Brevet FR2745085A1 — publié le 19970822

La présente invention concerne un appareil de mesure de la teneur d'un fluide en une substance donnée. On connaît déjà de tels appareils pour mesurer la teneur en vapeur d'alcool de l'haleine expirée, en vue d'estimer le taux d'alcool dans le sang. Parmi ces appareils connus pour mesurer l'alcoolémie, on a représenté sur la figure 1 des dessins annexés un éthylomètre couramment disponible dans le commerce, comportant un moyen pour détecter la présence de vapeur d'alcool dans l'haleine, constitué d'une masse réactive poreuse 1 qui se colore progressivement par réaction chimique avec ladite vapeur d'alcool en fonction du volume de gaz qui traverse cette masse, un tube creux 2 ouvert à ses extrémités longitudinales, dans lequel est logé ladite masse de façon que l'air expiré pénétrant dans le tube par une extrémité sorte par l'autre extrémité après avoir traversé la masse, un moyen de mesure de la teneur en vapeur d'alcool de l'haleine, constitué d'une graduation 3 sur la portion du tube contenant la masse réactive, ladite graduation étant étalonnée en fonction d'un volume prédéterminé de gaz traversant la masse, et un moyen pour limiter le volume de gaz traversant le tube, constitué d'un poche souple gonflable 4, destinée à être reliée à une extrémité du tube et dont le gonflement est limité au volume étalon prédéterminé précité, ladite poche étant munie d'une soupape au niveau de son embout. Le mode d'emploi de cet éthylomètre consiste à souffler dans la poche limitante jusqu'à ce qu'elle soit complètement remplie, puis à vider complètement la poche à travers le tube après avoir inséré l'embout 5 de la poche sur une extrémité de celui-ci, et enfin à comparer le repère gradué 3 avec la longueur de réactif qui a changé de couleur, pour obtenir une estimation du taux d'alcool dans le sang. Toutefois, ce type d'éthylomètre présente de nombreux inconvénients, notamment des risques de fuite au niveau de la poche limitante elle-même et de sa connection au tube, alors que les spécifications d'homologations des éthylotests exigent que ces appareils ne présentent aucun défaut d'étanchéité. I1 en résulte un surcoût important pour atteindre une telle étanchéité. Cet appareil est également compliqué à l'usage car il nécessite trois opérations distinctes pour l'utilisateur. D'autre part, lorsque le test se révèle négatif, la masse réactive ne change pas de couleur mais réagit avec la vapeur d'eau contenue dans le souffle, ce qui rend le tube inutilisable, c'est-à-dire inopérant lors d'un usage ultérieur. Toutefois, rien sur le tube ne permet de savoir s'il est neuf ou a déjà été utilisé au cours d'un contrôle négatif, car le tube et la poche gonflable sont en deux pièces séparées. La présente invention a donc pour but d'éliminer les inconvénients précités et de proposer un nouvel appareil pour mesurer la teneur d'un fluide en une substance donnée qui soit de fabrication et d'usage plus simples. A cet effet, la présente invention a pour objet un appareil pour mesurer la teneur d'un fluide en une substance donnée, comportant un moyen pour détecter la présence de ladite substance dans le fluide, constitué d'une masse réactive poreuse qui se colore progressivement par réaction chimique avec ladite substance en fonction du volume de fluide qui traverse la masse, un tube creux ouvert à ses deux extrémités longitudinales, dans lequel est logée ladite masse, un moyen de mesure de la teneur du fluide en ladite substance, constitué par exemple d'une graduation sur la portion longitudinale du tube contenant la masse réactive, ledit moyen de mesure étant étalonné en fonction d'un volume prédéterminé de fluide traversant la masse, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen pour contrôler le volume de fluide traversant le tube, constitué d'un indicateur thermo-sensible qui indique que la masse réactive a atteint une température critique d'échauffement correspondant au passage d'un volume de fluide à travers la masse égal au volume étalon prédéterminé précité. Dans l'invention, on supprime toute poche limitante et on se sert de la chaleur engendrée par la réaction exothermique entre la masse réactive et la vapeur d'eau contenue dans le fluide pour signaler qu'un volume de fluide égal au volume étalon prédéterminé a traversé le tube et donc que l'utilisateur doit arrêter de souffler. L'invention est donc basée sur l'utilisation de la réaction exothermique entre la masse réactive et le fluide et sur la corrélation entre le volume de fluide traversant la masse et la température d'échauffement de celle-ci. Dans un premier mode de réalisation préféré de l'invention, l'indicateur thermique précité est constitué d'une solution réactive telle qu'une encre qui vire instantanément de couleur et de manière irréversible lorsque la température critique précitée est atteinte. Dans une variante de réalisation, cette solution réactive est imbibée dans des granulés de silice retenus à l'intérieur du tube à proximité de la masse réactive. Dans une autre variante, la solution réactive est imbibée dans une pastille qui est fixée ou encastrée dans la paroi du tube, sur sa face interne ou externe, au droit ou au voisinage de ladite masse réactive. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'indicateur est monté sur une bague entourant extérieurement le tube au niveau ou au voisinage de la masse réactive poreuse. Cette bague peut être prévue amovible en vue d'une réutilisation de l'indicateur sur un autre tube, lorsque l'indicateur thermique est réversible. Dans un autre mode de réalisation, l'indicateur thermique précité comporte un élément avertisseur sonore ou un voyant lumineux qui est déclenché lorsque la température critique est atteinte. Dans encore un autre mode de réalisation, l'indicateur thermique précité comporte un capteur de température et un moyen pour afficher la température détectée. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'appareil comporte un élément révélateur de son état usagé ou non, lequel élément révélateur est constitué par l'indicateur thermo-sensible précité, lorsque ce dernier est irréversible. En effet, même lorsque le test se révèle négatif, la réaction exothermique se produit et déclenche donc l'indicateur thermo-sensible qui signalera que l'appareil a déjà été utilisé. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'appareil comporte un élément révélateur de son état périmé ou non, lequel élément révélateur est constitué par l'indicateur thermo-sensible précité lorsque ce dernier est irréversible, et dont la température critique est portée à la température à laquelle la masse réactive est susceptible de se dégrader sous l'effet d'un échauffement externe, par exemple lors d'une exposition prolongée de l'appareil au soleil. La température critique est avantageusement choisie dans la plage allant de 450C à 700C, dans laquelle plage de température la courbe de chauffe de la réaction exothermique en fonction du volume de fluide ne varie pratiquement pas en fonction de la température ambiante. De préférence, la température critique est sensiblement égale à 550C. L'appareil de l'invention peut être utilisé par exemple comme éthylomètre ou pour mesurer le taux de pollution de l'air en monoxyde d'azote, vapeur nitreuse ou dioxyde de carbone, ou bien encore pour mesurer le taux d'une substance donnée dans un liquide. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre de plusieurs modes de réalisation particuliers, actuellement préférés de l'invention, donnés à titre uniquement illustratif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels - La figure 1 est une vue schématique partielle et partiellement en coupe d'un éthylomètre connu - La figure 2 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation de l'appareil de l'invention - La figure 3 est une vue partielle montrant un détail de la figure 2, indiqué par la flèche III - Les figures 4 à 7 sont des vues analogues à la figure 3, mais représentant des variantes de réalisation de l'appareil de l'invention - La figure 8 montre schématiquement trois autres indicateurs thermo-sensibles pouvant être utilisés dans l'appareil de l'invention - La figure 9 est un graphique représentant la courbe de chauffe de la masse réactive en fonction du volume de fluide qui la traverse ; et - La figure 10 est une vue partielle d'encore un autre mode de réalisation de l'appareil de l'invention. Suivant l'exemple de réalisation représenté sur les figures 2 et 3, l'appareil de l'invention comporte une masse réactive poreuse 1 constituée par exemple d'un sel de chrome VI supporté par des granulés de silice, et un tube creux 2 ouvert à ses extrémités longitudinales et dans lequel est logée ladite masse. Deux grilles ou cloisons perforées 6, 7 sont fixées transversalement à l'intérieur du tube 2 de part et d'autre de la masse 1, pour retenir les granulés constitutifs de ladite masse. Les grilles 6, 7 peuvent également servir à filtrer et réguler le débit de fluide passant à travers la masse 1. On a représenté sur la figure 2 une graduation comportant un seul repère 3 correspondant au taux d'alcool maximal autorisé par la loi, mais on pourrait bien entendu graduer toute la longueur de la portion de tube contenant la masse réactive 1. On pourrait également prévoir un autre moyen de mesure constitué d'une luminance de référence du changement de couleur de la masse réactive portée par exemple sur le tube, la teneur en fluide étant mesurée par lecture du contraste entre ladite luminance de référence et la luminance effective du changement de couleur. On voit sur les figures 2 et 3 qu'une pastille 7 est collé sur la face externe de la paroi du tube 2, au droit de la masse réactive 1, et plus précisément entre la grille amont 6 et le repère 3. Cette pastille 8 contient une encre, peinture ou charge thermo-sensible qui vire instantanément de couleur et de manière irréversible lorsqu'une température critique donnée est atteinte. Une telle encre, peinture ou charge est connue en soi et est utilisée notamment sur les emballages des produits surgelés pour contrôler que la température de ces derniers reste dans les plages de conservation autorisées. La masse réactive poreuse est également connue en soi et peut être préparée par tous procédés adaptés. Dans la variante illustrée sur la figure 4, la pastille 8 est encastrée sur la face externe de la paroi du tube 2. Sur la figure 5, la pastille 8 est collée sur la face interne de la paroi du tube 2 au voisinage de la grille aval 7 précitée. Dans le mode de réalisation de figure.6, la pastille 8 est supprimée et remplacée par des granulés de silice 9 imbibés avec l'encre précitée, lesquels granulés 9 sont logés à l'intérieur du tube 2 et retenus entre la grille aval 7 et une autre grille analogue 10. Dans un autre mode de réalisation représenté sur la figure 7, l'appareil de l'invention comporte une bague périphérique 11 qui entoure extérieurement le tube 2, au niveau de la masse réactive 1, plus précisément entre la grille amont 6 et le repère 3. La bague 11 supporte un indicateur thermo-sensible (non représenté) signalant lorsque la masse réactive 1 atteint la température critique précitée, et peut être prévue amovible en vue de sa réutilisation lorsque l'indicateur est réversible. On voit sur la figure 8, un premier indicateur comportant un élément avertisseur sonore 12 qui est déclenché lorsque la température critique est atteinte, par exemple par un fusible ou un système bilame à dilatation différentielle, un second indicateur comportant un affichage numérique de température 13, et un troisième indicateur comportant un affichage de température gradué à aiguille 14, ces deux derniers indicateurs 13, 14 étant reliés à un capteur de température non représenté. On pourrait également prévoir à la place de l'avertisseur sonore 12 un voyant lumineux. On va maintenant décrire une application particulière de l'invention, en référence au graphique illustré sur la figure 9. Ce graphique représente l'évolution de la courbe de température d'une masse réactive poreuse en fonction du volume de gaz qui la traverse. Dans cette application particulière, la masse réactive poreuse est formé d'un gel de silice imprégné d'une solution réactive constituée de sel de chrome VI dont la densité est 1,80, et le gaz est de l'air soufflé à une pression d'environ 30 millibar. On a mesuré pour trois échantillons de cette masse réactive poreuse, la température dégagée par la réaction exothermique entre la vapeur d'eau contenue dans le gaz et le réactif chimique supporté par le gel de silice, en fonction du volume de gaz qui est soufflé à travers la masse. On a indiqué dans le tableau ci-dessous les valeurs moyennes sur les trois échantillons de la température mesurée en fonction du volume d'air. Tableau Température moyenne en C Volume d'air en ml 20,0 0 21,7 100 23,3 200 26,0 300 30,7 400 33,7 500 36,3 600 41,0 700 44,3 800 47,7 900 51,0 1000 54,7 1100 59,0 1200 I1 faut noter ici que les valeurs de température indiquées dans ce tableau ont été mesurées par un capteur de température séparé de la masse réactive poreuse par une mince paroi en plastique, de sorte que ces valeurs intègrent donc l'inertie thermique de la paroi d'un tube en plastique. Bien entendu, la paroi du tube pourrait être en un matériau différent, par exemple en verre. Les valeurs moyennes de température indiquées dans ce tableau ne s'écartent des températures mesurées pour chaque échantillon que de + 10C à 20C. Les mesures référencées dans le tableau ci-dessus ont été obtenues pour une température ambiante de 20,00C et sont représentées sur le graphique de la figure 9 par la courbe à points carrés 15. Sur le graphique de la figure 9, on voit également une courbe à points triangulaires 16 représentant des mesures effectuées à une température ambiante supérieure à 200C, ainsi qu'une autre courbe à points losangés 17 représentant des mesures effectuées à une température ambiante inférieure à 200C. On voit sur la figure 9 que les trois courbes 15, 16 et 17 se confondent à partir d'un volume de fluide supérieur à environ 800 ml et que la température de réaction s'élève jusqu'à environ 700C pour un volume de 1400 ml avant de décroître au-delà. Par conséquent, la plage de température exploitable quelle que soit la température ambiante, pour choisir la température critique Tc de l'indicateur thermo-sensible, est comprise entre environ 450C et 700C, ce qui définit un volume étalon Vo compris entre environ 800 et 1400 ml. On choisit par exemple la température critique Tc égale à 55 OC, à laquelle température le réactif chimique est susceptible de se dégrader, ce qui définit un volume étalon Vo égal à environ 1100 ml. La graduation du tube sera alors effectuée pour un volume de gaz traversant le tube égal à Vo. Sur la figure 10, on a représenté un bec ou embout flexible en forme de tuyau plastique 18 fixé à l'extrémité amont du tube 2 pour permettre à un utilisateur soufflant à travers celui-ci de visualiser l'indicateur thermique 8 et de s'arrêter de souffler dès que ce réactif thermique change de couleur, car alors il aura soufflé un volume Vo de gaz à travers la masse 1. On va maintenant brièvement décrire le fonctionnement de l'appareil de l'invention en référence à la figure 2. L'utilisateur vient souffler directement à travers le tube 2, suivant la flèche F indiquée sur la figure 2, sans utiliser de ballon. Pendant le soufflage, la vapeur d'eau contenue dans le gaz soufflé subit une réaction exothermique avec le réactif chimique lors de son passage à travers la masse 1, ce qui provoque un échauffement progressif de cette dernière. Lorsque la chaleur dégagée par cette réaction exothermique atteint la température critique Tc prédéfinie pour l'indicateur thermique 8, ce dernier change de couleur et l'utilisateur arrête aussitôt de souffler car un volume Vo d'air aura alors traversé la masse 1. L'utilisateur peut alors vérifier si le réactif chimique contenu dans la masse 1 a changé de couleur sur une longueur dépassant le repère 3. Si l'indicateur thermique 8 est du type à changement de couleur irréversible, l'utilisateur saura que ce tube est désormais usagé, même si la masse réactive 1 n'a pas changé de couleur car son haleine ne contenait aucune trace de vapeur d'alcool. D'autre part, si l'utilisateur laisse un tube neuf dans son véhicule qui reste exposé au soleil de manière prolongée, et que ce tube baigne de ce fait dans une chaleur dépassant 550C, l'indicateur thermique 8 virera de couleur, ce qui signalera à l'utilisateur que le tube est périmé du fait de la dégradation du réactif chimique à la chaleur. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y ait nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Appareil pour mesurer la teneur d'un fluide en une substance donnée, comportant un moyen pour détecter la présence de ladite substance dans le fluide, constitué d'une masse réactive poreuse (1) qui se colore progressivement par réaction chimique avec ladite substance en fonction du volume de fluide qui traverse la masse, un tube creux (2) ouvert à ses deux extrémités longitudinales, dans lequel est logée ladite masse, un moyen de mesure de la teneur du fluide en ladite substance, ledit moyen de mesure étant étalonné en fonction d'un volume prédéterminé (Vo) de fluide traversant la masse, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen pour contrôler le volume de fluide traversant le tube (2), constitué d'un indicateur thermo-sensible (8, 9, 11-14) qui indique que la masse réactive (1) a atteint une température critique d'échauffement (Tc) correspondant au passage d'un volume de fluide à travers la masse égal au volume étalon prédéterminé précité (Vo). 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'indicateur thermique précité (8, 9, 11) est constitué d'une solution réactive telle qu'une encre qui vire instantanément de couleur lorsque la température critique précitée (Tc) est atteinte. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite solution réactive est imbibée dans des granulés de silice (9) retenus à l'intérieur du tube (2) à proximité de la masse réactive (1). 4. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la solution réactive précitée est imbibée dans une pastille (8) qui est fixée ou encastrée dans la paroi du tube (2), sur sa face interne ou externe, au droit ou au voisinage de ladite masse réactive (1). 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'indicateur thermique précité comporte un élément avertisseur sonore (12) ou un voyant lumineux qui est déclenché lorsque la température critique est atteinte. 6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'indicateur thermique précité comporte un capteur de température et un moyen (13, 14) pour afficher la température détectée. 7. Appareil selon l'une des revendications 1, 2, 5 et 6, caractérisé en ce que l'indicateur thermique est monté sur une bague 11 entourant extérieurement le tube (2) au niveau ou au voisinage de la masse réactive poreuse (1). 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite bague (11) est amovible en vue d'une réutilisation de l'indicateur sur un autre tube, lorsque l'indicateur thermique est réversible. 9. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un élément révélateur de son état usagé ou non, lequel élément révélateur est constitué par l'indicateur thermo-sensible précité lorsque ce dernier est irréversible. 10. Appareil selon l'une des revendications précitées, caractérisé en ce qu'il comporte un élément révélateur de son état périmé ou non, lequel élément révélateur est constitué par l'indicateur thermo-sensible précité lorsque ce dernier est irréversible et dont la température critique (Tc) est portée à la température à laquelle la masse réactive (1) est susceptible de se dégrader sous l'effet d'un échauffement externe. 11. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température critique (Tc) est avantageusement choisie dans la plage allant de 450C à 700C. 12. Appareil selon les revendications 10 et 11, caractérisé en ce que la température critique (Tc) est sensiblement égale à 550C.