Brevet FR2501864A1 — publié le 19820917

L'invention concerne un procédé pour détermi- ner la concentration d'une partie constituante gazeuse dans des mélanges de gaz multiples, o l'on détermine la vitesse de pro- pagation du son dans le mélange gazeux en tenant compte de l'in- fluence de la température, ainsi qu'un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé. On connalt déjà différents procédés pour l'ana- lyse rapide de mélanges gazeux dont les constituants sont connue. Ainsi, par exemple, on utilise, pour des mesures très précises, des analyseurs de gaz à infrarouges dont toutefois la construc- tion mécanique et optique est délicate et coûteuse. On applique aussi, à cet effet, avec succès, des procédés chimiques. Ceuxci exigent toutefois une attention constante et la mise en oeuvre de nouveaux réactifs souvent après chaque mesure individuelle. Dans l'analyse des gaz par mesure de la conduc- tivité thermique, on doit fréquemment tenir compte de longues durées d'échauffement de la sonde thermique. D'autre part, l'ana- lyse du gaz par détermination de la densité de masse est défa- vorable, en raison de l'importance des investissements en appa- reillage. Dans la mesure de la pression partielle qui est également possible, on doit retirer les composants à déterminer, au moyen d'un absorbeur, du mélange gazeux, et la diminution de pression qui en résulte est une mesure de la proportion du gaz absorbé. Ces mesures sont extrêmement difficiles en raison de la faiblesse de la différence de pression, et les variations de la température et de la pression ambiantes influencent considira- blement le résultat des mesures. Enfin, on connatt des procédés dans lesquels on mesure la vitesse de propagation du son au moyen d'un émet- teur à ultra-sons et d'un transformateur électro-acoustique s on détermine alors la proportion du gaz à déterminer d'après les vitesses de propagation du son connues des différents composants du mélange gazeux, en tenant compte de l'influence de la tempé- rature. Ces procédés conviennent, en particulier, pour l'ana- lyse des gaz d'échappement des installations de chauffe et des moteurs à combustion interne, car l'influence de la présence de dioxyde de carbone ou d'un mélange d'azote et oxygène analogue, sur la vitesse de propagation du son est très prononcée. 1.- 2.- Un procédé du type mentionné est décrit dans le document DE-OS 29 17 659w et l'on y tient compte de l'influen- ce de la température au moyen d'une sonde pyromètrique et d'un appareil de calcul. Ce procédé est très onéreux et ne représente pas une solution économique. En outre, on ne peut pas, de cette façon, se rendre compte des effets des changements de la compo- sition des gaz. En conséquence, l'invention a pour objet de ré- aliser unlm procédé pour la détermination de la concentration d'un constituant gazeux dans des mélanges multiples de gaz qui permette une nette détermination des différents constituants gazeux du mélange sans installations compliquées et onéreuses. En outre, l'invention doit réaliser un appareil permettant d'exé- cuter le procédé mentionné, À cet effet, l'invention propose que l'on éli- mine d'abord la vapeur d'eau du mélange gazeux jusqu'à ce que le point de rosée de ce mélange soit descendu en-dessous d'une valeur déterminée, puis on divise ce qui reste du mélange gazeux en deux courants peartiels, dont le premier reste inchangé, pen- dant que l'on élimine de l'autre, sélectivement, le composant à déterminer, sans agir sur la composition du gaz résiduel, on maintient ensuite les deux courants partiels prépares de cette façon à la même température et sous la même pression, et les fait traverser par des signaux ultrasoniques, et que l'on mesure la différence de phase entre les signaux ultrasoniques traver- sant les deux courants partiels et leutilise comme mesure de la concentration du composant à déterminer. Du fait que les deux courants partiels, qui se distinguent seulement par la présence ou l'absence des composés que l'on doit mesurer, sont maintenus à la même température et sous la m8me pression, les influences de la température et de la pression sont éliminées automatiquement et sans installations supplémentaires, ce qui assure une simplification essentielle du procédé. Dans un mode de réalisation recommandé de l'in- vention, les signaux d'ultra-sons sont divisés en séries d'im- pulsions. Cette disposition rend plus facile la mesure de la différence de phase entre les signaux d'ultra-sons qui traversent les deux courants partiels. Dans un perfectionnement avantageux de l'inven. tion, le résultat de la comparaison de phases entre les signaux d'ultrasons qui traversent les deux courants partiels sont convertis en une valeur de tension équivalente et sont affichés# après avoir subi une linéarisation et une conversion analogique- numérique, sous la forme d'une indication numérique. Après adaptation de ces valeurs de tension à des normes appropriées, on peut, en conséquence, étalonner direc- tement les indications numériques mentionnées dans les unités de mesure désirées. L'appareil pour l'exécution du procédé suivant l'invention, se distingue par le fait que l'on prévoit, sur le c8té entrée du mélange gazeux, un séparateur de vapeur d'eau auquel se raccorde un diviseur à deux sorties de courants par- tiels qui passent, l'un par l'intermédiaire d'un absorbeur sé- lectif, l'autre directement, chacun, dans l'une de deux cellules de mesures semblables, ces deux cellules étant constituées essen- tiellement chacune d'un parcours pour les signaux ultrasoniques, formé par la distance qui sépare deux convertisseurs électro- acoustiques, ces parcours étant, de préférence, très étroitement accouplés thermiquement ensemble, et étant formés tous deux, à une de leurs extrémités par un tube ouvert, et enfin qu'il est associé aux cellules de mesure un émetteur d'ultra-sons, et un montage comparateur de phases qui est relié à un instrument in- dicateur. Comme, de cette façon, il règne dans les deux cellules de mesure les mêmes conditions de température et de pression, aucune autre disposition n'est nécessaire pour élimi- ner les influences de la température et de la pression, qui, dans les appareils connus jusqu'ici, représentaient une grande par- tie de l'ensemble. La figure unique annexée représente, par blocs, un appareil selon l'invention qui sera décrit ci-après avec référence à cet exemple de réalisation. Comme il ressort de la figure, le mélange ga- zeux à analyser est amené d'abord, du côté de l'entrée dans un séparateur de vapeur d'eau 10, o la vapeur d'eau est retirée du mélange gazeux, jusqu'à ce que le point de rosée de ce mélan- ge soit descendu en-dessous d'une valeur déterminée. Ensuite, le mélange gazeux, dont on a retiré 4.- la vapeur d'eau, est envoyé au moyen d'une pompe 12 dans un diviseur 14 pourvu d'un filtre à poussière, et qui possède deux sorties 16, 18. Le premier courant partiel de mélange gazeux sortant par l'ouverture 16 est dirigé vers une cellule de mesure désignée dans son ensemble par la référence 20, par l'extrémité ouverte 22 de laquelle il s'échappe à l'air libre. La cellule de mesure 20 est constituée essentiellement par le parcours pour les signaux ultra-soniques formé par la distance qui sépare deux convertisseurs électro-acoustiques 24, 26 et par un tube 28. Le second courant partiel de mélange gazeux, sortant par l'ouverture 18, est envoyé d'abord dans un absor- beur sélectif 30, dans lequel on extrait sélectivement les composants du mélange gazeux que l' on veut déterminer sans agir autrement sur la composition du gaz. Quand il quitte l'absor- beur sélectif 30, qui peut être, par exemple, un séparateur de C02, ce second courant partiel entre dans une cellule de mesure comparative, désignée dans son ensemble par la référence 32, par l'extrémité ouverte 34 de laquelle il s'échappe à l'air libre. la cellule de mesure 32, comparative, est constituée, exacte- ment comme la cellule de mesure 20 d'un parcours, pour les si- gnaux ultra-soniques, déterminé par la distance entre deux con- vertisseurs électro-acoustiques 36, 38 et formé par un tube 40, et la cellule de mesures comparative 32 est étroitement accou- plée thermiquement avec la cellule de mesure 20. Un émetteur d'ultra-sons 42 fournit les séries d'impulsions ultrasoniques aux convertisseurs électro-acousti- ques 24, 36, montés en parallèle. On mesure, dans un montage 44 comparateur de phases, la différence de phase entre les séries d'impulsions arrivant aux convertisseurs électro-acoustiques 26, ou 38, et l'utilise comme mesure de la concentration des compo- sants du mélange gazeux que l'on doit déterminer. Lorsque l'on a monté un ensemble de linéarisa- tion et un convertisseur analogique numérique après le montage comparateur de phases, il est possible d'afficher directement la concentration du composant gazeux à mesurer dans un indica- teur numérique étalonné en unités de mesure appropriées pour la lecture directe. R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Procédé pour déterminer la concentration d'un constituant dans des mélanges de gaz multiples o l'on détermine la vitesse de propagation du son dans le mélange ga- zeux en tenant compte de l'influence de la température, procédé caractérisé en ce que l'on élimine d'abord la vapeur d'eau du mélange gazeux jusqu'à ce que le point de rosée de ce mélange soit descendu en-dessous d'une valeur déterminée, puis on divi- se ce qui reste du mélange gazeux en deux courants partiels (1'6, 18) dont le premier reste inchangé, pendant que l'on élimine de l'autre, sélectivement, le composant à déterminer (30), sans agir sur la composition du gaz résiduel, on maintient ensuite les deux courants partiels préparés de cette façon à la même température et sous la même pression, et les fait traverser par des signaux ultrasoniques (20, 32), et que l'on mesure (44) la différence de phase entre les signaux ultrasoniques traver- sant les deux courants partiels et l'utilise comme mesure de la concentration du composant à déterminer. 2.- Procédé suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que les signaux ultrasoniques sont divisés en séries d 'timpulsions. 3.- Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on convertit le résultat de la comparaison des phases entre les deux signaux ultrasoniques en une valeur de tensioh équivalente, et l'affiche sous forme d'une indication numérique après linéarisation et conversion analogique-numérique. 4.- Appareil pour l'exécution du procédé sui- vant l'une quelconque des revendications 1 à 3, comportant une installation destinée à mesurer la vitesse de propagation du son entre des convertisseurs électro-acoustiques dans un mélan- ge gazeux, appareil caractérisé en ce que l'on prévoit, sur le côté entrée du mélange gazeux, un séparateur de vapeur d'eau (10) auquel se raccorde un diviseur (14) à deux sorties (16, 18) de courants partiels qui passent, l'un par l'intermédiaire d'un absorbeur sélectif (30), l'autre directement, chacun, dans l'une de deux cellules de mesures (20, 32) semblables, ces deux cellules étant constituées essentiellement chacune d'un parcours pour les signaux ultrasoniques, formé par la distance qui sépare deux convertisseurs électro-acoustiques (24, 26 ou ou 36, 38), ces parcours étant, de préférenc'e, très étroitement accouplés thermiquement ensemble, et étant formés tous deux, à une de leurs extrémités (22 ou 34) par un t.be ouvert (28, 40), et enfin qutil est associé aux ceLlules de mesure (20, 32) un émetteur (42) d'ultra-sons, et un_ montage (44) comparateur de phases qui est relié à un instrument indicateur. 5.- Appareil suivan-; la revendication 4, ^a'ac- t*risë en ce lque lms+te:teu (4-2) d'-utra-zo4 est un instrument producteur de s i-- J _ iJp lsione 0 6.- App;;reil suive-g la revendication 4, carac- -éris6 eci *e que l montage conpateu' de phases (42) est suivi d'nm mrontage da -ir.x..sation et,;, crzertisseur analogiue- numéerique, et aje VI!;.:;lzmu3iri.t ian4 -u est e u indicateur nua- mérique