-électrique pour l'analyse de gaz, reposant sur l'absorption spécifique de rayons émis par ces gaz, et comprenant: a) une source émettant des rayons optiques sur un trajet; b) un dispositif filtrant pour obtenir deux faisceaux de rayons dans différen- tes régions du spectre, en succession périodique sur un tra- jet de rajons; c) une cuvette traversée par les faisceaux de rayons et remplie du mélange gazeux à analyser; d) un trans- formateur photo-électrique situé après la cuvette et alimenté par les faisceaux qui en sortent; et e) un système commandé en correspondance avec la succession des faisceaux de rayons et convertissant les signaux du transformateur en un signal de mesure proportionnel à la quantité des gaz à déceler existant dans le mélange gazeux. Le brevet des Etats Unis n0 3 694 086 décrit un ap- pareil photo-électrique d'analyse de gaz du type général pré- cité pour mesurer un composant gazeux déterminé, en particu- lier du 002, avec des faisceaux lumineux ultraviolets ayant des longueurs d'ondes ou des gammes de longueurs d'ondes dif- férentes. La région du spectre d'un des faisceaux de rayons correspond à une ligne d'absorption du composant gazeux à me- surer, et la région du spectre de l'autre faisceau se trouve à l'extérieur de cette ligne d'absorption. De cette façon, on peut, par exemple, mesurer égiement la quantité de NO ou de N02 dans un mélange gazeux. Il est également connu, parle brevet des Etats-Unis nO 3 947 685, d'utiliser dans un apiareil pour l'analyse de gaz du type général décrit ci-dessus et pour mesurer la quan- tité de NO dans un mélange gazeux une source de rayonnement constituée par une lampe à cathode creuse émettant le spectre du NO. Les gammes des longueurs d'ondes des deux faisceaux de raàons sont différentes dans cet appareil, en raison du fait que dans un faisceau de rayons, le rayonnement dans la région de la bande d'absorption du NO prévue pour la mesure est éli- miné par filtration. Avec cet appareil, on ne peut pas, com- me c'est possible dans l'appareil mentionné précédemment, dé- terminer la quantité de NO2 dans un mélange gazeux. On a maintenant également besoin d'appareils pour la mesure du total des quantités de SO et de Uô2 dans un mélange gazeux. En soi, une mesure de ce total peut être ef- fectuée avec les appareils connus grâce au fait que l'on en- treprend une transformation des composants du mélange qui ne peuvent pas être mesurés en composants mesurables. La réac- tion chimique nécessaire exige toutefois une dépense très é- levée en appareillage et des travaux d'entretien fréquents pour l'installation utilisée à cet effet. En outre, le besoin de rendement de ce dispositif est relativement élevé, et il est difficile d'éliminer les effets nuisibles de gaz d'accom- pagnement. La présente invention a pour objet, pour la mesure du total des quantités de NO et de NO2 dans un mélange gazeux, de réaliser un appareil pour l'analyse de gaz qui ne néces- site pas une transformation d'un composant, de sorte qu'on ne se heurte pas aux inconvénients mentionnés précédemment. Ce problème est résolu pour un appareil du type général décrit précédemment grâce au fait que la source de rayonnement est une lampe à cathode creuse remplie d'un mélange d'azote et d'oxygène émettant le spectre du NO, et le dispositif filtrant possède deux filtres interférentiels à bande étroite et à gamme de perméabilité spectrale telle qu'un faisceau de rayons n'est pas affaibli par du NO et que dans la région du spectre de ce faisceau de rayons le coefficient effectif d'absorption du NO2 est égal à la différence des coefficients effectifs d'absorption du NO2 et du NO dans la région spectrale de 1' autre faisceau de rayons. D'après une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les filtres interférentiels nécessaires pour la mise au point réglable de la gamme nécessaire de perméabilité spectrale sont montés basculants. Par un réglage déterminé dl un des filtres, il es3t également possible d'éliminer dans une grande mesure l'influence nuisible sur les valeurs obtenues au cours de la mesure par l'influence gênante de S02 présent dans le mélange gazeux. On va maintenant décrire, à titre d'exemple, un mo- de de réalisation de l'appareil photo-électrique pour l'ana- lyse de gaz suivant l'invention, ainsi que son fonctionnement, avec référence aux dessins annexés. La figure 1 est une vue schématique de l'appareil. La figure 2 est un diagramme sur lequel on peut voir les coefficients d'absorption R de O, N02 et S02, ainsi que les courbes de transmission TX et TV des filtres inter- férentiels utilisés dans l'appareil. L'appareil d'analyse est constitué par une lampe à cathode creuse 1, un diaphragme rotatif 2, une lentille de collimateur 3 pour focalisation du rayonnement, une cuvette 4 remplie du gaz à analyser, un transformateur photo-électrique 5 qui reçoit les faisceaux de rayons sortant de la cuvette, et un dispositif 6 de traitement de signaux annexé au transfor- mateur-avec un instrument 7 pour indiquer la concentration de la somme des composants NO et N02 du gaz à analyser. La lampe à cathode creuse est remplie d'un mélange azote-oxygène sous une faible pression et, comme décrit dans le brevet des Etats-Unis n0 3 947 685, est utilisée avec un très faible cou- rant de décharge. Le diaphragme 2 possède deux ouvertures opposées 8 et 9 auxquelles sont associés des filtres interférentiels 10 et 11 basculants et réglables dans la position basculée. le dispositif technique pour actionner ces filtres n'est pas re- présenté. GrAce-aux filtres tournants, il se produit sur le trajet 12 des rayons des impulsions de rayonnement qui se sui- vent périodiquement avec les régions différentes du spectre dé- terminées par les filtres. Par le basculement des filtres, la gamme de transmission des filtres est un peu décalée, ce qui est important pour le réglage de l'appareil en ce qui concerne les exigences spectrales. Le dispositif 6 traite les signaux du transforma- teur photo-électrique par exemple à la façon décrite dans le brevet des Etats-Unis nO 3 947 685, à l'aide de signaux de com- mande que fournit un émetteur 13 photo-électrique ou magnéti- que associé au diaphragme 2. Sur la figure 2, TM et TV sont les courbes de trans- mission de filtres interférentiels choisis. Les faisceaux de rayons produits par eux sont appelés ci-après le faisceau de rayons de mesure et le faisceau de rayons de comparaison. Si l'on définit la transmission du rayonnement de la cuvette pour le faisceau de rayons de mesure par IIl et No pour le faisceau de rayons de comparaison par I, o I O et rV IvO sont les intensités des faisceaux de rayons de mesure et de comparaison avant leur entrée dans la cuvette et Ii et IV sont les intensités des faisceaux correspondants sortant de la cuvette, les rapports suivants sont valables suivant la loi de LambertBeerschen: IM = exp (cNO NO + NO2 NO2 + S2 S2) (1) IV = exp 1 (c NO KVNO NO + cKV 2 + c' S2 KV-So2) (2) o 1 est la longueur de la cuvette de mesure, c est la concen- tration en gaz, KM est le coefficient d'absorption pour le faisceau de rayons de mesure, et KV est le coefficient d'ab- sorption pour le faisceau de rayons de comparaison. IMo et IVO sont des valeurs constantes d'intensité et sont ci-après égales à 1 pour plus de simplicité. Le dispositif de traitement des signaux engendre un signal A proportionnel à l'absorption du rayonnement dans la cuvette, correspondant à A= 1_ IM (3) ou IV A= 1 -exp.( 1I (ct1 (ô NO - KV NO) + cNO2 (Km NO2 vIG2) c s2 (K SO2-V S22)J2 (4) Pour une mesure du total de NC et de NO2, on doit avoir: NO -vNO NO NO KM No K = X 2 - EV 2 (5) NO Si, comme on le voit figure 2, KV = o, le rap- port suivant, plus simple, est valable: KM NO = K N2 - V 02 (6) Cette condition peut être remplie avec une préci- sion suffisante par basculement du filtre interférentiel 10. L'influence de S02 sur le résultat de la mesure peut être éli- minée en faisant basculer le filtre interférentiel 11 jusqu't 5.une position pour laquelle KM S02 = Kv S02. Dans ces conditions, il se produit certes une pe- tite différence de la condition d'équilibrage (6). Toutefois, avec quelques cycles de réglage des filtres 10 et 11, on peut remplir dans une approximation successive les deux conditions (5) et (6), de sorte que l'on obtient finalement le signal d'absorption A = 1 - exp ( - 1 KM NO NO NO qui est fonction de la somme des concentrations en NO et NO2 dans le mélange gazeux testé et reste non influencé par la concentration en S02 REVENDI CATI GNS 1 - Appareil photo-électrique pour l'analyse de gaz, reposant sur l'absorption spécifique de rayons émis par ces gaz, comprenant: a) une source émerice pour obtenir des rayons optiques sur un trajet de rayons 12; b) un dispositif filtrant pour obtenir deux faisceaux de rayons dans différen- tes régions du spectre, en succession périodique sur un trajet de rayons; c) une cuvette 4 traversée par les faisceaux de rayons et remplie du mélange gazeux à analyser d) un trans- formateur photo-électrique 5 situé après la cuvette et alimen- té par les faisceaux-qui en sortent; et e) un système 6 com- mandé en correspondance avec la succession des faisceaux de rayons et convertissant les signaux du transformateur en un si- gnal de mesure proportionnel à la quantité des gaz à déceler existant dans le mélange gazeux; et caractérisé en ce que: a) la source de rayons est une lampe à cathode creuse 1 remplie d'un mélange d'azote et d'oxygène émettant un rayonnement molé- culaire de bioxyde d'azote (NO); et b) le dispositif filtrant possède deux filtres interférentiels 10, 11 à bande étroite et à gamme de perméabilité spectrale telle qu'un faisceau de rayons n'est pas affaibli par du NO et que dans la région du spectre de ce faisceau de rayons le coefficient effectif d'ab- sorption du N02 est égal à la différence des coefficients ef- fectifs d'absorption du NO2 et du NO dans la région spectrale de l'autre faisceau de rayons. 2 - Appareil d'analyse suivant la revendication 1, ca- ractérisé en ce que les filtres 10, 11 sont basculants.