FR2472184A1 - Appareil a affichage direct pour la mesure de la lumiere transmise a travers des liquides et procede pour le fonctionnement dudit appareil - Google Patents

Abstract

APPAREIL POUR MESURER LA LUMIERE TRANSMISE PAR UN ECHANTILLON DE FLUIDE ET DONNER UNE LECTURE DIRECTE. IL COMPREND UNE ALIMENTATION 1, UNE SOURCE LUMINEUSE 2, UN PHOTODETECTEUR 4, UN SUPPORT D'ECHANTILLON 3 POUR LES ECHANTILLONS FORMANT UNE CELLULE. IL COMPREND EN OUTRE UN FILTRE INTERFERENTIEL DE COULEUR 5 DISPOSE ENTRE L'ECHANTILLON ET LE PHOTODETECTEUR, UN CONVERTISSEUR QUI CONVERTIT ELECTRIQUEMENT UN SIGNAL D'INTENSITE PROVENANT DU PHOTODETECTEUR EN SIGNAL DE TENSION, UN CIRCUIT A REPONSE LOGARITHMIQUE 8 QUI TRANSFORME LE SIGNAL DE TENSION EN UN SIGNAL LOGARITHMIQUE PROPORTIONNEL AU LOGARITHME DU SIGNAL DE TENSION ET UN VOLTMETRE NUMERIQUE 11 QUI CONVERTIT LE SIGNAL LOGARITHMIQUE EN UN SIGNAL ENVOYE SUR UN DISPOSITIF DE MESURE 12.

Description

L'invention concerne un appareil mesurant la lumière transmise & travers

un échantillon de fluide et en particulier, un appareil assurant un affichage

direct de la lumière transmise.

Pour contr8ler 1'air auquel ils sont

exposés pendant une période de travail, les ouvriers por-

tent des indicateurs chimiques qui sont des poches rem-

plies d'une solution d'agent chimique propre & absorber certains gaz tels que le dioxyde de soufre ou le dioxyde d'azote. A la fin de la période de travail,

les indicateurs sont envoyés à l'analyse. Pour analy-

ser les indicateurs, on crève des paquets étanches de réactifs contenus dans les poches et on les mélange à la solution d'agent chimique. Si un gaz a été absorbé par la solution d'agent chimique, la solution change de couleur. On effectue alors une analyse photométrique de la solution et on note les résultats. Si un ouvrier a reçu une dose excessive d'un certain gaz ou si la dose cumulative dépasse un niveau de sécurité donné, il n'est pas permis à l'ouvrier de travailler dans une

zone contenant le gaz, pendant un temps prescrit.

On utilise un appareil d'analyse photo-

métrique pour mesurer la transmission de lumière à tra-

vers des échantillons de fluide, comme décrit dans le brevet US 4 066 362. Il est vrai qu'il s'agit d'un excellent appareil mais il ne se prOte pas facilement au fonctionnement d'une installation moyenne car il faut prendre soin d'éviter l'infiltration de lumière extérieure dans la zone o l'échantillon est placé et aucune mesure n'est prise pour afficher directement des données dans des ensembles établis par les organismes

privés et publics. L'appareil selon la présente inven-

tion évite l'inconvénient susdit et affiche directe-

ment des données d'analyse photométrique sur une

large gamme dans des ensembles établis.

L'invention a pour objet un appareil mesurant la lumière transmise à travers un échantillon de fluide au moyen d'un photodétecteur et convertissant électroniquement un signal venant du photodétecteur

en un signal qui est affiché sur un dispositif d'affi-

chage direct, appareil comportant une-source d'énergie, une source lumineuse reliée à la source d'énergie, un photodétecteur, un porteéchantillon destiné à un échantillon qui forme une cellule d'épaisseur constante à travers laquelle la lumière venant de la source

passe et est mesurée par le photodétecteur, et un dis-

positif d'affichage, appareil caractérisé par le fait qu'il n'utilise pas de faisceau lumineux de référence et qu'il comprend: (a) un filtre interférentiel de couleur placé entre le porte-échantillon et le photodétecteur et éliminant par filtrage toutes les couleurs de la

lumière transmise à travers l'échantillon, à l'excep-

tion d'une bande de lumière colorée qu'il s'agit de mesurer, (b) un convertisseur relié électriquement au photodétecteur et convertissant un signal de courant venant du photodétecteur en un signal de tension, (c) un circuit à réponse logarithmique relié électriquement au convertisseur et transformant le signal de tension venant du convertisseur en un signal logarithmique proportionnel au logarithme du signal de tension et

(d) un voltmètre numérique relié électri-

quement au circuit à réponse logarithmique et conver-

tissant le signal Tenant du circuit à réponse logarithmi-

que en un signal affiché sur le dispositif d'affichage.

La figure 1 est un schéma par blocs simpli-

fié de l'appareil; La figure 2 montre une poche à échantillon et sa monture; Les figures 3 et 4 sont des schémas

électriques de l'appareil.

La figure 1 est un schéma par blocs sim-

plifié de l'appareil de l'invention. Les composants représentés sont placés dans une enveloppe métallique munie d'une ouverture destinée à une monture de poche à échantillon qui contient une poche à échantillon. Un affichage numérique direct, un interrupteur de marche et d'arrêt, un cadran de gain, un cadran de réglage d'étendue et un sélecteur sont aussi prévus. Une source de courant continu 1 fournissant un courant continu de 7 à 12 V est reliée électriquement à une lampe 2, en particulier une lampe à halogène à filament de

tungstène. La source de courant continu est un redres-

seur qui convertit un courant alternatif de 115 V en courant continu. Une poche à échantillon contenue dans une monture de poche à échantillon 3 est placée entre

la lampe 2 et le photodétecteur 4. Un filtre interfé-

rentiel de couleur à bande étroite 5 qui, en particu-

lier, ne laisse passer qu'une bande étroite de lumière de + 15 ne de longueur d'onde, est placé entre la poche à échantillon avec sa monture, 3, d'une

part, le photodétecteur 4 d'autre part.

La lumière venant de la lampe passe à travers la poche à échantillon placée dans la monture et le filtre interférentiel qui ne laisse arriver au photodétecteur qu'une bande étroite de lumière. La lumière a pour effet que le photodétecteur 4 engendre un courant électrique qui est amené à un convertisseur courant-tension 6 muni d'un réglage de gain 7. Ce réglage de gain sert de commande de zéro. Le signal venant du convertisseur courant-tension 6 est transmis

à un circuit à réponse logarithmique 8. Dans ce cir-

cuit, le signal électrique est converti en signal logarithmique. Ce signal est alors transmis à un circuit compensateur de température 9 qui élimine toutes variations causées, dans le signal, par les variations de température. Le signal est alors transmis à un réglage d'étendue 10, c'est-à-dire à un amplificateur à gain variable qui convertit les signaux de sortie venant du compensateur de température en un signal qui est transmis à un voltmètre numérique 11. Le voltmètre numérique fournit un signal qui est transmis à un affichage numérique 12 pouvant être lu directe-

ment par un opérateur.

La figure 2 représente la monture de poche à échantillon. L'enveloppe 12 de la monture de poche à échantillon peut Stre en métal ou en matière plastique durable. Elle présente une charnière au

centre et se plie sur elle-mème. Les patins de pres-

sion 13 refoulent le liquide contenu dans la poche à échantillon 14 dans un espacement situé sous la butée de longueur de course 15.et formant une cellule d'épaisseur constante à travers laquelle passe un faisceau lumineux venant de la lampe indiquée sur la figure 1. Il est important de former une cellule d'épaisseur constante afin que l'appareil donne des lectures exactes. Le faisceau lumineux passe par les

ouvertures 16 et 17 quand la monture Le poche à l'échan-

tillon est fermée. Une ouverture non représentée se

trouve Juste en face de l'ouverture 16. Ces ouvertu-

res sont couvertes d'une matière plastique, de préfé-

rence d'une feuille de polytéréphtalate d'éthylène,

pour empêcher la poche de se dilater dans l'ouverture.

La poche à échantillon 14 formée d'une matière plas-

tique contient un compartiment 18 contenant un liquide qui absorbe des gaz particuliers auxquels un ouvrier est exposé. Avant de placer la poche à échantillon dans la monture, on brise un Joint temporaire sur deux pochettes 19 contenant des réactifs et les réactifs sont refoulés dans le compartiment 18 de la poche et se mélangent intimement. Les poches à échantillon

peuvent contenir de multiples pochettes à réactifs.

Le réactif réagit sur le liquide qui a absorbé des

gaz, il se produit un changement de couleur et l'appa-

reil mesure l'intensité de la couleur du liquide

contenu dans la poche & échantillon. La poche peut con-

tenir des gels, non seulement des liquides mais des

solides ou même des gaz qui changent de couleur.

On donne ci-après la théorie et la des-

cription d'ensemble du fonctionnement de l'appareil. Comme on l'a dit, l'appareil mesure

avec précision, par une variation de couleur, la quan-

tité d'un gaz donné qui a été absorbée par une poche à échantillon. Le fonctionnement de l'appareil est basé sur la loi de Beer-Lambert exprimée par l'équation: (1) c - k log T AI dans laquelle s c * concentration moléculaire de la substance chimique recherchée, en parties par million en volume, k - constante de proportionnalité, en parties par million en volume, X T - lumière transmise par l'échantillon, en W/c,2 > I - lumière incidente, en W/cm La lampe 2 de la figure 1 atteint la poche à échantillon 3. La lumière incidente est >I. Le liquide contenu dans la poche absorbe certaines couleurs de lumière. La couleur de la lumière absorbée dépend du type de substance chimique absorbé par la poche tandis que le taux d'absorption est fonction de la quantité

d'agent chimique absorbée.

La lumière transmise par la pocheg\T, est amenée à traverser un filtre interférentiel de couleur à bande étroite 5. Le filtre laisse passer une partie étroite du spectre lumineux tandis qu'il arr8te tout le reste. Le type de filtre est choisi selon la substance chimique que l'on désire détecter. On place le filtre avant le photodétecteur pour réduire l'effet de la lumière parasite qui risque d'entrer autour de la monture d'échantillon et il n'est pas nécessaire, ainsi, que l'enveloppe et la monture d'échantillon

soient étanches à la lumière.

Un photodétecteur à large gamme convertit le signal> T en un courant IT proportionnel à >kT. IT est transmis à un amplificateur opérationnel branché

comme convertisseur courant-tension à gain variable 6.

Dans celui-ci, IT est converti en une tension VT direc- tement proportionnelle à A T. lia valeur de VT peut varier en particulier sur 6 à 7 ordres de grandeur, par exemple d'environ 3 V à 10 6 V. On utilise les techniques suivantes pour réduire cette marge de variation car une telle marge imposerait des exigences extrgues quant à la structure électronique des étages suivants de traitement du signale 1) lia grandeur de AT diminue d'environ deux ordres de grandeur entre 700 ne et 350 nu par suite de la réduction du débit de la lampe aux petites longueurs d'onde. Pour compenser cette réduction, on augmente la tension appliquée à la lampe qui est de 12 V à 350 nu au lieu de 7 V à 700 na, ce qui a pour effet d'augmenter XI. La tension multiplie le

débit de lumière par 10 environ. On peut aussi utili-

ser un filtre qui augmente la bande de lumière passante, celle-ci étant de +30 nl à 350 ns au lieu de +10 ns à 700 ne. La quantité de lumière disponible est ainsi

multipliée par 3 entre 700 nu et 350 ns.

2) On peut brancher un amplificateur con-

vertisseur pour assurer un gain variable de 160 à 1.

En choisissant convenablement le gain, on peut régler la sortie du convertisseur courant-tension à 3 V pour une valeur maximale de >T et étant donné que la gamme de valeurs de lumière pour une poche donnée est seulement de 100 à 1, les tensions correspondantes, à la sortie du convertisseur courant-tension* sont seulement de 3 V à 30 eV. Les performances exigées du convertisseur courant-tension sont relativement modestes

et on peut utiliser un amplificateur moins cofteux.

La sortie du convertisseur courant-

tension est reliée directement à un circuit à réponse logarithmique 8. Sa fonction de transfert est donnée par l'équation t V!

(2) VO M k log -

TR

dans laquelle z VO. sortie du circuit & réponse logarithmique, Y k constante de proportionnalité, V

Ve - sortie du convertisseur courant-tension, propor-

tionnelle à ÀY, V -. tension de référence à laquelle on compare toutes

les tensions de sortie du convertisseur courant-

tension, V (ce niveau correspond à AI)

La fonction du circuit à réponse logarithai-

>sT

que est d'assurer le facteur log z: de la loi de Beer-

Lambert. La sortie du circuit a un coefficient de tem-

pérature négatif et un petit facteur d'échelle. On corrige le coefficient de température en utilisant un circuit compensateur de température qui suit le circuit à réponse logarithmique et on multiplie le

facteur d'échelle par 36 pour assurer un signal plus fort.

Le signal de sortie du compensateur de température excite un amplificateur à gain variable (réglage d'étendue 10) dont on peut faire varier le gain sur une gamme de 800:1 et dont la fonction est

de convertir directement le signal en unités techniques.

Le signal venant du réglage d'étendue est transmis au voltmètre numérique 11 qui le convertit en un signal qui est transmis à un affichage numérique pouvant

être lu directement par un opérateur.

Une technique classique que l'on pourrait utiliser pour mettre l'appareil à zéro consiste à utiliser le niveau de signal venant du convertisseur courant-tension et à régler Y. dans le circuit à réponse logarithmique pour obtenir un zéro à la sortie de celui-ci. Le zéro apparaît lorsque VR est égal à la sortie du convertisseur courant-tension parce que log 1 M 0. Cette solution comporte une très large gaMMe de niveaux de signal, de l'ordre du microvolt à celui du volt mais n'est pas très satisfaisante étant donné que le circuit à réponse logarithmique est incapable de fonctionner avec précision sur une si large gamme. On utilise la technique suivante pour obtenir une lecture zéro dans l'appareil. La référence R est fixée A environ 3 V et on fait varier le gain du convertisseur courant-tension-pour obtenir un niveau de sortie égal à VR, ce qui donne une lecture zéro. La mise à zéro par variation du gain permet au circuit de fonctionner à des niveaux élevés, ce qui diminue les effets de bruit électrique et fait aussi fonctionner le circuit à réponse logarithmique sur

deux ordres de grandeur seulement au lieu de 4 ou 5.

Pour régler la gamme de fonctionnement du photodétecteur, on fait varier la tension de la lampe et la largeur de bande des filtres. La gamme sur laquelle doit fonctionner le photodétecteur est ainsi réduite d'environ 2 1/2 ordres de grandeur et

les spécifications du photodétecteur peuvent Otre rédui-

tes, ce qui réduit à nouveau le colt de l'appareil.

La figure 3 est un schéma du circuit d'alimentation de l'appareil. L'appareil est alimenté

par un courant alternatif de 115 V appliqué au pri-

maire du transformateur T1 (en particulier DPC-12-

2000 modèle EWC) par l'intermédiaire d'un interrupteur

de marche et d'arrSt 82 et d'un fusible 1F. Les secon-

daires du transformateur TI donnent un courant alterna-

tif de 12 V aux bornes du redresseur biphasé à pont Ul (en particulier un Motorola MDA-100). Le redresseur U1 convertit le courant alternatif de 12, 5 V en tension continue redressée sur les deux alternances, qui est emmagasinée et filtrée dans le condensateur Cl (en particulier de 2 x 2200/4B). Le condensateur se charge à une valeur de pointe d'environ 18 V. Cette tension filtrée VI est appliquée à un régulateur à tension

variable U2 (en particulier National Semiconductor EM 350).

Le régulateur U2 engendre une tension de sortie réglée yO dont la valeur est déterminée par l'équation (3)

V0 1,25 1 + 2 7

Pour diverses positions du commutateur S1, différentes valeurs de résistance RY sont branchées entre la borne de sortie de U2 (Y0) et sa borne de rég6lage ADJ. Quand le commutateur est en position 1, RY est représentée par la combinaison en parallèle

de la résistance R3 (en particulier 523 ohms) bran-

chée entre la borne V et ADJ et de la résistance R4 (en particulier 619 ohms) branchée entre la borne du commutateur et VO0. fans la position 2, RY est représentée par le montage en parallèle de R et R5 (en particulier

698 ohms) branché entre la borne 2 et V0a Dans la posi-

tion 3, R! est représentée par le montage en parallèle de R3 et R6 (en particulier 909 ohms) branché entre

la borne 3 et V0. Dans la position 4, RY est représen-

tée par le montage en parallèle de R et R7 (en par-

ticulier 1,62 kohm) branché entre la borne 4 et V0.

Dans la position 5, RY est représentée par le montage en parallèle de R3 et R8 (en particulier 3,01 kohms) branché entre la borne 5 et VO. Dans les positions 6 à 12, il n'y a pas de résistances supplémentaires

reliées à ces bornes. Donc, RY est égale à R Les di-

verses valeurs des résistances modifient la valeur

apparente de RY dans l'équation et utilisent donc di-

verses tensions de sortie pour diverses positions du commutateur. Les valeurs varient de 12 V en position 1

à environ 7V en position 12.

La tension de sortie V0 du régulateur

U2 est branchée en parallèle à la lampe Ll (en particu-

lier une G.E. NI 789) et par suite, la brillance de celle-ci varie selon les positions du commutateur. Le

commutateur choisit aussi les divers filtres interfé-

rentiels de couleur. Le condensateur 02 (en particulier de 10 lF, 15 V) branché en parallèle à la lampe Ll

assure la stabilité électrique du régulateur.

La tension alternative venant du secon-

daire du transformateur TI est aussi branchée sur un redresseur double alternance à pont U3 (en particulier un Motorola MDA-100). U3 fournit une tension redressée

sur les deux alternances A ses bornes "+N et "-".

La borne "+" de U3 est reliée au c8té positif du condensateur 03 (en particulier 1000 /BF, 10 V) dont l'autre extrémité est reliée A la prise centrale

de TI. Ce point est par définition la masse du circuit.

03 est chargé par U3 à un potentiel de pointe d'envi-

ron 8V. Ce potentiel est aussi appliqué à la borne d'entrée du régulateur de tension U4 (en particulier National Semiconductor IM78LO5). La borne GND de U4 est aussi reliée.à la prise centrale de TI. La broche de sortie U4 est maintenue à un potentiel continu de +5 V par le circuit intérieur de U4. Ce point comprend

la source de +5 V destiné aux autres circuits de l'ap-

pareil et est appelé ci-après la source de + 5 V (figure 3). Le condensateur C5 (en particulier de 0,1I/F, V, branché entre la sortie de U4 et la borne GND)

assure la stabilité électrique de U4.

De la mime façon, si ce n'est que toutes

les polarités électriques sont inversées, C4 (en parti-

culier 470/F, 10 V), U5 (en particulier National Semiconductor IM79L05) et C6 (en particulier 0,1/.O, V) constituent la source de -5 V pour les autres circuits de l'appareil et sont appelés ci-après la

source de -5 V (figure 3).

La sortie de la lampe LI atteint la poche

à échantillon soumise à l'essai et la lumière trans-

mise est détectée par le photodétecteur CR1 (on particulier UTC modèle BD5B). La figure 4 est un

schéma des autres circuits utilisés dans l'appareil.

CRI est une photodiode au silicium dont la cathode est reliée à la masse et dont l'anode est reliée à il

la broche d'entrée à inversion 2 de l'amplificateur U6.

La broche 3, qui est l'entrée sans inversion de U6, est reliée à la masse. CR1 fonctionne virtuellement en court-circuit. Quand la photodiode CR1 est mise en court-circuit, elle est capable de fournir un courant de sortie qui est une fonction linéaire de la lumière

d'entrée, sur 5 à 6 ordres de grandeur de brillance.

La garue de la diode dans cette configuration va

d'environ lO, W/cm2 à environ 10-5 VW/cm2.

L'amplificateur U6 (en particulier

circuit analogique AD515) est branché coume convertis-

seur courant-tension à gain variable. La sortie

(broche 6) est reliée à une extrémité du potentiomé-

tre R17 (en particulier un potentiomètre de 50 kohms).

L'autre extrémité de R17 est reliée à R18 (en parti-

culier une résistance à couche métallique à 1% de 300 ohms) et l'autre extrémité de R18 est reliée à la masse. Le curseur de R17 est relié à R16 (en particulier une résistance de 499 kobhas). L'autre extrémité de R16 est reliée à l'entrée à inversion de U6. La source de + 5V et la source de -5 V (figure 3) sont reliées

respectivement aux broches 7 et 4 de l'amplificateur.

La tension de sortie de U6 est donnée par l'équation: (4) Vo ' I Zf dans laquelle: Ve = tension de sortie, V Ic courant de cellule photoélectrique arrivant à 1'amplificateur, A Zf = résistance effective entre la broche 6 et la

broche 2 de U6, ohms.

L'impédance effective, Zf, dépend du réglage du potentiomètre R?17 et varie de 499 kohms à 83 Mohms. En service, on règle R17 lors de la mise à zéro pour obtenir une sortie d'environ 3 V. On utilise le condensateur C7 (en particulier de 0,1/ F, 50 V) pour réduire la largeur de bande de l'amplificateur et par suite le bruit. L'amplificateur U6 est choisi principalement pour son faible courant de polarisation

d'entrée d'environ I pA parce que le courant de polari-

sation est une source directe d'erreur de mesure.

La sortie de U6 est reliée à la broche d'entrée 4 du circuit à réponse logarithmique U?

(en particulier circuit analogique, modèle AD 536).

Sa fonction de transfert est donnée par l'équation (2) ci-dessus. La borne de référence, broche 9, de U7 est reliée à un régulateur de tension de précision U9 (en particulier National Semiconductor IM336Z) par l'intermédiaire d'une résistance démultiplicatrice

R22 (en particulier 180 kohms). La sortie de U9 repré-

sente le niveau transmis ou de référence de l'éclairage dans l'équation de la loi de Beer-Lambert. Quand on

règle le potentiomètre de zéro du panneau antérieur pen-

dant la mise A zéro pour assurer une sortie égale à la sortie de U9, la sortie de U? devient nulle parce que le logarithme de 1 est 0. U9 est alimenté par la source de +5V (figure 3) par l'intermédiaire de R21 (en particulier de I kohs, 5%) dont une extrémité est

reliée à la source de +5 V et l'autre extrémité à l'ex-

trémité positive de U9. L'extrémité négative de U9 est reliée i la masse. La tension à l'extrémité positive de U9 est une tension constante de 2,5 V et est aussi

reliée à une extrémité d'une résistance de référence R22.

L'autre extrémité de R22 est reliée à la broche de

borne de référence 9 de U7 et injecte dans U?7 us cou-

rant de référence. La broche 9 est aussi reliée A la broche 7 et & une extrémité d'un condensateur 09 (en particulier de 0,001 uF 15 V). L'autre extrémité de 09 est reliée à la masse, de mime que les broches I

et 2 de U7. Ce sont les masses du dispositif. La fonc-

tion de 09 est d'assurer la stabilité du circuit inter-

ne de U7. 08 (en particulier de 10)' 10 V) est branché entre la broche 6, U7 et la source de +5V(figure 3) et constitue un condensateur de filtrage qui élimine tout bruit des signaux de sortie de U7. La broche 3 de U7 est reliée à la source de +5V (figure 3) et la

broche 5 de U7 est reliée à la source de -5 (figure 3).

La sortie de U7 est obtenue à la broche 8.

Pendant les mesures, la sortie de U6 devient plus petite que la valeur de référence et la sortie de U7 devient négative et proportionnelle au logarithme du quotient de l'entrée par la valeur de référence. La sortie de U7 est reliée à l'entrée de

l'amplificateur U8A. L'amplificateur U8A, les résis-

tances R19 et R20 forment un étage démultiplicateur et compensateur de température. La sortie (à la broche 8) du circuit à réponse logarithmique U7 a un facteur d'échelle de -3 mv/dB et un coefficient de température de 0,5%/0C. U8A multiplie le facteur d'échelle par 36, dicté par le rapport R20/R19. R19 est une résistance spéciale ayant un coefficient de température négatif de -O,3%/ OC et qui, à cause de son emplacement dans la boucle de réaction de U8A, annule exactement

le coefficient de température négatif de U7. Le con-

densateur C10 réduit la largeur de bande de U8A

et par conséquent le bruit.

La sortie de U7 est reliée à une résis-

tance spéciale compensatrice de température R19 (en particulier TELabs modèle QB-1, 1 kohm). R 19 est reliée à l'entrée à inversion (broche 2) de l'amplificateur U8A (en particulier 1/2 Texas Instruments TILO82CP) branché en une configuration d'inversion. Une résistance de réaction R20 (en particulier une résistance à couche métallique à 1%, 56 kohms) est branchée entre

la broche de sortie I de U8A et son entrée & inver-

sion, broche 2. L'entrée sans inversion, broche 3, est reliée à la masse. La source de +5 V (figure 3)

et la source de -5 V (figure 3) sont reliées respec-

tivement aux broches 8 et 4 et alimentent l'amplifi-

cateur U8A. Le condensateur 010 (en particulier un condensateur A disque de 0,1/lF 15 V), branché entre l'entrée & inversion (broche 2) et la sortie (broche 1) deU8A, diminue la largeur de la bande de fréquence de l'étage. L'ensemble de la combinaison constitue un étage amplificateur ayant un gain d'inversion d'envi-

ron -36.

La sortie de U8A, broche 1, alimente l'amplificateur U8B qui est branché en une configuration à gain variable. Le gain de cet étage est déterminé

par l'équation (5).

Zf

(5) A M -

Zi dans laquelle: Av - gain de tension de l'amplificateur, V/V Zf = valeur effective de la résistance entre les broches 6 et 7 de U8B, ohms,

Zi = résistance d'entrée, ohms.

La valeur effective de Zf est déterminée

par le réglage d'étendue (figure 1), le réglage du poten-

tiomètre, de R25, R23 et R29. La gamme de valeurs effectives s'étend de 10 kohms à 8 Mohas. Cela assure à l'étage une gamme de gain comprise entre environ

0,05:40 ou 800:1.

Le signal de tension de sortie de U8A, broche 1, est relié à R24 (en particulier une résistance à couche métallique à 1% de 200 kohms). L'extrémité opposée de R24 est reliée à l'entrée à inversion, broche

6, de l'amplificateur U8B, (en particulier 1/2 TIL082CP).

L'entrée sans inversion de U8B, broche 5, est reliée à la masse. Un potentiomètre (appelé réglage d'étendue sur la figure 1), R25 (en particulier un potentiomètre à 10 tours de 100 kehms) est relié par une extrémité à la sortie, broche 7, de U8B. L'extrémité opposée est reliée à une extrémité de R29 (en particulier une résistance à couche métallique à 1% de 125 ohms) dont l'extrémité opposée est reliée à la masse. Le curseur de R25 est relié à une extrémité de R23 (en particulier une résistance à couche métallique à 1% de 10 kohms)

dont l'extrémité opposée est reliée à l'entrée à inver-

sion, broche 6, de U8B. Le condensateur 011 (condensa-

teur à disque de céramique de 0,1 F 15 V) est branché entre la broche de sortie 7 de U8B et son entrée à

inversion, broche 6.

Si l'on rapproche le curseur de R25 de la broche 8 de U8B, cela diminue l'impédance effective entre la broche 7 et la broche 6 et donc le gain de l'étage. Inversement, si l'on déplace le curseur vers l'extrémité R29 du pot, cela augmente l'impédance

effective et donc le gain.

Un ajustement correct du gain de U8B per-

met d'exprimer directement les mesures en unités techni-

ques, par exemple en parties par million par heure.

La sortie démultipliée de U8B, broche 7, est reliée à l'entrée d'un voltmètre numérique qui est un circuit intégré U10 (en particulier un circuit intégré "Intersil 7107"). La fonction de UO10 est de

convertir A une forme numérique des tensions analogi-

ques proportionnelles aux dosages chimiques. La conver- sion s'effectue au sein de U10. UO10 est un convertis-

seur analogique-numérique à 3 l chiffres sous forme de circuit intégré à entratneur d'affichage intégré. La broche 36 est la broche de tension de référence et la tension en ce point détermine la gamme d'entrée à l'échelle normale du dispositif. Les résistances R27 et

R28 (en particulier des résistances à couche métalli-

que à 1% de 3,1 kobms et 2 kohms) constituent un divi-

seur de tension qui engendre une tension de 1,25 V A la broche 36. Une extrémité de R27 est reliée à la source de +5 V (figure 3) et l'extrémité opposée est reliée à une extrémité de R28 et simultanément, à la broche 36. L'extrémité opposée de R28 est reliée à la masse ainsi que les broches 32 et 30 de UlÈ. La résistance R31 (en particulier une résistance au carbone à 5% de 100 kohms) est reliée par une extrémité à la broche 39 tandis que l'extrémité opposée est reliée simultanément à la broche 40 de U10 et à une extrémité du condensateur 012 (en particulier un condensateur à disque de céramique de 100 pF 15 V). L'autre extré- mité de 012 est reliée à la broche 38 de U10. Le réseau résistance- condensateur formé par R31 et 012 détermine la fréquence interne d'horloge de U10 qui, à son tour, dicte sa vitesse d'échantillonnage. La fréquence

d'horloge est en particulier de 40 kHz.

Une extrémité de la résistance R32 (en particulier une résistance à couche métallique à 1% de I Hoba) est reliée à la broche 28 de U10. D'extrémité

opposée est reliée à une extrémité d'un condensa-

teur intégrateur 016 (en particulier un condensateur en polystyrène de 0, 01 kF 63 V) et simultanément à un condensateur 015 (en particulier à disque de 0,1 mF V). L'extrémité opposée de 016 est reliée à la broche 27 de U10 tandis que l'extrémité opposée de 015 est reliée à la broche 29 de U10. R31 ee16 déterminent la constante de temps d'un réseau intégrateur contenu dans UIO (en particulier 10 ms) tandis que 015 assure

la stabilité d'un certain circuit interne.

Le condensateur 013 (en particulier un condensateur à disque de 0,1 mF 15 V) assure le découplage du bruit à l'intérieur de U10 et est branché entre les broches 33 et 34 de U10. le courant est fourmi à U10 aux broches 26 et 1, respectivement pour les

sources de -5V et de +5V.

La résistance R30 (en particulier une résistance au carbone à 5% de 1 Mohm) est reliée par une extrémité à la sortie de U8B, broche 7 tandis que l'extrémité opposee est reliée A la broche 31 de U10 qui est la broche d'entrée analogique. La broche 31 est aussi reliée à une extrémité du condensateur 014 (en particulier un condensateur à disque de céramique de 0,1 F 15 V). L'extrémité opposée de 014 est reliée à la masse. La combinaison de R30 et 014 constitue un filtre passe-bas qui réduit le bruit. Sa fréquence de

coupure est en particulier de 10 Hz.

U10 présente comme sortie vingt-quatre lignes de commande (bornes 1 à 24) qui, lorsqu'on

les utilise conjointement avec trois affichages numéri-

ques à diodes émettrices de lumière (en particulier Monsanto type MAN4610) peuvent afficher toutes les combinaisons de nombres entre "000" et "999" plus trois virgules. Ces dispositifs d'affichage sont bien connus. Dans le fonctionnement de l'appareil, on positionne le sélecteur S1 (figure 3) de manière à assurer le niveau correct de brillance de la lampe et du filtre interférentiel de couleur approprié. Il est préférable que le filtre interférentiel de couleur soit accouplé mécaniquement au sélecteur de façon que le niveau de brillance de la lampe soit harmonisé

avec le filtre interférentiel de couleur voulu. Des ni-

veaux de brillance prédéterminés, qui donnent les lec-

* tures les plus exactes en même temps que le filtre interférentiel de couleur voulu, sont donnés pour des poches à échantillon contenant différentes substances

chimiques pour les divers types de gaz mesurés.

Une carte d'étalonnage présentant deux

ouvertures est prévreet l'une des ouvertures est couver-

te d'une feuille transparente dont l'opacité corres-

pond à une valeur de réglage d'étendue, l'autre ouvertu-

re étant couverte d'une feuille transparente pour le réglage de zéro. Une carte d'étalonnage est prévue

pour chaque jeu de poches à échantillon à mesurer.

Pour régler l'appareil, on insère la carte d'étalonnage dans l'instrument et on fait un réglage d'étendue pour assurer un affichage représenté sur la carte, puis on fait tourner la carte et on opère le réglage du zéro. On effectue cette opération

environ 3 à 9 fois jusqu'à ce que l'affichage du régla-

ge d'étendue et l'affichage de zéro deviennent constants.

On mesure alors les valeurs des poches à échantillon. Premièrement, on brise le compartiment à

réactifs de la poche et on le mélange à l'autre cons-

tituant contenu dans la poche, puis on insère la poche dans la monture et on mesure la transmission de lumière de la poche qui est directement convertie par l'appareil en unités techniques, par exemple en parties par million par heure. Ces lectures sont notées pour chaque poche et on tient pour chaque ouvrier un document indiquant, s'il y a lieu, le dosage auquel

l'ouvrier a été exposé pendant une période de travail.

Les avantages de l'appareil sur ceux de la technique antérieure sont notamment qu'il est relativement précis, qu'il est portatif, qu'il a une construction durable, qu'il est facile à régler et à

mettre à zéro et qu'il peut être actionné par un person-

nel peu expérimenté. A la différence des instruments

antérieurs, il n'y a pas de circuit de référence déli-

cat que l'on doive entretenir pour assurer des lectures exactes mais on utilise une méthode de réglage et de mise à zéro relativement simple, directement liée aux poches à mesurer et assurant-un bon niveau de précision

des lectures obtenues.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1. Appareil mesurant la lumière transmise

à travers un échantillon de fluide au moyen d'un photo-

détecteur et convertissant électroniquement un signal venant du photodétecteur en un signal qui est affiché sur un dispositif d'affichage direct, appareil comportant une source d'énergie, une source lumineuse reliée à

la source d'énergie, un photodétecteur, un porte-

échantillon destiné à un échantillon qui forme une cellule d'épaisseur constante à travers laquelle la lumière venant de la source passe et est mesurée par le photodétecteur, et un dispositif d'affichage, appareil caractérisé par le fait qu'il n'utilise pas de faisceau lumineux de référence et qu'il comprend: (a) un filtre interférentiel de couleur placé entre le porte-échantillon et le photodétecteur et éliminant par filtrage toutes les couleurs de la lumière transmise à travers l'échantillon, à l'exception d'une bande de lumière colorée qu'il s'agit de mesurer, (b) un convertisseur relié électriquement au photodétecteur et convertissant un signal de courant venant du photodétecteur en un signal de tension, (c) un circuit à réponse logarithmique relié électriquement au convertisseur et transformant le signal de tension venant du convertisseur en un signal logarithmique proportionnel au logarithme du signal de tension et

(d) un voltmètre numérique relié électri-

quement au circuit à réponse logarithmique et convertis-

sant le signal venant du circuit à réponse logarithmique

en un signal affiché sur le dispositif d'affichage.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un sélecteur comportant de multiples positions reliées chacune à une résistance de valeur différente est placé entre la source d'énergie

et la source lumineuse pour assurer une intensité va-

riable de la source lumineuse.

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de température règle le signal électrique reçu du cir-

cuit à réponse logarithmique pour éliminer toutes va-

riations du signal causées par des variations de temp6-

rature;

- qu'un circuit de réglage d'étendue est relié électri-

quement au circuit compensateur de température et au voltmètre numérique pour convertir le signal venant du

circuit compensateur de température en unités techni-

ques pouvant 9tre affichées directement sur l'affichage.

9. Appareil selon la combinaison des reven-

dications 2 et 8.

10. Procédé de fonctionnement de l'appareil selon la revendication 9, caractérisé par les étapes suivantes.:

(1) étalonner l'appareil avec une carte d'éta-

lonnage en ajustant le réglage d'étendue de façon répé-

tée pour afficher une valeur de la carte d'étalonnage et en mettant l'affichage à zéro jusqu'à ce que les lectures soient stabilisées,

(2) régler le sélecteur h l'intensité lumi-

neuse désirée avec le filtre interférentiel de couleur appropri4, (3) insérer une poche à échantillon dans la monture après avoir mélangé intimement les ingrédients qu'elle contient et (4) noter la valeur affichée correspondant

à la poche.