Brevet FR2509468A1 — publié le 19830114

La présente invention se rapporte à un capteur élec- trique et à fluide pour analyser la composition de mélanges gazeux qui peut également être utilisé sous des températures supérieures à 1000 C et pour des gaz pollués et qui est destiné notamment à la mesure de la teneur en humidité de l'air chaud et pollué s'échappant d'installations de séchage industrielles. On connaît des capteurs pour analyser la composi- tion de mélanges gazeux et fonctionnant sur la base d'oscil- lateurs à fluide qui comportent des détecteurs électriques de pression pour mesurer les fluctuations de la pression. Pour l'analyse de la composition de mélanges gazeux on utilise des oscillateurs à fluide et à retour extérieur dans lesquels l'une des sorties de l'oscillateur est obturée par un capteur de pression piézoélectrique (demande de brevet DE 2 448 783, brevet DD 115206 et brevet US 4 007 625) o un capteur de pression est monté, de façon non décrite en détail, sur l'une des sorties de l'oscillateur (brevet US 3 273 377 et 4 150 561) Dans le brevet US 3 756 068 on utilise deux oscillateurs identiques et à retour interne pour l'analyse de la composition de mélanges gazeux Les fluctuations de pression de ces oscillateurs sont prélevées d'une chambre de résonance des oscillateurs au moyen d'un conduit acoustique et trans- mises à un capteur de pression commun, Le brevet US 3 392 571 décrit un autre capteur pour déterminer le rapport de mélange de gaz qui utilise un oscil- lateur à son aigu qui est couplé acoustiquement avec des chambres de résonance ouvertes Un capteur destiné à enregis- trer les fluctuation de la pression est monté directement sur l'une des chambres de résonance ou il est disposé sur l'ouver- ture de celle-ci Tous ces capteurs électriques et à fluide connus et destinés à l'analyse de la composition de mélanges gazeux présentent l'inconvénient que la disposition des capteurs de pression à l'intérieur de l'oscillateur ne permet pas de prévoir des surfaces de détection de pression supé- rieures à,par exemple,150 mm de façon à obtenir, lors d'une utilisation de capteurs de pression actifs, par exemple de capteurs piézo-électriques, un signal électrique de conversion suffisamment puissant et stable p Qur permettre, sans amplifi- cation et formation de signal supplémentaires, une transmission du signal au moyen de conducteurs habituels dont la longueur peut atteindre 100 m et son traitement subséquent par des unités fonctionnelles classiques. La conversion des fluctuations de pression en signaux électriques représentatifs à l'aide de capteurs de pression actifs-(par exemple piézo-électriques) est cependant avanta- geuse parce que cette conversion ne nécessite aucune énergie auxilaire supplémentaire. La transmission des signaux représentatifs et déli- vrés par le capteur vers des unités de traitement électriques éloignées est nécessaire lorsque l'analyse de la composition des gaz doit s'effectuer sous des conditions extrêmes et inadmissibles pour les unités fonctionnelles électriques ou lorsque pour d'autres raisons il est nécessaire de séparer le capteur et les dispositifs de traitement électriques. Pans les capteurs électriques et à fluide du type connu et destinés à l'analyse de la composition de mélanges gazeuxiil n'est pas possible d'augmenter les surfaces de détection des capteurs de pression suffisamment pour obtenir des signaux puissants et stables parce que dans ce cas les volumes parasites devant les surfaces de détection agissent de façon indésirable sur les oscillations en modifiant et en amortissant leur fréquence ou en créant des ondes harmoniques (adaptation acoustique erronée) De plus on ne peut pas augmenter de façon inconsidérée les dimensions des oscillateurs afin d'obtenir de grandes surfaces de détection du fait que de tels oscillateurs n'oscillent plus ou n'oscillent qu'à de très faibles fréquences décalées réduisant fortement leur sensibi- lité de mesure, Un autre inconvénient des capteurs connus et destinés à l'analyse de la composition de mélanges gazeux réside dans le fait qu'ils ne comportent aucun moyen permettant d'accorder leur fréquence décalée, Un réglage de la fréquence décalée de tels capteurs est par exemple nécessaire lorsqu'ils doivent fonctionner sous des températures ou des pressions différentes et leurs signaux représentatifs doivent présenter des fréquences répondant à la norme TGL 32863 pour permettre un traitement électronique par des unités fonctionnelles habituelles, La présente invention a pour objet de créer un capteur pour l'analyse de la composition de mélanges gazeux qui peut être utilisé également sous des conditions extrêmes, par exemple sous des températures dépassant 1 Q 00 C et pour des gaz pollués et qui ne nécessite qu'un entretien réduit, Ce capteur doit simplifier la mesure de la teneur en humidité des gaz perdus dans des installation de séchage industrielles dans lesquelle cette mesure est nécessaire pour réduire au maximum la consommation en énergie, Le capteur doit pouvoir transformer les valeurs mesurées en signaux électriques stables et de fréquence analogue qui, sans amplification supplémentaire, peuvent être transmis à l'aide de conducteurs habituels sur des distances d'au moins 100 m Les amplitudes et les fré- quences des signaux représentatifs doivent se situer, si néces- saire, dans la gamme de valeurs normalisées (par exemple la norme TGL 32863) afin de permettre un traitement direct des signaux transmis au moyen d'unités fonctionnelles électriques classiques, par exemple des compteurs électroniques. Les problèmes exposés ci-dessus sont résolus confor- mément à l'invention par un capteur qui est constitué par au moins un oscillateur plat à fluide dans lequel une buse d'entrée est couplée avec une buse de sortie par l'intermé- diaire d'une chambre de résonance La buse d'entrée contient des moyens pour stabiliser le jet émis par elle Ces moyens peuvent être constitués parmi d'autres par une entrée conique et/ou par des chambres de stabilisation De ce fait on réduit l'instabilité des fluctuations de pression à l'intérieur de l'oscillateur Au moins une surface limite, parallèle au plan de l'oscillateur d'au moins l'une des chambres de résonance, est réalisée partiellement ou entièrement de façon à former une surface de détection, la plus grande que possible, d'un détecteur de pression et cette surface peut être réglée entièrement ou en partie perpendiculairement au plan de l'oscillateur La grande surface de détection permet d'obtenir, d'une part, une grande sensibilité de conversion et de ce fait des signaux électriques repré- sentatifs de puissance élevée, dont l'amplitude présente encore des valeurs déterminées et si nécessaires norma- lisées même après une transmission par des conducteurs dont la longueur est supérieure à 100 m Le signal est, d'autre part, intégré, de façon surprenante, par la grande surface ce qui réduit l'instabilité du signal représentatif obtenu par conversion. Selon une autre forme de réalisation,le capteur est réalisé par deux oscillateurs identiques couplés thermiquement et dont les buses d'entrée et de sortie sont reliées à une même pompe. Selon une autre caractéristique de l'invention on utilise avantageusement, en tant que détecteurs de pression électriques, des détecteurs actifs ne néces- sitant aucune énergie électrique auxiliaire. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, aux dessins annexés. La fig 1 montre, en perspective, un capteur élec- trique et à fluide pour analyser la composition de mélanges gazeux. La fig 2 est une vue de dessus d'une plaque d'os- cillateur. La fig 3 est une vue de dessus d'une plaque de canal. Comme cela ressort de la fig 1 un capteur pour l'analyse dé la composition de mélanges gazeux peut être constitué par une plaque de base 1, une plaque de canal 2, une plaque d'oscillateur 3, une plaque de recouvrement 4, deux détecteurs de pression 5, 6 ainsi que par un éjecteur 7. La fig 2 montre la plaque d'oscillateur 3 dans laquelle sont réalisés deux oscillateurs plats, iden- tiques et à retour interne Les buses d'entrée 3 1 des oscillateurs se retrécissent au début et présentent ensuite sur une distance plus longue une section constante De ce fait le jet sortant de la buse d'entrée se trouve stabilisé,c'est-à-dire qu'il ne présente qu'une très faible turbulence Les chambre de résonance 3 2. des oscillateurs sont conformées de façon qu'elles permettent l'introduction d'une surfacelde détection cir- culaire d'une grande étendue, d'au moins 150 mm 2, d'un détecteur de pression piézo-électrique lorsqu'on veut obtenir une fréquence décalée déterminée. L'entrée de la buse de sortie 3 3 présente des arêtes vives afin d'amener l'oscillateur à osciller. La fig 3 montre une plaque de canal 2 qui sert à transmettre uniformément la dépression créée dans l'éjecteur 7 aux buses de sortie Grâce à cette dépres- sion le gaz dont la composition doit être analysée, par exemple de l'air humide, est aspiré dans l'un des oscillateurs tandis qu'un gaz de comparaison, par exemple de l'air sec, est aspiré dans l'autre oscillateur La fréquence des oscillateurs dépend non seulement de la composition du gaz qui les traverse mais également de la température du gaz et de la dépression régnant au niveau de la buse de sortie. La température des gaz est maintenue à un niveau uniforme par suite du couplage thermique des deux oscil- lateurs dans une unité spatiale. Lors d'une même température des gaz, une dépression identique au niveau des buses de sortie et lors d'une composition constante du gaz de comparaison (air sec) la différence des fréquences des deux oscillateurs est fonction de la composition du gaz à mesurer Ce procédé de différentiation permet, dans une large mesure, d'éviter des mesures erronées pouvant provenir de variations de température et de dépression. Les détecteurs de pression piézo-électriques 5 et 6 peuvent être introduits dans les chambres de résonance en les vissant dans la plaque de recouvrement 4 De ce fait il est possible de faire varier la fréquence décalée des oscillateurs et de régler ces derniers de façon à obtenir, si nécessaire, des fréquences d'une valeur norma- lisée afin de pouvoir traiter les signaux représentatifs au moyen d'unités fonctionnelles électriques de conception classique (par exemple-des compteurs électroniques). REVENDICATIONS 1 Capteur électrique et à fluide pour analyser la composition de mélanges gazeux, de préférence pour mesurer la teneur en humidité de l'air, composé d'au moins un oscillateur à fluide dans lequel une buse d'entrée est couplée avec une buse de sortie par l'inter- médiaire d'au moins une chambre de résonance, caractérisé en ce que l'oscillateur à fluide réalisé sous une forme plate comporte une buse d'entrée ( 3 1) qui présente des moyens pour stabiliser le jet qu'elle émet, en ce qu'au moins une surface limite, parallèle au plan de l'oscillateur, d'au moins l'une des chambres de résonance ( 3.2), est réalisée pour former partiellement ou entière- ment une grande surface de détection d'un-détecteur de pression électrique ( 5, 6) et en ce que la surface de détection peut être réglée partiellement ou entièrement en la déplaçant perpendiculairement au plan de l'oscil- lateur. 2 Capteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les détecteurs de pression électriques ( 5, 6) sont des détecteurs actifs ne nécessitant aucune énergie électrique auxiliaire. 3 Capteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par deux oscillateurs à fluide qui sont couplés thermiquement et dont les buses d'en- trée ( 3 1) ou les buses de sortie ( 3 3) sont reliées à une pompe commune.