Brevet FR2844356A1 — publié le 20040312

L'invention concerne une tête de mesure destinée à un dispositif de mesure de la concentration d'un gaz paramagnétique dans un échantillon gazeux, en particulier d'oxygène dans du gaz respiratoire. Un dispositif connu de mesure de la concentration d'un gaz 5 paramagnétique est connu par le document DE 100 37 380 Ai et est caractérisé par une source de champ magnétique modulable comprenant un entrefer, une source de modulation destinée à émettre un signal de modulation en direction de la source de champ magnétique, un élément de mesure monté, au moins partiellement, à l'intérieur de l'entrefer, chauffé par une source de 10 courant à une température de fonctionnement, destiné à délivrer un signal de mesure sur le flux thermique, et caractérisé par un dispositif filtrant relié à l'élément de mesure, destiné à séparer les fluctuations apparaissant dans le signal de mesure de flux thermique, sur la base de la modulation du champ magnétique, l'amplitude variable des fluctuations représentant une mesure de 15 la teneur en gaz paramagnétique dans l'échantillon gazeux. La mesure de la concentration en oxygène s'effectue dans l'entrefer d'un système magnétique électriquement modulable, entrefer qui est équipé d'une cuvette pour le gaz à mesurer. Avec les systèmes de mesure utilisés jusqu'à présent, il est difficile, d'une part, de fabriquer des noyaux de bobines adaptés, permettant de 20 générer, de façon reproductible, les densités élevées de flux magnétique, dans l'entrefer qui contient la cuvette pour le gaz à mesurer, qui sont requises pour obtenir un signal de mesure puissant. D'autre part, l'entrefer étroit, pour permettre d'effectuer des mesures fiables, doit être fabriqué avec une bonne précision géométrique et de très faibles tolérances. Enfin, les champs 25 parasitaires électriques et magnétiques doivent être supprimés, afin de ne pas gêner les mesures. En dernier lieu, il est souhaitable de pouvoir disposer d'une protection mécanique du système de mesure. Les dispositifs de mesure connus jusqu'à présent présentent les défauts énoncés ci-dessus. L'invention a pour but de fournir une tête de mesure perfectionnée, 30 comportant un entrefer précis, une homogénéité élevée du champ magnétique, une protection vis-à-vis des champs parasitaires électromagnétiques, la tête de mesure constituant, en outre, une protection mécanique et étant constituée de peu de constituants. Ce but est atteint grâce au fait que: a) la tête de mesure présente une première et une deuxième parties de boîtier cylindriques, constituées en alliage d'acier, destinées à recevoir chacune un corps formant bobine magnétique s'étendant de façon concentrique autour de l'axe médian de chaque partie de boîtier, b) au centre de la tête de mesure sont disposés, dans la zone de l'axe médian de la partie de boîtier, des barreaux métalliques cylindriques, qui 5 servent de pôles magnétiques pour la tête de mesure et, lorsque la tête de mesure est assemblée, qui sont écartés selon un entrefer défini, c) dans l'entrefer qui sépare les parties de boîtier est prévu un logement pour la cuvette de gaz à mesurer, qui sert au positionnement d'un support destiné à la cuvette de gaz à mesurer, et d) le logement pour la cuvette de gaz à mesurer est équipé d'une entrée et d'une sortie de gaz. Un avantage essentiel apporté par la tête de mesure selon l'invention réside dans la conformation compacte des composants du système, qui sont relativement faciles à fabriquer, et qui comprennent le système 15 magnétique, le logement pour la cuvette de gaz à mesurer et le boîtier. La tête de mesure selon l'invention est constituée d'un boîtier cylindrique divisé en deux, à mi-hauteur duquel, dans la zone de l'axe médian, sont prévus des barreaux cylindriques métalliques, qui servent de pôles magnétiques. Le premier corps formant bobine, dont la géométrie est adaptée, se 20 trouve dans la première partie du boîtier cylindrique, tandis que la deuxième partie du boîtier reçoit un deuxième corps formant bobine. La cuvette de gaz à mesurer, et la conduite de gaz destinée à la cuvette de gaz à mesurer sont soit logées dans la deuxième partie de boîtier, soit, en variante, se trouvent dans un module supplémentaire entre la première partie de boîtier et la deuxième. Avantageusement, le logement pour la cuvette de gaz à mesurer est formé dans le corps formant bobine magnétique et est constitué par des évidements servant à recevoir le support pour la cuvette de gaz à mesurer. De façon avantageuse, au moins une douille fixe est prévue pour assurer le raccord avec un système externe de prélèvement d'échantillon 30 gazeux. Suivant une forme de réalisation, la conduite de gaz est réalisée sour la forme de canaux de gaz séparés, présents dans la paroi du deuxième corps formant bobine magnétique, parallèlement à l'axe médian de la deuxième partie de boîtier, et la douillle fixe, au nombre minimum d'une, qui 35 sert à assurer le raccord vers un système externe de prélèvement d'échantillon, est reliée au deuxième corps formant bobine magnétique. Suivant un mode d'exécution, un module supplémentaire, en forme de plaque, est inséré et s'adapte exactement entre les parties de boîtier, et présente le logement pour cuvette et l'entrée et la sortie de gaz. Suivant une possibilité, les parties de boîtier sont constituées en 5 acier de décolletage et, en particulier, ne forment qu'une seule pièce avec le barreau cylindrique qui leur est associé. Avantageusement, le module est constitué dans un matériau ne conduisant pas le flux magnétique, en particulier dans un polysulfone (PSU) ou en POCAN D. De façon avantageuse, l'entrefer qui existe entre les barreaux cylindriques qui servent de pôle magnétique est réglé et ajusté au moins d'un filetage présent sur l'un des barreaux. Deux exemples d'exécution de l'invention vont maintenant être expliqués à l'aide des figures, dans lesquelles la figure 1 est une vue en coupe à travers les composants d'un premier exemple d'exécution de l'invention et la figure 2 est une vue éclatée des composants d'un deuxième exemple d'exécution de l'invention. La tête de mesure selon la figure 1 est constituée par un boîtier 20 cylindrique divisé en deux, comprenant une première partie de boîtier 21, représentée en bas à la figure 1, constituée dans un alliage d'acier adapté (acier de décolletage) et pouvant être usiné avec précision grâce à des procédés de fabrication classiques, tels que le tournage et le fraisage. A milongueur de l'axe médian des première et deuxième parties de boîtier 21, 2 se 25 trouvent des barreaux cylindriques 31, 3, qui servent de pôles magnétiques pour le système magnétique et entre lesquels est formé un entrefer précis. Il est possible de régler et d'ajuster l'entrefer grâce à la présence d'un barreau 31 ou 3, qui peut, par exemple, tourner dans un filetage. Le premier corps formant bobine magnétique 4, de géométrie adaptée, est monté dans la première partie 30 de boîtier 21 et constitue la première partie du système magnétique. La deuxième partie du système magnétique est constituée par la deuxième partie de boîtier 2, qui est également constituée en alliage d'acier, dans laquelle est introduit le deuxième corps formant bobine magnétique 5, ainsi que la conduite de gaz intégrée 7 et un logement pour cuvette de gaz à mesurer 6 formée en 35 conséquence. La cuvette de gaz à mesurer, montée dans le support 1 pour la cuvette de gaz à mesurer, est positionnée en s'adaptant exactement et avec précision dans le logement pour cuvette de gaz à mesurer 6, entre les parties de boîtier 21, 2 et les barreaux cylindriques 31, 3 qui forment les pôles 5 magnétiques. Ainsi, le support 1 pour la cuvette de gaz à mesurer est également protégé mécaniquement. Les parties de boîtier 2, 21 assemblées forment le boîtier de la tête de mesure, servent à recevoir les corps formant bobines magnétiques 4, 5 et remplacent, en même temps, les coeurs de bobines magnétiques qui étaient requis jusqu'à présent, et qui étaient fabriqués 10 et montés séparément. La forme d'exécution choisie permet d'éviter les pertes électromagnétiques vers le milieu ambiant, et constitue une protection vis-à-vis des perturbations électromagnétiques extérieures. Elle garantit, en outre, une construction compacte, robuste et peu coteuse. La conduite de gaz 7, qui sert à amener et évacuer l'échantillon de gaz, est réalisée sous forme de deux 15 canaux présents dans la paroi du deuxième corps formant bobine magnétique , qui s'étendent parallèlement à l'axe longitudinal de la deuxième partie de boîtier 2 cylindrique. Les deux canaux de gaz débouchent, au niveau du logement pour cuvette de gaz à mesurer 6, dans l'entrée et la sortie de gaz 8, 81 du support 1 pour la cuvette de gaz à mesurer. Le raccord avec la conduite 20 de gaz externe, qui mène par exemple à un système de prélèvement d'échantillon gazeux d'un appareil d'anesthésie ou d'assistance respiratoire, est assuré par deux douilles 9, 91 reliées à la deuxième partie de boîtier 2. Les douilles 9, 91 servent de raccords de tuyaux destinés aux conduites d'amenée et d'évacuation externe du gaz. La figure 2 représente une variante d'exécution de la tête de mesure, les mêmes composants étant désignés par les mêmes références. Le transport du gaz est assuré par un module 10 raccordant mécaniquement les deux parties de boîtier 2, 21 au moyen de tenons et évidements, module qui est constitué dans un matériau ne conduisant pas le flux magnétique et, 30 spécialement, dans une matière synthétique, en particulier en polysuifone ou en POCAN , ce module étant intégré dans le système magnétique en l'assemblant avec les parties de boîtier 2, 21. Le module 10 accouple ainsi les parties de boîtier 2, 21 suivant un écart défini, permet d'établir le transport du gaz, intègre le support 1 pour la cuvette de gaz à mesurer, ainsi que la cuvette 35 pour le gaz à mesurer, et les protège mécaniquement. Le logement pour la cuvette de gaz à mesurer 6 se trouve dans la zone de l'axe médian, sur le module 10. Comme dans le cas du premier exemple d'exécution, la cuvette de gaz à mesurer est remplie en gaz par l'entrée et la sortie de gaz 8, 81. Le raccord avec un système externe de prélèvement d'échantillon gazeux s'effectue au moyen de douilles 9, 91, intégrées dans le module 10, ce qui 5 soulage mécaniquement le système de prélèvement d'échantillon gazeux de la traction exercée par le module 10 et par son raccordement avec le reste du système magnétique. Ceci permet d'éviter toute perturbation de la mesure, en raison de phénomènes mécaniques externes s'appliquant au support 1 pour la cuvette de gaz à mesurer. Ceci est également valable pour l'exemple 10 d'exécution selon la figure 1, avec le raccord avec un système externe de prélèvement d'échantillon gazeux qui est assuré par les douilles 9, 91. Etant donné que le courant gazeux circule à l'intérieur du système magnétique, les pertes que cela engendre réchauffent l'échantillon gazeux à mesurer, ce qui permet un réglage rapide, nécessitant peu de puissance, à la 15 température de fonctionnement qui règne à l'intérieur de la cuvette pour gaz à mesurer. Si l'on veut mesurer la concentration d'un gaz paramagnétique dans un échantillon gazeux et, en particulier, d'oxygène dans du gaz respiratoire, sur la base de la variation de la conductibilité thermique dans des champs magnétiques variables, il est possible d'avoir recours, comme procédé de 20 traitement du signal, au procédé de Lock-In (synchronisation), par exemple, qui permet de détecter de très petits signaux de mesure dans des bruits de fond et de les traiter. Pour utiliser ce type de procédé d'évaluation, il faut disposer d'une modulation du signal. Dans ce cas, grâce à une excitation sinusodale du système magnétique dans la tête de mesure, en particulier avec la demi-onde 25 positive et la demi-onde négative, il est possible d'obtenir une modification périodique de la densité du flux magnétique, à l'emplacement de la cuvette de gaz à mesurer, modification qui est requise pour faire varier la conductibilité thermique du gaz paramagnétique qu'il convient de mesurer. Dans ce cas, la variation de la conductibilité thermique, provoquée par demi-onde d'excitation 30 sinusodale du système magnétique, s'accompagne d'une variation de la température, qui est détectée par un dispositif à thermocouple chauffé. La variation de la température du gaz à mesurer intervient par demi-onde d'excitation sinusodale, c'est-à-dire avec une fréquence qui est le double de la fréquence d'excitation. REVENDICATIONS 1. Tête de mesure destinée à un dispositif de mesure de la concentration d'un gaz paramagnétique dans un échantillon gazeux, en fonction de la variation de la conductibilité thermique du gaz paramagnétique 5 dans un champ magnétique variable, présentant les caractéristiques suivantes: a) la tête de mesure présente une première et une deuxième parties de boîtier (21, 2) cylindriques, constituées en alliage d'acier, destinées à recevoir chacune un corps formant bobine magnétique (4, 5) s'étendant de 10 façon concentrique autour de l'axe médian de chaque partie de boîtier (21, 2), b) au centre de la tête de mesure sont disposés, dans la zone de l'axe médian de la partie de boîtier (21, 2), des barreaux métalliques cylindriques (31, 3), qui servent de pôles magnétiques pour la tête de mesure et qui, lorsque la tête de mesure est assemblée, sont écartés selon un entrefer 15 défini, c) dans l'entrefer qui sépare les parties de boîtier (21, 2) est prévu un logement (6) pour la cuvette de gaz à mesurer, qui sert au positionnement d'un support (1) destiné à la cuvette de gaz à mesurer, et d) le logement (6) pour la cuvette de gaz à mesurer est équipé 20 d'une entrée et d'une sortie de gaz (8, 81). 2. Tête de mesure selon la revendication 1, caractérisée en ce que le logement (6) pour la cuvette de gaz à mesurer est formé dans le deuxième corps formant bobine magnétique (5) et est constitué par des évidements servant à recevoir le support (1) pour la cuvette de gaz à mesurer. 3. Tête de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'au moins une douille fixe (9, 91) est prévue pour assurer le raccord avec un système externe de prélèvement d'échantillon gazeux. 4. Tête de mesure selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que la conduite de gaz (7) est réalisée sour la forme de canaux de gaz 30 séparés, présents dans la paroi du deuxième corps formant bobine magnétique (5), parallèlement à l'axe médian de la deuxième partie de boîtier (2), et en ce que la douilile fixe (9, 91), au nombre minimum d'une, qui sert à assurer le raccord vers un système externe de prélèvement d'échantillon, est reliée au deuxième corps formant bobine magnétique (5). 5. Tête de mesure selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un module supplémentaire (10), en forme de plaque, est inséré et s'adapte exactement entre les parties de boîtier (21, 2), et présente le logement pour cuvette (6) et l'entrée et la sortie de gaz (8, 81). 6. Tête de mesure selon au moins l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les parties de boîtier (21, 2) sont constituées en acier 5 de décolletage et, en particulier, ne forment qu'une seule pièce avec le barreau cylindrique (31, 3) qui leur est associé. 7. Tête de mesure selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que le module (10) est constitué dans un matériau ne conduisant pas le flux magnétique, en particulier dans un polysulfone (PSU) ou en POCAND. 8. Tête de mesure selon au moins l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'entrefer qui existe entre les barreaux cylindriques (31, 3) qui servent de pôle magnétique est réglé et ajusté au moins d'un filetage présent sur l'un des barreaux (31, 3).