Brevet FR2476842A1 — publié le 19810828

La présente invention concerne un analyseur de gaz et en particulier un appareil pour la détermination du pouvoir calorifique d'un gaz combustible. La détermination du pouvoir calorifique d'un gaz combus- tible, tel que celui fourni pour le chauffage domestique, permet une mesure de la qualité du gaz fourni; on peut ainsi de façon mieux appropriée facturer une consommation de gaz à un usager, qui recevait auparavant une facture basée simple- ment sur le volume de gaz. Les analyseurs de gaz classiques servant à déterminer la composition d'un gaz inconnu sont bien connus dans la techni- que. Parmi ceux-ci l'analyseur de gaz fondamental est l'appa- reil du type Orsat qui est utilisé pour absorber un par un les gaz constituant un mélange gazeux et pour déterminer les quantités de gaz constituants à partir des diminutions résultantes de la pression du gaz. Une analyse de gaz ainsi réalisée pourrait être utilisée comme base de facturation. Cependant, un tel appareil est tout à fait inadapté pour une installation en série dans des lieux de résidence de consom- mateurs de gaz. Un autre analyseur de gaz connu est basé sur l'utilisation de la conductibilité thermique du gaz inconnu, qui est analysé en comparant sa conductibilité thermique à celle d'un gaz de référence étalonné. Un autre analyseur de gaz connu utilise, dans différentes dispositions, un fil catalyseur dont la température est affectée par un gaz brûlé à proximité du fil pour produire un signal de sortie qui est utilisé pour déterminer le pourcentage de gaz combustible dans le gaz contrôlé. Un autre groupe d'analyseurs de gaz connus sont basés sur une analyse optique de la couleur, etc..., d'une flamme de gaz afin d'obtenir une mesure de la teneur en gaz combustible. Tous ces appareils connus présentent de grosses lacunes en ce qui concerne l'exécution d'une mesure rapide et exacte du pouvoir calorifique de gaz combustible et en outre ils ne possèdent pas une structure compacte simple et appro- priée pour permettre une production en série et une installa- tion sans difficultés dans des lieux de résidence de consom- mateurs. En conséquence, il est souhaitable de disposer d'un appareil de mesure qui soit capable de déterminer le pouvoir calorifique d'un gaz de composition inconnue pour obtenir une mesure du coût de facturation à attribuer au gaz pendant la vente du gaz à un consommateur. Selon la présente invention, un analyseur de gaz servant à déterminer le pouvoir calorifique d'un gaz est caractérisé en ce qu'il comprend: - un moyen pour produire un mélange gaz-air, - un moyen pour brûler le mélange, - un moyen pour mesurer la température de combustion, - un moyen pour régler la proportion gaz/air du mélange afin d'augmenter au maximum la température de combustion, et - un moyen pour produire un signal de pouvoir calorifique en fonction de la température maximale de combustion. Un analyseur de gaz selon la présente invention va mainte- nant être décrit, à titre d'exemple non limitatif, en réfé- rence au dessin annexé qui représente un schéma fonctionnel d'un exemple de réalisation d'analyseur de gaz selon la présente invention. Le dessin représente un appareil de mesure de pouvoir calorifique comportant une chambre de combustion de gaz 2 pourvue d'un orifice d'échappement 3 de section réduite. Un tuyau de gaz 4 traverse une paroi de la chambre 2 et se termine par une buse 6. Une étincelle d'allumage de gaz est produite par un allumeur de gaz 8. Un détecteur de flamme produit un signal de sortie indiquant la présence d'une flamme sur la buse 6. Un dispositif de commande d'allumage commande l'allumage de la flamme par l'allumeur 8 et reçoit un signal du détecteur de flamme de gaz 10 pour contrô- ler la présence de la flamme sur la buse 6. Une coupelle métallique 12, qui sert de "corps noir", est suspenduepar des ailettes 14 et 16 d'isolation thermique aux parois de la chambre 2 proches de la buse 6. Un radiomètre ou un pyromètre optique 18, supporté par des ailettes 20 et 22, est placé de l'autre côté de la coupelle métallique 12 par rapport à la buse 6 et il est utilisé pour mesurer la température de la coupelle métallique produite par combustion du gaz dans la buse-6. Le signal de sortie du radiomètre 18 est envoyé par une ligne 24 à un contrôleur de température 26. Le contrôleur de température 26 produit à son tour un signal de sortie indiquant la température créée par la combustion du gaz et il envoie ce signal à un enregistreur-indicateur de température différentielle 28 et un signal de sortie servant à commander un dispositif d'actionnement de valve 30. Le contrôleur de température 26 comprend tout moyen approprié pour comparer la valeur présente d'un signal d'entrée à une valeur précédente pour déterminer si un niveau de crête a été ou non atteint par ce signal et pour produire à la sortie un signal de commande jusqu'à ce que le niveau de crête soit détecté. Le dispositif de commande de valve 30 utilise à son tour le signal de commande provenant du contrôleur de température 26 pour action- ner une valve de commande 32. La valve de commande règle le volume d'air fourni par une source d'alimentation 34 à une vanne mélangeuse 36 qui reçoit également le gaz combustible dosé qui est fourni par un dispositif d'admission 38 faisant arriver le gaz à un débit fixe ou constant pour produire un mélange gaz-air. Pour supprimer l'influence de la chaleur introduite par le mélange gazair et de la température ambiante sur la mesure de température par le radiomètre 18, un élément de mesure de température, par exemple, une thermistance 40, est placé dans le tuyau 4 pour mesurer la température du mélange gaz-air entrant et pour produire-dans une ligne 42 un signal qui est envoyé au contrôleur de température 26. Une seconde thermis- tance 46 est placée à l'extérieur de la chambre 2 isolée thermiquement pour mesurer la température ambiante. Le signal de sortie de la seconde thermistance 46 est envoyé par une ligne 48 au contrôleur 26. Ainsi, le signal de sortie du contrôleur de température 26 envoyé à l'indicateur 28 repré- sente la différence entre (a) la température de la coupelle métallique 12 et (b) l'effet résultant de la température du mélange entrant dans le tuyau 4 et de la température ambiante, le détecteur de crête contrôlant ce-signal de sortie de température différentielle pour détecter une crête de celui- ci. L'indicateur de température 28 peut comprendre un enregistreur ou un autre dispositif servant à produire une indication visuelle et /ou un enregistrement de la température différentielle qui est une mesure du pouvoir calorifique du gaz brûlé à la buse 6. En fonctionnement, le gaz est initialement enflammé sur la buse 6 par le dispositif de commande d'allumage 25 pour produire une flamme 44. La flamme 44 assure l'4chauffement de la coupelle 12 à une température qui est déterminée par la proportion du mélange air/combustible intervenant dans la flamme 44, les pertes de chaleur dans l'appareil, par la fourniture de chaleur résultant de la température de mélange air/combustible, et par la température ambiante. L'utilisation de la coupelle 12 évite des erreurs qui pourraient résulter de la mesure directe de la température de la flamme 44, en établissant une surface de température uniforme. L'orifice étranglé 3 permet l'échappement de gaz brûlés tout en empêchant une entrée d'air excédentaire qui pourrait affecter la proportion air/combustible dans la flamme 44. La température de la coupelle 12 est détectée par le radiomètre 18 de manière à être appliquée à l'entrée du contrôleur de tempéra- ture 26 qui reçoit également un signal provenant des thermis- tances 40 et 46. Le contrôleur de température 26 produit à sa sortie, d'une part un signal de commande, envoyé au dispo- sitif de commande de vanne 30 et qui est fonction de la différence entre la température mesurée par le radiomètre et celle mesurée par les thermistances 40 et 46 pour produire un changement de la proportion air/combustible au moyen de la vanne de commande 32, et d'autre part un signal de température différentielle qui est envoyé à l'indicateur 28. Si le signal de température différentielle contrôlé par le détecteur de crête du contrôleur 26 à la suite d'un tel changement de la proportion air/combustible indique une augmentation de la température différentielle de la coupelle 12, du mélange entrant et de la température ambiante, la proportion air/ combustible est encore modifiée dans le même sens au moyen du dispositif de commande de vanne 30 et du contrôleur de température 26. Cette modification de la proportion air/com- bustible est poursuivie jusqu'à ce que le détecteur de crête du contrôleur de température 26 détecte une diminution de température différentielle de la coupelle 12, du mélange entrant et de la température ambiante. Cette diminution indique qu'on a obtenu une combustion stoechiométrique pour la valeur précédente de la proportion air/combustible. La température différentielle pour cette valeur précédente de la proportion air/combustible, qui est indiquée par le signal de sortie du contrôleur de température 26 transmis à l'indicateur 28, constitue une mesure du pouvoir calorifique du gaz combustible particulier qui est brûlé à la buse 6. En comparant l'indication de température différentielle correspondant à un échantillon de gaz à une indication correspondant à un autre échantillon de gaz, on peut déterminer un pouvoir calorifique relatif pour établir une facturation de consommateur correspon- dant. L'appareil peut évidemment comprendre des éléments venant s'ajouter à ceux représentés. Par exemple, le dispositif de commande d'allumage peut comprendre une minuterie servant à allumer périodiquement le gaz sortant de la buse 6, et une vanne de commande peut être branchée dans le tuyau 4 pour répondre à la minuterie en coupant périodiquement le passage du mélange gazeux entre des cycles d'allumage. En outre, le radiomètre 18 pourrait être remplacé par tout dispositif approprié de mesure de température,conçu pour obtenir l'exac- titude souhaitée dans la mesure de la température. De plus, l'indicateur 28 peut comprendre un convertisseur analogique- numérique, un dispositif de visualisation numérique, et un récepteurémetteur numérique par lequel une commande à distance de l'appareil pourrait être effectuée en installant l'analyseur directement dans le lieu de résidence du consommateur. Une telle commande à distance nécessiterait évidemment un appareil- lage supplémentaire de commande sélective du dispositif d'allumage 26 ainsi qu'une minuterie associée à celui-ci. Enfin, la thermistance de température ambiante 46 peut être éliminée en faisant passer le mélange air/combustible dans un échangeur de chaleur pour lui permettre d'atteindre la température ambiante, de sorte qu'une mesure de température faite seulement sur le mélange air/combustible serait suffisante pour déterminer la température différentielle atteinte. REVENDICATIONS 1. Analyseur de gaz pour déterminer le pouvoir calorifique d'un gaz, caractérisé en ce qu'il comprend: - un moyen 36 pour produire un mélange gaz-air, - un moyen 6 pour brûler le mélange, - un moyen 18 pour mesurer la température de combustion, - un moyen 30, 32 pour régler la proportion gaz/air du mélange afin d'obtenir la température maximale de combustion, et, - un moyen 26 pour produire un signal- de pouvoir calorifique en fonction de ladite température maximale de combustion. 2. Analyseur de gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite température de combustion est mesurée par rapport à la température ambiante. 3. Analyseur de gaz selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen 40 pour mesurer la température du mélange gaz/air avant la combustion comme une composante de la température ambiante. 4. Analyseur de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit moyen 18 pour mesurer la température de combustion est conçu pour mesurer la tempéra- ture d'un corps noir 12 chauffé par la combustion. 5. Analyseur de gaz selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un allumeur du mélange 8 et un détecteur de flamme 10 qui commande l'allumeur.