Brevet FR2703787A1 — publié le 19941014

L'invention concerne un procédé de dosage de la teneur en gaz combustible dans l'air, au moyen d'un élément indicateur assistant la combustion par catalyse, inséré dans un montage de mesure, grâce auquel l'élément indicateur, dans une phase de chauffage, est réchauffé cycliquement par application d'une tension, selon un modèle d'application de courant/tension susceptible d'être prédéterminé (fonction d'excitation), à la suite de quoi, en présence du gaz à détecter, une valeur de signal, délivrée par l'élément indicateur et détectée par un montage de mesure, est représentée dans sa variation dans le temps (fonction de réponse), et les caractéristiques de la fonction de réponse, apparues lors de la variation, sont utilisées pour doser la teneur en gaz à détecter, par l'intermédiaire d'un montage d'évaluation. Un procédé de ce type est connu par le document EP-A 466 831. Dans le procédé connu, une résistance à surface catalytiquement active est exposée au mélange gazeux combustible à analyser, le capteur catalytique étant chauffé par une source de courant Le capteur, au cours d'une première phase (phase de chauffage), est chauffé avec un courant constant, jusqu'à obtention d'une résistance prédéterminée Celle-ci est maintenue à un niveau constant au cours d'une deuxième phase, jusqu'à ce qu'un état stationnaire s'installe Au cours d'une troisième phase subséquente, le capteur reste débranché pendant une durée prédéterminée La tension ou le courant à l'état stationnaire servent de signal de mesure Ce procédé connu permet non seulement d'indiquer la concentration de la teneur en gaz combustible dans un mélange gazeux, mais également, sur la base de la durée de la phase de chauffage, d'avoir des indications sur le type de gaz. Cependant, en règle générale, la détermination de la durée de la phase de chauffage ne suffit pas pour effectuer une mesure du gaz spécifique au type de gaz En outre, il reste nécessaire de rentrer, dans l'appareil d'évaluation, un facteur de type de gaz spécifique pour chaque gaz, lorsqu'un appareil de mesure de gaz réutilisable doit être employé L'affichage d'un appareil de mesure de gaz réutilisable de ce type est, en général, calibré pour un type de gaz, de telle sorte que le dosage d'autres types de gaz nécessite une correction de cette valeur de calibrage Dans le cas du dosage de mélanges gazeux explosifs, il est connu de calibrer ces facteurs de type de gaz en fonction de la sensibilité du méthane. Ainsi, le facteur de type de gaz du méthane est réglé sur un, de telle sorte que d'autres gaz combustibles possèdent un facteur de type de gaz résultant du quotient entre la sensibilité du méthane et celle du gaz ou de la vapeur à analyser On obtient ainsi un facteur de type de gaz égal à 1,9 pour le méthanol, à 1,5 pour l'hydrogène, etc. Afin de limiter la plage de valeurs des facteurs de type de gaz possibles, le procédé connu doit être amélioré de telle sorte qu'à partir de la variation de la fonction de réponse, une classification des mélanges gazeux analysés puisse simultanément être établie à l'aide de facteurs de classes de gaz. Ce but est atteint par le fait que la fonction d'excitation présente un tracé de fonction tel que la fonction de réponse passe par un maximum, par le fait que l'intervalle de temps séparant le début de la montée et l'arrivée au maximum est déterminé et comparé à une limite d'intervalle de temps, et par le fait qu'en fonction de l'écart entre l'intervalle de temps et la limite d'intervalle, un facteur de classe de gaz est envoyé au montage d'évaluation, facteur grâce auquel le dosage de la teneur est combiné à une classification du gaz détecté. L'avantage de l'invention réside dans le fait qu'un critère simple est indiqué, au moyen duquel les éventuels types de gaz à détecter peuvent être rangés dans deux ou plusieurs classes qui contiennent, chacune, un gaz de référence pour la détermination du facteur de type de gaz Dans la première classe de types de gaz, celui-ci est, par exemple, comme auparavant, le méthane, avec un facteur de type de gaz de 1,0; dans la deuxième classe, le gaz de référence est le méthanol, dont le facteur de type de gaz est également fixé à 1,0 Ainsi, tous les types de gaz qui, selon l'invention, restent par exemple en-dessous de la limite d'intervalle de temps, sont rangés dans la classe du méthanol, de telle sorte que leurs facteurs de types de gaz sont désormais rapportés au nouveau facteur de type de gaz 1,0 du méthanol Le nombre de facteurs de types de gaz est réparti en deux classes ou groupes, de telle sorte que la plage de valeurs des facteurs de type de gaz est considérablement réduite dans chaque classe Du fait que le gaz de référence méthanol a un nouveau facteur de type de gaz 1, les autres facteurs de types de gaz des autres gaz entrant dans la même classe sont réduits de 1,9, étant donné que, lorsqu'on a rapporté le méthanol au méthane, le facteur de type de gaz du méthanol était de 1, 9, mais est maintenant réduit à 1,0. Ceci permet une meilleure précision d'évaluation pour les types de gaz entrant dans chaque classe. La détermination de la limite d'intervalle de temps et de la position du maximum de la fonction de réponse par rapport à cette limite permet de répartir les gaz à analyser en deux classes de types de gaz: par exemple, le dépassement de la limite d'intervalle signifie une affectation dans la classe de type de gaz pour laquelle le méthanol sert de gaz de référence avec un facteur de type de gaz un, et le non-dépassement de la limite d'intervalle signifie une affectation dans la classe de type de gaz pour laquelle le méthane sert de gaz de référence avec un facteur de type de gaz un La limite d'intervalle peut être divisée ou élargie en subdivisions plus petites, avec des sections d'intervalles de temps plus précises, afin de diviser plus précisément les limites et d'obtenir une répartition plus précise en classes de types de gaz. La fonction d'excitation peut être une fonction de Heaviside, une fonction échelonnée, une fonction en rampe ou une combinaison de celles- ci Une limite d'intervalle de temps représentative de la majorité des gaz combustibles à détecter se situe entre 0,1 et 10 secondes. La répartition en deux classes de types de gaz, l'une rapportée au méthane, l'autre rapportée au méthanol donne une liste de gaz de classe 1, présentant un facteur de type de gaz situé entre 1,4 et 2,7 et une liste de types de gaz de classe 2, présentant un facteur de type de gaz situé entre 1,2 et 2,0. Naturellement, la constatation d'une autre limite d'intervalle de temps entraînera une autre classification correspondante En outre, au lieu du méthanol, un autre gaz peut être choisi parmi la quantité de gaz combustibles, pour servir de gaz de référence pour la détermination des facteurs de types de gaz Ceci dépend principalement du type de gaz à détecter auquel on peut s'attendre Outre le moment auquel le maximum de la fonction de réponse est atteint, on peut également prendre en considération l'inclinaison de la rampe d'augmentation25 ou le nombre de maxima atteints La limite d'intervalle de temps sera déterminée en fonction de ces facteurs. La répartition des gaz à analyser en deux ou plusieurs classes de types de gaz différentes, selon le critère évoqué ci-dessus, pourrait laisser penser qu'il30 est suffisant de différencier certains types de gaz combustibles, sans différencier immédiatement chaque type de gaz spécifique dans un mélange gazeux. Suivant une caractéristique de ce procédé, la classe des facteurs de types de gaz, normalisée sur la base du méthane, comprend l'éthane ( 1,4), le propane ( 1,8), le butane ( 2,2), l'acétylène ( 2,3), le benzole ( 2,6), le cyclohexane ( 2,7) et la classe des facteurs de types de gaz, normalisée sur la base du méthanol, comprend l'éthanol ( 1,2), l'acétone ( 1,3), le butanone-2 ( 1,5), le diéthyléther ( 1,5), l'acétate d'éthyle ( 1,5), le n-hexane ( 1,5), le propanol-2 ( 1,5), le n-heptane ( 1,6), le toluol ( 1,6), le n-nonane ( 1,7), l'ortho-xylol ( 1,7), le n-octane ( 1,9), le butanol-1 ( 2,0), les chiffres décimaux indiqués entre parenthèses représentant les facteurs de types de gaz respectifs. Selon un procédé simple de détermination du type de gaz, la fonction de réponse est soumise à une analyse de courbe, son tracé est comparé à des fonctions connues et des conclusions relatives au type et à la teneur de gaz présents sont tirées de la comparaison. Suivant un mode de mise en oeuvre, la fonction de réponse est dérivée et la dérivée présente au moins un maximum (point de combustion E) et, le cas échéant, un minimum (point d'extinction L), dont la position sur l'axe du temps est utilisée pour déterminer la teneur en gaz combustible et le type de gaz. Selon une analyse particulièrement simple de la fonction de réponse, celle-ci est différentielle, et on recherche, dans la fonction de réponse différentielle, la présence d'un maximum et, le cas échéant, d'un minimum. Le fait que la fonction de réponse différentielle atteint un maximum correspond au début de la combustion catalytique de l'élément indicateur (Pellistor) et, de façon correspondante, lorsque la fonction d'excitation s'interrompt, c'est-à-dire lorsque le courant de chauffage du Pellistor est débranché, un point d'extinction est atteint, auquel la combustion n'a plus lieu Ces deux caractéristiques peuvent être utilisées pour exercer une sollicitation vis-à-vis du modèle d'application de courant/tension, également avec une fonction d'excitation, à l'aide d'un autre élément indicateur fonctionnant séparément (et, donc, sans prévoir d'élément de compensation supplémentaire monté selon un circuit en pont) Le caractère différentiel de la fonction de réponse permet de détecter le point de combustion (Maximum) et le point d'extinction (Minimum), dont la position sur l'axe du temps, l'un par rapport à l'autre, est utilisée pour déterminer la teneur et le type de gaz Dans ce cas, on peut également disposer d'une répartition en classes portant sur la forme de la fonction de réponse (nombre et niveau des maxima, c'est-à-dire pente au niveau du point de combustion et du point d'extinction de la fonction de réponse) D'autre part, la surface, selon la fonction de réponse, entre le point de combustion et le point d'extinction, peut être calculée et être comparée à la surface de la fonction de réponse suite à la sollicitation du Pellistor avec un gaz de calibrage inerte (c'est-à- dire sans présence de teneur en gaz combustible) La comparaison la plus simple entre la fonction de réponse d'un mélange gazeux combustible et celle d'un gaz de calibrage inerte est réalisée par établissement de la différence entre les deux surfaces obtenues par les fonctions de réponse. Avantageusement, la surface située en-dessous de la fonction de réponse 6 est déterminée et rapportée à une fonction de réponse de calibrage 7. Un exemple d'exécution de l'invention est décrit en référence au dessin schématique et va être expliqué plus en détail ci-après. La figure 1 représente la fonction de réponse de la variation de tension en fonction du temps, la figure 2 représente la dérivée de la fonction de réponse de la figure 1, la figure 3 représente la fonction de réponse du courant en fonction du temps, avec le point de combustion et le point d'extinction. A la figure 1 est représentée la fonction de réponse ( 1) pour la détection du butanol dans une concentration de 100 % (limite inférieure d'explosion). Les unités pour la tension en volts sont choisies arbitrairement, la variation dans le temps couvre une période de 20 secondes Pendant cette période, la fonction d'excitation non représentée est active, à savoir, à l'instant T = O le courant est commuté de O à 100 milli- ampères, par l'élément indicateur agissant par catalyse, et est maintenu pendant une période de 20 secondes, pour être ensuite coupé pour revenir à O à l'instant T = 20 De façon correspondante, la tension, à la figure 1, s'élève jusqu'à un maximum, se stabilise à une valeur de saturation constante et retombe au point de départ d'origine Une fonction de réponse ( 2) pour un gaz de calibrage avec une concentration correspondant à 0 % (limite inférieure d'explosion) est représentée en pointillés A l'instant T = 7 sont représentés, chacun en pointillés, une limite d'intervalle ( 3) et une section d'intervalle ( 33), qui constituent un critère de différenciation pour la répartition des types de gaz à détecter, dont le maximum se situe en-dessous ou en-dessus de cette limite d'intervalle ( 3). A la figure 2, pour la répartition dans les classes de types de gaz évoquées, est représentée la dérivée du tracé de la courbe de la fonction de réponse ( 1) de la figure 1 Pour le type de gaz "butanol", avec une concentration de 100 % (limite inférieure d'explosion), la courbe différentielle ( 4) est représentée en traits pleins, dont le maximum est atteint au bout d'environ 3 secondes, de telle sorte qu'il se situe en-30 dessous de la limite d'intervalle ( 3) de 7 secondes et doit donc être rangé dans la deuxième classe de types de gaz, dont le maximum de la fonction de réponse se situe en-dessous de la limite d'intervalle ( 3) La fonction de réponse différentielle ( 5) représentée en pointillés35 correspond à la fonction de réponse ( 2) de la figure 1. La figure 3 représente la fonction de réponse ( 6) d'un élément indicateur agissant par catalyse au tracé d'une rampe ascendante du courant, par l'intermédiaire de l'élément indicateur La courbe de tension qui en résulte présente un point de combustion (E), auquel la combustion catalytique commence et se maintient, ainsi qu'un point d'extinction (L), auquel, une fois le courant coupé, la combustion catalytique s'arrête En pointillés est représentée la fonction de réponse ( 7), lors de la sollicitation de l'élément indicateur catalytique avec un gaz de calibrage inerte, c'est-à-dire sans présence de teneur en gaz combustible Pour établir la classification des différents types de gaz, on calcule la surface située en-dessous de la fonction de réponse ( 6), et sa valeur est soustraite de la surface située en-dessous de la fonction de réponse ( 7) La différence obtenue est différente pour chaque type de gaz et peut donc être utilisée pour la classification en deux ou plusieurs groupes de types de gaz. Revendications 1 Procédé de dosage de la teneur en gaz combustible dans l'air, au moyen d'un élément indicateur assistant la combustion par catalyse, inséré dans un montage de mesure, grâce auquel l'élément indicateur, dans une phase de chauffage, est réchauffé cycliquement par application d'une tension, selon un modèle d'application de courant/tension susceptible d'être prédéterminé (fonction d'excitation), à la suite de quoi, en présence du gaz à détecter, une valeur de signal, délivrée par l'élément indicateur et détectée par un montage de mesure, est représentée dans sa variation dans le temps (fonction de réponse), et les caractéristiques de la fonction de réponse, apparues lors de sa variation, sont utilisées pour doser la teneur en gaz à détecter, par l'intermédiaire d'un montage d'évaluation, caractérisé en ce que la fonction d'excitation présente un tracé de fonction tel que la fonction de réponse ( 1, 4, 6) passe par un maximum, et en ce que l'intervalle de temps séparant le début de la montée et l'arrivée au maximum est déterminé et comparé à une limite d'intervalle de temps ( 3), et en ce qu'en fonction de l'écart entre l'intervalle de temps et la limite d'intervalle ( 3), un facteur de classe de gaz est envoyé au montage d'évaluation, facteur25 grâce auquel le dosage de la teneur est combiné à une classification du gaz détecté. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la limite d'intervalle de temps ( 3) est divisée en plusieurs sections d'intervalle de temps ( 33), et en ce que la position de l'intervalle de temps à l'intervalle des sections d'intervalle de temps ( 33) détermine un facteur de classe de gaz. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la limite d'intervalle de temps ( 3) et les sections d'intervalle de temps ( 33) sont fixées dans une plage s'étendant entre T = 0,1 seconde à T = 10 secondes. 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un premier facteur de classe de gaz possède une valeur telle qu'elle permet de déterminer une première classe de types de gaz, dont les facteurs de types de gaz sont rapportés au facteur de type de gaz normalisé à la valeur un, et en ce qu'un deuxième facteur de classe de gaz possède une valeur telle qu'elle permet de déterminer une deuxième classe de types de gaz, dont les facteurs de types de gaz sont rapportés au facteur de type de gaz du méthanol normalisé à la valeur un. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la classe des facteurs de types de gaz, normalisée sur la base du méthane, comprend l'éthane ( 1,4), le propane ( 1,8), le butane ( 2,2), l'acétylène ( 2,3), le benzole ( 2,6), le cyclohexane ( 2,7) et en ce que la classe des facteurs de types de gaz, normalisée sur la base du méthanol, comprend l'éthanol ( 1,2), l'acétone ( 1,3), le butanone-2 ( 1,5), le diéthyléther ( 1,5), l'acétate d'éthyle ( 1, 5), le n-hexane ( 1,5), le propanol-2 ( 1,5), le n-heptane ( 1,6), le toluol ( 1,6), le n-nonane ( 1,7), l'ortho-xylol ( 1,7), le n-octane ( 1,9), le butanol- 1 ( 2,0), les chiffres décimaux indiqués entre parenthèses représentant les facteurs de types de gaz respectifs. 6 Procédé de dosage de la teneur en gaz combustible dans l'air, au moyen d'un élément indicateur assistant la combustion par catalyse, inséré dans un montage de mesure, grâce auquel l'élément indicateur, dans une phase de chauffage, est réchauffé cycliquement par application d'une tension, selon un modèle d'application de courant/tension susceptible d'être prédéterminé (fonction d'excitation), à la suite de quoi, en présence du gaz à détecter, une valeur de signal, délivrée par l'élément indicateur et détectée par un montage de mesure, est représentée dans sa variation dans le temps (fonction il de réponse), et les caractéristiques de la fonction de réponse, apparues lors de sa variation, sont utilisées pour doser la teneur en gaz à détecter, par l'intermédiaire d'un montage d'évaluation, caractérisé en ce que l'élément indicateur agissant par catalyse est sollicité par une fonction d'excitation, dont le tracé de courbe de la fonction de réponse ( 6) est analysé, le tracé, par comparaison avec des caractéristiques de fonction connues, étant employé pour déterminer la teneur et le type de gaz. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la fonction de réponse est dérivée et en ce que la dérivée présente au moins un maximum (point de combustion E) et, le cas échéant, un minimum (point d'extinction L), dont la position sur l'axe du temps est utilisée pour déterminer la teneur en gaz combustible et le type de gaz. 8 Procédé de dosage de la teneur en gaz combustible dans l'air, au moyen d'un élément indicateur assistant la combustion par catalyse, inséré dans un montage de mesure, grâce auquel l'élément indicateur, dans une phase de chauffage, est réchauffé cycliquement par application d'une tension, selon un modèle d'application de courant/tension susceptible d'être prédéterminé25 (fonction d'excitation), à la suite de quoi, en présence du gaz à détecter, une valeur de signal, délivrée par l'élément indicateur et détectée par un montage de mesure, est représentée dans sa variation dans le temps (fonction de réponse), et les caractéristiques de la fonction de réponse, apparues lors de sa variation, sont utilisées pour doser la teneur en gaz à détecter, par l'intermédiaire d'un montage d'évaluation, caractérisé en ce que la surface située en-dessous de la fonction de réponse ( 6) est déterminée et rapportée à une fonction de35 réponse de calibrage ( 7).