Brevet FR2708995A1 — publié le 19950217

Procédé et dispositif d'étalonnage continu pour la mesure de taux de gaz partiel dans l'air ambiant. DESCRIPTION La présente invention a pour objet un procédé et dispositif d'étalonnage continu pour la mesure de taux de gaz partiel dans l'air ambiant Le secteur technique de l'invention est le domaine de la réalisation d'appareils de mesure de concentration de certains gaz dans l'air ambiant respirable. Une des applications principales de l'invention est le contrôle de l'air médical qui est envoyé dans les salles d'opération et qui doit être purifié de toute molécule de gaz ou autre substance polluante. En effet, à ce jour, pour une telle application, comme aucun dispositif de contrôle, de dispositifs suffisamment fiables de filtration à partir de l'air ambiant n'existe, il est plutôt utilisé un air reconstitué à partir de bouteilles d'azote et d'oxygène comprimé : si un tel procédé est bien sûr parfait sur le plan de la fourniture d'air pur, il est par contre très coûteux et nécessite un renouvellement et un stockage important de réserve de gaz. Pour éviter de telles installations, comme il existe cependant des filtres et tamis moléculaires permettant d'éliminer efficacement toute pollution de l'air ambiant, des installateurs et utilisateurs ont essayé de développer des équipements, incluant de tels moyens de filtration et de tamisage : mais comme ceux-ci ont un seuil de saturation suivant le type de polluants qu'ils arrêtent, il est certain qu'au bout d'un certain temps l'un des polluants n'est plus arrêté et passant à travers le filtre ou tamis, peut être envoyé dans la salle d'opération. Il est donc nécessaire de pouvoir contrôler l'air ainsi filtré et tamisé pour pouvoir avertir un opérateur de la nécessité de changer les filtres ou tamis et, basculer l'alimentation en avant, en attendant, soit sur un autre circuit en parallèle, soit sur un circuit secours : comme ces seuils de saturation peuvent être atteints après des durées de fonctionnement très variables, un tel contrôle doit être réalisé en continu et être bien sûr très fiable et donc réalisé avec du matériel dont l'étalonnage est garanti également d'une manière quasi permanente, ce qui correspond en fait à du matériel de contrôle et de mesure assez complexe, sophistiqué et donc assez coûteux. Pour cela, il existe - d'une part des dispositifs de détection et/ou de surveillance en continu de la teneur en composants nocifs de gaz, tels que ceux décrits dans la demande FR 2598590 publiée le 20 novembre 1987, déposée par M. Guy SERES pour de l'oxyde de carbone, ou dans la demande EP 164591 publiée le 18 décembre 1985 et déposée sous priorité allemande par la société KERMFORSCHUNGSZENTRUM, GMBH, lesquels dispositifs utilisent des capteurs calibrés et/ou étalonnés, nécessitant l'utilisation des appareils ci-après - des dispositifs d'étalonnage d'analyseurs de gaz ou de capteurs comme ci-dessus, tel que celui décrit dans la demande FR 2531220 publiée le 23 février 1984 et déposée par ARMINES, ou celui décrit dans la demande EP 74498 publiée le 23 mars 1993 sous priorité suisse de la société HOFFMANN-LAROCHE. Ainsi, si l'on veut effectivement à la fois un contrôle en continu de l'absence de gaz partiel polluant et une garantie de fiabilité de la mesure, il faut alors utiliser d'une part des appareils de mesure et de contrôle comme indiqué précédemment, assez lourds et sophistiqués pour garantir une stabilité de la mesure, et d'autre part, des appareils du deuxième type indiqué ci-dessus pour étalonner les précédents à intervalle régulier, ce qui est compliqué et alourdit le coût de fonctionnement et de l'entretien de l'installation. Le problème posé est donc de pouvoir d'une part, analyser en continu un gaz ambiant et d'autre part, être sûr des valeurs obtenues par cette analyse, comme celles qu'on obtient après calibrage avec un matériel spécialisé d'étalonnage, mais en utilisant une seule installation permanente, fonctionnant en continu et en automatique, et avec des appareils de contrôle et de mesure qui soient peu coûteux. Une solution au problème posé est un procédé d'étalonnage continu pour la mesure de taux de gaz partiel dans tout gaz ambiant à partir d'échantillonnages de celui-ci passant dans un circuit de contrôle comprenant au moins un moyen de mesure dudit taux de gaz partiel ; le procédé suivant l'invention est tel que - on dérive à intervalles réguliers la totalité au moins d'un échantillonnage avant ledit moyen de mesure et dans tout circuit comprenant au moins un moyen apte à absorber toute molécule dudit gaz partiel - on injecte dans ledit moyen de mesure ledit échantillonnage débarrassé de toute molécule dudit gaz partiel, on effectue la mesure du taux de celui-ci dans cet échantillonnage et on mémorise la valeur obtenue comme étant la référence d'un zéro d'étalonnage pour la mesure de taux de gaz partiel effectué ensuite dans au moins l'échantillonnage suivant de gaz ambiant prélevé - on ferme la dérivation du circuit comprenant ledit moyen d'absorption et on envoie directement les échantillonnages suivants de gaz ambiant dans ledit moyen de mesure, on mesure le taux de gaz partiel dans l'échantillonnage qui y est contenu, on donne le résultat de cette mesure par référence avec celle mise en mémoire et on compare la valeur de ce résultat par rapport à celle d'un seuil donné. De plus - on dérive à intervalles réguliers la totalité au moins d'un échantillonnage avant ledit moyen de mesure et dans un circuit comprenant au moins un moyen apte à générer des molécules dudit gaz partiel à une concentration donnée - on injecte dans ledit moyen de mesure ledit échantillonnage porteur de la concentration donnée dudit gaz partiel, on effectue la mesure du taux de celui-ci dans cet échantillonnage, on la compare à celle du zéro d'étalonnage mémorisé précédemment, et on vérifie si le moyen de mesure est bien sensible audit gaz partiel - on ferme la dérivation du circuit comprenant ledit moyen apte à générer ledit gaz partiel. Dans un mode préférentiel de réalisation, on mémorise la valeur obtenue de la mesure du taux de gaz partiel, dans l'échantillonnage porteur de la concentration donnée dudit gaz partiel généré par ledit moyen, comme référence d'une valeur d'échelle d'étalonnage pour la mesure de taux de gaz partiel effectuée ensuite dans au moins 1' échantillonnage suivant de gaz ambiant prélevé ; puis on donne le résultat des mesures effectuées sur lesdits échantillonnages de gaz ambiant prélevés par référence entre les deux dites valeurs de mesure d'étalonnage mises en mémoire. Il est bien certain qu'il est équivalent, dans la présente invention, de prélever des échantillonnages successifs du gaz à contrôler, comme indiqué ci-dessus et ci-après, et de prélever un échantillonnage continu à un débit donné. Une autre solution au problème posé est un dispositif d'étalonnage continu pour la mesure de taux de gaz partiel dans tout gaz ambiant, à partir d'échantillonnages de celui-ci, comprenant un circuit de contrôle incorporant au moins un moyen de mesure dudit taux de gaz partiel. Ledit dispositif comporte un circuit de dérivation comprenant au moins un moyen apte à absorber toute molécule dudit gaz partiel contenu dans la totalité au moins d'un échantillonnage, ledit circuit de dérivation étant monté en parallèle et en amont dudit moyen de mesure sur une partie du circuit d'alimentation directe de ce dernier. Ledit dispositif comporte en outre un circuit de dérivation monté sur le circuit d'alimentation en parallèle et en amont également dudit moyen de mesure et comprenant un moyen apte à générer des molécules dudit gaz partiel à une concentration donnée. Le résultat est de nouveaux procédés et dispositifs d'étalonnage continu pour la mesure de taux de gaz partiel contenu dans tout gaz ambiant, tel qu'en particulier l'air ambiant, et qui répondent au problème posé : en effet, l'intérêt principal de la présente invention est de permettre d'obtenir des mesures à quelques %, soit de l'ordre, en particulier, de 5 ppm de pression partielle, pour le monoxyde de carbone CO par exemple, avec un capteur qui peut mesurer 1000 ppm, avec une bonne répétitivité et fiabilité, tout en utilisant un détecteur de mesure grossière à grande échelle comme capteur de mesure, et ne nécessitant donc pas d'étalonnage régulier par du matériel extérieur, puisqu' une installation suivant l'invention incorpore en fait son propre système d'étalonnage. En effet, suivant le procédé de l'invention, on obtient d'une part, un effet de loupe sur une partie de l'échelle de mesure et d'autre part, un auto-calibrage permanent corrigeant tout défaut d'instabilité ; il ne peut se passer qu'un temps très court suivant l'intervalle régulier de contrôle que l'on souhaite, qui peut être de l'ordre de quelques secondes ou quelques minutes, entre les mesures de taux de référence dans l'air ou le gaz ambiant dont on a éliminé les molécules de gaz partiel que l'on prend comme référence, et la mesure de ce même taux de gaz partiel dans le gaz ambiant tel qu'il est échantillonné : ceci permet de corriger à chaque fois les variations de réponse dues à des dérives ou du bruit de fond, comme cela est le cas quand on utilise des capteurs de mesure de type standard tel qu'en particulier des détecteurs à infrarouge grand public pour la mesure de dioxyde de carbone C02 si on prend celui-ci comme gaz partiel de référence, et qui sont effectivement très instables. Le dispositif et le procédé selon l'invention permettent donc de se garantir contre cette instabilité et de pouvoir choisir justement un capteur de mesure de type à infrarouge, dont le rayonnement traverse une cellule qui peut être assez longue, et donc à travers une épaisseur de gaz importante dont on peut même augmenter artificiellement 1 1épaisseur par de multiples réflexions sur les parois, augmentant ainsi la sensibilité du capteur. Des études ont démontré en effet qu'en cas de saturation des filtres et des tamis moléculaires pour éliminer tout gaz partiel polluant dans l'air ambiant, c' est le dioxude de carbone C02 et le monoxyde de carbone CO qui sont désorbés les premiers par lesdits filtres et tamis et qu'il suffit donc de mesurer le taux de gaz partiel de ces gaz dans le gaz ambiant après ces filtres et tamis pour pouvoir contrôler l'efficacité de ceux-ci, et donc de la pureté du gaz qui les a traversés. Quand on détecte alors un taux de gaz partiel correspondant à un taux de duoxyde et/ou monoxyde de carbone au-dessus de seuil respectif donné, une alarme est alors déclenchée et un dispositif automatique peut permettre de basculer l'ensemble du réseau d'alimentation sur des bouteilles de gaz par exemple, ou sur un autre circuit de filtrage et de tamis parallèle de secours, en attendant le changement des filtres et des tamis ou la réparation de ceux-ci sur le circuit principal. La disposition également d'un générateur de gaz, tel que du CO et du C02, permet essentiellement de pouvoir tester la réponse des appareils de mesure de ces taux de gaz partiel correspondants, afin d'être sûr qu'ils ne soient pas bloqués sur une position donnant une valeur qui serait inférieure aux seuils fixés et qui ne permettrait donc pas de garantir la fiabilité voulue du résultat des mesures : de plus, la possibilité de générer un taux de concentration donné et connu en fonction du débit de l'échantillonnage du gaz ambiant, permet d'avoir alors deux valeurs d'extrémité d'une courbe d'échantillonnage et de pouvoir obtenir un résultat de mesure encore plus précis. On pourrait citer d'autres avantages de la présente invention, mais ceux cités ci-dessus sont déjà suffisants pour en démontrer la nouveauté et l'intérêt. La description et la figure ci-après représentent un exemple de réalisation de l'invention mais dont aucun caractère limitatif : d'autres réalisations sont possibles dans le cadre de la portée et de l'étendue de cette invention, en particulier pour les applications à d'autres domaines que l'air ambiant, soit pour toute mesure de tout gaz partiel contenu dans tout gaz ambiant. La figure unique ci-jointe est une vue schématique d'un dispositif suivant l'invention et permettant de réaliser les procédés suivant celle-ci. Le dispositif d'étalonnage continu pour la mesure de taux de gaz partiel dans tout gaz ambiant comprend une arrivée de ce gaz ou d'air i à une pression donnée, telle que par exemple 2 bars, qui peut être contrôlée par un pressostat 5 afin d'éviter d'envoyer une surpression dans les systèmes de mesure 2, 3. Ladite arrivée d'air 1 permet la prise d'échantillonnage du gaz ambiant dans un circuit principal d'alimentation 16, en provenance par exemple d'une source de gaz 17 après filtrage et tamisage depuis l'air extérieur par exemple; dans un autre mode de réalisation, il pourrait être placé sur cette arrivée 1 une pompe d'échantillonnage permettant de prélever en continu du gaz dans une enceinte par exemple. Cette arrivée de gaz ou d'air i alimente en échantillonnages successifs ou continus un circuit de contrôle 12, 15 comprenant au moins un moyen de mesure 2, 3 dudit taux de gaz partiel que l'on veut contrôler et qui est de préférence, comme indiqué précédemment quand il s'agit de contrôler l'efficacité de filtres ou de tamis moléculaires d'air ambiant, du gaz carbonique ou dioxyde de carbone C02 et du monoxyde de carbone CO qui sont les premiers gaz désorbés en cas de saturation de filtre et de tamis. Le dispositif d'étalonnage continu selon l'invention comporte un circuit de dérivation 13 en parallèle et en amont dudit moyen de mesure 2, 3 sur une partie 12 du circuit d'alimentation de ces derniers, et comprenant au moins un moyen 6, 7 apte à absorber toute molécule dudit gaz partiel dont on veut mesurer le taux contenu dans au moins la totalité d'un échantillonnage de gaz ambiant : ce gaz partiel peut donc être du dioxyde de carbone C02 dont on veut mesurer le taux de gaz partiel et en ce cas, le moyen 6 apte à absorber ce gaz est un récipient fermé contenant de la chaux sodée ; de même le taux de gaz partiel à mesurer peut être à la place ou en plus, de préférence, celui du monoxyde de carbone CO et le moyen 7 apte alors à absorber est un récipient fermé contenant de l'hopcalite ; de préférence, ces deux types de récipient sont montés en série sur la même première partie du circuit de dérivation 131. De plus, le dispositif d'étalonnage selon l'invention, comporte un circuit de dérivation 14 monté en parallèle également sur le circuit d'alimentation 12 en amont dudit moyen de mesure 2, 3, et comprenant au moins un moyen 8 apte à générer des molécules du ou des gaz partiels, dont on veut mesurer le taux à une concentration donnée. Deux possibilités de branchement de cette dérivation 14 sont alors possibles, suivant que l'on veut avoir une valeur d'étalonnage précise pour mémoriser une valeur autre que le zéro d'étalonnage dans les moyens de mesure 2, 3 ou que l'on se contente de réaliser simplement un test de bon fonctionnement desdits moyens de mesure. Dans le premier cas, ladite dérivation 141 est montée en parallèle dans le même circuit 11 de dérivation que celui comprenant au moins lesdits moyens 6, 7 aptes à absorber toute molécule du ou des gaz partiels à contrôler. Dans ce cas, en effet, la concentration de gaz supplémentaire générée par ledit moyen 8 se rajoutera à celle éventuellement existante dans le gaz ambiant, même s'il est inférieur au seuil donné et ne permettra pas d'avoir une valeur de référence absolue d'étalonnage dans les capteurs 2 et 3. Si l'on désire une telle valeur précise, la dérivation 142 est alors montée en parallèle sur la partie 132 du circuit de sortie des moyens 6, 7 aptes à absorber toute molécule du ou des gaz partiels à contrôler et peut être ainsi, soit branchée en série avec ceux-ci, soit être isolée de la dérivation 13 comprenant ces derniers. De préférence, comme indiqué précédemment, quand on veut mesurer les taux de gaz partiels en dioxyde de carbone C02 et en monoxyde de carbone CO, le générateur 8 destiné à générer une quantité de ces deux gaz, doit être tel que l'on obtienne une concentration dans le gaz porteur ambiant de quelques ppm ou dizaines de ppm en CO et quelques dizaines à quelques centaines de ppm en C02. Pour cela, il se compose d'une résistance chauffante située à l'intérieur d'une enceinte cylindrique remplie en partie par une paraffine qui est portée par la résistance à une température proche de son point de fusion : on règle la température et on choisit la paraffine ou la cire de telle sorte qu'au débit de gaz ambiant porteur, qui est l'échantillonnage du gaz ambiant, on ait les concentrations voulues. Pour permettre l'isolement des différents circuits de dérivation tel qu'en particulier le circuit principal 11 et d'autre part, les circuits parallèles secondaires 13, 14, différentes vannes à trois voies lO,9 peuvent être disposés aux divers raccordements de ces circuits de dérivation sur le circuit 12 de contrôle dudit gaz partiel alimentant les moyens de mesure 2, 3 ; cesdites vannes à trois voies peuvent être des électro-vannes télécommandées et pilotées par des systèmes de programmation et d'horloge couplés avec les analyseurs de mesure 2, 3. Enfin, quand il s'agit donc de mesurer du gaz carbonique C02 par un premier moyen de mesure 2, et de l'oxyde de carbone CO par un deuxième moyen de mesure 3, il est préférable, comme cela est connu, d'intercaler entre eux et dans l'ordre ci-dessus, un humidificateur 4 sur ledit circuit de contrôle 12. REVENDICATIONS 1. Procédé d'étalonnage continu pour la mesure de taux de gaz partiel dans tout gaz ambiant à partir d'échantillonages de celui-ci passant dans un circuit de contrôle (12, 15) comprenant au moins un moyen de mesure (2, 3) dudit taux de gaz partiel, caractérisé en ce que - on dérive à intervalle régulier la totalité au moins d'un échantillonnage avant ledit moyen de mesure et dans tout circuit (13) comprenant au moins un moyen (6, 7) apte à absorber toute molécule dudit gaz partiel - on injecte dans ledit moyen de mesure (2, 3) ledit échantillonnage débarrassé de toute molécule dudit gaz partiel, on effectue la mesure du taux de celui-ci dans cet échantillonnage et on mémorise la valeur obtenue comme étant la référence d'un zéro d'étalonnage pour la mesure de taux de gaz partiel effectué ensuite dans au moins 1' échantillonnage suivant de gaz ambiant prélevé - on ferme la dérivation du circuit (13) comprenant ledit moyen (6, 7) d'absorption et on envoie directement les échantillonnages suivants de gaz ambiant dans ledit moyen de mesure (2, 3), on mesure le taux de gaz partiel dans l'échantillonnage qui y est contenu, on donne le résultat de cette mesure par référence avec celle mise en mémoire et on compare la valeur de ce résultat à celle d'un seuil donné. 2. Procédé d'étalonnage continu selon la revendication 1, caractérisé en ce que - on dérive à intervalle régulier la totalité au moins d'un échantillonnage avant ledit moyen de mesure et dans un circuit (14) comprenant au moins un moyen (8) apte à générer des molécules dudit gaz partiel à une concentration donnée - on injecte dans ledit moyen de mesure (2, 3) ledit échantillonnage porteur de la concentration donnée dudit gaz partiel, on effectue la mesure du taux de celui-ci dans cet échantillonnage, on la compare à celle du zéro d'étalonnage mémorisé précédemment, et on vérifie si le moyen de mesure (2, 3) est bien sensible audit gaz partiel - on ferme la dérivation du circuit (14) comprenant ledit moyen (8) apte à générer ledit gaz partiel. 3. Procédé d'étalonnage selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on mémorise la valeur obtenue de la mesure du taux de gaz partiel, dans 1' échantillonnage porteur de la concentration donnée dudit gaz partiel généré par ledit moyen (8), comme référence d'une valeur d'échelle d'étalonnage pour la mesure de taux de gaz partiel effectuée ensuite dans au moins 1' échantillonnage suivant de gaz ambiant prélevé - on donne le résultat des mesures effectuées sur lesdits échantillonnages de gaz ambiant prélevés par référence entre les deux dites valeurs de mesures d'étalonnage mises en mémoire. 4. Dispositif d'étalonnage continu pour la mesure de taux de gaz partiel dans tout gaz ambiant, à partir d'échantillonnages de celui-ci, comprenant un circuit de contrôle (12, 15) incorporant au moins un moyen de mesure (2, 3) dudit taux de gaz partiel, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de dérivation (13) comprenant au moins un moyen (6, 7) apte à absorber toute molécule dudit gaz partiel contenu au moins dans la totalité d'un échantillonnage, ledit circuit de dérivation (13) étant monté en parallèle, et en amont dudit moyen de mesure (2, 3), sur une partie (12) du circuit d'alimentation directe de ce dernier. 5. Dispositif d'étalonnage continu selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de dérivation (14) monté en parallèle sur le circuit d'alimentation (12) en amont dudit moyen de mesure (2) et comprenant un moyen (8) apte à générer des molécules dudit gaz partiel à une concentration donnée. 6. Dispositif d'étalonnage selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite dérivation (14) est montée en parallèle dans le même circuit (11) de dérivation que celui (13) comprenant au moins lesdits moyens (6, 7) aptes à absorber toute molécule dudit gaz partiel. 7. Dispositif d'étalonnage selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite dérivation (14) est montée en parallèle sur la partie (132) du circuit de sortie des moyens (6, 7) aptes à absorber toute molécule dudit gaz partiel et peut être ainsi, soit branchée en série avec ceux-ci, soit être isolée de la dérivation (13) comprenant ces derniers. 8. Dispositif d'étalonnage selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le taux de gaz partiel à mesurer est au moins celui du dioxyde de carbone C02 et le moyen (6) apte à absorber celui-ci est un récipient fermé contenant de la chaux sodée. 9. Dispositif d'étalonnage selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que le taux de gaz partiel à mesurer est au moins celui du monoxyde de carbone CO et le moyen (7) apte à absorber celui-ci est un récipient fermé contenant de l'hopcalite. 10. Dispositif d'étalonnage selon l'une quelconque des revendications 8 à 9, caractérisé en ce que le moyen générateur (8) de gaz partiel est une résistance chauffante située à l'intérieur d'une enceinte cylindrique remplie en partie par une paraffine qui est portée à une température proche de son point de fusion.