Brevet FR2511506A1 — publié le 19830218

L'invention concerne un montage pour un appareil servant à mesurer et à afficher la concentration de gaz et de vapeurs combustibles contenus dans l'air, reposant sur la mesure de la chaleur de réaction dégagée lors de la combustion au moyen d'un pont de mesure dans les branches duquel sont montés des capteurs de gaz sous la forme d'un capteur de mesure et d'un capteur de comparaison, un compa- rateur fournissant un signal supplémentaire à un dispositif indicateur pour une tension déterminée sur le pont de mesure. Lors de la mesure selon le principe de la chaleur de réaction de la fraction de constituants combustibles contenus dans un échantillon de gaz, la quantité d'oxygène nécessaire pour la combustion est insuffisante pour les concentrations en gaz les plus élevées Il peut s'ensuivre un résultat des mesures susceptible d'une double interpré- tation, puisque la valeur affichée peut indiquer aussi bien une faible concentration qu'une concentration élevée. L'exemple suivant le montre clairement. Lorsque l'on utilise un appareil de mesure du genre spécifié ci-dessus pour la mesure de la concentration en méthane, par exemple, et que l'on veut établir la courbe du signal sortant du capteur de mesure et arrivant à l'affichage, on fait varier la concentration du méthane dans l'échantillon à analyser, on reporte les signaux en fonction de la concentration dans un système de coordonnées, et on obtient une courbe comme celle de la figure 1 Cette courbe montre nettement la variation non linéaire du signal U en fonction de la concentration en méthane et, en fait, au-dessus de 3 % en volume de CH 4 -le signal U n'est plus proportionnel à la teneur en volume lorsque la concentration augmente Avec les appareils à affichage numérique, et pour obtenir la précision voulue pour les mesures, il y a lieu de compenser ce comportement au moyen,par exemple, d'amplifi- cateurs de mesure coûteux dont le comportement amplificateur est opposé. En partant du fait que, dans les techniques d'appré- ciation relevant de la securité, par exemple dans les mines souterraines, une plage de mesure de O à 3 c en volume est suffisante, l'invention a pour but de fournir un montage pour un appareil servant à mesurer et à afficher la concen- tration de gaz et de vapeurs combustibles contenus dans l'air dans lequel la plage de mesure est resserrée à la partie linéaire de la caractéristique du capteur de mesure et amenée de manière numérique au point d'affichage. Selon l'invention, ce but est atteint grâce au fait que: a) Le comparateur est monté en parallèle sur le pont de mesure et en parallèle sur le dispositif d'affichage à travers une diode, cette dernière pouvant également être un thyristor, b) Le comparateur est réglé au moyen d'un diviseur de tension sur un point de commutation au-dessus d'une chute de tension déterminée aul pont de mesure qui dépend de la concen- tration, et, lorsque l'on atteint ou dépasse cette chute de tension dans le pont de mesure, il fournit un autre signal de mesure et il le superpose au signal de mesure dépendant de la concentration de telle manière que la plage de mesure de l'appareil indicateur soit certainement dépassée et que l'affichage soit déconnecté ou déclenché. 2 5 Les avantages que procure l'invention consistent, en particulier, dans le fait qu'il est possible de limiter la plage de mesure grâce à un montage simple et peu coûteux. De préférence, l'appareil indicateur comporte un affichage numérique. Avantageusement, la variation du courant de pont dépendant de la concentration est mesurce sous la forme d'une chute de tension aux bornes d'une résistance montée en série avec le pont de mesure, et elle est comparée à la tension de référence réglée sur le diviseur de tension et fournie au comparateur - De préf 6 re'nce, la tension de référence qui doit être réglée sur le diviseur de tension présente une valeur qui correspond à une variation du courant de pont engendrée par exemple par une concentration en CH 4 égale à 3 % en volume. La description qui va suivre, et qui ne présente aucun caractère limitatif, permettra de bien comprendre comment la présente invention peut être mise en pratique. Elle doit être lue en regard des dessins annexés, parmi lesquels, mis à part la figure I déjà commentée ci-avant,: La figure 2 représente un schéma de principe d'un dispositifde mesure comportant, selon l'invention, un resserrement de la plage de mesure; La figure 3 montre une courbe qui représente les variations du courant à travers le pont de mesure en fonction de la concentration. Dans un pont de mesure I sont montés un capteur de mesure 2 catalytiquement actif servant de résistance de mesure et un capteur 3 catalytiquement inactif qui sert de résistance de comparaison, ainsi que des résistances 4 et 5. Sur la diagonale du pont de mesure 1 sont montés en une résistance de réglage 6 pour régler la tension du signal de mesure U, un potentiomètre 7 pour le réglage du zéro du pont de mesure 1, et un appareil de mesure de la tension 8 servant d'appa- reil d'affichage pour fournir une indication numérique de la tension U du signal de mesure L'alimentation en énergie du dispositif de mesure est assurée par une batterie primaire ou secondaire 9 en aval de laquelle est branché un stabili- sateur de tension 10. Ce montage fonctionne de la façon suivante. Pour indiquer la tension U du signal, l'appareil 8 de mesure de la tension est réalisé sous la forme d'unités d'affichage à sept segments (diodes photo-électriques ou à cristaux liquides), et ce, avec une plage de mesure allant jusqu'à 99,9 m V par exemple. Après le réglage du zéro du pont de mesure 1 au moyen du potentiomètre 7, on règle la tension de signal à m V/vol % au moyen de la résistance de réglage 6 En plaçant un point décimal après le premier élément d'affichage, la concentration en CH 4 pour 1 % en volume par exemple peut être indiquée exactement à l'intérieur de la plage linéaire par 1 00 avec deux chiffres décimaux derrière le point. Pour limiter la plage de mesure du dispositif de mesure à la partie linéaire de la caractéristique du capteur de mesure catalytiquement actif, on fait appel au comporte- ment conducteur à froid des capteurs de gaz et on l'exploite de manière appropriée. Ceci signifie que quand, par exemple, une concen- tration en C Hh arrive sur le capteur de mesure 2 catalyti- quement actif, la résistance du capteur augmente du fait de la chaleur de combustion, ce qui fait diminuer le courant I Br à travers le pont, la tension U Br aux bornes du pont restant constante La variation-du courant à travers le pont, laquelle dépend de la concentration, est mesurée aux bornes d'une résistance Il sous la forme d'une chute de tension U', et elle est comparée à une tension de référence Uref* Cette dernière représente une valeur au-dessus-de la tension de pont qui dépend de la concentration, valeur qui est réglée par un diviseur de tension 12 et fournie à un comparateur 13 Si la chute de tension U' qui dépend de la concentration est supérieure à la tension de référence Uref' il ne s'ensuit aucune influence sur la tension U du signal par le comparateur 13 quant aux valeurs mesurées Au contrai- re, si U' est inférieur ou égal à Uref' le comparateur 13 superpose à la tension U, à travers une diode 14, une tension positive dont le niveau est calculé de telle manière que la plage de mesure de l'appareil d'affichage numérique 8 soit dépassée et que l'affichage soit déclenché En d'autres termes, en plus du signal de mesure U dépendant de la concen- tration, un signal supplémentaire est fourni par le compara- teur 13 au-dessus d'un point de commutation prédéterminé et réglé dans ledit comparateur, et ce signal supplémentaire est superposé au signal de mesure U de telle manière que la plage de mesure de l'appareil d'affichage numérique soit certainement dépassée et que l'affichage soit déclenché. Le dépassement de la plage de mesure de l'appareil d'affichage 8 peut êt Pe signalé, soit par un clignotement des éléments d'affichage avec éclairage simultané du signe plus ou moins, ou par extinction des éléments d'affichage avec éclairage simultané de tous les points décimaux et du signe plus, ou par d'autres modifications frappantes de l'affichage du même genre. La limitation de la plage de mesure à la plage linéaire comprise, par exemple, entre O et 3 % en volume de CH 4 a lieu de telle manière que la tension de référence à régler Urf présente une valeur qui correspond à une varia- tion du courant à travers le pont engendrée par une concen- tration en CH 4 de 3 % en volume qui se manifeste aux bornes de la résistance 11 sous la forme d'une tension U' (comparer avec la figure 3). e REVENDICATIONS - 1 Montage pour un appareil servant à mesurer et à afficher la concentration de gaz et de vapeurs combus- tibles contenus dans l'air, reposant sur la mesure de la chaleur de réaction dégagée lors de la combustion au moyen d'un pont de mesure dans les branches duquel sont montés des capteurs de gaz sous la forme d'un capteur de mesure et d'un-capteur de comparaison, un comparateur fournissant un signal supplémentaire à un dispositif indicateur pour une tension déterminée sur le pont de mesure, caractérisé en ce que: a) Le comparateur ( 13) est monté en parallèle sur le pont de mesure ( 1) et en parallèle sur le dispositif d'affichage ( 8) à travers une diode ( 14), cette dernière pouvant également être un thyristor, b) Le comparateur ( 13) est réglé au moyen d'un divi- seur de tension ( 12) sur un point de commutation au-dessus d'une chute de tension déterminée (U') au pont de mesure ( 1) qui dépend de la concentration, et, lorsque l'on atteint ou dépasse cette chute de tension (U') dans le pont de mesure ( 1), il fournit un autre signal de mesure et il le superpose au signal de mesure dépendant de la concentra- tion de telle manière que la plage de mesure de l'appareil indicateur ( 8) soit certainement dépassée et que l'affichage soit déconnecté ou déclenché. 2 Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'appareil indicateur ( 8) comporte un affichage numérique. 3 Montage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la variation du courant de pont dépendant de la concentration est mesurée sous la forme d'une chute de tension (U') aux bornes d'une résistance ( 11) montée en série avec le pont de mesure ( 1), et en ce qu'elle 251 1506 est comparée à la tension de référence (Uref) réglée sur le diviseur de tension ( 12) et fournie au comparateur ( 13). 4 Montage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tension de référence (U ref) qui doit être réglée sur le diviseur de tension ( 12) présente une valeur qui correspond à une variation du courant de pont engendrée par exemple par une concentration en CH 4 égale à 3 % en volume.