Brevet FR2686154A1 — publié le 19930716

i Procéd 5 d'analyse quantitative d'un composant d'un courant gazeux, et dispositif pour sa mise en oeuvre La présente invention concerne un procédé d'analyse quantitative d'un composant d'un courant gazeux avec un conduit d'essai comportant un point d'étranglement, traversé par le courant gazeux, comportant un conduit d'échantillon menant à une entrée de gaz d'un capteur de gaz, comportant un capteur de pression, raccordé au conduit d'échantillon, dérivé en amont du point d'étranglement, comportant une soupape raccordée à une sortie de gaz du capteur de gaz et comportant une unité de commande Elle concerne aussi un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. On connaît un dispositif du type précité par le document US-4, 736, 619 Il s'agit d'un appareil de mesure de l'alcool contenu dans l'haleine, dans lequel l'air des poumons est soufflé à travers un tube pourvu d'un point d'étranglement, dans l'air ambiant En amont du point d'étranglement, part un conduit d'échantillon qui mène à un détecteur d'alcool Au conduit d'échantillon est raccordé un capteur de pression destiné à mesurer la pression dynamique au point d'étranglement Pendant que l'air est soufflé, une unité de commande intègre dans le temps le signal du capteur de pression et détermine le volume d'air qui s'écoule dans le milieu ambiant, à travers le tube Ce n'est que lorsqu'une quantité suffisante d'air s'est écoulée, pour qu'il y ait dans le tube de l'air alvéolaire, que l'unité de commande actionne une pompe de prélèvement qui envoie une quantité d'air déterminée, à partir du tube, dans le détecteur d'alcool, à travers le conduit d'échan- tillon La teneur en alcool de l'échantillon d'air est ensuite déterminée. Ce dispositif connu a pour inconvénient de rendre nécessaire une pompe de prélèvement d'échantillon qui, par ses pièces mécaniques, augmente les risques de défaillance et le coût du dispositif En outre, on ne peut exiger d'une pompe bon marché qu'elle soit très précise. L'invention a pour but d'indiquer un procédé du type précité ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de celui-ci, permettant d'envoyer à un capteur une quantité de gaz définie, sans qu'une pompe soit nécessaire. Ce but est atteint suivant l'invention en ce que l'unité de commande est conçue pour ouvrir la soupape, au cours d'une première étape, pour déterminer, au cours d'une deuxième étape, le volume de gaz qui a traversé le conduit d'échantillon, par calcul de l'intégrale de temps du signal du capteur de pression et, au cours d'une troisième étape, pour fermer la soupape après passage d'un volume de gaz donné ou à l'expiration d'un intervalle de temps donné. L'avantage de l'invention réside dans le fait qu'aucune pièce déplacée mécaniquement n'est nécessaire pour le prélèvement d'échantillon, en dehors -d'une simple soupape d'ouverture et de fermeture Ceci a pour effet d'abaisser le coût du dispositif et d'augmenter sa fiabilité En faisant varier le temps d'ouverture de la soupape, il est possible de modifier la quantité de gaz parvenant dans le capteur, dans des limites étroites et reproductibles Si au début du prélèvement d'échantillon, le signal du capteur augmente rapidement, du fait d'une forte teneur du composant à déterminer, une fermeture rapide de la soupape permet de maintenir à un faible niveau la quantité de gaz qui parvient au capteur On évite ainsi de surcharger le capteur et on réduit son temps de rétablissement A l'inverse, une grande quantité de gaz dans le capteur avec une faible teneur du composant à déterminer dans l'échantillon de gaz, permet d'augmenter la sensibilité de l'analyse, en prolongeant d'autant le temps d'ouverture de la soupape. Le conduit d'échantillon est de préférence conçu sous la forme d'un tube capillaire, ce qui empêche efficacement une rediffusion du gaz à partir du capteur pendant la mesure, lorsque le courant gazeux est à l'arrêt. La résistance à l'écoulement du tube capillaire est de préférence choisie de manière à laisser passer à travers le capteur un millième du courant volumique traversant le conduit d'essai. Si ce dispositif est utilisé pour l'analyse de l'haleine, un chauffage du tube capillaire est intéressant si l'on veut éviter une condensation de l'humidité. Pour assurer un contact aussi bon que possible du gaz avec la surface du capteur, le gaz peut être guidé dans un canal enroulé en spirale, sur la surface du capteur. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description détaillée qui suit. Un mode de réalisation de l'invention est représenté à titre d'exemple non limitatif sur le dessin. La figure unique représente un dispositif destiné à déterminer la teneur en alcool de l'haleine. Le dispositif est constitué d'un conduit d'essai 1 qui comporte un point d'étranglement 2, d'un conduit d'échantillon 3, dérivé en amont du point d'étran- glement 2 et qui mène à une entrée de gaz 4 d'un capteur de gaz 5 électrochimique, réagissant à l'alcool, d'une soupape 7 raccordée à une sortie de gaz 6 du capteur de gaz 5, d'un capteur de pression 8 raccordé au conduit d'échantillon 3, d'un chauffage électrique 9 agissant sur le conduit d'échantillon 3 et d'une unité de commande il reliée au capteur de pression 8, au chauffage 9, au capteur de gaz 5, à la soupape 7 et à une unité d'affichage 10. Une mesure de la teneur en alcool d'un échantillon d'air de respiration se déroule de la façon suivante: une personne, non représentée, souffle dans l'entrée 12 du conduit d'essai 1; à ce moment la soupape 7 se ferme L'air introduit sort du conduit d'essai à sa sortie 14 et est évacué dans le milieu ambiant En amont du point d'étranglement 2 il s'établit une pression qui est mesurée par le capteur de pression 8 L'unité de commande 11 forme l'intégrale de temps des signaux des capteurs de pression et calcule à partir de celle-ci, en tenant compte de la résistance à l'écoulement du point d'étranglement 2, le volume de gaz ayant traversé le conduit d'essai 1 Pour une mesure non faussée, on ne doit utiliser que l'air dit alvéolaire provenant des poumons L'unité de commande Il n'ouvre donc la soupape 7 que lorsqu'un volume de gaz minimal s'est écoulé à travers le conduit d'essai 1. Lorsque la soupape 7 est ouverte, du gaz s'écoule aussi dans le capteur de gaz 5, par le conduit d'échantillon 3 Il s'agit dans cet exemple d'un capteur électrochimique dont le signal de sortie est proportionnel à la quantité de molécules d'alcool déplacées Pour une mesure de concentration, il faut donc connaître la quantité de gaz qui est entrée dans le capteur 5 L'unité de commande 11 forme à nouveau, à cet effet, l'intégrale de temps des signaux du capteur de pression 8 et calcule à partir de celle-ci, en tenant compte de la résistance à l'écoulement du conduit d'échantillon 3, du capteur 5 et de la soupape 7, la quantité de gaz qui a traversé le capteur Après passage d'une quantité de gaz donnée ou à l'expiration d'un temps donné, l'unité de commande il ferme à nouveau la soupape 7 A partir de la quantité de gaz déterminée et du signal du capteur de gaz 5, l'unité de commande il calcule alors la concentration d'alcool dans l'échantillon d'air de respiration et indique le résultat sur l'unité d'affichage 10. Plus la teneur en alcool de l'échantillon d'air est élevée, plus le signal du capteur de gaz 5 monte rapidement après ouverture de la soupape 7 L'unité de commande 11 peut, dans le cas d'une montée rapide, choisir un temps d'ouverture de soupape court et dans le cas d'une montée lente, un temps d'ouverture de soupape long La quantité totale d'alcool qui a pénétré dans le capteur de gaz 5, est ainsi maintenue dans un intervalle favorable à la mesure. Pour empêcher une condensation de l'humidité, il est prévu sur le conduit d'échantillon 3, un chauffage 9 électrique qui porte le conduit d'échantillon 3 à une température d'environ 34 C Etant donné que le gaz est séché dans le capteur 5, il n'est pas nécessaire de chauffer la soupape 7 placée derrière le capteur Le conduit d'échantillon 3 est un tube capillaire d'environ 1 mm de diamètre et de 20 mm de longueur environ Il présente ainsi la résistance à l'écoulement nécessaire pour limiter le débit à 1 cm 3/s environ et pour empêcher efficacement une diffusion du gaz pendant la mesure. Pour amener l'échantillon d'air dans un contact aussi étroit que possible avec la surface sensible du capteur de gaz 5, il est prévu sur cette surface un canal 13 enroulé en spirale Lorsque la soupape 7 est ouverte, l'air pénètre dans l'entrée de gaz 4 du capteur de gaz 5, traverse le canal 13, o il vient en contact sur un parcours relativement long avec la surface sensible du capteur de gaz 5, sort du capteur de gaz 5 à travers la sortie 6 et traverse la soupape 7 pour finalement être évacué dans l'air ambiant. REVENDICATIONS 1 Procédé pour déterminer quantitativement un composant d'un courant gazeux avec un conduit d'essai ( 1) comportant un point d'étranglement ( 2), traversé par le courant gazeux, comportant un conduit d'échantillon ( 3) menant à une entrée de gaz ( 4) d'un capteur de gaz ( 5), comportant un capteur de pression ( 8) raccordé au conduit d'échantillon ( 3), dérivé en amont du point d'étranglement ( 2), comportant une soupape ( 7) raccordée à une sortie de gaz ( 6) du capteur de gaz ( 5) et comportant une unité de commande ( 11), caractérisé en ce que l'unité de commande ( 11) est conçue pour ouvrir la soupape ( 7), au cours d'une première étape, pour déterminer, au cours d'une deuxième étape, le volume de gaz qui a traversé le conduit d'échan- tillon ( 3), par calcul de l'intégrale de temps du signal du capteur de pression ( 8) et, au cours d'une troisième étape, pour fermer la soupape ( 7) après passage d'un volume de gaz donné ou à l'expiration d'un intervalle de temps donné. 2 Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la vitesse de montée du signal de mesure du capteur de gaz ( 5) est mesurée directement après l'ouverture de la soupape ( 7) et en ce que le volume de gaz donné est choisi d'autant plus petit ou l'intervalle de temps donné d'autant plus court que la vitesse de montée est plus grande. 3 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 comportant un conduit d'essai ( 1) traversé par un courant gazeux, comportant un point d'étranglement ( 2), traversé par le courant gazeux, comportant un conduit d'échantillon ( 3) menant à une entrée de gaz ( 4) d'un capteur de gaz ( 5), comportant un capteur de pression ( 8) raccordé au conduit d'échantillon ( 3) dérivé en amont du point d'étranglement ( 2), comportant une soupape ( 7) raccordée à une sortie de gaz ( 6) du capteur de gaz ( 5) et comportant une unité de commande ( 11), caractérisé en ce que le conduit d'échantil- lon est un tube capillaire ( 3) dont la résistance à l'écoulement est telle qu'elle laisse passer à travers le tube capillaire ( 3) un millième du flux volumique traver- sant le conduit d'essai. 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un chauffage ( 9) est prévu pour chauffer le tube capillaire ( 3). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'un canal ( 13) enroulé en spirale est prévu au-dessus de la surface sensible du capteur de gaz ( 5), pour guider le gaz *à analyser.