FR2734906A1 - Dispositif de mesure par absorption infrarouge - Google Patents
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Abstract
Dispositif pour la détermination de la concentration de gaz par absorption infrarouge avec un conducteur creux (13), recevant le gaz à mesurer, en tant que parcours de mesure, avec une première source de rayonnement (11) et avec des détecteurs de rayonnement (15, 16) convertissant le rayonnement infrarouge émis en une première grandeur de mesure (31). Suivant l'invention, il est prévu une seconde source de rayonnement (12), produisant une seconde grandeur de mesure (32) sur les détecteurs de rayonnement (15, 16) et des moyens sont prévus pour distinguer la première grandeur de mesure (31) de la seconde grandeur de mesure (32).
Description
L'invention concerne un dispositif de mesure pour la détermination de la
concentration de gaz par absorption infrarouge avec un conducteur creux, recevant le gaz à mesurer, en tant que parcours de mesure, avec une première source de rayonnement et avec des détecteurs de rayonnement, convertissant le rayonnement infrarouge émis en une première
grandeur de mesure. Un dispositif du type précité est connu par le document DE 26 50 350 Ai.
Avec un dispositif de ce type on doit disposer d'un appareil d'analyse de gaz compact. Les ajustements complexes pour d'autres composants optiques, tels que des miroirs, doivent aussi être supprimés, car la propagation de la lumière par réflexions multiples dans le conducteur courbé15 peut être exploitée pour la mesure, à l'extrémité du parcours du rayonnement. Dans ce dispositif connu ni la dépendance à l'égard de la température ni celle à l'égard du vieillissement du détecteur de mesure et du détecteur de référence ne sont compensées.20 L'invention a pour but de proposer un dispositif de mesure de gaz, de construction compacte et simple, qui compense les variations fonction de la température et du vieillissement du détecteur de mesure et du détecteur de référence.25 Ce but est atteint avec un dispositif de mesure suivant l'invention en ce qu'il est prévu une seconde source
de rayonnement, produisant une seconde grandeur de mesure sur les détecteurs de rayonnement et en ce que sont prévus des moyens pour distinguer la première grandeur de mesure de la30 seconde grandeur de mesure.
Le principal avantage de l'invention réside dans le fait que l'on dispose d'un dispositif compact de mesure de la concentration de gaz à l'aide de l'absorption infrarouge, qui compense aussi bien les dérives du vieillissement que35 celles de la température des détecteurs utilisés et qui permette ainsi par une réduction des composants optiques
habituels, une construction simple et robuste.
Le coeur de l'invention réside dans le fait qu'un dispositif de mesure pour la détermination de la concentration de gaz par absorption infrarouge est pourvu5 d'un conducteur creux, logeant le gaz à mesurer, servant de parcours de mesure, et de détecteurs de rayonnement (détecteur de mesure et détecteur de référence) convertissant le rayonnement émis en une première grandeur de mesure, de préférence électrique. En supplément il est prévu une seconde10 source de rayonnement infrarouge, produisant une seconde grandeur de mesure, de préférence également électrique, sur les détecteurs de rayonnement, et enfin sont prévus des moyens destinés à distinguer la première grandeur de mesure de la seconde.15 La construction du dispositif est en règle générale telle qu'aucun miroir supplémentaire n'est utilisé et que les deux sources de rayonnement se trouvent à l'intérieur du conducteur creux. Mais il est possible aussi de placer la première source de rayonnement IR à l'extérieur20 du conducteur creux. Dans ce cas la lumière de la première source de rayonnement serait reproduite par un ou plusieurs miroirs, sur la surface de section transversale, fermée par une fenêtre, du conducteur creux se présentant sous la forme d'un tube courbé, de sorte que par réflexions suivantes dans25 le conducteur creux avec le gaz à mesurer, se trouvant à l'intérieur, l'image de la première source de rayonnement est fortement défocalisée. La seconde source de rayonnement IR peut dans ce cas se trouver directement sur l'autre côté de la fenêtre, à savoir dans le volume intérieur du conducteur30 creux. Le gaz à mesurer pénètre généralement par des ouvertures dans le conducteur creux. Les détecteurs de
rayonnement, en règle générale au nombre de deux, se trouvent à l'extrémité opposée du conducteur creux.
En variante, la lumière de la seconde source de rayonnement peut être partagée par un diviseur de rayonnement, à l'extrémité opposée du conducteur creux, sur les détecteurs, par exemple par un miroir semi-transparent, positionné en conséquence, qui sert en même temps de surface d'entrée pour la lumière de la seconde source de rayonnement dans le conducteur creux, donc à son alimentation. Le miroir 5 semi-transparent est positionné dans ce cas de manière que la lumière des deux sources de rayonnement soit partagée en deux
sur les détecteurs, en ce que ceux-ci sont par exemple placés à angle droit l'un par rapport à l'autre, avec le miroir se trouvant symétriquement entre eux.
En variante, le conducteur creux est courbé dans plus d'un plan.
Diverses autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description détaillée qui suit.
Deux formes de réalisations de l'invention sont représentées15 à titre d'exemples non limitatifs sur les dessins annexés.
La figure 1 représente la construction de principe d'un dispositif suivant l'invention,
la figure 2 représente une autre forme de réalisation.
La figure 1 représente de manière schématique la construction de principe d'un dispositif 1 suivant l'invention. Le conducteur creux 13 constitue dans ce cas en même temps la cellule de mesure de gaz. Le gaz à mesurer pénètre par les entrées 14 dans le conducteur creux 13. Le25 conducteur creux 13 est, dans le cas le plus simple, un tube métallique ou revêtu à l'intérieur d'une couche réfléchissante, de section transversale circulaire. Le tube présente deux courbures à 90 17, 18, de sorte que le faisceau de rayons est dévié depuis la source de rayonnement30 11 sur le parcours menant aux détecteurs 15, 16, deux fois de 900. Au lieu de deux déviations, comme représenté, on pourrait imaginer aussi un parcours semi-circulaire de la portion de tube courbée. Il est capital que la lumière35 infrarouge, émise par la source de rayonnement 11, parvienne après plusieurs réflexions sur les détecteurs 15, 16. Du fait que le conducteur creux 13 est courbé, l'image de la source
de rayonnement 11 est fortement défocalisée. La variation de l'intensité en fonction de l'aire de la section du conducteur creux 13, au droit des détecteurs 15, 16, est très plate et5 ne présente donc qu'une dépendance très réduite à l'égard de la position dans l'espace de la source de rayonnement 11.
Ceci est contraire au parcours du rayonnement dans un conducteur tubulaire droit, généralement utilisé, ou la structure de la source de rayonnement reproduite subsiste10 encore grandement et l'intensité de la reproduction présente un maximum au milieu et diminue fortement vers les bords. Il en résulte l'exigence d'une construction mécanique très stable d'un dispositif de mesure linéaire, usuel. Ceci est particulièrement critique, lorsque la source de rayonnement15 est reproduite par des diviseurs de rayonnement, sur deux détecteurs, par exemple, dont un sert de référence pour l'élimination de vieillissements de la source de rayonnement. Si l'image de la source de rayonnement se déplace du fait d'influences mécaniques ou de variations géométriques, la20 lumière est partagée d'une autre manière entre le détecteur de référence et le détecteur de mesure. Ceci peut provoquer des erreurs dans la mesure de la concentration du gaz. Dans la pratique, le conducteur creux 13 ne doit pas être trop mince, car sinon le nombre de réflexions de paroi augmente25 fortement et l'intensité des signaux mesurés diminue (par des pertes par réflexions). Le rapport de la longueur L au diamètre D doit être: L/D < 30, et le rayon de courbure ne doit pas être plus de 3 fois supérieur au diamètre, afin d'obtenir la défocalisation voulue. Pour un rendement de30 lumière optimal, le diamètre du conducteur creux 13 doit correspondre à la grandeur du détecteur 15, 16. Pour l'application pratique il résulte de ces exigences un diamètre de conducteur creux compris entre 5 et 15 mm. Pour compenser la variation différente de la température et le35 comportement au vieillissement du détecteur de mesure et du détecteur de référence 15, 16, on utilise suivant l'invention une seconde source de rayonnement 12. Les deux sources de rayonnement 11, 12 sont modulées avec une fréquence différente fl et f2, par exemple avec 2 et 3,7 Hz ou avec 11 et 17 Hz. La lumière de la source de rayonnement 12 sert à normaliser le détecteur de mesure et le détecteur de référence 15, 16, tandis que la lumière de la source de rayonnement 11 sert à la mesure de la concentration du gaz. Les différentes fréquences, obtenues dans les signaux de détecteur, peuvent être à nouveau séparées par des procédés10 d'interprétation appropriés, connus par l'état de la technique. Comme résultat de la mesure on obtient une première grandeur de mesure 31 pour une première fréquence de modulation fi et une seconde grandeur de mesure 32 pour une seconde fréquence de modulation f2. Une autre possibilité15 consiste à faire fonctionner les deux lampes à la même fréquence, mais à les allumer et à les éteindre alternativement, à l'aide d'un dispositif de commutation, par exemple lampe 11 allumée 30 secondes, lampe 12 éteinte; lampe 11 éteinte, lampe 12 allumée 30 secondes, etc.20 Une variante du dispositif de la figure 1 est représentée sur la figure 2. Dans ce cas, l'utilisation de différentes cuvettes de mesure avec un seul et même appareil de mesure est possible. Dans la forme de réalisation représentée, il est prévu en supplément une fenêtre 29,25 imperméable aux gaz, de sorte que le gaz de mesure se trouve dans la portion située devant celle-ci, jusqu'à la première source de rayonnement 21. Le dispositif partiel, qui contient une seconde source de rayonnement 22 qui est fermé par les détecteurs 26, 26 sur un côté et la fenêtre 29 sur l'autre30 côté, peut être combiné par exemple aussi avec différentes cuvettes de mesure avec une source de rayonnement 21, par exemple en tant qu'émetteur de rayonnement étagé ou en combinaison avec un miroir creux. Dans chaque cas la source de rayonnement 21 est reproduite sur l'ouverture d'entrée (fenêtre 29) du conducteur creux 23 courbé. La distribution de l'intensité de la lumière de la source de rayonnement 21 sur la section transversale, dans le plan des détecteurs, est uniformisée
par la courbure du conducteur creux.
Claims (7)
1. Dispositif de mesure pour la détermination de la concentration de gaz par absorption infrarouge avec un conducteur creux (13, 23), recevant le gaz à mesurer, en tant que parcours de mesure, avec une première source de rayonnement (11, 21) et avec des détecteurs de rayonnement (15, 16; 25, 26), convertissant le rayonnement infrarouge émis en une première grandeur de mesure (31), caractérisé en ce qu'il est prévu une seconde source de rayonnement (12, 22), produisant une seconde grandeur de mesure (32) sur les détecteurs de rayonnement (15, 16; 25, 26) et en ce que sont prévus des moyens pour distinguer la première grandeur de mesure (31) de la seconde grandeur de mesure (32). 15
2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens destinés à distinguer les grandeurs de mesure (31, 32) sont une première modulation de fréquence (f!) pour la première source de rayonnement (11, 21) et une seconde fréquence de modulation (f2) pour la
seconde source de rayonnement (12, 22).
3. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen destiné à distinguer les
grandeurs de mesure (31, 32) est constitué d'un dispositif de commutation, par lequel la première source de rayonnement25 (11, 21) et la seconde source de rayonnement (12, 22) sont enclenchées alternativement.
4. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le conducteur
creux (13, 23) est courbé dans plus d'un plan.30
5. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le gaz à
mesurer se trouve entre la première et la seconde sources de rayonnement (21, 22) et est séparé de la source de rayonnement (22) et des détecteurs (25, 26), par une fenêtre35 (29) imperméable aux gaz.
6. Dispositif de mesure selon l'une quelconque de
s revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le rapport de
la longueur au diamètre du conducteur creux (13, 23) est < 30.
7. Dispositif de mesure selon l'une quelconque
des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le rapport du
rayon de courbure R au diamètre D du conducteur creux R
(13, 23) u < 3.
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 011, no. 375 (P - 644) 8 December 1987 (1987-12-08) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19520488C1 (de) | 1996-09-05 |
| FR2734906B1 (fr) | 1998-12-11 |
| GB2301665A (en) | 1996-12-11 |
| US5696379A (en) | 1997-12-09 |
| GB2301665B (en) | 1997-04-23 |
| GB9610681D0 (en) | 1996-07-31 |
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