Brevet FR3115951A1 — publié le 20220506

La présente invention se rapporte à un système de régulation variable de tension (20) pour spectromètre de masse, caractérisé en ce qu’il comprend un amplificateur opérationnel (AO 2 ), un potentiomètre numérique (P Num ) et un régulateur de tension (22) qui comporte une broche d’entrée (22a), une broche de sortie (22b) et une broche d’ajustement (22c), le potentiomètre numérique (P Num ) étant relié à la broche d’ajustement (22c) dudit régulateur (22) par l’intermédiaire dudit amplificateur opérationnel (AO 2 ). Figure pour l’abrégé : Fig 3 Système de régulation variable de tension pour spectromètre de masse La présente invention se rapporte au domaine des spectromètres de masse et plus particulièrement à un système de régulation de tension variable pour spectromètre de masse. Dans un spectromètre de masse, il y a analyse d’un échantillon gazeux en bombardant l'échantillon par un flux d'électrons, puis par la mise en mouvement des particules ionisées ainsi obtenues pour les différencier ensuite, par exemple en fonction de leur trajectoire. Les spectromètres de masse peuvent par exemple être utilisés pour détecter des fuites, en mesurant et quantifiant un gaz traceur, tel que l'hélium ou du dihydrogène. Les spectromètres de masse comportent par exemple une cellule d'ionisation comprenant une cage d'ionisation et un filament électrique chauffant émettant des électrons. Les molécules du gaz à analyser sont bombardées par le faisceau d'électrons et une partie des molécules du gaz à analyser est transformée en particules ionisées. Ces particules ionisées sont ensuite accélérées par un champ électrique. Elles arrivent ensuite dans une zone soumise à un champ magnétique, qui a la propriété de dévier les trajectoires des particules ionisées en fonction de leur masse. Le courant de particules ionisées du gaz traceur est proportionnel à la pression partielle du gaz dans la pièce testée, et sa mesure permet ainsi de connaître la valeur du débit de la fuite détectée. Afin d’optimiser le fonctionnement du spectromètre de masse, il est nécessaire de réguler la tension appliquée à certains éléments dudit spectromètre, tels que les électrodes d’ionisation ou les plaques accélératrices (plaques permettant d’engendrer un champ électrique agissant sur lesdites particules ionisées). Il est donc nécessaire d’avoir un système permettant de réguler la tension appliquée auxdites électrodes et/ou plaques et qu’il soit facile de faire varier ladite tension appliquée. On notera qu’un tel système de régulation de tension est utile pour tout élément conducteur d'un spectromètre de masse qui y remplit une ou plusieurs fonctions telles que l’émission, la captation et/ou la commande par un champ électrique, d’électrons ou d’ions. Dans ce type d’application, il est généralement connu d’utiliser un système de régulation de tension, système plus particulièrement illustré à la . Ledit système de régulation 10 comprend ainsi un régulateur 12 linéaire de tension, une première résistance R 1 et une résistance variable R X , tel qu’un potentiomètre analogique. Le régulateur 12 de tension comprend ainsi : - une broche entrée 12a destinée à être alimentée par une tension d’entrée V IN ; - une broche de sortie 12b destinée à délivrer une tension de sortie V OUT , et - une broche d’ajustement 12c qui est destinée à être reliée à la première résistance R 1 et à la résistance variable R X . La résistance variable R X est ainsi reliée, d’une part, à la broche d’ajustement 12c et, d’autre part, à une masse G. La première résistance R 1 , quant à elle, est reliée, d’une part, à la broche de sortie 12b et, d’autre part, à la broche d’ajustement 12c (plus particulièrement au niveau d’un nœud situé entre la broche d’ajustement 12c et la résistance variable R X ). La , quant à elle, est une représentation très schématique et agrandie du régulateur 12 de tension de la . Le régulateur 12 de tension comporte ainsi un amplificateur opérationnel AO 1 , un transistor T 1 et une source de référence de tension B. La broche d’entrée 12a correspond ainsi au collecteur du transistor T 1 , tandis que la base du transistor T 1 est reliée à la sortie de l’amplificateur opérationnel AO 1 . L’entrée non-inverseuse de l’amplificateur opérationnel AO 1 correspond ainsi à la broche d’ajustement 12c du régulateur 12 de tension. La source de référence de tension B est, quant à elle, reliée, d’une part, à l’entrée inverseuse de l’amplificateur-opérationnel AO 1 , alimentant celle-ci avec une tension de référence V REF , et, d’autre part, à l’émetteur du transistor T 1 . La broche de sortie 12b correspond ainsi au point de liaison (ou nœud) entre le collecteur et la source de référence de tension B. On en déduit que la tension de sortie V OUT en regard du système de régulation 10 illustré aux figures 1 et 2 s’exprime selon la formule suivante : Le système de régulation illustré à la pourrait ainsi s’appliquer à un spectromètre de masse. Néanmoins, il est avantageux d’utiliser un potentiomètre numérique, afin de pouvoir facilement et rapidement modifier la tension de sortie appliquée auxdits composants du spectromètre de masse, la commande d’un potentiomètre numérique étant en outre plus simple à implémenter et est compatible avec les interfaces numériques des appareils modernes. On notera, à titre de rappel, qu’un potentiomètre numérique est un composant actif qui simule le comportement d'un potentiomètre analogique, mais qui présente l’inconvénient de ne pouvoir supporter que quelques dizaines de milliampères en entrée et une tension maximale de 5 volts. Les limites physiques d’un potentiomètre numérique ne sont donc pas compatibles dans le cadre d’un système de régulation de tension pour un spectromètre de masse, en effet, la tension de sortie attendue dans tel système est de l’ordre de 100 à 450 V. Ces niveaux de tension peuvent donc être assimilés à de la « haute tension » pour un potentiomètre numérique. Ainsi, la présente invention propose de résoudre au moins l’un des inconvénients énoncés ci-dessus et propose un nouveau système de régulation variable de tension pour spectromètre de masse, caractérisé en ce qu’il comprend un amplificateur opérationnel, un potentiomètre numérique et un régulateur de tension qui comporte une broche d’entrée, une broche de sortie et une broche d’ajustement, le potentiomètre numérique étant relié à la broche d’ajustement dudit régulateur par l’intermédiaire dudit amplificateur opérationnel. Selon une caractéristique possible, ledit système comprend une maille dont l’une des extrémités est reliée à la fois à la broche d’ajustement et, par l’intermédiaire d’une première résistance, à la broche de sortie, ledit amplificateur opérationnel et ledit potentiomètre numérique étant disposés sur ladite maille. Selon une autre caractéristique possible, ladite maille comprend deux branches, une première branche comportant un transistor et le potentiomètre numérique, une deuxième branche comportant une deuxième et une troisième résistance. Selon une autre caractéristique possible, l’amplificateur opérationnel et le transistor sont configurés pour que la tension aux bornes du potentiomètre numérique soit identique à la tension aux bornes de la deuxième résistance. Selon une autre caractéristique possible, le transistor comprend une résistance qui par l’intermédiaire de l’amplificateur opérationnel présente une valeur sensiblement égale à la valeur de la deuxième résistance, notamment quand le système est à l’équilibre en tension (c’est dire lorsque la tension V OUT correspond à la tension de consigne ou la tension souhaitée). Selon une autre caractéristique possible, ledit amplificateur opérationnel comporte une sortie, une entrée inverseuse et une entrée non-inverseuse, l’entrée non inverseuse étant reliée à un nœud situé entre les deuxième et troisième résistances, la sortie étant reliée à la grille du transistor, et l’entrée inverseuse étant reliée à un nœud situé entre le potentiométrique numérique et la source du transistor. Selon une autre caractéristique possible, le transistor et le potentiométrique numérique sont disposés en série. Selon une autre caractéristique possible, la deuxième résistance présente une valeur ohmique très grande devant celles des première et troisième résistances. Plus particulièrement, la valeur ohmique de la deuxième résistance est au moins 50 fois supérieure à la valeur ohmique de la première et/ou de la troisième résistance, préférentiellement 100 fois supérieure à la valeur ohmique de la première et/ou de la troisième résistance. Cette configuration des valeurs de résistances permet notamment de simplifier ( la variation de la tension de sortie par rapport aux variations de résistance du potentiomètre numérique, ainsi que de de limiter la tension aux bornes du potentiomètre numérique. Selon une autre caractéristique possible, la tension de sortie est ajustable entre 100 et 450 V. Selon une autre caractéristique possible, le régulateur de tension est alimenté par une tension de référence V REF , et le système de régulation délivre une tension de sortie V OUT qui dépend des paramètres suivants : où R 1 , R 2 et R 3 correspondent respectivement aux valeurs ohmiques des première, deuxième et troisième résistances, et R Num à la valeur ohmique variable du potentiomètre numérique. L’invention se rapporte également un spectromètre de masse, caractérisé en ce qu’il comprend un système de régulation variable de tension selon l’une quelconque des revendications précédentes. L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celles-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante d’un mode de réalisation particulier de l’invention, donnée uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : , est une représentation très schématique d’un système de régulation de tension de l’art antérieur ; , est une vue agrandie du régulateur de tension dudit système de la ; , est une représentation très schématique d’un système de régulation de tension selon l’invention. La est une représentation très schématique d’un système de régulation variable de tension 20 selon l’invention. Le système 20 est destiné à un spectromètre de masse, par exemple pour alimenter avec une tension de sortie VOUT des électrodes et/ou des plaques accélératrices d’un spectromètre de masse. Plus particulièrement, le système de régulation 20 comprend un : - un amplificateur opérationnel AO 2 ; - un potentiomètre numérique P Num qui présente une résistance R Num ; - un régulateur de tension 22 qui comporte une broche d’entrée 22a, une broche de sortie 22b et une broche d’ajustement 22c ; - un transistor T 2 , tel qu’un transistor à effet de champ (plus particulièrement à grille isolée ou encore un transistor MOSFET) ; - une pluralité de résistances R 1 , R 2 , R 3 . On notera que le régulateur de tension 22 présente la même structure que le régulateur 12 illustré à la , c’est pour cela que la structure interne du régulateur 22 ne sera pas à détaillée à nouveau, mais comme précédemment celui-ci est alimenté par une tension de référence VREF. Ainsi, une première résistance R 1 est reliée, au niveau d’un nœud N 1 , à la broche de sortie 22b et la broche d’ajustement 22c, au niveau d’un nœud N 2 . Le potentiomètre numérique P Num , quant à lui, est relié à la broche d’ajustement 22c dudit régulateur 22 par l’intermédiaire dudit transistor T 2 . La tension de sortie V OUT correspond donc à la tension au niveau du nœud N 1 . Ledit système 22 comprend ainsi une maille dont l’une des extrémités est reliée à la fois à la broche d’ajustement 22c et, par l’intermédiaire de la première résistance R 1 , à la broche de sortie 22b, c’est-à-dire au niveau du nœud N1, tandis que l’autre extrémité de ladite maille est reliée à une masse G, cette extrémité correspond à un nœud N 5 . Plus particulièrement, ladite maille comporte deux branches distinctes, une première branche comportant le transistor T 2 et le potentiomètre numérique P Num , une deuxième branche comportant la deuxième et la troisième résistance R 2 et R 3 . Les deuxième et la troisième résistance R 2 et R 3 sont ainsi disposées en série, lesdites résistances R 2 et R 3 étant reliées entre elles au niveau d’un nœud N 3 . Le transistor T 2 et le potentiomètre numérique P Num sont également disposés en série, lesdits transistors T 2 et potentiomètre numérique P Num étant reliés au niveau d’un nœud N 4 . Ledit amplificateur opérationnel AO 2 comporte ainsi une sortie, une entrée inverseuse et une entrée non-inverseuse. Plus particulièrement, l’entrée non inverseuse est reliée au nœud N 3 situé entre les deuxième et troisième résistances R 2 et R 3 , la sortie est reliée à la grille du transistor T 2 , et l’entrée inverseuse est reliée au nœud N 4 situé entre le potentiométrique numérique P Num et la source du transistor T 2 . Par ailleurs, le transistor T 2 comprend une résistance R DS (résistance Drain-Source) qui par l’intermédiaire de l’amplificateur opérationnel AO 2 présente une valeur sensiblement égale à la valeur de la deuxième résistance. L’amplificateur opérationnel AO 2 et le transistor T 2 sont ainsi configurés pour que la tension aux bornes du potentiomètre numérique P Num soit identique à la tension aux bornes de la deuxième résistance R 3 . Ainsi, dans le système de régulation 20 selon l’invention, la tension de sortie V OUT peut s’exprimer de la façon suivante : De plus, de façon avantageuse, la deuxième résistance R 2 présente une valeur ohmique très grande devant celles de la première résistance R 1 et/ou de la troisième résistance R 3 . On entend par très grand, la fait que la valeur ohmique de la deuxième résistance R 2 est au moins 100 fois supérieure à la valeur ohmique de la première et/ou de la troisième résistance R 1 et R 3 . La tension de sortie V OUT peut alors s’exprimer de la manière suivante : Ainsi, le système de régulation 20 selon l’invention permet l’utilisation d’un potentiomètre numérique dans le cadre de la délivrance d’une tension continue régulée apte à être modifiée facilement et rapidement. En effet, en choisissant les valeurs ohmiques adéquates pour les résistances R 1 , R 2 et R 3 et la plage de valeurs sur laquelle il est possible de faire varier la résistance R Num dudit potentiomètre P Num , la tension de sortie peut être facilement ajustable entre 100 et 450 V. Système de régulation variable de tension (20) pour spectromètre de masse, caractérisé en ce qu’il comprend un amplificateur opérationnel (AO 2 ), un potentiomètre numérique (P Num ) et un régulateur de tension (22) qui comporte une broche d’entrée (22a), une broche de sortie (22b) et une broche d’ajustement (22c), le potentiomètre numérique (P Num ) étant relié à la broche d’ajustement (22c) dudit régulateur (22) par l’intermédiaire dudit amplificateur opérationnel (AO 2 ). Système selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend une maille dont l’une des extrémités est reliée à la fois à la broche d’ajustement (22c) et, par l’intermédiaire d’une première résistance (R 1 ), à la broche de sortie (22b), ledit amplificateur opérationnel (AO 2 ) et ledit potentiomètre numérique (P Num ) étant disposés sur ladite maille. Système selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite maille comprend deux branches, une première branche comportant un transistor (T 2 ) et le potentiomètre numérique (P Num ), une deuxième branche comportant une deuxième et une troisième résistance (R 2 et R 3 ). Système selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’amplificateur opérationnel (AO 2 ) et le transistor (T 2 ) sont configurés pour permettre que la tension aux bornes du potentiomètre numérique (P Num ) soit identique à la tension aux bornes de la deuxième résistance (R 2 ). Système selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le transistor (T2) comprend une résistance (R DS ) qui par l’intermédiaire de l’amplificateur opérationnel (AO 2 ) présente une valeur sensiblement égale à la valeur de la deuxième résistance (R 2 ). Système selon la revendication précédente, caractérisé en ce ledit amplificateur opérationnel (AO 2 ) comporte une sortie, une entrée inverseuse et une entrée non-inverseuse, l’entrée non inverseuse étant reliée à un nœud (N 3 ) situé entre les deuxième et troisième résistances (R 2 , R 3 ), la sortie étant reliée à la grille du transistor (T 2 ), et l’entrée inverseuse étant reliée à un nœud (N 4 ) situé entre le potentiométrique numérique (P Num ) et la source du transistor (T 2 ). Système selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le transistor (T 2 ) et le potentiométrique numérique (P Num ) sont disposés en série. Système selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la deuxième résistance R 2 présente une valeur ohmique très grande devant celles des première et troisième résistances (R 2 et R 3 ). Système selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la tension de sortie est ajustable entre 100 et 400 V. Spectromètre de masse, caractérisé en ce qu’il comprend un système de régulation variable de tension (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes.