Brevet FR2846746A1 — publié le 20040507

L'invention concerne une cuvette de gaz à mesurer destinée à un dispositif de mesure de la concentration d'un gaz paramagnétique dans un échantillon gazeux. Un dispositif connu de mesure de la concentration d'un gaz 5 paramagnétique, comme l'oxygène en particulier, 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 servant à émettre un signal de modulation en direction de la source de champ magnétique, un élément de mesure qui est placé au moins partiellement dans 10 l'entrefer, qui est chauffé à une température de service par une source de courant, et qui est destiné à émettre un signal de mesure de flux thermique, et est caractérisé par un dispositif filtrant relié à l'élément de mesure, destiné à séparer les fluctuations du signal de mesure de flux thermique sur la base de la modulation du champ magnétique, l'amplitude variable des fluctuations, sur la 15 base de la variation de la conductibilité thermique, spécifique du gaz, représentant une mesure de la quantité de gaz paramagnétique qui se trouve dans l'échantillon gazeux. La mesure de la concentration en oxygène s'effectue dans l'entrefer du système magnétique électriquement modulable, qui est équipé d'une cuvette de gaz à mesurer. Ce type de dispositif requiert une 20 cuvette de gaz à mesurer compacte, fournissant un signal de mesure de qualité élevée. L'invention a pour but de fournir une cuvette de gaz à mesurer très compacte, destinée à un dispositif de mesure de la concentration d'un gaz paramagnétique, permettant d'obtenir un signal de mesure de meilleure qualité 25 et permettant une manipulation plus aisée. Ce but est atteint grâce à une cuvette de gaz à mesurer constituée de plusieurs plaques reliées, en forme de couches, présentant les caractéristiques suivantes: a) une plaque de fond porte un élément de mesure destiné à 30 détecter la conductibilité thermique du gaz à mesurer, des câbles d'alimentation électrique, un chauffage électrique de la cuvette de gaz à mesurer, et un capteur électrique variable avec la température destiné à capter la température de la cuvette de gaz à mesurer, b) une plaque à canal est découpée pour permettre de guider le 35 gaz dans la zone de l'élément de mesure et autour de l'élément de mesure, c) un couvercle, qui rend la cuvette de gaz à mesurer étanche visà-vis du haut, présente au moins deux perçages pour permettre au gaz de pénétrer dans le système de guidage du gaz de la plaque à canal et de s'en échapper. Un avantage essentiel apporté par l'invention réside dans les dimensions très compactes de la cuvette de gaz à mesurer, qui est constituée de différentes plaques en couches, qui sont assemblées et dont les fonctions sont complémentaires. Ceci permet de positionner avec précision la cuvette de gaz à mesurer dans un entrefer ne mesurant que quelques millimètres de 10 large, correspondant à une source de champ magnétique d'un dispositif de mesure de la concentration d'un gaz paramagnétique. De plus, en raison de la construction très compacte, il est possible d'obtenir des valeurs de densité de flux magnétique relativement élevées et homogènes dans l'entrefer dans lequel se trouve la cuvette de gaz à mesurer, par rapport à la puissance électrique qui 15 est requise pour le champ magnétique créé, ce qui améliore globalement la qualité du signal de mesure. Avantageusement, les câbles d'alimentation électrique et le chauffage de la cuvette de gaz à mesurer sont recouverts par la zone de la plaque à canal qui n'est pas découpée. Selon une forme d'exécution, l'élément de mesure comprend au moins un élément chauffant microstructuré et au moins un élément de mesure complémentaire, microstructuré, variable avec la température, pour le gaz à mesurer. Suivant un mode de réalisation, l'élément de mesure est appliqué 25 sur une membrane résistante aux anesthésiques, constituée de préférence en nitrure de silicium. De façon avantageuse, l'élément de mesure présente au moins un élément de mesure microstructuré, variable avec la température, monté, suivant la direction d'écoulement du gaz à mesurer, avant et après un élément 30 chauffant microstructuré placé perpendiculairement à la direction d'écoulement du gaz, élément de mesure qui sert à calculer la vitesse d'écoulement du gaz à mesurer à partir de la différence mesurée entre les signaux des éléments de mesure microstructurés, variables avec la température. Suivant une possibilité, la plaque de fond, la plaque à canal et le 35 couvercle sont constitués en matériau céramique, en particulier en oxyde d'aluminium. Suivant une caractéristique de l'invention, l'élément de mesure est maintenu à distance de la plaque de fond par des écarteurs de sorte que, du côté qui est orienté vers le système de guidage du gaz, au-dessus et endessous de l'élément de mesure, sont formées deux fentes 5 d'approximativement même dimension, permettant un échange gazeux, sensiblement par diffusion, du gaz à mesurer vers l'élément de mesure. De préférence, la cuvette sert à mesurer l'oxygène dans un appareil d'anesthésie ou d'assistance respiratoire. Un exemple d'exécution de l'invention va maintenant être expliqué 10 à l'aide de la figure unique, qui est une vue en trois dimensions des différentes plaques en couches de la cuvette de gaz à mesurer, dont les fonctions se complètent lorsqu'elles sont assemblées. Dans l'exemple, la cuvette de gaz à mesurer, une fois assemblée, présente une largeur et une longueur d'approximativement 20 millimètres et une épaisseur d'approximativement 2 15 millimètres seulement. La plaque de fond 1, ainsi que la plaque à canal 2 et le couvercle 3 sont constitués, de préférence, en matériau céramique et, en particulier, en oxyde d'aluminium. Le matériau céramique, d'une part, ne perturbe pas le champ magnétique extérieur et, par conséquent, le signal de mesure et, d'autre part, résiste aux gaz anesthésiques, ce qui est 20 particulièrement avantageux lorsqu'on l'utilise dans un appareil d'anesthésie pour mesurer la concentration en oxygène dans le gaz respiratoire. La plaque de fond 1, la plaque à canal 2 et le couvercle 3 sont assemblés par un adhésif de telle sorte que le gaz à mesurer, qui est généralement composé du gaz paramagnétique à mesurer, mélangé à d'autres gaz, s'écoule vers l'extérieur, 25 c'est-à-dire en direction de l'atmosphère, en restant enfermé dans le système de guidage du gaz de la plaque à canal 2. La plaque de fond 1 est le support des câbles d'alimentation électrique qui font suite à la cuvette de gaz à mesurer dans un ruban conducteur flexible 1.1. La plaque de fond 1 comprend les composants électriques que sont le chauffage de la cuvette de gaz à 30 mesurer 1.2 constitué, dans l'exemple, par 12 résistances chauffantes, un capteur 1.3 variable avec la température, destiné à capter la température de la cuvette de gaz à mesurer, et un élément de mesure 1.4 appelé "puce de mesure". La séparation galvanique du circuit de chauffage et de mesure 35 microstructuré intervient sur la membrane de la puce de mesure. Le circuit chauffant représenté sur la figure, monté sur la plaque de fond 1 de la cuvette de gaz à mesurer équipée du chauffage de la cuvette de gaz à mesurer 1.2 sert seulement à la thermostatisation, à l'aide d'un capteur de température à coefficient positif de température qui sert de capteur 1.3 variable avec la température, de la cuvette afin d'obtenir la stabilisation du point de 5 fonctionnement et - plus important encore pour éviter la condensation du gaz à mesurer. Afin de guider le gaz dans la zone de la puce de mesure et autour de celle-ci, la plaque à canal 2 est découpée de telle sorte que le gaz à mesurer soit amené à passer devant la puce de mesure, et de façon à éviter au 10 maximum que l'écoulement du gaz à mesurer exerce une influence directe sur le signal de mesure, variable avec la température, de la puce de mesure. Une fois la puce de mesure déposée sur la plaque de fond 1, les différentes plaques sont montées à l'aide d'un adhésif, ce qui les rend résistantes aux anesthésiques, et les câbles d'alimentation électrique et le chauffage de la 15 cuvette de gaz à mesurer 1.2 sont disposés de telle sorte qu'ils soient sensiblement recouverts par la plaque à canal 2, afin d'éviter un contact direct avec le gaz à mesurer. L'élément de mesure 1.4 appelé ici "puce de mesure" se trouve dans une découpe de la plaque à canal 2, de façon adjacente au système de guidage de gaz proprement dit, et y est raccordé aux câbles 20 d'alimentation électrique présents sur la plaque de fond 1 par soudage par diffusion. Afin de permettre au gaz de passer vers la face supérieure et la face inférieure de la puce de mesure, celle-ci est maintenue à distance de la plaque de fond 1, par des écarteurs, de telle sorte que soient formées, du côté qui orienté vers le système de guidage du gaz, au-dessus et au- dessous de la 25 puce de mesure, deux fentes d'écoulement de dimensions sensiblement égales, d'approximativement 0,3 millimètres, dans lesquelles s'effectue un échange gazeux, principalement par diffusion, entre le gaz à mesurer et la puce de mesure. La puce de mesure présente au moins un élément chauffant microstructuré, non représenté sur la figure et, de préférence, plusieurs 30 éléments de mesure microstructurés, variables avec la température, disposés à proximité immédiate, qui ne sont pas non plus représentés, de sorte que, en fonction de la concentration du gaz paramagnétique à mesurer, sur la base de la variation de la conductibilité thermique qui lui correspond, le signal de mesure, variable avec la température, des éléments de mesure microstructurés 35 varie également, représentant ainsi une mesure de la concentration du gaz paramagnétique. Etant donné que la puce de mesure et ses composants sont, de préférence, disposés sur une membrane, en particulier en nitrure de silicium, la mobilité des composants dans le champ magnétique est largement réduite, ce qui évite d'influer sur le signal de mesure. L'utilisation de plusieurs éléments de mesure microstructurés à transitions thermiques (thermopiles) 5 dans la puce de mesure augmente nettement la sensibilité de la puce de mesure. Grâce à la disposition d'un élément de mesure microstructuré, variable avec la température, avant et après un élément chauffant microstructuré disposé transversalement par rapport à la direction 10 d'écoulement du gaz, il est possible, dans les limites imposées par le système, de déterminer, en plus, la vitesse d'écoulement du gaz au niveau de la puce de mesure, à partir de la différence entre les signaux, ce qui permet d'éliminer ou de réduire, grâce à des calculs adaptés, les perturbations des mesures qui sont liées à l'écoulement. Le couvercle 3 rend la cuvette de gaz à mesurer étanche vis-à-vis du haut et de l'extérieur et présente au moins deux perçages pour permettre au gaz de pénétrer dans le système de guidage du gaz de la plaque à canal 2, et de s'en échapper. Le gaz à mesurer, par exemple, est acheminé vers la cuvette de gaz à mesurer par une pompe, en provenance du courant de gaz à 20 mesurer qui circule dans un appareil d'anesthésie ou d'assistance respiratoire. La cuvette de gaz à mesurer décrite permet d'obtenir, en raison de sa structure plane, une faible hauteur d'approximativement deux millimètres au maximum, ce qui permet d'obtenir des valeurs de densité de flux magnétique élevées et homogènes dans l'entrefer dans lequel se trouve la cuvette de gaz à 25 mesurer, par rapport à la puissance électrique qui est requise pour créer le champ magnétique, ce qui améliore sensiblement la qualité du signal de mesure de la concentration en gaz paramagnétique. REVENDICATIONS 1. Cuvette de gaz à mesurer destinée à un dispositif de mesure de la concentration d'un gaz paramagnétique, constituée de plusieurs plaques reliées, en forme de couches, présentant les caractéristiques suivantes: a) une plaque de fond (1) porte un élément de mesure (1.4) destiné à détecter la conductibilité thermique du gaz à mesurer, des câbles d'alimentation électrique, un chauffage électrique (1.2) de la cuvette de gaz à mesurer, et un capteur électrique (1.3) variable avec la température destiné à capter la température de la cuvette de gaz à mesurer, b) une plaque à canal (2) est découpée pour permettre de guider le gaz dans la zone de l'élément de mesure (1.4) et autour de l'élément de mesure (1.4), c) un couvercle (3), qui rend la cuvette de gaz à mesurer étanche vis-à-vis du haut, présente au moins deux perçages pour permettre au gaz de 15 pénétrer dans le système de guidage du gaz de la plaque à canal (2) et de s'en échapper. 2. Cuvette de gaz à mesurer selon la revendication 1, caractérisée en ce que les câbles d'alimentation électrique et le chauffage (1.2) de la cuvette de gaz à mesurer sont recouverts par la zone de la plaque à canal (2) 20 qui n'est pas découpée. 3. Cuvette de gaz à mesurer selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que l'élément de mesure (1.4) omprend au moins un élément chauffant microstructuré et au moins un élément de mesure complémentaire, microstructuré, variable avec la température, pour le gaz à 25 mesurer. 4. Cuvette de gaz à mesurer selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'élément de mesure (1.4) est appliqué sur une membrane résistante aux anesthésiques, constituée de préférence en nitrure de silicium. 5. Cuvette de gaz à mesurer selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisée en ce que l'élément de mesure (1.4) présente au moins un élément de mesure microstructuré, variable avec la température, monté, suivant la direction d'écoulement du gaz à mesurer, avant et après un élément chauffant microstructuré placé perpendiculairement à la direction 35 d'écoulement du gaz, élément de mesure qui sert à calculer la vitesse d'écoulement du gaz à mesurer à partir de la différence mesurée entre les signaux des éléments de mesure microstructurés, variables avec la température. 6. Cuvette de gaz à mesurer selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la plaque de fond (1), la plaque à canal (2) et le 5 couvercle (3) sont constitués en matériau céramique, en particulier en oxyde d'aluminium. 7. Cuvette de gaz à mesurer selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'élément de mesure (1.4) est maintenu à distance de la plaque de fond (1) par des écarteurs de sorte que, du côté qui est orienté vers 10 le système de guidage du gaz, au-dessus et en-dessous de l'élément de mesure (1.4), sont formées deux fentes d'approximativement même dimension, permettant un échange gazeux, sensiblement par diffusion, du gaz à mesurer vers l'élément de mesure (1.4). 8. Cuvette de gaz à mesurer selon l'une des revendications 1 à 7, 15 caractérisée en ce que la cuvette sert à mesurer l'oxygène dans un appareil d'anesthésie ou d'assistance respiratoire.