Brevet FR2773882A1 — publié le 19990723

La présente invention concerne un perméamètre, c'est-à-dire un appareil destiné à mesurer la perméabilité à l'air de matières poreuses pouvant se présenter notamment sous la forme de feuilles. Elle s'applique en particulier, mais non exclusivement, à la mesure de la perméabilité à l'air de papiers, gainages et/ou manchettes de cigarettes. D'une manière générale, on sait que pour effectuer la mesure de la perméabilité d'une épreuve pouvant consister en un objet de forme quelconque, on soumet deux faces opposées de cette épreuve à une différence de pression de manière à provoquer, dans la matière comprise entre ces deux faces, un courant d'air dont on mesure le débit. Cette différence de pression peut être obtenue soit en engendrant une dépression au niveau de l'une des faces et en portant l'autre face à la pression atmosphérique, soit, à l'inverse, en soumettant l'une des faces à une pression d'air tandis que l'autre face est portée à la pression atmosphérique. La mesure du débit d'air traversant l'épreuve est alors obtenue en maintenant constante la dépression ou la pression appliquée à l'épreuve et en mesurant à l'aide d'un débitmètre le flux d'air circulant dans le circuit engendrant, selon le cas, la dépression ou la pression. - 2 - Conformément à la nonnrme ISO 2695 et à la recommandation CORESTA No 40, la valeur UC de la perméabilité à une pression donnée est alors obtenue à partir de la formule suivante: Q(cm3/mn) UC= A(cm2). d (kPa) formule dans laquelle: d est l'écart de pression entre les deux faces de l'épreuve (généralement 1 kPa) Q est le débit d'air traversant une section A de l'épreuve (généralement 2 cm2) définie par la tête de mesure. Il s'avère que la perméabilité des objets et, en conséquence, les débits d'air à mesurer sont très variables. Par ailleurs, il est fréquemment utile de mesurer sur la même épreuve le débit à deux différentes pressions (ou dépressions), généralement 0,25 kPa et 1 kPa, en vue de déterminer un coefficient (appelé coefficient de persillage) qui exprime la linéarité de la caractéristique débit/pression. Enfin, il peut être souhaitable d'effectuer un tracé des caractéristiques débit/pression du flux d'air traversant l'épreuve, notamment en vue d'en déterminer l'équation exacte. Compte tenu du fait que pour effectuer un tel tracé on doit nécessairement faire varier la pression (ou la dépression) selon une très large plage, le problème résultant de l'exiguïté de la plage de mesure du débitmètre se pose d'une façon particulièrement aiguë. Ce problème imposait jusqu'ici une 3 2773882 intervention de l'opérateur pour effectuer les changements d'échelle. L'automatisation totale de ce type de mesure n'était donc pas concevable. L'invention a donc plus particulièrement pour but la réalisation d'un permnnéamètre qui permette une telle automatisation sans qu'il en résulte une altération des résultats de la mesure. Ce pennrméamètre fait intervenir une tête de mesure permettant d'emprisonner l'épreuve au moins partiellement et de façon étanche, et comprenant deux chambres donnant respectivement sur deux faces distinctes de l'épreuve, l'une de ces chambres, dite chambre de mesure, étant raccordée à un circuit de mesure comprenant successivement au moins un débitmètre et des moyens de pompage aptes à engendrer dans le circuit de mesure une pression ou une dépression, des moyens de régulation étant prévus pour maintenir le circuit de mesure à une pression déterminée. Selon l'invention, ce perméamètre est caractérisé en ce qu'il comprend un circuit électronique de traitement comprenant une pluralité d'amplificateurs calibrés dont les entrées sont reliées à la sortie analogique du débitmètre et dont les sorties sont connectées à des entrées respectives d'un multiplexeur, piloté par un processeur. La sortie de ce multiplexeur est, quant à elle, reliée à l'entrée d'un convertisseur analogique/numérique dont la sortie est connectée au processeur. Ce processeur est programmé de manière à assurer à la fois la commande du multiplexeur et d'un générateur de valeurs de consigne de pression des susdits moyens de régulation et à calculer la perméabilité de l'objet en fonction de la valeur de pression et de la valeur de débit qu'il reçoit sous forme numérique du convertisseur analogique/numérique. Selon une particularité de l'invention, la tension de sortie du débitmètre est appliquée à l'entrée d'une pluralité d'amplificateurs. Grâce à cette disposition, il devient possible d'effectuer avec une excellente résolution la mesure du débit détecté dans le circuit de mesure pour de très larges gammes de débit. Un mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est un schéma théorique d'un pennrméamètre automatique permettant une mesure rapide et précise de la perméabilité de feuilles de papier; La figure 2 est un diagramme tension/débit représentant les courbes de variation de sortie des amplificateurs calibrés prévus en sortie du débitmètre du perméamètre représenté figure 1. Dans cet exemple, le perméamètre comprend une tête 1 de mesure comprenant deux parties tubulaires cylindriques 2, 3 sensiblement de même diamètre, mobiles l'une par rapport à l'autre et pouvant se disposer coaxialement l'une vis-à-vis de l'autre pour venir en butée l'une contre l'autre en serrant entre leurs bords annulaires radiaux BI, B2 une feuille de papier 4 qui constitue ici l'épreuve dont on veut mesurer la perméabilité. Ces bords annulaires radiaux B1, B2 peuvent être revêtus d'une garniture permettant de garantir une bonne étanchéité entre les deux parties 2, 3 de la tête 1 et la feuille de papier 4. La partie tubulaire 3 est ouverte à ses deux extrémités tandis que la partie tubulaire 2 comprend un fond 5 situé du côté opposé au bord BI, de manière à délimiter une chambre d'aspiration CA refermée par la feuille 4. Cette chambre CA communique avec un conduit d'aspiration 6 comprenant successivement: - un filtre 7 destiné à empêcher que des particules de matière ne soient aspirées dans le conduit d'aspiration et ne vienne ensuite perturber les mesures; - un débitmètre 8 comprenant un organe déprimogène 9 monté en série dans le conduit d'aspiration 6 et un capteur de pression 10 mesurant l'écart de pression entre l'entrée et la sortie de cet organe déprimogène 9; - une électrovanne de régulation 11; - un circuit de mise à la pression atmosphérique 12 commandé par une électrovanne 13; et - une pompe aspirante 14 (ou tout autre générateur de vide). La pression à l'intérieur de la chambre CA est mesurée par un capteur de pression CP relié par sa sortie à un convertisseur analogique/numérique CA/N et à un circuit d'asservissement R qui commande l'électrovanne 11 en fonction de l'écart entre la valeur de la pression mesurée par le capteur CP et une valeur de consigne VC imposée par un convertisseur numérique/analogique CN/A GC piloté par le processeur PC selon un programme de mesure. Le signal analogique délivré par le capteur de pression 10 est appliqué, après filtrage et préamplification (préamplificateur 15), sur les entrées d'une pluralité d'amplificateurs calibrés A,, A2, A3, An dont les sorties sont reliées à des entrées respectives d'un multiplexeur MUX piloté par un processeur PC. La sortie de ce multiplexeur MUX est connectée à l'entrée d'un convertisseur analogique/numérique CA/N qui transmet successivement au processeur PC les valeurs numériques correspondant aux tensions délivrées par les amplificateurs Al... An. Le processeur PC est couplé à une console clavier/écran CE et est relié au générateur de valeur de consigne GC associé au circuit d'asservissement R. Le fonctionnement de ce dispositif est illustré sur la figure 2 qui comprend un diagramme montrant une courbe de variation tension de sortie des amplificateurs Al... An/débit. Dans ce diagramme, les courbes TI, T2, T3 correspondent respectivement aux tensions délivrées par les amplificateurs A1, A2, A3. Les gains de ces amplificateurs A1, A2, A3 sont respectivement de 1, 10, 100. Sous la commande du processeur PC, le multiplexeur MUX applique successivement les tensions de sortie des amplificateurs AI, A2, A3 sur l'entrée du convertisseur analogique/numérique CA/N, étant entendu qu'à un instant donné, seule la plus grande de ces tensions de sortie mais inférieure à la tension de saturation est prise en considération. Comme précédemment mentionné, le processeur PC assure la commande des valeurs de consigne du circuit de régulation de pression R. Ainsi, le processeur pourra effectuer le tracé de la courbe pression/débit sur l'écran E ou sur une imprimante en commandant une séquence comportant une succession de cycles comprenant chacun, en partant d'une valeur minimale de pression de consigne: - une incrémentation Ap de la pression de consigne, - une stabilisation de la pression nouvellement acquise, - la mesure analogique du débit, - la détermination de la valeur numérique du débit par multiplexage des tensions de sortie des amplificateurs A1... An, avec conversion analogique/numérique desdites tensions, et correction éventuelle des 7 2773882 résultats pour tenir compte des variations de gain entre les amplificateurs Al... An, - la mesure analogique de la pression réelle, la détermination de la valeur numérique de la pression par conversion A/N, - la mémorisation du couple pression/débit mesuré dans une mémoire associée au processeur PC. Bien entendu, lorsque la totalité des couples débit/pression correspondant à la plage de variation de pression de la courbe pression/débit que l'on souhaite relever a été mémorisée, le processeur PC peut alors exécuter à l'écran E ou sur l'imprimante un tracé de la courbe et calculer la perméabilité selon la formule précédemment évoquée ainsi que le coefficient de persillage caractérisant la relation débit/pression conformément au processus suivant: - L'établissement successif dans la chambre CA de pressions de 0,25 kPa et de 1,00 kPa. - La mémorisation des débits d'air respectifs QI et Q2 (cm3 min') relevés pour ces deux pressions. - Le calcul du ratio Y par la formule: Y=(Q / Q2)x(1,0 / 0,25) - La répétition de cette procédure pour d'autres épreuves et le calcul de la moyenne des valeurs obtenues pour la valeur Y. - Si la valeur moyenne de Y ne s'écarte pas plus de 2 % de la valeur 1,00 (ou en pratique ne dépasse pas 1,02), la relation débit/pression est linéaire. Dans le cas contraire, cette relation sera considérée comme non-linéaire. - S'il s'avère que le matériau d'essai a des caractéristiques de débit/pression non-linéaires, la mesure du débit d'air pour une seule différence de pression n'est pas suffisante pour caractériser le matériau. Le débit d'air doit être également déterminé en utilisant la deuxième différence de pression de 0,25 kPa. - 8 - 2773882 Typiquement, l'appareil précédemment décrit pourra comprendre 3 grammes de mesure automatiques de débit: 0 -- 800 cm3/mn résolution 0,3 cm3/mn 800 > 8000 cm3/mn résolution 3 cm3/mn 8000 -_ 80 000 cm3/mn résolution 30 cm3/mn La régulation de la pression d'épreuve étant comprise entre 0 et 2 kPa avec une précision de la pression de 0,001 kPa. Cet appareil pourra présenter trois types de fonctionnement: - mesure à 1 seule valeur de dépression (généralement 1 kPa); - mesure à 2 dépressions successives (généralement 1 kPa et 0,25 kPa) avec calcul du coefficient de persillage; - tracé de la caractéristique débit/pression (la pression variant de 0 à 2 kPa) avec calcul du coefficient de persillage. 9 2773882 Revendications 1. Perméamètre du type comportant une tête de mesure (1) permettant d'emprisonner l'épreuve (4) au moins partiellement et de façon étanche, cette tête de mesure (1) comprenant deux chambres donnant respectivement sur deux faces distinctes de l'épreuve, l'une de ces chambres (CA) étant raccordée à un circuit de mesure (6) comportant successivement au moins un débitmètre analogique (8) et des moyens de pompage (14) aptes à engendrer dans le circuit de mesure (6) une pression ou une dépression, des moyens de régulation (CP, R, 11) étant prévus pour maintenir le circuit de mesure (6) à une pression déterminée, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit électronique de traitement comprenant une pluralité d'amplificateurs (AI... An) calibrés dont les entrées sont reliées à la sortie analogique du débitmètre (8) et dont les sorties sont connectées à des entrées respectives d'un multiplexeur (MUX), piloté par un processeur (PC), la sortie de ce multiplexeur (MUX) étant reliée à l'entrée d'un convertisseur analogique/numérique (CA/N) dont la sortie est connectée au processeur (PC). 2. Perméamètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le processeur (PC) est programmé de manière à assurer à la fois la commande du multiplexeur (MUX) et d'un générateur de consigne de pression (GC) des susdits moyens de régulation (R). 3. Perméamètre selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le processeur (PC) est programmé de manière à calculer la perméabilité de l'objet en fonction de la valeur de pression établie dans la chambre de mesure (CA) et de la valeur de débit qu'il reçoit sous forme numérique du convertisseur analogique/numérique (CA/N). - 10- 2773882 4. Perméamètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le processeur (PC) commande le multiplexeur (MUX) successivement les tensions de sortie des amplificateurs (A1, A2, A3) sur l'entrée du convertisseur analogique/numérique (CA/N) et prend, à chaque instant en considération la plus grande de ces tensions de sortie mais inférieure à la tension de saturation desdits amplificateurs. 5. Pennrméamètre selon la revendication 2, caractérisé en ce que le susdit générateur de consigne de pression (GC) est piloté par le processeur (PC). 6. Permnéamètre selon la revendication 5, caractérisé en ce que le processeur est programmé de manière à relever la courbe pression/débit grâce à une séquence comportant une succession de cycles comprenant chacun, en partant d'une valeur minimale de pression de consigne: - une incrémentation (Ap) de la pression de consigne, - une stabilisation de la pression et l'acquisition de sa valeur, - la mesure analogique du débit, la détermination de la valeur numérique du débit par multiplexage des tensions de sortie des amplificateurs (A1... An), avec conversion analogique/numérique desdites tensions, et correction éventuelle des résultats pour tenir compte des variations de gain entre les amplificateurs (AI... An) - la mémorisation du couple pression/débit mesuré dans une mémoire associée au processeur (PC). 7. Perméamètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le processeur (PC) calcule le coefficient de persillage caractérisant la relation débit/pression conformément au processus suivant: - 1 - 2773882 - l'établissement successif dans la chambre (CA) de pressions de consigne de 0,25 kPa et de 1,00 kPa, - la mémorisation des débits d'air respectifs Ql et Q2 (cm3 min-') relevés, - le calcul du ratio Y par la formule: Y = (Qi / Q2) x (1,0 / 0,25) - la répétition de cette procédure pour plusieurs épreuves, et - le calcul de la moyenne des valeurs Y ainsi obtenues.