Brevet FR2865277A1 — publié le 20050722

L'invention concerne un appareil de mesure de gaz équipé d'un détecteur électrochimique. Les détecteurs électrochimiques, et spécialement les détecteurs électrochimiques de gaz, n'ont généralement pas une durée de vie illimitée. Il y a un moment où les propriétés techniques ne suffisent plus pour assurer la mesure. Dans le cas des détecteurs électrochimiques de gaz, l'une de ces propriétés peut, par exemple, être la hauteur du signal de sortie, pour une certaine concentration de gaz. Par conséquent, il faut changer ces détecteurs à intervalles déterminés, et les remplacer par de nouveaux dispositifs. Pour déterminer le moment où l'on change de dispositif, un aspect touchant à la sécurité et un aspect économique jouent un rôle. Du pur point de vue de la sécurité, il faudrait changer de détecteur à intervalles aussi courts que possible (par exemple tous les ans, ou plus souvent), pour exclure autant que possible une défaillance. Mais ceci présente l'inconvénient d'entraîner des frais inutilement élevés. Pour des raisons purement économiques, on ne remplacerait un détecteur que lorsqu'il a été identifié comme défectueux. Il est possible de s'apercevoir de cette défaillance lors du calibrage ou également lors d'un autotest du détecteur. L'inconvénient, ici, c'est que la fonction de mesure n'est pas assurée en continu, car il n'est pas toujours possible de changer rapidement de détecteur. Par le document DE 44 45 947 C2, on connaît un procédé de détection de sources d'erreurs dans les cellules de mesure ampèremétriques. Dans ce cas, la tension du potentiostat est légèrement désaccordée, afin de calculer des paramètres caractéristiques donnant des indications sur l'état de fonctionnement du détecteur électrochimique. Un affichage indique si un détecteur est usagé ou endommagé. Le procédé connu n'indique cependant pas combien de temps le détecteur peut encore être utilisé pour effectuer des mesures. L'invention a pour but de perfectionner un appareil de mesure de gaz, équipé d'un détecteur électrochimique, de telle sorte que sa disponibilité opérationnelle soit garantie pendant une période prédéterminée. Selon l'invention, ce but est atteint grâce à un appareil de mesure de gaz comprenant: - un détecteur électrochimique, - un circuit d'évaluation destiné à traiter des valeurs de mesure spécifiques du détecteur et - un indicateur d'état d'épuisement du détecteur, activé par le circuit d'évaluation. L'avantage essentiel apporté par l'invention réside en ce que, sur la base de valeurs de mesure spécifiques du détecteur, on active un indicateur d'état, sur l'appareil de mesure de. gaz, qui indique à l'utilisateur le degré d'épuisement du détecteur. L'utilisateur obtient ainsi des informations sur le moment optimal pour un changement de détecteur. La fonction de mesure du détecteur de gaz peut ainsi être exploitée aussi longtemps que possible. L'affichage d'état apporté par l'invention n'est pas limité aux détecteurs électrochimiques, mais peut également être utilisé pour des détecteurs de gaz catalytiques ou optiques, ou pour des systèmes électrochimiques, tels que des batteries. Avantageusement, le circuit d'évaluation calcule, en fonction de valeurs de mesure spécifiques du détecteur, une courbe de tendance en fonction du temps et la compare avec une valeur seuil prédéterminée. L'indicateur d'état est activé lorsque la valeur de la fonction de la courbe de tendance a atteint une valeur seuil prédéterminée. Dans ce cas, il est avantageux de fixer plusieurs valeurs seuil, que l'on associe à différents indicateurs d'état. On peut ainsi mieux suivre l'allure de la courbe de tendance. Dans une pile à combustible ampéremétrique, la valeur de mesure spécifique du détecteur est le courant du détecteur, et la courbe de tendance est calculée par intégration du courant du détecteur dans le temps. Lorsqu'un détecteur neuf sort de l'usine, l'intégrale, appelée ci- après intégrale de courant, a la valeur zéro. L'épuisement du détecteur est également à la valeur zéro, c'est-à-dire que le détecteur est utilisable, sans restriction. Au fur et à mesure de l'utilisation du détecteur, plus l'intégrale de courant se rapproche d'une valeur seuil prédéterminée, plus l'épuisement du détecteur augmente, jusqu'à aboutir à la consommation totale de l'électrolyte ou du matériau de l'anode. Une courbe de tendance utilisée en alternative peut relever la sensibilité E du détecteur qui, à son origine, est à la valeur maximale et baisse constamment au fur et à mesure de l'utilisation de l'appareil. La sensibilité du détecteur peut, par exemple, être déterminée au cours de cycles de calibrage qu'il convient d'exécuter régulièrement et on trace une droite d'ajustement à travers les différentes valeurs mesurées. La chute de la sensibilité E du détecteur de la valeur maximale à une valeur seuil inférieure prédéterminée représente la mesure de l'épuisement du détecteur ou du fait que le détecteur est entièrement consommé. II est avantageusement prévu un détecteur de température mesurant la température ambiante, et les écarts positifs et négatifs par rapport à une température moyenne Tm sont prévus comme valeurs de mesure supplémentaires. On calcule ensuite les intégrales des écarts positifs et négatifs par rapport à la température. Le détecteur de température peut être monté soit sur l'appareil de mesure de gaz proprement dit, soit sur le détecteur. Avantageusement, l'indicateur d'état se présente sous la forme d'un graphique à barres avec des champs d'affichage (8, 9) ou comme représentation de symboles, avec les symboles "bien 10", "moyen 11" ou "mauvais 12". Un exemple d'exécution est représenté sur la figure et va 15 maintenant être expliqué en détail. La figure 1 représente la structure d'un appareil de mesure de gaz selon l'invention, la figure 2 représente différents états d'information d'indicateurs d'état, la figure 3 représente un exemple d'évaluation du courant de détecteur, la figure 4 représente un exemple d'évaluation de la sensibilité du détecteur, la figure 5 représente un exemple de prise en compte de l'influence 25 de la température. La figure 1 représente schématiquement un appareil de mesure de gaz 1 équipé d'une pile à combustible ampèremétrique servant de détecteur 2, équipé d'un circuit d'évaluation 3 destiné à traiter des valeurs de mesure spécifiques du détecteur, d'une unité d'affichage 4 de valeurs de mesure, d'une alimentation en courant 5, d'un détecteur de température 6 et d'un indicateur d'état 7 de l'épuisement du détecteur. L'indicateur d'état 7 possède deux champs d'affichage 8, 9 qui, en fonction de l'état du détecteur, sont noirs ou neutres. Dans l'état du détecteur représenté à la figure 1, seul le champ d'affichage 9 est noirci, ce qui correspond approximativement à un détecteur 2 plus qu'à moitié consommé, qui a encore une disponibilité opérationnelle élevée, avec une faible probabilité de défaillance. La figure 2 représente différents états d'information de l'indicateur d'état 7. La représentation de gauche, avec deux champs d'affichage 8, 9 noircis, correspond à un détecteur 2 qui n'est pas consommé, présentant une disponibilité opérationnelle très élevée et une très faible probabilité de défaillance. Par opposition, la représentation de droite de l'indicateur d'état 7, avec deux champs d'affichage 8, 9 non noircis, représente un détecteur 2, qui ne peut encore être utilisé que de façon limitée, et qui doit être changé. La représentation du milieu correspond à un état du détecteur situé entre ces deux valeurs de tendance. En variante, l'indicateur d'état peut également utiliser les symboles "bon 10", "moyen 11", "mauvais 12". Pour repérer l'épuisement du détecteur, il est possible de calculer l'intégrale du courant du détecteur en fonction du temps. La partie supérieure de la figure 3 représente la courbe du courant du détecteur i en fonction du temps t; i = i(t). L'axe du temps commence avec t = 0 pour un détecteur 2 non consommé. La valeur du courant du détecteur i(t) dépend de la concentration de gaz qu'il convient de mesurer. Dans la partie médiane de la courbe, il n'y a pas de gaz à détecter, et le courant du détecteur chute à la valeur zéro. En cas de gazage avec une concentration gazeuse constante, le courant du détecteur i baisse continuellement, avec une pile à combustible ampèremétrique, jusqu'à ce que le détecteur 2 soit entièrement consommé en raison de la réaction électrochimique avec l'échantillon gazeux. La partie inférieure de la figure 3 représente le tracé de l'intégrale du courant du détecteur i, l'intégrale de courant 18, en fonction du temps t. L'intégrale de courant 18 commence à l'instant t = 0, avec la valeur zéro, pour un détecteur 2 tout neuf, encore non consommé. On fixe, pour l'intégrale de courant 18, une valeur seuil G, qui correspond à l'état consommé du détecteur 2. Cette valeur seuil G est calculée grâce à des essais, pour un certain type de détecteur. Comme critère pour calculer l'état d'épuisement du détecteur, on fixe des pourcentages de la valeur seuil, 30 % G et 75 % G. A l'instant t = 0, pour un détecteur 2 non consommé, les deux champs d'affichage 8, 9 de l'indicateur d'état 7 sont noircis. Si l'intégrale de courant 18 atteint, à l'instant t = t,, la valeur seuil 30 % G, seul le champ d'affichage 9 est encore actif. Si, à l'instant t = t2, la valeur seuil 75 % G est dépassée, le champ d'affichage 9 s'éteint également, et le détecteur 2 doit être changé. En variante de l'intégrale de courant 18, ou en supplément de l'intégrale de courant 18, il est possible d'utiliser la sensibilité E du détecteur comme critère du degré d'épuisement du détecteur. La sensibilité du détecteur est déterminée au cours de cycles de calibrage à exécuter régulièrement, et résulte du quotient de la montée du signal et de la variation de la concentration gazeuse. La figure 4 représente le tracé de la sensibilité E du détecteur, en fonction de la durée d'utilisation t. La sensibilité E du détecteur est tout d'abord calculée pour la première fois à l'instant t = 0, pour un détecteur 2 tout neuf, et on l'évalue à 100 %. Grâce à d'autres valeurs de mesure 13, 14, 15, 16 obtenues par calibrage, on trace des droites d'extrapolation. La droite d'ajustement 17 représente la chute de la sensibilité E en fonction de la durée d'utilisation t. A l'instant t = t,, on ne dispose plus que de 40 % de la sensibilité E d'origine, tandis qu'à l'instant t = t2, la sensibilité a chuté jusqu'à 30 % de la valeur de départ. A l'instant t = 0, la sensibilité E du détecteur est à son niveau maximal, et les deux champs d'affichage 8, 9 de l'indicateur d'état 7 sont noircis. Si la sensibilité E du détecteur a chuté à 40 % E, à l'instant t = t,, seul le champ d'affichage 9 est encore actif. Si la sensibilité E du détecteur passe en- dessous de la valeur 30 % E, à l'instant t = t2, aucun des champs d'affichage 8, 9 n'est actif, et le détecteur 2 doit être changé. Au cas où le détecteur 2 subisse l'influence de la température, il faut tenir compte de la température ambiante pour juger de l'épuisement du détecteur. La figure 5 donne un exemple de la prise en compte de l'influence de la température. La courbe du haut de la figure 5 représente le tracé de la température ambiante T en fonction du temps t. On trouve, dans les spécifications du détecteur, la température Tm qui est favorable au bon fonctionnement du détecteur 2, et on l'utilise comme ligne de référence pour l'évaluation de la température. Les variations positives, désignées par "plus" et les variations négatives, désignées par "moins", sont intégrées dans des intégrales séparées, en fonction du temps. Les variations positives de la température raccourcissent en général deux fois plus la durée d'utilisation du détecteur que les variations négatives de la température. La courbe du milieu, à la figure 5, représente l'intégrale des variations positives de la température, tandis que la courbe du bas de la figure 5 représente l'intégrale des variations négatives de la température. Aux instants t, et t2, on calcule, à partir des intégrales de température, des facteurs qui entrent en ligne de compte pour déterminer l'état du détecteur. Plus les valeurs des intégrales de température sont élevées aux instants t, et t2, plus se réduisent, aux instants correspondants de l'intégrale de courant 18 de la figure 3, ou des droites d'ajustement 17 pour la sensibilité E du détecteur, selon la figure 4, les valeurs seuil auxquelles le détecteur d'état 7 passe de deux champs d'affichage 8, 9 noircis à un champ d'affichage 9 noirci, ou l'indication d'un changement de détecteur, où aucun champ d'affichage 8, 9 n'est actif, est déjà atteinte plus tôt. Les données d'état du détecteur 2 sont stockées dans une mémoire secondaire 19 prévue au niveau du détecteur 2, afin que l'état du détecteur 2 puisse également être déterminé lorsqu'il est utilisé sur différents appareils. REVENDICATIONS 1. Appareil de mesure de gaz caractérisé en ce qu'il comprend: - un détecteur électrochimique (2), - un circuit d'évaluation (3) destiné à traiter des valeurs de mesure 5 spécifiques du détecteur et - un indicateur d'état (7) d'épuisement du détecteur, activé par le circuit d'évaluation (3). 2. Appareil de mesure de gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit d'évaluation (3), pour élaborer une courbe de tendance (17, 18) en fonction du temps, est constitué par au moins une valeur de mesure spécifique du détecteur, et en ce que l'indicateur d'état (7) est activé lorsque la courbe de tendance (17, 18) atteint une valeur seuil prédéterminée. 3. Appareil de mesure de gaz selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la valeur de mesure est le courant du détecteur, et la courbe de tendance est l'intégrale de courant du courant du détecteur. 4. Appareil de mesure de gaz selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la valeur de mesure est la sensibilité E du détecteur, et la courbe de tendance est une droite d'ajustement (17) passant par les différentes valeurs de mesure (13, 14, 15, 16) de la sensibilité E du détecteur. 5. Appareil de mesure de gaz selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est prévu un détecteur de température (6) mesurant la température ambiante, et en ce que les écarts positifs et négatifs par rapport à une température moyenne T. sont choisis comme valeurs de mesure supplémentaires. 6. Appareil de mesure de gaz selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'indicateur d'état se présente sous la forme d'un graphique à barres avec des champs d'affichage (8, 9) ou comme représentation de symboles, avec les symboles "bon 10", "moyen 11" ou "mauvais 12".