E.I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY
ayant pour objets Dosimètre chimique à pompe d'échantillonnage
d'air à débit constant
Qualification proposée: BREVET D'IMPORTATION
basé sur le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 4.063.824 du 20 décembre 1977 La présente invention concerne un dosimètre et en particulier un dosimètre chimique conçu pour l'emploi individuel , qui comporte l'écoulement d'un courant d'air constant à travers- le dosimètre.
Les dosimètres chimiques sont bien connus et leur usage individuel vise à déterminer le niveau d'exposition d'un individu à des substances étrangères dans l'air,
par exemple à des vapeurs chimiques ou à des fumées , à des particules de poussières , etc. Le dosimètre est porté par l'individu et de l'air est pompé à travers un filtre qui emprisonne les matières étrangères portées par l'air. A la fin de la période d'exposition de l'individu, on enlève le filtre et on l'analyse pour y découvrir des substances étrangères. Le problème posé par ces dosimètres chimiques est que le débit d'air à travers le dosimètre n'était pas commandé de façon précise. Par exemple, si
le filtre était bloqué partiellement, en sorte que l'entrée de l'air soit momentanément arrêtée ou réduite; pendant une certaine période de temps, il n'était pas possible d'ajuster et d'augmenter le débit de l'air pour compenser le bouchage ou la réduction du passage d'air par le filtre du dosimètre. Toute réduction du débit d'air réduit la quantité de substances étrangères recueillies par le filtre , en donnant ainsi une idée inexacte de l'exposition de l'individu.
Le dosimètre chimique perfectionné suivant l'invention , destiné à être utilisé par des individus afin de recueillir sur un filtre des particules ou des vapeurs présentes dans un courant d'air pompé à travers le dosimètre à. débit constant , comprend une pompe à entraînement variable reliée par des tubulures aux moyens de filtrage et couplée à un moteur électrique pour aspirer le courant d'air à travers le filtre et pomper l'air dans un réservoir à air; le réservoir à air relié à la pompe pour retenir l'excès d'air fourni par le pompe afin de-maintenir un débit constant du courant d'air à travers un orifice qui est relié au réservoir à air ; l'orifice est placé dans un tube attaché au réservoir et à un passage d'échappement, et le courant d'air est pompé à travers l'orifice et crée ainsi une chute de pression;
un commutateur commandé par la pression différentielle , placé dans un tube relié au passage de sortie est en parallèle avec l'orifice, ce commutateur étant mis en activité par le changement de la chute de pression d'air du courant d'air et créant un signal d'entrée de tension électrique basse tension qui est fourni à un circuit intégrateur , le circuit intégrateur qui est relié électriquement à une source d'alimentation et au_commutateur fonctionnant sous l'action de la pression, en utilisant le signal d'entrée de la tension engendrée par le commutateur commandé par la pression et intégrant ce signal en un signal qui est fourni à un circuit amplificateur ;
le circuit amplificateur ' .-est relié électriquement à une source d'alimentation et il est monté en série avec le circuit intégrateur et au moteur électrique , pour amplifier le signal engendré par le circuit intégrateur et fournir un signal amplifié au moteur électrique et changer ainsi la vitesse du mo-
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constant de l'air dans le dosimètre.
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=.Le dosimètre chimique suivant 1" invention est conçu pour l'usage individuel , ses dimensions sont compactes
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tante" du dosimètre.
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que suivant 1* invention. De 1* air est pompé dans un orifice d'entrée 1, à débit constant, et passe à travers un fil-
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à une pompe à air 3, à. commande variable, entraînée par un moteur électrique 9 à courant continu. L'air est pompé dans le réservoir 4 qui modère le niveau d'écoulement de l'air et élimine les sursauts de débit créés par les courses de la pompe. Un orifice 5 tel que celui d'une valve à pointeau réglable , est placé dans le tube qui conduit
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sion d'air. Un commutateur 6 commandé par la pression est placé parallèlement à l'orifice et il est mis en- activité par tout changement de la chute de pression d'air.
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signal électrique. Le signal engendré par l'intégrateur 7 est fourni au circuit amplificateur 8 qui amplifie ce
<EMI ID=8.1> une source d'alimentation en courant continu 11 qui est
-habituellement une batterie. commutateur marche-arrêt
10 est placé entre la source d'alimentation 11 et les circuits d'amplificateur et intégrateur* ' Des configurations autres que celles décrites cidessus peuvent être utilisées. Par exemple,! 'orifice peut <EMI ID=9.1>
travers le filtre. Comme précédemment, commutateur commandé par la pression est en disposition parallèle par <EMI ID=10.1> de pression d'air. Dans un autre exemple, un filtre, un orifice et un réservoir sont reliés par tubes, en série,
à une pompe, et cette pompe aspire l'air à travers le filtre, l'orifice et le réservoir. Un commutateur commandé par la pression est placé en parallèle avec l'orifice pour mesurer tout changement de la chute de pression d'air.
Le filtre 2 du dosimètre peut être rendu propre à saisir n'importe quel type de substance telle que des gaz, des liquides ou des solides. Si une filtration mécanique est seule nécessaire, par exemple, pour recueillir des particules de poussières auxquelles un travailleur est exposé, on prévoit un filtre qui saisira des particules
de dimensions de 0,01 micromètres ou davantage. Si le filtre doit retenir un gaz tel que l'anhydride sulfureux, on utilise un filtre chimique qui emprisonnera ce gaz?.
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filtre au charbon sera utilisé pour recueillir ces vapeurs,.
A la fin de la période à laquelle est exposé un individu qui porte le dosimètre, par exemple après une journée de travail de huit heures, on enlève le filtre, on l'examine
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dividu a été exposé,Un compte simple de particules sous
un microscope peut être utilisé, ou bien on peut analyser
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Une pompe air commande variable -est utilisée dans le dans De générale, façon générale, on utilise une pompe-.
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La pompe est reliée électriquement à un moteur continu classique d'une puissance d'environ 0,0001 à
0,02 chevaux. Le moteur est un moteur à vitesse variable et il fonctionne entre 1000 et 20.000 tours par minute.
Dans certaines circonstances, une réduction par engrenages peut être utilisée entre le_moteur et la pompe.
Le réservoir fait habituellement partie Intégrante d'un bâti quelconque sur lequel les différents composants utilisés dans le dosimètre sont montés et on a prévu les découpures voulues du bâti pour prévoir des ouvertures
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les pulsations du courant d'air provoqué par: la pompe puissent être facilement amorties par l'élastomère qui
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ses de la course de ^ la, pompe , d'un certain degré tout
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l'orifice.Sans réservoir, on ne peut assurer un débit constant du courant d'air. Le volume du réservoir .est aussi petit que possible, mais il -est suffisant pour réduire les pulsations du courant d'air.
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est placé dans un tube qui relie le réservoir au passage d'échappement. On utilise un orifice crée une chute de pression d'environ 1 à 10 cm d'eau. Habituellement, on utilise une chute de pression de 6,3 à 8,9 cm d'eau.
Un commutateur commandé par la pression différentielle , d'un niveau de sensibilité relativement élevé, est utilisé dans l'appareil et il est sensible à un changement de chute de pression du courant d'air d'environ
2,5 à 12,7 mm d'eau.
Le circuit intégrateur reprend le signal engendré par le commutateur commandé par la pression et formule à partir de celui-ci un signal continu changeant lentement,
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tégrateur est polarisé à environ + 0,6 volt et le signal provenant du commutateur augmente cette tension à environ 1,2 volt lorsque le commutateur commandé par la pression est mis en aotion,et fait tomber la tension à +0,0 volt lorsque le commutateur n'est pas en action. Le circuit intégrateur produit une tension de sortie décroissant progressivement , qui est fournie à l'amplificateur lorsque le commutateur soumis à la pression est fermé, tandis qu'une tension graduellement croissante est engendrée lors-
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circuit est construit à partir d'éléments classiques:
transistors, capacités, résistances. Des exemples de ce circuit seront décrits^ ci-après.
Le circuit amplificateur reçoit le signal engendré par le circuit intégrateur et amplifie le signal en sorte
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commandé à des vitesses variables pour assurer un débit d'air constant du courant d'air à travers le dosimètre. Le circuit amplificateur amplifie le signal provenant de
<EMI ID=22.1> totale de la source d'alimentation.Par exemple, pour une source d'alimentation de 5 volts, le signal sera amplifié à 4,8 volts. De façon générale, l'amplificateur a une impédance supérieure à 10 ohms et. pouvant atteindre 1 mégohm. Cependant, un amplificateur avec une impédance inférieure à 10 ohms peut être utilisé, par exemple avec une impédance de 0,01 à 10 ohms. L'amplificateur est constitué d'éléments classiques': transistors, capacités et résistances.
La source d'alimentation est ordinairement une batterie d'environ 5 à 6 volts. De façon générale, une batterie au nickel et au cadmium de 4 piles est utilisée. Une source d'alimentation à courant continu ou à courant alternatif redressé peut être utilisée aussi.
Un circuit que l'on peut utiliser facultativement:.' dans le dosimètre est un circuit de test de batterie.Le circuit utilise un détecteur de tension de précision que l'on peut régler à la tension de chaque pile et qui est établi pour être mis en activité à la pleine charge de tension de la batterie. Une diode émettrice de lumière, qui est mise en activité par un commutateur, est utilisée habituellement pour indiquer la pleine charge de la batte. rie.
Un autre circuit facultatif que l'on peut utiliser dans le dosimètre est un circuit détecteur d'écoulement d'air faible, qui est relié au circuit 'intégrateur et qui est mis en action lorsque la tension de sortie du'.' circuit intégrateur est à une valeur supérieure aux niveaux de fonctionnement normaux , par suite d'une interruption du courant d'air pompé à travers le dosimètre.Le circuit détecteur d'écoulement faible comprend un circuit multivibrateur bistable relié électriquement à une lampe indicatrice telle qu'une diode émettrice de lumière.
En se référant au schéma de circuit de la figure 2, On voit que la batterie B 1 qui fournit l'alimentation au circuit a sa borne négative reliée à un point commun et sa borne positive reliée au commutateur d'alimentation SW1. L'autre côté de SW1 est relié à la borne positive omnibus (+).
L'amplificateur A 1 (qui peut être un amplificateur opérationnel tel que l'un des quatre amplificateurs; du type LM 324 Quad Operational Amplifier) est monté dans une configuration d'intégration avec une capacité de rétroaction C 1 (typiquement de 10 microfarads). C 1 est reliée de la sortie à la borne d'entrée inverseuse de l'amplificateur A 1. La résistance d'entrée R3 (typiquement de
1 mégohm) est reliée à l'entrée inverseuse de A 1. Les
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et affectent la réponse du circuit de commanda. Les valeurs sont choisies pour donner la meilleure commande
avec une pompe particulière et un accumulateur particulier.
La résistance R1 (qui est typiquement de 10 kiloohms) est reliée de la barre omnibus (+) BUS à une anode de la diode, CR1 (typiquement du type 1N4148) , et la cathode de CR1 est reliée à l'anode de la diode CR2 (du type 1N4148) dont la cathode est reliée au point commun.
Ceci donne des tensions de polarisation d'environ 0,6 volt
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raison des chutes de tension directes des deux diodes. Le point de 0,6 volt est relié à l'entrée non inverseuse (+) de l'amplificateur, A1, pour polariser l'entrée (+) à 0,6
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(typiquement de 1 mégohm) qui diminue les effets de dérive de la tension d'amplificateur. Une résistance R2(typiquement de 10 kilo-ohms) est reliée entre la résistance d'entrer
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de 0,0 volt à la résistance d'entrée lorsque le commuta-
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piquement un commutateur actionné par la pression qui fonctionne sous une pression de7,5cm d'eau. L'intégrateur produit une tension diminuant progressivement à la sortie de l'amplificateur lorsque SW2 est fermé, et une tension croissant progressivement lorsque SW2 est ouvert. La tension à la sortie de l'amplificateur A1 est un signal de vitesse pour le moteur qui, lorsqu'il est amplifié par un amplificateur (décrit ci-après) détermine la vitesse du moteur de la pompe. Une connexion est faite entre la barre BUS (+) et le point commun à A1 pour fournir l'alimenta- tion. Ces connexions fournissent l'alimentation pour A2
et A3.
Le signal de vitesse du moteur est appliqué à l'amplificateur A2 (typiquement 5 d'un type LM 324) par l'intermédiaire de la résistance R5 (typiquement de 2,2 kilo-ohms), à l'entrée non inverseuse (+) de A2. Le signal amplifié provenant de la sortie de A2 est appliqué
à la base du transistor Q1(typiquement un transistor NPN
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de 10 kilo-ohms). Le signal provenant du collecteur de Q1 est appliqué à la base du transistor Q2 (typiquement un transistor PNP du type 2N5226)par l'intermédiaire de la résistance R10 (typiquement de 1 kilo-ohm). Le signal de sortie provenant du collecteur de Q2 est relié au moteur de la pompe M1 qui est un moteur à courant continu et à vitesse variable. L'autre côté de M1 est relié au point commun.
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résistances et capacités associées est celle nombreux circuits amplificateurs convenant _pour amplifier signal
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faible pour, un débit très faible"
Un circuit de test de batterie est construit sur la base d'une diode émettrice de lumière spéciale- <EMI ID=31.1>
une batterie construite reliant ensemble quatre piles rechargeables nickel -cadmium, -montées série).
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faible pour Être sans effet sur l'intégrateur et sauf <EMI ID=33.1>
la capacité C4 (typiquement de 0,5 microfarad)a été ajoutée en parallèle avec R17 pour donner une réponse plus rapide et un fonctionnement plus stable avec certaines pompes.
La sortie de A4 est amplifiée par le transistor Q3
(typiquement du type 2N3053)dont la base est reliée à la sortie de A4 par la résistance R18 (typiquement de 2,2 kilohms)et dont l'émetteur est relié au point commun et dont le collecteur est relié au moteur de la pompe , M2. Ce conducteur positif (+) M2 est relié à BUS (+). Cet amplificateur d'alimentation est un circuit moins compliqué que celui de la figure 2 mais donne la même gamme de tensions de 0 à 4,8 volts pour le moteur. Ce signal de sortie provenant de ce circuit a des caractéristiques de courant constantes qui fournissent un bon fonctionnement avec la plupart des configurations de pompes.
Le signal de sortie provenant de A4 varie d'environ 0 à environ 0,75 volt pendant la commande normale , mais peut augmenter graduellement jusqu'à un niveau de saturation d'environ 3 volts (pour une tension d'alimentation de 4 volts ) lorsque la pompe ne peut maintenir l'écoulement de l'air tel que celui qui se produit lorsque le tube d'entrée est coudé et qu'un. courant d'air est bloque.Pour détecter le moment où la tension de sortie de A4 dépasse 2,5 volts, un détecteur d'écoulement faible est prévu. Ainsi, l'amplificateur A5(typiquement ^ de LM 324) est
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déclenchement. Si une tension de grandeur supérieure à
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à un niveau élevé d'environ 4 volts(avec une source d'alimentation de 5 volts).
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inverseuse(-) de A5.
La résistance [pound]23 (typiquement de 10 kiloms)et la diode CR6 (typiquement du type IN 4148) sont reliées en série et alimentent en tension de la sortie de A5 à l'entrée non inverseuse pour maintenir la sortie de A5 à un niveau élevé, même si le signal de tension original est absent.La résistance R24 (typiquement de 270 ohms); la
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SW6 est fermé, avec la sortie de A5 à un niveau élevé=; D2 s'allumera. L'amplificateur A5 peut être rétabli à l'état de sortie de niveau bas en ouvrant le commutateur SW4 pour enlever l'alimentation du circuit. La résistance R22 (typiquement de 1 mégohm) est relié depuis l'entrée non inverseuse de A5 au point commun pour assurer que A5 ne passe pas par inadvertance à un état de sortie élevé
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de de la diode CR5 (typiquement du type IN 4148) est reliée de la sortie de A4 à la résistance [pound]19 (typiquement de 100 kilohms) qui est à son tour reliée à l'entrée non inver-
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sites de déclencher de manière erronée le détecteur d'écoulement faible. Dans cette configuration, le circuit exige normalement 35 secondes après interruption de l'écoulement
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Le circuit de contrôle de batterie de la figure 3 comprend un réseau de transistors au silicone NPN, Q4 - Q6, pour fournir une tension de polarisation qui soit stable
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est reliée entre la barre BUS + et le point A. La résistance R26 est reliée du point A à la jonction de la base de Q4, au collecteur de Q4 et à la base de Q5. Les émetteurs de Q4 et de Q6 sont reliés au point commun et l'émetteur de Q5 est relié au point commun par la résistance R28. La résistance R27 est reliée du point A à la jonction du collecteur de Q5 et de la base de Q6. Le collecteur de Q6 est relie au point A. Les résistances R25 à R28 sont choisies pour donner la meilleure stabilité à la température pour la tension au point A. La tension au point A est typiquement de 1,5 volt. La résistance R29 est reliée entre la barre BUS + et l'entrée inverseuse de A6. La ré-
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se de A6 au point commun. Les valeurs de R29 et de R30 sont choisies pour correspondre à la meilleure tension de test de batterie. La résistance R31 est reliée de la sortie de A6 à la diode émettrice de lumière D3. L'autre
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est relié au point commun.
Dans le fonctionnement pratique du dosimètre chimique, un travailleur reçoit le dosimètre qu'il portera pendant un poste de 8 heures. A la fin de ce poste, on teste le circuit pour déterminer si l'entrée a été bloquée pendant cette période, en observant la diode émettrice de lumière (D2 de la figure 2) tout en pressant le commutateur momentané (SW6 de la figure 3). Si la diode s'allume, un blocage a lieu pendant le poste. On enlève alors le filtre du dosimètre et on l'envoie à un laboratoire pour analyse , et les résultats sont notés au dossier du travailleur. S'IL y a exposition excessive, on peutretirer ce travailleur de la région particulière
et lui donner un autre travail.
Il est commode de maintenir une banque de dosimètres chimiques, à partir de laquelle chaque travailleur retire son propre dosimètre au début de son travail et le ramène à la fin de celui-ci.
On peut préférer surveiller un travailleur seulement parmi un groupe donné et supposer que le groupe tout entier a reçu la même exposition.Si on le désire, des dosimètres individuels peuvent être montés statiquement dans des régions de travail spécifiques et l'exposition individuelle peut être évaluée approximativement suivant le temps passé par le travailler dans une région particulière.
On peut utiliser aussi la pompe à débit
constant pour remplir un sac collecteur d'échantillons , qui est relié au passage de sortie de la pompe. Ceci donnerait un échantillon représentatif de la quantité de gaz moyenne présente pendant la période d'échantillonnage.
Dans ces circonstances, il peut être pratique d'enfermer dans des capsules le circuit électrique tout entier utilisé dans le dosimètre , pour avoir un module compact utilisant les composés classiques. Ceci fournirait une plus grande longévité dans des conditions d'environnement exigeantes et augmenterait la fiabilité de la surveillance avec un grand nombre de dosimètres.