FR2599502A1 - Appareil de determination de la concentration d'un gaz paramagnetique par mesure de sa pression lorsqu'il est soumis a un champ magnetique alternatif - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN ANALYSEUR DE GAZ PARAMAGNETIQUE COMPRENANT UN ELECTROAIMANT A CIRCUIT FERROMAGNETIQUE PRESQUE FERME ET UN ENTREFER; COMPORTANT UNE CHAMBRE DE MESURE DOTEE DE LIGNES D'ENTREE ET DE SORTIE DU GAZ A ANALYSER AUSI BIEN QUE D'UN GAZ A SUSCEPTIBILITE MAGNETIQUE CONNUE, DES DISPOSITIFS ETANT PREVUS POUR MESURER LES PRESSIONS DIFFERENTIELLES DES GAZ PAR DELIVRANCE D'UN COURANT ALTERNATIF A L'ELECTROAIMANT. ON REDUIT SELON L'INVENTION LA CONSOMMATION ELECTRIQUE EN SUPERPOSANT UN CHAMP MAGNETIQUE CONTINU PRODUIT PAR UN AIMANT PERMANENT AU CHAMP MAGNETIQUE ALTERNATIF. L'AMPLITUDE DU RESULTAT DE MESURE DEPEND DU PRODUIT DU CHAMP ALTERNATIF ET DU CHAMP CONTINU. LA REFERENCE 7 DESIGNE DEUX AIMANTS PERMANENTS ANNULAIRES, LA REFERENCE 8 UN DISQUE DE FER DOUX ET LA REFERENCE 9 DESIGNE LA FERRITE EXTERIEURE.

Description

La présente invention concerne un appareil permettant de déterminer la

concentration en un gaz paramagnétique grâce à la mesure de sa pression lorsque celui-ci est soumis à un champ magnétique alternatif, ledit appareil comprenant un électroaimant qui 05 possède un circuit ferromagnétique presque fermé et un entrefer,

comportant une chambre de mesure dotée de lignes d'entrée et de sortie du gaz à analyser aussi bien que d'un gaz à susceptibilité magnétique connue, o des dispositifs sont prévus qui mesurent les pressions différentielles des gaz dans les lignes respectives par 10 délivrance d'un courant alternatif à l'électroaimant.

Les appareils connus de ce type nécessitent un champ magnétique alternatif intense pour produire un signal de mesure acceptable. On produit le champ magnétique au moyen d'un électroaimant, mécaniquement au moyen d'un modulateur de reluctance 15 (brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 240 051), ou bien au moyen d'un système magnétique tournant. Un système mécanique ne peut fonctionner qu'à des fréquences relativement basses, par exemple 10 Hz, et est donc sensible aux bruits et aux vibrations. On peut obtenir des fréquences plus élévées à l'aide d'un électroaimant, 20 par exemple de 100 à 200 Hz, ce qui demande toutefois de fournir

une puissance électrique relativement élevée.

Selon l'invention, il est présenté des moyens permettant de réduire considérablement la consommation de puissance. On atteint ce but en superposant un champ magnétique 25 continu, produit au moyen d'un aimant permanent, au champ

magnétique alternatif.

L'amplitude du résultat de mesure dépend du produit du champ alternatif et du champ continu. Si le champ continu est suffisamment intense, on peut alors réduire en conséquence la 30 puissance délivrée. Ceci facilite en outre le filtrage de signaux

non souhaitables prédéterminés.

Si l'on souhaite utiliser un circuit ferromagnétique, comportant une ferrite, le circuit magnétique continu peut être un circuit local. On évite ainsi la saturation du noyau de ferrite. On 35 peut par exemple produire le circuit magnétique local au moyen de deux aimants permanents annulaires entourant la chambre de mesure

et séparés par un disque de fer doux.

La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses 05 caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins

annexes, parmi lesquels: - la figure 1 montre un appareil de mesure de la susceptibilité magnétique d'un gaz; - la figure 2- montre comment un champ magnétique 10 continu produit par un aimant permanent est superposé à un champ magnétique alternatif; - la figure 3 montre comment un champ magnétique continu local est superposé à un champ magnétique alternatif; et

- la figure 4 montre un dispositif de mesure para15 magnétique combiné avec un dispositif de mesure photoacoustique.

Selon l'invention, il est proposé un appareil servant à contrôler la composition des anesthésiques inhalés et exhalés par un patient sous anesthésie. Les gaz que l'on désire mesurer sont 02, N20, C02 et les anesthésiques, tels que halothane, enflurane ou 20 isoflurane. Tous ces gaz, à l'exception de l'oxygène, peuvent être mesurés photoacoustiquement. Toutefois, il est possible de contrôler la teneur en oxygène au moyen d'un appareil qui utilise les caractéristiques paramagnétiques spéciales de l'oxygène. La susceptibilité magnétique de l'oxygène est relativement grande, par 25 exemple 200 fois supérieure à la susceptibilité de N20. Ainsi, une mesure de la susceptibilité des anesthésiques indique presque exclusivement la concentration en oxygène. Le principe de la mesure est indiqué sur La figure 1. L'anesthésique et un gaz de référence sont délivrés séparément, par l'intermédiaire des filtres acous30 tiques 1 et 2, à la chambre de mélange 3. La chambre se trouve dans un champ magnétique. Dans le cas d'un gaz paramagnétique, la pression du champ magnétique est plus élevée qu'à l'extérieur du champ. La différence de pression est: BZ P = p X -2Po o p est la densité spécifique de l'oxygène, X est sa susceptibilité magnétique spécifique, et p0 est la perméabilitémagnétique

du vide, B étant l'intensité du champ magnétique.

S'il y a un champ magnétique alternatif dans la chambre de mesure, il est produit un signal différentiel acous10 tique entre deux microphones 4 et 5, connectés respectivement à la ligne d'amenée de l'anesthésique et à celle amenant le gaz de référence. Le signal différentiel est donné par: RMS

APRMS = PX

2pO o Lp est la différence entre la concentration en oxygène de l'anesthésique et le gaz de référence, l'indice RMS indiquant que la valeur correspondante est prise en valeur quadratique moyenne. 20 Pour obtenir un signal de mesure acceptable, it faut toutefois un champ magnétique intense. Ainsi, avec un champ B de 0,35 T par exemple, on obtient un signal de mesure de 50 dB pour une concentration en oxygène de 21 %. Le champ alternatif est produit au moyen d'un électroaimant. Cet électroaimant produit des 25 fréquences de mesure pouvant aller jusqu'à une valeur comprise entre 100 et 200 Hz. Toutefois, la puissance électrique nécessaire

est éLevée et l'appareil est donc relativement grand.

Toutefois, on peut réduire considérablement la consommation électrique en superposant un champ continu, produit 30 par un aimant permanent, au champ alternatif.

La figure 2 montre un électroaimant, avec et sans un aimant permanent. Sans l'aimant permanent, il est produit un signal à la fréquence 2 w, qui est proportionnel à B1 /2, o B1 est

l'intensité du champ magnétique alternatif dans l'entrefer.

Un circuit magnétique doté d'un aimant permanent produit un signal oroportionnel à 2 B0b0, o b0 est l'intensité du champ magnétique alternatif dans l'entrefer et B0 est le champ

magnétique continu.

Si l'on vérifie B12/2 = 2 B0b0, le signal de mesure est le même dans les deux cas, ce qui signifie que l'énergie délivrée peut être réduite par le facteur-B0/b0. Un signal voulu de 50 dB pour une concentration en oxygène de 21 % nécessite que B1 = 0,35 T. Dans un système utilisant un aimant permanent, on peut 10 par exemple obtenir le même signal avec B0 = 0,6 T et b0 = 0,05 T. L'énergie électrique délivrée peut donc être réduite du facteur: B0/b0 = 0,6/0,05 = 12 Toutefois, le champ alternatif n'est pas assez intense pour 15 saturer le fer doux. De olus, si l'on utilise du fer doux normal,

la fréquence maximaLe est limitée.

Si l'on souhaite une fréquence plus élevée, il faut employer un noyau de ferrite. Toutefois, ce matériau possède une petite induction de saturation. Pour éviter de saturer la ferrite, on utilise un circuit à courant continu local. Ainsi, il ne circule

aucun courant continu dans la ferrite.

La figure 3 montre un système magnétique doté d'un semblable circuit magnétique local. Le circuit magnétique local est produit au moyen de deux aimants permanents annulaires 7, entourant 25 la chambre de mesure et séparés par un disque de fer doux 8. La ferrite extérieure 9 fait efficacement écran au champ parasite venant de l'entrefer. Puisque la ferrite 9 ne transporte qu'un champ alternatif, le champ alternatif restant est un champ alternatif pur. Le champ parasite agit sur les microphones 4 et 5 30 par l'intermédiaire de leur membrane de nickel, ce qui provoque la création d'un signal erroné à une fréquence de 2 w, c'està-dire

deux fois la fréquence de mesure.

De plus, les puissances magnétiques présentes dans un système magnétique créent des vibrations, lesquelles, par l'inter35 médiaire des microphones, provoquent un autre signal erroné à la fréquence 2 w. Ce signal n'influence pas non plus le signal de

mesure à la fréquence de w.

La figure 4 montre un appareil de mesure photoélectrique et paramagnétique combiné comportant une chambre de mesure et une source lumineuse. Entre la chambre de mesure et la source

lumineuse, se trouvent un modulateur 10 et un filtre. Le modulateur 10 est un disque tournant doté de trous. Le modulateur provoque l'envoi d'un faisceau lumineux pulsant à la chambre de mesure 11.

En résultat de l'absorption dans la chambre de mesure 11 et de 10 l'échauffement résultant des gaz qui y sont enfermés, il est produit un signal acoustique dans la chambre de mesure 11. On mesure ce signal à l'aide du microphone 12 communiquant avec la chambre de mesure 11. Les gaz venant de la chambre de mesure 11, en même temps qu'un gaz de référence, sont envoyés dans une autre 15 chambre de mesure 14, se trouvant dans l'entrefer d'un aimant. La pression régnant dans chacune des lignes est mesurée au moyen des microphones 12 et 13. Les signaux électriques émis par les microphones 12 et 13 sont envoyés à un amplificateur Différentiel 15, oui indique la concentration en oxygène. Un avantage particulier de 20 ce montage de mesure est l'emploi des mêmes microphones 12 et 13 pour les deux procédés de mesure. Le procédé de mesure photoétectrique convient tout particulièrement à la mesure de la teneur en N20, CO2 et en les anesthésiques, tandis que le procédé de mesure

paramagnétique convient à la mesure de la teneur en oxygène.

Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure

d'imaginer, à partir de l'appareil dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de

l'invention.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1 - Appareil de détermination de la concentration d'un gaz paramagnétique par mesure de sa pression lorsqu'il est soumis à un champ magnétique alternatif, ledit appareil comprenant un électroaimant ayant un circuit ferromagnétique presque fermé et un entrefer, comportant une chambre de mesure (14) dotée de lignes d'entrée et de sortie du gaz à analyser ainsique d'un gaz de susceptibilité magnétique connue, o des dispositifs sont prévus qui mesurent les pressions différentielles des gaz dans les lignes respectives par délivrance d'un courant alternatif à l'électro-aimant, caractérisé en ce qu'un champ magnétique continu produit au moyen d'un aimant permanent est superposé au champ magnétique alternatif.

2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit magnétique continu est un circuit local.

3-- Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit magnétique local est produit par le moyen de deux aimants permanents annulaires (7) entourant la chambre de mesure et séparés par un disque de fer doux (8).

4 - Analyseur de gaz paramagnétique selon l'une quelconque des revendication 1 à 3, utilisé en relation avec un analyseur de gaz photoacoustique.