Brevet FR2767206A1 — publié le 19990212

Générateur de faibles quantités de gaz et procédé de génération d'un débit constant de gaz au moyen de ce générateur. La présente invention concerne un générateur de faibles quantités de gaz à une certaine fréquence. Le générateur selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend - une enceinte étanche de volume intérieur connu, pourvue d'un orifice d'entrée et d'un orifice de sortie auxquelles sont branchées respectivement une conduite d'entrée reliée à une source de gaz par l'intermédiaire d'une vanne d'entrée et une conduite de sortie munie d'une vanne de sortie, - et des moyens de commande d'ouverture et de fermeture des deux vannes, selon une séquence comprenant pour chaque cycle, une phase de remplissage de l'enceinte, une phase de stabilisation, une phase d'émission d'une quantité prédéterminée de gaz hors de l'enceinte et une phase de fin de cycle. L'invention concerne également un procédé de génération d'un débit constant de gaz au moyen de ce générateur. Ce procédé consiste à effectuer successivement la phase de remplissage en ouvrant la vanne d'entrée et en fermant la vanne de sortie pendant un certain temps, la phase de stabilisation en fermant la vanne d'entrée, la phase d'émission en maintenant la vanne d'entrée fermée et en ouvrant la vanne de sortie pendant un certain temps, et la phase de fin de cycle en fermant la vanne de sortie, cette séquence de phases se reproduisant à une fréquence prédéterminée. On décrira à présent l'invention de façon plus détaillée en regard des dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une représentation schématique du générateur de faibles quantités de gaz selon l'invention la figure 2 montre la variation de la pression à l'intérieur de l'enceinte au cours d'un cycle de fonctionnement ; et la figure 3 montre schématiquement une application du générateur à la détection de fuites dans une pièce. Avec référence à la figure 1, le générateur de faibles quantités de gaz comprend une enceinte étanche 10 de volume intérieur connu VG. L'enceinte comporte un orifice d'entrée auquel est branchée une conduite d'entrée 12 qui est reliée à une source de gaz 14 de pression connue PET I par l'intermédiaire d'une vanne d'entrée 16, et un orifice de sortie auquel est branchée une conduite de sortie 18 munie d'une vanne de sortie 20. Un premier capteur de pression 22 est branché sur la conduite d'entrée 12 afin de mesurer la pression d'entrée P, un second capteur de pression 24 est branché sur l'enceinte 10 afin de mesurer la pression de remplissage PTT la pression PR restant dans l'enceinte après un cycle et la pression de sortie Pss La pression PE de la source est nécessairement supérieure à la pression de sortie Ps La pression PE se mesure en fermant la vanne d'entrée 16 par le capteur 22 ou en fermant la vanne de sortie 20 avec le capteur 24. La pression PT se mesure par le capteur 24 après le cycle suivant : fermeture de la vanne de sortie 20 et ouverture de la vanne d'entrée 16 suivie par sa fermeture. La pression PR se mesure par le capteur 24 après le cycle suivant : fermeture de la vanne de sortie 20, ouverture et fermeture de la vanne d'entrée 16 suivie par l'ouverture et la fermeture de la vanne de sortie 20. La vitesse des cycles d'ouverture et de fermeture des vannes doit correspondre à la fréquence de travail du générateur. Toutefois, les capteurs de pression ne sont pas nécessaires car les différentes pressions définies ci-dessus peuvent être connues à l'avance ou mesurées. Une sonde de température 26 est prévue pour mesurer la température dans l'enceinte 10.Cette sonde également n'est pas nécessaire, la température pouvant être déterminée à l'avance. Les vannes 16, 20 peuvent être pilotées manuellement ou par des moyens de commande électriques ou mécaniques. Le générateur travaille par remplissage et vidage partiels ou entiers, successifs ou non, du volume VG. La fréquence ou le nombre de cycles par unité de temps est fonction du mode d'utilisation du générateur. Un cycle de fonctionnement comprend les phases suivantes 1. remplissage : la vanne 16 est ouverte et la vanne 20 est fermée 2. stabilisation : les deux vannes 16 et 20 sont fermées 3. génération du débit : la vanne 16 est fermée et la vanne 20 est ouverte 4. fin de cycle : les deux vannes 16 et 20 sont fermées. Les valeurs de la pression à l'intérieur de l'enceinte 10 pendant les quatre phases du cycle susmentionné sont les suivantes 1. remplissage : la pression varie entre la pression PR initiale au début du cycle et la pression finale de remplissage PT 2. stabilisation : la pression est PT 3. génération du débit : la pression varie entre la pression PT et la pression PR 4. fin de cycle : la pression est PR. Pendant tout le cycle, la pression à l'entrée de l'enceinte est la pression de la source PE et la pression à la sortie de l'enceinte est Ps. Ces valeurs sont connues à l'avance ou mesurées. D'autre part, on a PT S PE et PR 1 P5. Ces résultats sont résumés par la courbe de variations de la figure 2. Il est intéressant, pour faciliter l'utilisation du générateur, de choisir le volume VG de l'enceinte, le volume des conduites d'entrée et de sortie ainsi que la durée de la phase 1 du cycle de telle manière que PT = PE et de même, de choisir la durée de la phase 3 pour que PR = PS. On calculera à présent le volume de gaz qui est libéré à chaque cycle par le générateur. Pour cela, on notera que le fonctionnement du générateur est basé sur la loi de Boyle Mariotte PV = NkT (1) où P est la pression absolue en pascals V est le volume occupé par le gaz en m3 N est le nombre de molécules de gaz contenu dans l'enceinte k est la constante de Boltzman T est la température absolue en degrés Kelvin. Avec ces notations, et en utilisant la relation (1), on peut calculer le nombre de molécules NL libérées par cycle. On trouve NL = (PT - PR) VG/kT (2) Ce nombre de molécules correspond à un volume libéré VL tel que Ps VL = NLkT (3) En égalisant les valeurs de NL tirées de (2) et (3) on obtient (PT - PR) VG/kT = Ps VL/kT d'où l'on déduit VL = VG (PT - PR)/Ps. (4) Dans le cas particulier envisagé précédemment où PT = PE et PR = Ps, la formule (4) devient Vt = VG (PE - Ps)/Ps (5) Cette formule permet donc de connaître le volume de gaz qui est libéré par le générateur à chaque cycle, connaissant la valeur du volume VG de l'enceinte et des pressions de source PE et de sortie Ps. On a supposé dans ce qui précède que l'on utilise un gaz parfait, mais dans la pratique, les gaz utilisés sont des gaz réels. Dans ce cas, la précision du procédé expliqué cidessus reste valable dans la limite de la validité de la loi de Boyle-Mariotte appliquée aux gaz réels. On décrira à présent quelques exemples d'applications industrielles du générateur selon l'invention. EXEMPLE I Utilisation du générateur comme fuite étalon réglable. On sait qu'une fuite étalon sert à calibrer un appareil de contrôle de détection des fuites d'une pièce par chute de la pression dans cette pièce. Un appareil de détection de fuites par chute de pression fonctionne comme suit : la pièce dont on veut tester l'étanchéité est remplie avec un gaz test à une pression égale à la pression test. On mesure la chute de pression qui résulte de la présence d'un éventuel défaut d'étanchéité, au bout d'un temps de test t. La formule (5) montre que pour trouver le volume de gaz libéré au bout de ce temps, à partir de ladite chute de pression, il faut connaître le volume de la pièce à tester. Mais dans le cas général, ce volume n'est pas connu avec précision. Cette difficulté peut être contournée au moyen du générateur selon l'invention et à cet effet, on utilise le montage qui est illustré par la figure 3. Ce montage est analogue à celui de la figure 1, si ce n'est que la source de gaz a été remplacée par la pièce à tester 28 remplie de gaz sous pression. L'enceinte 10 est donc directement alimentée par ledit gaz sous pression. On peut alors générer à l'intérieur de l'enceinte une chute de pression qui correspond à la chute de pression dans la pièce au bout du temps de test t dans la pièce en raison du défaut d'étanchéité. Lorsque cette condition est satisfaisante, on peut écrire que le nombre de molécules NG qui s'échappent de l'enceinte est égal au nombre de molécules NF qui s'échappent à travers la fuite de la pièce 28 pendant le temps de test t, de manière à générer la même chute de pression dans la pièce que dans les conditions standards (Pe = 101 400 Pa et Tst = 285,15au). On a donc Na = NF (6) Or, vider NG molécules de gaz correspond à vider un volume VF de la pression PT à la pression PR, tel que VF(PT - PR) = Na kT (7) D'autre part, dans les conditions standards, un débit de fuite F en supposant qu'il s'agit d'un gaz parfait ou d'un gaz proche d'un gaz parfait, obéit à la loi de Boyle Mariotte FtPst = NFkTSt (8) où F est la valeur du débit de fuite en m3/s t est le temps de test en secondes NF est le nombre de molécules de gaz qui s'échappent à travers la fuite pendant le temps de test t. Le produit F.t est, bien entendu, le volume de gaz en m3 généré dans les conditions standards pendant le temps t. Des équations (6), (7) et (8) on tire VF(PT - PR)/kT = Ft Pst/kTgt et donc Cette formule permet donc de connaître le débit de fuite du récipient à chaque cycle du générateur. Le nombre de cycles qui peuvent être effectués est n = V/Va Le calcul effectué ci-dessus n'est correct que si la chute de pression générée dans la pièce est très faible en comparaison avec la différence des pressions PT et PR. Si cela n'est pas le cas, il faudrait calculer la chute de pression au fur et à mesure, avec les pressions PR et PT instantanées. EXEMPLE II Génération d'un débit massique ou volumique en continu. Le montage dans ce cas est celui de la figure 1, où l'on utilise à nouveau une source de gaz. Pour obtenir le débit massique souhaité, il faut faire fonctionner le générateur à une fréquence de remplissage et de vidage suffisamment grande. On a Dm = f NG (10) où Dm est le débit massique généré f est la fréquence du cycle remplissage-vidage Na est la quantité de molécules qui sortent du générateur par cycle. De (10) on tire f = Dm/NG et en tenant compte de (2), on obtient kT f = Dm (11) (PT - PR)VG Le débit volumique peut être exprimé par la formule Dv = f VL En remplaçant VL par sa valeur tirée de (4) on obtient : ce qui donne la fréquence Les formules (11) ou (12) permettent de calculer la fréquence à laquelle le générateur doit fonctionner pour obtenir le débit Dm ou DV voulu. REVENDICATIONS 1. Générateur de quantités de gaz à une certaine fréquence, caractérisé en ce qu'il comprend - une enceinte étanche (10) de volume intérieur connu, pourvue d'un orifice d'entrée et d'un orifice de sortie auxquelles sont branchées respectivement une conduite d'entrée (12) reliée à une source de gaz (14) par l'intermédiaire d'une vanne d'entrée (16) et une conduite de sortie (18) munie d'une vanne de sortie (20), - et des moyens de commande d'ouverture et de fermeture des deux vannes, selon une séquence comprenant pour chaque cycle, une phase de remplissage de l'enceinte, une phase de stabilisation, une phase d'émission d'une quantité prédéterminée de gaz hors de l'enceinte et une phase de fin de cycle. 2. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux capteurs de pression (22, 24) pour mesurer respectivement la pression à l'entrée et à la sortie de l'enceinte, et une sonde de température (26) pour mesurer la température à l'intérieur de l'enceinte. 3. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il ne comporte pas de capteur de pression ou de température, la pression et la température à l'intérieur de l'enceinte étant mesurées ou étant connues à l'avance. 4. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande sont manuels, électriques ou mécaniques. 5. Procédé de génération d'un débit constant de gaz au moyen du générateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer successivement la phase de remplissage en ouvrant la vanne d'entrée (16) et en fermant la vanne de sortie (20) pendant un certain temps, la phase de stabilisation en fermant la vanne d'entrée, la phase d'émission en maintenant la vanne d'entrée fermée et en ouvrant la vanne de sortie pendant un certain temps, et la phase de fin de cycle en fermant la vanne de sortie, cette séquence se reproduisant à une fréquence où DV est le débit volumique Ps est la pression à la sortie de l'enceinte PT est la pression de remplissage de l'enceinte PR est la pression qui reste dans l'enceinte après un cycle. 6. Application du générateur selon l'une des revendications 1 à 4, à la détection de fuites dans une pièce (26), caractérisé en ce qu'il consiste à remplacer la source de gaz par ladite pièce (26) que l'on remplit de gaz sous pression, et à générer à l'intérieur de l'enceinte une chute de pression qui correspond à la chute de pression dans la pièce au bout du temps de test t dans la pièce en raison du défaut d'étanchéité.