INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
La première technique est décrite dans l'article de E.P. Emets et al., paru dans "Journal of Aerosol Science", vol.23, n"l, pp.27-35, 1992. Cette méthode met en oeuvre la combinaison de deux analyseurs différentiels de mobilité électrique, à écoulement axial, dont l'un à son axe vertical et l'autre son axe horizontal. En aval de ce dispositif, les particules sont détectées par un compteur optique. La mesure de la masse volumique des particules repose sur le fait que la fonction de transfert de l'analyseur différentiel, placé horizontalement, est déformée par rapport à celle de l'analyseur différentiel placé verticalement. Dans ces conditions, pour un même aérosol, les comptages en aval d'un analyseur différentiel implanté soit horizont-alement, soit verticalement ne seront pas identiques.A partir de cette différence de comptage, on peut aboutir à la densité des particules moyennant un développement mathématique extrêmement complexe, notamment pour établir la forme de la fonction de transfert de l'analyseur différentiel horizontal.
L'interprétation des résultats expérimentaux est donc délicate et réservée à des spécialistes. Cette méthode conduit à une précision sur la masse volumique des particules de l'ordre de 30%.
Une autre méthode est décrite par S.V. Hering et al. dans "Aerosol science and Technology", vol. 23, pp.155-173, 1995. Cette méthode, que les auteurs nomment "double spectrométrie en taille", mesure deux fois la dimension des particules. Une première mesure est effectuée avec un analyseur différentiel de mobilité électrique qui fournit le diamètre géométrique pour les particules sphériques. Une seconde mesure, réalisée avec un impacteur hypersonique, renseigne sur le temps de relaxation des particules. La confrontation des deux mesures permet d'accéder à la masse volumique des particules dans un domaine compris entre 3 et 50 nm. Si l'analyseur différentiel est un dispositif connu, et maintenant très répandu, l'impacteur hypersonique est en revanche un appareil récent dont l'usage délicat est limité à quelques laboratoires.En effet, cet impacteur fonctionne sous pression réduite et la mesure du temps de relaxation des aérosols s'obtient par l'établissement de la fonction de transfert de l'impacteur, pour des caractéristiques géométriques variables (notamment la variation du rapport entre la dimension de l'orifice critique, et la distance le séparant de la plaque de collection). On retrouve donc, là aussi, un système complexe, et l'interprétation des résultats est délicate et réservée là encore à des spécialistes. De plus, par son principe, la mesure du temps de relaxation ou du diamètre aérodynamique, avec un impacteur hypersonique fonctionnant à pression réduite, s'applique uniquement à des particules nanométriques dont la taille est comprise entre 3 et 50 nm.
Exposé de l'invention L'invention vise à proposer un nouveau sélecteur de particules chargées, de conception beaucoup plus simple que les dispositifs connus antérieurement, à la fois dans sa conception et dans son fonctionnement.
L invention a plus précisément pour objet un sélecteur de particules chargées d'une atmosphère à examiner, comportant * un premier et un second sélecteurs de mobilité électrique circulaire, chaque sélecteur comportant - un premier et un second disques conducteurs coaxiaux, espacés et parallèles entre eux, une fente annulaire d'entrée de rayon rl étant pratiquée dans le premier disque, - une aspiration centrale, cette aspiration permettant de faire circuler, dans l'espace entre les disques, un écoulement d'air, laminaire, centripète et stable, - des moyens pour appliquer un champ électrique entre les deux disques conducteurs, * des moyens pour diriger les particules, sélectionnées par une fente annulaire de sélection de rayon r2 (r2 sélecteur de mobilité électrique circulaire, vers la fente annulaire d'entrée du second sélecteur de mobilité électrique circulaire.
Ce premier objet de l'invention concerne donc un dispositif comportant deux sélecteurs de mobilité électrique circulaire (SMEC en abrégé) placés en série.
En fonctionnement, les deux SMEC sont disposés de manière à ce que la fente annulaire d'entrée du premier soit située au-dessus (respectivement au-dessous) de sa fente annulaire de sortie, tandis que la fente annulaire d'entrée de l'autre est située au-dessous (respectivement au-dessus) de son second disque. Dans ces conditions, les particules qui sont introduites dans le premier sélecteur de mobilité électrique circulaire sont entraînées vers sa fente de sélection sous l'action conjuguée de l'écoulement d'air, laminaire, centripète et stable circulant entre les deux disques, du champ électrique imposé entre les deux disques, et du champ de pesanteur.Les particules ainsi sélectionnées une première fois sont reprises et introduites dans le second sélecteur de mobilité électriqué circulaire, et sont entraînées vers le second disque de ce second sélecteur sous l'action conjuguée de l'écoulement d'air, radial et laminaire établi entre les deux disques de ce second sélecteur, du champ électrique imposé entre les deux disques et du champ de pesanteur.
Le second disque du second sélecteur peut également être muni d'une fente annulaire de sélection, de rayon r'2 < r'1. En fonctionnement, la fente annulaire d'entrée du second disque est donc située, suivant le cas, au-dessus ou au-dessous de sa fente de sélection.
Des moyens peuvent être prévus pour faire varier les champs électriques établis dans les deux disques et échantillonner les valeurs correspondant à la sélection des particules. On obtient alors des valeurs numériques auxquelles peuvent être reliés, de manière simple, la mobilité électrique et le temps de relaxation des particules.
Ces deux grandeurs sont elles-mêmes reliées au diamètre géométrique des particules, à leur état de charge ainsi qu'à leur masse volumique. Moyennant la connaissance préalable de, ou une hypothèse sur, l'une de ces trois dernières grandeurs, on peut par conséquent accéder aux deux autres. De même, il est possible de relier la masse des particules à une combinaison simple des valeurs mesurées pour les champs électriques correspondant à la sélection des particules.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, la fente d'extraction de l'un ou de l'autre des sélecteurs de mobilité électrique (ou des deux) peut se réduire à un orifice central. Par rapport au dispositif avec fente d'extraction annulaire, le sélecteur à orifice central d'extraction est plus simple à réaliser, et garantit de meilleures performances, avec un temps de transit plus court dans le circuit d'extraction des particules. Il évite éventuellement les problèmes de sédimentation dans ce circuit.
L'invention a également pour objet un sélecteur de particules chargées d'un aérosol, comportant * un premier et un second sélecteurs de mobilité électrique circulaire, chaque sélecteur comportant - un premier et un second disques conducteurs, coaxiaux, espacés et parallèles entre eux, - une aspiration centrale, cette aspiration permettant de faire circuler, dans l'espace entre les deux disques, un écoulement d'air, laminaire, centripète et stable, - des moyens pour appliquer un champ électrique entre les deux disques, * des moyens pour introduire les particules de l'aérosol à examiner, en parallèle dans l'un et 1 'autre sélecteurs.
Dans ce second dispositif, on dispose de deux sélecteurs de mobilité électrique circulaires "en parallèle". Ce second dispositif peut être encore plus compact que le précédent. Il fonctionne sur des principes similaires à ceux évoqués ci-dessus en liaison avec le premier dispositif. En cours de fonctionnement, l'introduction des particules d'aérosol est réalisée, pour chaque sélecteur, au-dessus d'un des premier et second disques et au-dessous de l'autre disque. Dans les deux sélecteurs circulaires, les particules sont entraînées vers la fente d'extraction, sous l'action conjuguée de l'écoulement d'air, laminaire, centripète, du champ électrique et du champ de pesanteur. Là encore, les valeurs de champ électrique se trouvent reliées, de manière simple, à la mobilité électrique et au temps de relaxation des particules.De préférence, dans ce second dispositif, les seconds disques conducteurs de chaque sélecteur sont confondus, ce qui confère à l'ensemble une meilleure compacité.
Au moins l'un des sélecteurs peut comporter une fente annulaire d'extraction de rayon r1.
Si les deux présentent une telle fente, alors l'introduction des particules d'aérosol est réalisée, en cours de fonctionnement, pour l'un des deux sélecteurs de mobilité électrique circulaires, audessus de la fente annulaire d'extraction, et pour l'autre, au-dessous de la fente annulaire d'extraction.
Selon une autre caractéristique, ledit outil est muni de moyens de positionnement et de moyens de blocage des plaquettes, permettant que le diamètre de coupe après affûtage soit automatiquement égal au diamètre de coupe avant affûtage.
Selon une autre caractéristique, le procédé d'affûtage des plaquettes destinées à l'outil selon l'invention est caractérisé en ce que lesdites plaquettes possèdent avant et après l'affûtage une hauteur de référence (hr) identique.
Selon une caractéristique de l'invention, l'outil est constitué par: - un corps d'outil en forme de disque, - au moins un logement porte-plaquettes et sa plaquette affûtable respective, et est caractérisé en ce que les moyens de positionnement de la plaquette sont constitués en partie par - une surface de butée située sur une paroi interne du logement porte-plaquettes, - une surface d'appui de référence située sur la plaquette, lesdites surfaces étant destinées à être maintenues en contact.
Selon une caractéristique complémentaire, chaque plaquette possède un bord biseauté se positionnant en appui sur un bord biseauté d'un coin de positionnement, de manière à maintenir en contact les surfaces de butée et de référence.
Selon cette caractéristique complémentaire, les moyens de blocage sont constitués d'une vis de serrage verrouillant le coin de positionnement en appui sur la surface biseautée de la plaquette grâce à une légère translation dudit coin le long de l'axe de ladite vis.
Un mode d'exécution consiste en ce que la surface de butée soit constituée par le bord inférieur d'une saillie de positionnement réalisée dans le logement, ledit bord inférieur étant contenu dans un plan parallèle à l'axe de rotation de l'outil.
Une variante consiste en ce que la surface de butée soit constituée par la paroi supérieure d'une gorge de positionnement usinée dans le logement, ladite paroi étant contenue dans un plan parallèle à l'axe de rotation de l'outil.
Selon une caractéristique complémentaire, la saillie ou la gorge de positionnement du logement est avantageusement de forme parallélépipédique.
Les figures 1, 2, 3, 3a, 4, 4a et 5 illustrent un premier mode de réalisation de l'invention.
La figure 1 représente un premier mode de réalisation de l'outil en perspective.
La figure 2 représente la vue latérale en plan de l'outil.
La figure 3 est une vue en perspective d'une plaquette affûtable.
La figure 4 est une vue partielle en perspective représentant plus particulièrement une saillie porte-plaquettes avec sa plaquette.
La figure 4a est une vue en perspective éclatée.
La figure 5 est une vue latérale en plan d'une plaquette.
L'analyse détaillée d'une de ces demi-périodes, par exemple celle qui démarre à tl (fig. 13) par la mise en conduction de QP1 révèle les points caractéristiques suivants: 1. immédiatement avant tl, (fig. 13) le dispositif est en situation de repos, et les deux C.U.C. sont le siège d'un potentiel positif d'anode. Dans ce cas particulier, n'importe lequel des deux C.U.C. pourrait être mis en conduction, mais comme l'exemple repose sur la mise en conduction de QP1, on désignera par "Uda" le potentiel d'anode de QP1.
2. au début d'un temps de conduction, soit à l'angle de phase 0", tl (t5, t9 pour les demi-périodes suivantes) fig. 13 le C.U.C. sollicité (présentement QP1) passe d'un potentiel positif d'anode Uda à une tension nulle, le courant I3 qui le traverse étant d'abord nul et soumis à évolution progressive (fig. 9, fig. 10 et fig.
13). L'énergie Wa stockéedans C1 est à considérer sous la forme (C1 x Uda) / 2.
3. avant le milieu d'un temps de conduction, t2 (t6, t10 pour les demi-périodes suivantes) le C.U.C. qui n'a pas été rendu conducteur retrouve un potentiel positif d'anode. Cette situation ne se présente pas si l'on a Uda < Upn juste avant le temps tl.
4. au milieu d'un temps de conduction, soit 90 d'angle de phase, t3 (t7, tll pour les demi-périodes suivantes) fig. 13, l'inductance sollicitée, le C.U.C. conducteur, et C1 sont parcourus par un courant maximum égal à l'énergie instantanée stockée dans l'inductance est donc à un maximum Wma et égale Wa. A cet instant aussi, le potentiel des points M, M1, LN et LP est identique; il est égal au potentiel de P car c'est présentement QPl qui conduit, il serait égal au potentiel de N si c'était QN1 qui conduisait.
L'intervalle de temps tl à t3 (t5 à t7, t9 à tll pour les demi-périodes suivantes) est le temps de magnétisation.
5. à la fin d'un temps de conduction, soit 180 d'angle de phase, t4 (t8 t12 pour les demi-périodes suivantes) fig.
i3, le courant dans le C.U.C conducteur décroît jusqu'à s'annuler ce qui entraîne l'annulation de la tension aux bornes de l'inductance qui travaillait (L1P) et l'apparition subite d'un potentiel négatif d'anode -Vda aux bornes du C.U.C qui était conducteur. Si l'on s'est bien fixé de respecter la formation d'une demi-période, ce n'est qu'après ce moment qu'il est permis d'interrompre les conditions qui rendaient le C.U.C.
conducteur; mais l'interruption de ces conditions n'a pas besoin d'une grande précision de synchronisation avec la fin de la demi-sinusoïde, il suffit que la commande de conduction soit interrompue entre l'annulation naturelle du courant et la réapparition d'un potentiel positif sur l'anode du C.U.C. considéré, t6 (tlO pour la demi-période suivante). L'intervalle de temps t3 à t4 (t7 à t8, tll à t12 pour les demi-périodes suivantes) est le temps de démagnétisation pendant lequel l'inductance en action transmet son énergie Wa condensateur C1.
6. Immédiatement après t4 (t8, t12 pour les demi-périodes suivantes) fig. 13 le circuit primaire se trouve en situation de repos. Pendant le repos, le stockage d'énergie étant capacitif, cette situation peut être maintenue longtemps en générant peu de pertes. Ceci permet d'interrompre facilement le fonctionnement du convertisseur lorsqu'un paramètre (courant, tension ou puissance) est atteint. Si cette interruption se fait après le retour à zéro du courant, elle ne génère aucune pointe de tension. Pour assurer l'application de cette condition, le moyen préféré pour interrompre le fonctionnement d'un convertisseur suivant l'invention, opérant en mode interrompu ou synchrone, sera de bloquer l'état des commandes de conduction des C.U.C. pour leur interdire tout changement pendant qu'un ordre d'interruption de fonctionnement est en vigueur.
Après la demi-période détaillée ci dessus, l'autre C.U.C, celui qui peut maintenant devenir conducteur (QN1 présentement), dispose alors d'un potentiel positif d'anode Udb = Uda + Upn et voit l'énergie stockée dans C1 comme étant égale à C1 x Udb2 / 2 = C1 x (Uda + Upn) / 2, et c'est cette nouvelle énergie qu'il transférera à l'inductance en action. Après deux demi-périodes, le C.U.C. initialement sollicité connaîtra une tension d'anode Udc = Uda + (2 x Upn). Il y a donc toutes les deux demi-périodes de fonctionnement à vide en mode interrompu un accroissement des excursions en tension de deux fois la tension d'alimentation Upn. Il s'agit d'une caractéristique fondamentale de l'invention; on est en présence d'un élévateur illimité de tension, l'évolution de cette tension s'opérant par des paliers prédéterminés par la tension d'alimentation du dispositif. Pour mémoire, c'est le fonctionnement à vide qui est présentement considéré.
Si la conduction d'un C.U.C; est établie et maintenue indéfiniment, le dispositif effectue une demi-sinusoïde et passe en situation de repos, il n'y a pas augmentation dangereuse du courant.
Si l'on s'écarte de la situation standard, l'évolution sinusoïdale de la tension et du courant aux différents points critiques du présent convertisseur est modifiée, mais la tendance de la tension à évoluer symétriquement par rapport à N ou P reste vraie.
L'onde réellement produite sera surtout déformée à son début si une extraction d'énergie est faite par transfert direct immédiat, elle sera surtout déformée vers la fin si une extraction d'énergie est faite par transfert retardé, elle aura une déformation répartie sur toute sa durée en cas de transfert d'énergie réparti pendant toute la durée de l'onde, ce qui est notamment le cas avec les pertes passives.
En ce qui concerne la règle du courant nul en début de conduction d'un C.U.C., un facteur peut la modifier dans de grandes proportions c'est l'éventuel transfert direct immédiat d'énergie électrique vers un récepteur d'impédance d'entrée faible. Si cette situation est rencontrée, il faudra adjoindre une inductance de lissage.
Pour la suite de la description, la situation standard est censée être rétablie.
Un autre sélecteur selon l'invention, fonctionnant, de même que le précédent, avec une configuration "en parallèle", comporte * un premier et un second disques conducteurs, coaxiaux, espacés et parallèles entre eux, comportant chacun une aspiration centrale pour faire circuler, dans l'espace entre les deux disques, un écoulement d'air laminaire, centripète et stable, * des moyens pour appliquer un champ électrique entre les deux disques, * des moyens pour introduire les particules d'un aérosol entre le premier et le second disque, à partir de la périphérie des deux disques.
Ce dispositif est de constitution encore plus simple que le précédent. Il fonctionne exactement sur le même principe. Les particules à analyser sont alors introduites simultanément par rapport à chacun des deux disques conducteurs, mais au-dessus de l'un des deux disques et au-dessous de l'autre disque. Leur déplacement se fait toujours sous l'action conjuguée des mêmes forces (écoulement d'air laminaire et radial, champ électrique, champ de pesanteur).
Quel que soit le dispositif employé, du type "en série" ou "en parallèle", le principe de fonctionnement est beaucoup plus simple que le principe de fonctionnement du dispositif décrit par exemple dans l'article Emets et al. déjà cité ci-dessus. Dans le sélecteur selon l'invention, l'action de la pesanteur agit linéairement avec le champ électrique, et implique uniquement un décalage de la fonction de transfert d'un des sélecteurs, par rapport à l'autre, sans déformation de cette fonction. Au contraire, dans les appareils de type "DMA" à écoulement axial, l'action de la pesanteur, qui n'agit pas linéairement avec le champ électrique, entraîne une déformation complexe de la fonction de transfert du DMA horizontal. Ceci a pour conséquence de rendre l'interprétation des résultats très délicate, ce qui n'est pas le cas pour un dispositif selon l'invention.
Dans tous les cas, des moyens peuvent être prévus pour faire varier le champ électrique appliqué dans le premier, et/ou le second, sélecteur(s) de mobilité électrique circulaire(s), ou bien entre les deux disques conducteurs permettant d'effectuer une spectrométrie.
Des moyens pour échantillonner la, ou les, valeurs de champ électrique appliquées correspondant à la sélection d'un type de particules, peuvent être prévus, ainsi que des moyens pour combiner, additionner et/ou soustraire les valeurs échantillonnées. A partir de ces valeurs, des moyens de calcul peuvent être prévus pour calculer la mobilité électrique des particules sélectionnées et/ou leur temps de relaxation, et/ou leur diamètre géométrique, et/ou leur masse, et/ou leur masse volumique.
Un sélecteur tel que décrit ci-dessus peut en outre comporter des moyens pour faire varier l'un ou l'autre des débits d'écoulement d'air.
De plus, il peut comporter des moyens de détection ou de collection des particules chargées.
Un spectromètre pour particules chargées, selon l'invention, peut comporter un sélecteur tel que décrit ci-dessus.
L'invention concerne également un dispositif pour la mesure de la granulométrie d'un aérosol comportant un spectromètre tel qu'il vient d'être décrit, et des moyens pour établir la granulométrie de 1 'aérosol.
Brève description des figures De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lumière - de la description qui va suivre. Cette description porte sur les exemples de réalisation, donnés à titre explicatif et non limitatif, en se référant à des dessins annexés sur lesquels - les figures 1 et 2 représentent deux variantes d'un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, - les figures 3 et 4 représentent deux variantes d'un second mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, - la figure 5 illustre un exemple de mise en oeuvre d'un dispositif selon l'invention, - la figure 6 illustre une comparaison entre des valeurs expérimentales et théoriques, mesurées avec, et calculées pour, un dispositif selon l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation de l'invention Un premier mode de réalisation d'un sélecteur selon l'invention va être décrit en liaison avec la figure 1. Sur cette figure, deux sélecteurs 2, 4 de mobilité électrique circulaires sont disposés en série, les particules sélectionnées par le premier sélecteur 2 étant introduites à l'entrée du second sélecteur 4.
Le premier sélecteur comporte deux disques 6, 8, parallèles et concentriques, définissant entre eux une zone 3 de sélection. Les deux disques sont séparés par une distance 2h. Le disque supérieur 6 présente une fente annulaire 14, de rayon r1, par laquelle un aérosol est introduit avec un débit Qa. Un conduit ou tubulure d'aspiration centrale 22, ménagé dans le disque supérieur 6, extrait un débit QO de la zone de sélection 3. Dans le second disque 8 est pratiquée une ouverture annulaire 16 de rayon r2 (r2 < r1). Lorsque l'appareil fonctionne, cette fente 16 est traversée par un débit Qa de particules sélectionnées.Entre les deux disques, à la périphérie de l'espace 3 est introduit, par des moyens non représentés sur la figure 1, un gaz d'entraînement (en général de l'air filtré), au débit QO. Du fait de la structure circulaire de l'appareil, ctest un écoulement laminaire, stable et centripète qui circule entre les deux disques, avec un débit QO jusqu'à la tubulure d'aspiration 22.
Des moyens sont prévus pour imposer entre les deux disques 6, 8, un champ électrique E-. Notamment, les deux disques peuvent être conducteurs et être portés chacun à un certain potentiel, par exemple 0 pour le disque 6 et U pour le disque 8.
Par un boîtier 26, tel qu'un boîtier cylindrique, et des conduits 28, 34, les particules sélectionnées peuvent être dirigées vers le second sélecteur de mobilité électrique 4.
Ce dernier comprend des éléments similaires au sélecteur 2. En particulier, deux disques 10, 12, parallèles et concentriques, séparés par une distance 2h, définissent entre eux une zone 5 de sélection. Le disque inférieur 12 présente une fente annulaire 18, de rayon r'1, par laquelle les particules d'aérosol sélectionnées par le premier sélecteur 2 sont introduites dans le second sélecteur, avec le débit Qa Un conduit, ou tubulure d'aspiration central 24, ménagé dans le disque inférieur 12, extrait un débit d'air Q'O de la zone de sélection 5. Dans le disque supérieur 10 est pratiquée une ouverture annulaire 20, de rayon r'2 (r'2 < r'1). Lorsque l'appareil fonctionne, cette fente 20 est traversée par un débit Qa de particules sélectionnées.Entre les deux disques 10, 12, à la périphérie de l'espace 5, est introduit, par des moyens non représentés, un gaz d'entraînement (en général de l'air filtré), au débit Q'O. Là encore, la structure circulaire de l'appareil assure entre les deux disques un écoulement laminaire, centripète et stable.
Des moyens sont prévus pour imposer entre les deux disques 10, 12 un champ électrique E+. Notamment, les deux disques peuvent être conducteurs et être chacun portés à un certain potentiel, par exemple 0 pour le disque 12 et U+ pour le disque 10.