Brevet FR2703460A1 — publié le 19941007

La présente invention concerne un dispositif opacimètre destiné à réaliser la mesure directe de l'opacité des gaz, et notamment des gaz d'échappement de véhicules à moteurs thermiques. On connaît des opacimètres qui sont constitués d'une veine de mesure tubulaire, de longueur déterminée, dans laquelle on admet les gaz dont on souhaite mesurer l'opacité et qui comporte, à ses extrémités respectives, des moyens d'éclairage et des moyens capteurs de la lumière transmise au travers de ces gaz. Les appareils de ce type présentent l'inconvénient de ne pas présenter une veine de mesure dont la longueur soit déterminée de façon précise, puisque ses extrémités sont ouvertes à l'air libre, si bien que cette longueur est fonction des paramètres d'écoulement des gaz. On a proposé de remédier à cet inconvénient en disposant, aux extrémités de la veine de mesure de ces appareils, des parois transparentes aux rayons lumineux de façon que la longueur de cette veine soit constante ce qui améliore la précision de la mesure. Par ailleurs, on a également constaté, dans les opacimètres à extrémités ouvertes, que les moyens d'éclairage et les moyens capteurs se recouvraient, lors de l'analyse, de résidus plus ou moins opaques, ce qui avait pour effet de fausser les résultats de la mesure. Pour éviter ce dernier inconvénient on a disposé des ventilateurs aux sorties respectives de la veine de mesure, de façon à chasser les gaz et empêcher ainsi les impuretés qu'ils contiennent de venir se déposer sur les moyens d'éclairage et les mayens capteurs. Dans les opacimètres dont les extrémités sont fermées par des parois transparentes on a proposé d'utiliser des moyens de nettoyage de la face interne de ces parois transparentes. Cependant, l'un des inconvénients majeurs des dispositifs opacimètres de ce type provient de ce que le débit du gaz à analyser qui traverse l'enceinte de mesure est une fonction non contrôlée du débit de gaz fourni, par exemple celui sortant de la tubulure d'échappement d'un véhicule. Or, lorsque l'on effectue une mesure de l'opacité des gaz d'échappement produits par un moteur à combustion interne fonctionnant dans des domaines de régimes transitoires, un tel débit a une influence sur la mesure de l'opacité effectuée Par ailleurs, la mesure d'opacité est effectuée à la température à laquelle se trouvent les gaz d'échappement si bien qu'un calcul correctif est ensuite nécessaire pour ramener la valeur mesurée à une valeur correspondant à la température dite température de référence.Or on sait qu'une telle correction, notamment en essais sous régimes transitoires, est particulièrement difficile à obtenir. Les dispositifs opacimètres de l'état antérieur de la technique ne sont donc pas en mesure de constituer des appareils de référence, c'est à dire des appareils fournissant de façon directe, sans nécessiter de calculs correcteurs ultérieurs à la mesure, la valeur de l'opacité des gaz analysés. La présente invention a ainsi pour but de proposer un dispositif de mesure de l'opacité des gaz, notamment en état de régime transitoire, qui soit en mesure d'intégrer l'ensemble des paramètres nécessaires, de façon à fournir une mesure directe de l'opacité, et qui puisse ainsi constituer un appareil de référence permettant de réaliser le réglage des autres dispositifs opacimètres. Suivant l'invention on assure le contrôle de chaque paramètre influant sur la valeur du coefficient d'opacité, à savoir la longueur et le volume de la veine de mesure, la température, la pression et le débit des gaz prélevés. La présente invention a ainsi pour objet un dispositif destiné à mesurer l'opacité de gaz, et notamment des gaz d'échappement produits par des moteurs thermiques de véhicules, comportant: un dispositif destiné à mesurer l'opacité de gaz, et notamment des gaz d'échappement produits par des moteurs thermiques de véhicules, comportant:: - une enceinte de mesure s'étendant sur une longueur déterminée et qui comporte, à chacune de ses extrémités, une ouverture fermée de façon étanche, par un élément de paroi transparent aux rayons lumineux1 - des moyens de prélèvement des gaz, en communication avec au moins une canalisation d'amenée de gaz débouchant dans l'enceinte de mesure, - au moins une canalisation de sortie de gaz de l'enceinte de mesure, - des moyens d'éclairage, et des moyens capteurs de la lumière transmise par les moyens d'éclairage au travers de l'enceinte de mesure, qui sont respectivement disposés aux extrémités de celle-ci, - des moyens de mesure et de traitement des informations fournies par les moyens capteurs caractérisé en ce qu'il comporte - des moyens échangeurs de chaleur, qui sont interposés entre les moyens de prélèvement et la veine de mesure, et qui sont destinés à porter les gaz à une température voisine d'une température de référence de mesure donnée, - des moyens d'aspiration à contrôle volumétrique, disposés en aval de l'enceinte de mesure, par lesquels on contrôle le débit de gaz qui traverse cette L'C7 re. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention le dispositif comporte des moyens de mesure de la température des gaz contenus dans l'enceinte, qui sont constitués d'un circuit de mesure pourvu d'un capteur de température disposé à l'intérieur de l'enceinte. De préférence, ces moyens de mesure de la température sont asservis, par l'intermédiaire de moyens correcteurs, aux moyens de traitement des signaux issus des moyens capteurs afin de corriger ceux-ci des effets de température. Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, l'enceinte de mesure a une forme telle que sa face d'entrée a une section droite de forme circulaire de surface donnée et sa section médiane, ou veine de mesure, a une section droite de forme rectangulaire sensiblement de même surface. Dans une variante de ce mode de mise en oeuvre de l'invention, l'enceinte de mesure a une section droite de surface sensiblement constante sur toute sa longueur. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue schématique d'un mode de mise en oeuvre du dispositif opacimètre objet de la présente invention. Les figures 2a et 2b sont des vues schématiques respectivement en élévation et en vue de dessus d'une variante de mise en oeuvre du dispositif suivant l'invention. Sur la figure 1 le dispositif suivant l'invention comporte une enceinte de mesure 1, constituée d'un tube circulaire qui est fermé, de façon étanche, à chacune de ses extrémités par une paroi transparente 3, par exemple en verre. L'enceinte 1 possède une longueur L qui définit la longueur de la veine de mesure, c'est à dire la longueur de la colonne de gaz qui sera traversée par les rayons lumineux et dont on mesurera l'opacité. Une canalisation 5, destinée à assurer l'alimentation de l'enceinte 1, débouche sensiblement au milieu de cette dernière. Cette canalisation 5 est réunie, par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur 7, à une tubulure collectrice 9, assurant le prélèvement des gaz dont on souhaite mesurer l'opacité. Ainsi, dans le cas où l'on souhaite mesurer l'opacité des gaz d'échappement d'un véhicule, on dispose, ainsi que représenté sur la figure 1, la tubulure collectrice 9 sensiblement au centre du tuyau d'échappement 11 du véhicule. L'enceinte 1 est également pourvue de deux canalisations de sortie de gaz 17 qui débouchent à proximité de ses extrémités respectives. Chacune de ces canalisations 17 est pourvue d'une pompe d'aspiration de type volumétrique 19, c'est-à-dire d'une pompe du type dont on peut régler le débit à une valeur donnée connue. La sortie des pompes 19 est en communication avec l'extérieur par des canalisations 20. A l'extérieur de l'enceinte 1 et en regard de ses extrémités respectives, le dispositif comprend une source lumineuse 13 apte à fournir un faisceau de lumière sensiblement parallèle et un capteur photosensible 15 destiné à capter les rayons lumineux émis par la source lumineuse 13 et transmis au travers de l'enceinte de mesure 1. Le capteur 15 est relié à un circuit 16 de traitement et d'affichage. Ainsi, suivant 1 invention, lorsque l'on souhaite effectuer une mesure d'opacité, par exemple des gaz produits par un moteur thermique d'un véhicule, l'on introduit tout d'abord la tubulure collectrice 9 dans le tuyau d'échappement 11 de ce véhicule et l'on impose, par une vitesse de rotation connue appropriée des pompes volumétriques 19, une aspiration des gaz d'échappement sous un débit de référence Qr déterminé donné. Ce débit peut également etre un débit variable selon une loi de variation déterminée connue. Ce débit Qr sera fonction, pour un appareil donné, du tto . de réponse souhaité.Les gaz aspirés traversent ainsi l'échangeur 7, où ils sont portés à une température égale à la température T r choisie comme température de référence de la mesure, et pénètrent dans l'enceinte de mesure 1 qu'ils remplissent, et où leur opacité est mesurée par le capteur 15 associé au circuit de traitement et d'affichage 16, pour être évacués vers l'extérieur par les canalisations 20. Dans une variante du présent mode de mise en oeuvre de l'invention, le dispositif opacimètre comporte des moyens de mesure de la température des gaz contenus dans l'enceinte 1, qui sont constitués d'un circuit de mesure de température 21 pourvu d'un capteur de température 23 disposé à l'intérieur de l'enceinte de mesure 1. Ces moyens de mesure de la température permettent d'effectuer une correction de l'opacité mesurée, afin de compenser l'écart éventuel existant entre la température de référence T r et la température réelle existant dans l'enceinte 1. Comme représenté sur la figure 1, le circuit de mesure de température 21 peut etre relié électriqut-L :n circuit 16 de traitement et d'affichage de l'opacité par l'intermédiaire d'un circuit correcteur 24, qui compense automatiquement le décalage éventuel de température ci-dessus mentionné. Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, représenté sur les figures 2a et 2b, l'enceinte de mesure 1' a une section droite de surface S sensiblement constante sur toute sa longueur et possède une forme telle que ses sections d'entrée 28 et de sortie 30 sont de forme circulaire et que sa section médiane xx', est de forme rectangulaire. Cette section médiane constitue la veine de mesure de longueur L' et, à cet effet, on disposera des parois transparentes 3' à chacune des extrémités transversales de l'enceinte 1' auxquelles sont respectivement associés une source lumineuse 13' et un capteur photosensible 15'. On donnera avantageusement à la dimension transversale de cette enceinte 1' une largeur L' suffisamment importante afin que la veine de mesure ait une dimension suffisante pour permettre d'obtenir une mesure d'opacité précise. Une enceinte de mesure de ce type présente l'avantage, par rapport aux enceintes de l'état antérieur de la technique, de ne pas apporter à l'écoulement gazeux de perturbations importantes dues à des changements de directions brusques des veines d'écoulement des gaz, puisque celles-ci conservent une direction variant faiblement et progressivement tout au long de l'écoulement. REVENDICATIONS 1.- Dispositif destiné à mesurer l'opacité de gaz, et notamment des gaz d'échappement produits par des moteurs thermiques de véhicules, comportant: - une enceinte de mesure (1,1') s'étendant sur une longueur (L,L') déterminée et qui comporte, à chacune de ses extrémités, une ouverture fermée de façon étanche, par un élément de paroi (3,3') transparent aux rayons lumineux, - des moyens (9) de prélèvement des gaz, en communication avec au moins une canalisation (5) d'amenée de gaz débouchant dans l'enceinte de mesure (1,1'), - au moins une canalisation de sortie de gaz (17) de l'enceinte de mesure (1,1'), - des moyens d'éclairage (13,13'), et des moyens capteurs (15,15') de la lumière transmise par les moyens d'éclairage au travers de l'enceinte de mesure (1,1'), qui sont respectivement disposés aux extrémités de celle-ci, - des moyens de mesure et de traitement (16) des informations fournies par les moyens capteurs (15,15') caractérisé en ce qu'il comporte - des moyens échangeurs de chaleur ., qui sont interposés entre les moyens de prélèvement (9) et la veine de mesure (1,1'), et qui sont destinés à porter les gaz à une température voisine d'une température de référence de mesure donnée (tir) - des moyens d'aspiration à contrôle volumétrique (19), disposés en aval de l'enceinte de mesure (1,1'), par lesquels on contrôle le débit de gaz qui traverse cette dernière. 2.- Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure de la température des gaz traversant l'enceinte de mesure (1,1'), qui comprennent un circuit de mesure (21) pourvu d'un capteur de température (23) disposé à l'intérieur de l'enceinte (1,1'). 3.- Dispositif suivant la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens de mesure de température (21,23) sont asservis, par l'intermédiaire de moyens correcteurs (24), aux moyens de mesure et de traitement des informations (16) afin de corriger ceux-ci des effets de température. 4.- Dispositif suivant l'une de evendications précédentes caractérisé en ce que l'enceinte de mesure (1') a une forme telle que sa face d'entrée (28) a une section droite de forme circulaire de surface donnée (S) et sa section médiane, ou veine de mesure, a une section droite de forme rectangulaire sensiblement de même surface (S). 5.- Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'enceinte de mesure (1') a une section droite de surface sensiblement constante (S) sur toute sa longueur.