FR2974181A1

FR2974181A1 - Dispositif et procede pour determiner la concentration en xenon ou en helium dans un melange gazeux

Info

Publication number: FR2974181A1
Application number: FR1153160A
Authority: FR
Inventors: Andrew Martin; Ira Katz
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2012-10-19

Abstract

L'invention concerne un dispositif et un procédé pour déterminer la concentration en xénon ou en hélium contenu dans un mélange gazeux principal comprenant les étapes de : (a) passer un mélange gazeux principal contenant un premier composé choisi parmi le xénon et l'hélium, et au moins un second composé différent dudit premier composé, ledit mélange gazeux principal ayant une pression d'entrée, au travers d'un moyen résistant au flux et déterminer la diminution de pression résultant du passage dudit mélange gazeux principal au travers dudit moyen résistant au flux ; (b) convertir la mesure de diminution de pression en un signal électrique de chute de pression ; (c) déterminer la concentration du premier gaz en traitant le signal électrique de chute de pression obtenu à l'étape c) pour en déduire soit d'abord une densité du mélange gazeux principal, puis la concentration du premier gaz à partir de ladite densité du mélange gazeux et d'un algorithme donné, soit directement ladite concentration de premier gaz à partir d'une ou plusieurs données et/ou courbes de calibration connues et d'un algorithme donné.

Description

L'invention porte sur un procédé et un dispositif pour déterminer la concentration en xénon ou en hélium contenu dans un mélange gazeux principal, en particulier dans un flux gazeux exhalé par un individu humain. Certaines thérapies ou interventions médicales sont basées sur ou mettent en jeu une administration de gaz thérapeutiques, tel des gaz à base de xénon (Xe) ou d'hélium (He) qui sont inhalés par les individus, c'est-à-dire les patients. Durant ces administrations de gaz, il doit être possible de mesurer avec une grande exactitude le débit du gaz et surtout la teneur en gaz, en particulier en Xe et en He, dans les gaz inspirés ou expirés et ce, avec un temps de réponse rapide et une sensibilité croisée limitée par rapport aux autres composés présents dans le gaz, en particulier N2, 02, H2O et CO2. Or, les procédés et dispositifs existants ne donnent pas totale satisfaction car ils ne permettent d'obtenir qu'un compromis entre temps de réponse et précision de mesure. En d'autres termes, leur fiabilité et/ou leur précision de mesure et par ailleurs leur rapidité ne sont pas suffisantes, en particulier ils prennent mal en compte les variations éventuelles de teneur en hélium ou xénon au cours d'un même cycle respiratoire, sachant que ces teneurs sont susceptibles de varier au cours du cycle considéré. Le problème à résoudre est de proposer un procédé et un dispositif permettant de déterminer de manière fiable et rapide, la teneur ou concentration en He ou en Xe d'un mélange gazeux, en particulier d'un mélange gazeux avant inspiration ou après expiration par un individu ou un animal. Le temps de réponse du dispositif doit être suffisamment rapide pour résoudre les problèmes de variations de teneur en Xe ou He au cours du cycle respiratoire, par exemple pour mesurer les teneurs ou concentrations en Xe ou He inspirées, expirées ou en fin de cycle. Par ailleurs, les éventuelles variations de teneurs en CO2, H2O, N2 et 02 du mélange gazeux ne doivent pas pouvoir influencer notablement l'exactitude de mesure au sein du dispositif. En outre, le dispositif et le procédé recherchés doivent pouvoir être mis en oeuvre aussi bien sur une ligne principale de gaz, tel le circuit patient d'un ventilateur, que sur une ligne de dérivation, c'est-à-dire une ligne de bipasse venant se raccorder à ladite ligne principale.

La solution de l'invention concerne alors sur un procédé pour déterminer la concentration en xénon ou en hélium contenu dans un mélange gazeux principal comprenant les étapes de: a) passer un mélange gazeux principal contenant un premier composé choisi parmi le xénon et l'hélium, et au moins un second composé différent dudit premier composé, ledit mélange gazeux principal ayant une pression d'entrée, au travers d'un moyen résistant au flux et déterminer la diminution de pression résultant du passage dudit mélange gazeux principal au travers dudit moyen résistant au flux, b) convertir la mesure de diminution de pression en un signal électrique de chute de pression, c) déterminer la concentration du premier gaz en traitant le signal électrique de chute de pression obtenu à l'étape c) pour en déduire : - soit d'abord une densité du mélange gazeux principal, puis la concentration du premier gaz à partir de ladite densité du mélange gazeux et d'un algorithme donné, - soit directement ladite concentration de premier gaz à partir d'une ou plusieurs données et/ou courbes de calibration connues et d'un algorithme donné. Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le moyen résistant au flux est choisi parmi les résistances paraboliques ou les orifices, les venturis et les buses. - la mesure de diminution de pression est convertie en signal électrique par un transducteur (transducer en anglais) à pression différentielle. - à l'étape c), le traitement du signal électrique de chute de pression est opéré par une unité de traitement de signal, tel exemple une carte électronique, un ordinateur, un microprocesseur, un circuit imprimé ou tout autre dispositif apte à et conçu pour opérer un traitement de signal. - il comporte une étape supplémentaire de soutirer un flux gazeux à débit constant dudit 20 mélange gazeux principal au moyen d'une pompe d'échantillonnage. - la densité du mélange gazeux principal est calculée à partir d'une ou plusieurs données de calibration ou de courbes connues. - la densité du mélange gazeux principal est calculée en utilisant la formule (I) : AP P _ (I) KQ n 25 où : AP est la différence de pression, K est une constante du moyen résistant au flux, Q est le débit volumétrique au travers du moyen résistant au flux, et n est inférieur ou égal à 2. - il comporte une étape de mesure de la température du flux gazeux principal au moyen d'un capteur de température, et de conversion de la mesure de température en un signal électrique de température. 30 - le capteur ou la sonde de température est choisi parmi les thermistances, les thermocouples et les détecteurs de température à résistance en platine. - le signal électrique de température et le signal électrique de chute de pression sont utilisés en combinaison dans un algorithme donné pour déterminer la concentration du premier gaz. 35 - le deuxième gaz est choisi parmi 02, N2, CO2 et vapeur d'eau. - on détermine la concentration d'au moins un second gaz ; on convertit ladite concentration en ledit second gaz en un signal de concentration de second gaz ; et on utilise le signal de concentration de second gaz et un algorithme donné pour corriger une ou plusieurs erreurs de calcul de concentration du premier gaz, dues à la présence dudit second gaz dans le mélange gazeux principal. - la teneur de CO2 dans le mélange gazeux principal est mesurée par un capteur infrarouge et convertie en un signal électrique de teneur en CO2 ; ou la teneur de 02 dans le mélange gazeux principal contenant 02 et N2 est mesurée par une cellule galvanique ou électrochimique et convertie en un signal électrique de teneur en 02 L'invention concerne en outre un dispositif pour déterminer la concentration en xénon ou en hélium contenu dans un mélange gazeux principal, apte à et conçu pour une mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comprend : - un passage de gaz comprenant un moyen résistant au travers desquels passe un mélange gazeux principal contenant un premier composé choisi parmi le xénon et l'hélium, et au moins un second composé différent dudit premier composé, ledit mélange gazeux principal ayant une pression d'entrée, au travers au flux et - des moyens de mesure de pression pour déterminer la diminution de pression résultant du passage du mélange gazeux principal au travers du moyen résistant au flux, - des moyens de conversion pour convertir la mesure de diminution de pression déterminée par les moyens de mesure de pression en un signal électrique de chute de pression, - des moyens de détermination de teneur en gaz pour déterminer la concentration du premier gaz en traitant le signal électrique de chute de pression issu des moyens de conversion pour en déduire : - soit d'abord une densité du mélange gazeux principal, puis la concentration du premier 25 gaz à partir de ladite densité du mélange gazeux et d'un algorithme donné, - soit directement ladite concentration de premier gaz à partir d'une ou plusieurs données et/ou courbes de calibration connues et d'un algorithme donné. Selon le cas, le dispositif de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : 30 - le moyen résistant au flux est choisi parmi les résistances paraboliques ou les orifices, les venturis et les buses - des moyens de mémorisation pour mémoriser au moins un algorithme donné, par exemple une carte électronique, un ordinateur, un microprocesseur, un circuit imprimé ou tout autre dispositif apte à et conçu pour opérer un traitement de signal. 35 - les moyens de mesure de pression sont un ou des capteurs de pression. - les moyens de conversion servant à convertir la mesure de diminution de pression déterminée par les moyens de mesure de pression en un signal électrique de chute de pression comprennent un capteur à pression différentielle. - les moyens de détermination de teneur en gaz servant à déterminer la concentration du premier gaz en traitant le signal électrique de chute de pression issu des moyens de conversion comprennent un algorithme mémorisé. L'invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description suivante faite en références aux Figures annexées. Les Figures 1 et 2 représentent des schémas de deux modes de réalisation possibles d'un dispositif selon l'invention ou analyseur, à savoir : - la Figure 1 illustre un analyseur de type à ligne de bipasse ou d'échantillonnage, dans lequel un flux de gaz secondaire servant à l'analyse est prélevé sur un flux principal par exemple au sein du circuit principal d'un ventilateur, - la Figure 2 illustre un analyseur agencé sur la ligne principale véhiculant le flux gazeux principal, c'est-à-dire un analyseur faisant la mesure directement sur ladite ligne principale, tel le circuit principal d'un ventilateur. Plus précisément, sur la Figure 1, on voit que dans le premier mode de réalisation, le dispositif selon l'invention, encore appelé analyseur à ligne d'échantillonnage, comprend une ligne d'amenée 1 de mélange gazeux à analyser, encore appelée ligne de bipasse, ledit mélange gazeux contenant du xénon ou de l'hélium, ainsi qu'un ou plusieurs autres composés, par exemple un gaz expiré par un patient. La ligne d'amenée 1 est reliée par son extrémité amont l0a à une ligne principale 21 de gaz, par exemple au circuit principal d'un ventilateur servant à alimenter un patient en gaz thérapeutique, notamment un gaz à base de xénon ou d'hélium.

Cette ligne d'amenée 1 de gaz comprenant un moyen résistant au flux 2, tel un venturi, un orifice à diamètre variable ou analogue, en amont et en aval duquel viennent se raccorder des moyens de mesure de pression, à savoir un capteur de pression différentielle 5 (appelé en anglais differential pressure transducer). Le raccordement se fait par l'intermédiaire de lignes amont et aval de prise de pression 3, 4, tels des tubes flexibles. La ligne amont 3 permet une mesure de la pression haute, alors que la ligne aval 4 permet une mesure de la pression basse de part et d'autre du moyen résistant au flux 2. Le capteur de pression différentielle 5 permet de convertir les pressions différentielles mesurées au travers du moyen résistant au flux 2 en un signal électronique qui est alors transmis, via des connexions électriques 6, à une unité de traitement 11 de signal, telle une carte électronique.

Par ailleurs, un dispositif de mesure de température 7 comprenant un capteur ou une sonde 8 de mesure de température permet de convertir la température mesurée dans le flux de gaz en un signal électronique représentatif de la température.

Le capteur ou sonde de température 8 peut être du type thermistance, thermocouple, détecteur de température à résistance en platine ou analogue.

Le (ou les) signal électronique de température est envoyé, lui aussi, à l'unité de traitement 11 où il est traité.

Une pompe d'échantillonnage 9 est agencée sur la ligne 1 de manière à pouvoir obtenir un flux gazeux à débit constant indépendant des propriétés du mélange gazeux, à savoir sa densité et sa viscosité, en particulier une influence mineure de la densité sur l'échantillonnage de débit.

La ligne 1 se raccorde par son extrémité aval 10b, au circuit principal du ventilateur servant à alimenter le patient en gaz thérapeutique de manière à y renvoyer le gaz après échantillonnage. De manière alternative, le gaz peut aussi être renvoyé à l'atmopshère via l'extrémité aval 10b de la ligne 1.

Au sein de l'unité de traitement 11, les signaux de différentiel de pression et de température du gaz sont utilisés pour calculer une densité du mélange gazeux en se basant sur des valeurs de référence préenregistrées, en particulier des valeurs de référence obtenues par calibration préalable avec différents choix de pompe d'aspiration et de moyen de résistance au flux, et de géométries de ligne d'échantillonnage.

Comme déjà expliqué, la densité du mélange gazeux principal est calculée en utilisant la AP formule : p = KQn où : AP est la différence de pression, K est une constante du moyen résistant au flux, Q est le débit volumétrique au travers du moyen résistant au flux, et n est inférieur ou égal à 2.

Après traitement, les signaux traités et comparés permettent, par exemple par corrélation, de calculer des concentrations en composés souhaités, par exemple en He ou Xe, à partir des valeurs de densité gazeuse et de température et au moyen d'un algorithme adapté, au sein de l'unité de traitement 11.

En effet, de manière générale, la densité de xénon (Xe) ou d'hélium (He) est très différente des densités des autres composés présents dans un mélange gazeux, comme visible d a n s le T a b l e a u 1 s u i v a n t.

Tableau 1 : Mesures faites à 1 atm et 23°C. Gaz Densité [kg/m3 ] Air 1,19 02 1,32 N2 1,15 Xe 5,89 He 0.17 CO2 1,98 H2O (vapeur) 0,80 Ces différences de densité impliquent que, même si la mesure n'est pas sélective, la sensibilité croisée de la mesure de ces composés Xe ou He par rapport aux autres constituants du mélange gazeux est typiquement faible. En effet, pour un flux de gaz donné, la chute de pression engendrée par le passage du flux gazeux au travers d'un moyen résistant ou faisant obstruction au passage du flux, tel une résistance parabolique, un venturi, une buse ou un orifice calibré ou à diamètre variable, varie avec la densité selon la formule : AP = KpQ' où : AP est la différence de pression entre entrée et sortie du moyen résistant ou faisant obstruction au passage de flux; K est une constante de la résistance au flux, Q est le débit volumétrique à travers la résistance, et n est typiquement égal à 2, mais peut avoir une valeur inférieure à 2 dans le cas d'une résistance à orifice variable. L'équation ci-dessus peut être réécrite comme suit : AP P= KQ n De ce fait, si Q et K sont connus, la densité du mélange gazeux peut être calculée après mesure de la chute de pression dans le moyen résistant au flux. Pour réduire la sensibilité du calcul à l'incertitude de la valeur de débit Q, il est préférable, mais pas obligatoire, que le moyen résistant au flux soit sélectionné tel que n<2, c'est-à-dire d'utiliser un orifice à diamètre variable en tant que moyen résistant au flux. Après détermination de la densité du mélange gazeux, la concentration de xénon ou 25 d'hélium est calculée à partir de la relation linéaire entre concentration en gaz et densité en supposant un mélange binaire avec 02 ou N2. Le choix 02 ou N2 doit être fait indépendamment de l'espèce qui aura généralement la plus forte concentration pendant l'utilisation du capteur. La Figure 3 montre la corrélation linéaire entre la teneur en xénon (% volume) et la densité gazeuse (kg/m3) de mélanges binaires Xe/02, alors que les Tableaux 2 et 3 ci-après donnent des sensibilités croisées théoriques par rapport à d'autres gaz pour différents mélanges binaires Xe/02. Tableau 2 : Mesure de xenon basée sur la densité. Sensibilité croisée par rapport au CO2 Mélange gazeux Densité Xe estimé Erreur [% vol] [kg/m3] [% vol] [% vol] 02 Xe CO2 100 0 0 1,32 0,0 0,0 98 0 2 1,33 0,3 0,3 96 0 4 1,35 0,6 0,6 94 0 6 1,36 0,9 0,9 50 50 0 3,61 50,0 0,0 48 50 2 3,62 50,3 0,3 46 50 4 3,63 50,6 0,6 44 50 6 3,65 50,9 0,9 30 70 0 4,52 70,0 0,0 28 70 2 4,54 70,3 0,3 26 70 4 4,55 70,6 0,6 24 70 6 4,56 70,9 0,9 Tableau 3 : Mesure de xénon basée sur la densité. Sensibilité croisée par rapport à N2 Mélange gazeux Xe estimé [% vol.] Densité Erreur [kg/m3] [%] [%] 02 Xe N2 100 0 0 1,32 0,0 0,0 90 0 10 1,30 -0,4 -0,4 80 0 20 1,29 -0,7 -0,7 70 0 30 1,27 -1,1 -1,1 60 0 40 1,25 -1,5 -1,5 50 0 50 1,24 -1,9 -1,9 40 0 60 1,22 -2,2 -2,2 30 0 70 1,20 -2,6 -2,6 21 0 79 1,19 -2,9 -2,9 50 50 0 3,61 50,0 0,0 40 50 10 3,59 49,6 -0,4 30 50 20 3,57 49,3 -0,7 21 50 29 3,56 48,9 -1,1 30 70 0 4,52 70,0 0,0 21 70 9 4,51 69,7 -0,35 Tableau 4 : Mesure de xénon basée sur la densité. Sensibilité croisée dans des mélanges multi-composés Mélange gazeux [% vol] Densité Xe estimée Erreur [kg/m3] [%] [%] 02 Xe CO2 H20 N2 95 0 5 0 0 1,35 0,7 0,7 95 0 4 1 0 1,34 0,5 0,5 16 0 5 4 75 1,20 -2,5 -2,5 70 25 0 0 5 2,46 24,8 -0,2 50 25 4 4 17 2,44 24,5 -0,5 21 25 0 0 54 2,37 23,0 -2,0 16 25 4 4 51 2,38 23,2 -1,8 45 50 5 0 0 3,64 50,7 0,7 45 50 4 1 0 3,63 50,5 0,5 41 50 5 4 0 3,62 50,3 0,3 42 50 4 4 0 3,61 50,1 0,1 16 50 4 4 26 3,57 49,2 -0,8 21 50 4 0 25 3,59 49,6 -0,4 25 70 5 0 0 4,55 70,7 0,7 25 70 4 1 0 4,54 70,5 0,5 16 70 4 4 6 4,52 69,9 -0,1 De même, la Figure 4 montre la corrélation linéaire entre la teneur en hélium et la densité de mélange binaires He/02, alors que les Tableaux 5 à 7 donnent des sensibilités croisées théoriques par rapport à d'autres gaz pour des mélanges binaires He/02.

Tableau 5 : Mesure d'hélium basée sur la densité. Sensibilité croisée par rapport au CO2 Mélange gazeux Densité He estimée Erreur [% vol.] [kg/m3] [%] [%] 02 He CO2 100 0 0 1,32 0,0 0,0 98 0 2 1,33 -1,1 -1,1 96 0 4 1,35 -2,3 -2,3 94 0 6 1,36 -3,4 -3,4 22 78 0 0,42 78,0 0,0 20 78 2 0,43 76,9 -1,1 18 78 4 0,45 75,7 -2,3 16 78 6 0,46 74,6 -3,4 35 65 0 0,57 65,0 0,0 33 65 2 0,58 63,9 -1,1 31 65 4 0,60 62,7 -2,3 29 65 6 0,61 61,6 -3,4 Tableau 6 : Mesure de He basée sur la densité. Sensibilité croisée par rapport à N2 Mélange gazeux [% vol.] Densité He estimée Erreur [kg/m3] [%] [%] 02 He N2 22 78 0 0,42 78,0 0,0 22 68 10 0,52 69,5 1,5 22 58 20 0,62 60,9 2,9 22 48 30 0,71 52,4 4,4 22 38 40 0,81 43,9 5,9 35 65 0 0,57 65,0 0,0 34 58 8 0,63 59,7 1,7 32 52 16 0,69 54,3 2,3 31 45 24 0,75 49,1 4,1 29 39 32 0,82 43,7 4,7 28 32 40 0,88 37,9 5,9 Tableau 7 : Mesure de He basée sur la densité. Sensibilité croisée dans des mélanges multi-composés Mélange gazeux [% vol.] Densité He estimée Erreur [kg/m3] [%] [%] 02 He CO2 H20 N2 17 78 4 1 0 0,44 76,2 -1,8 17 68 4 1 10 0,54 67,6 -0,4 17 58 4 1 20 0,64 59,1 1,1 17 48 4 1 30 0,74 50,6 2,6 17 38 4 1 40 0,83 42,1 4,1 17 28 4 1 50 0,93 33,5 5,5 30 65 4 1 0 0,59 63,2 -1,8 29 58 4 1 8 0,66 57,4 -0,6 27 52 4 1 16 0,71 52,7 0,7 26 45 4 1 24 0,78 47,0 2,0 24 39 4 1 32 0,83 42,3 3,3 23 32 4 1 40 0,90 36,1 4,1 22 26 4 1 47 0,97 30,7 4,7 Comme montré dans les Tableaux précédents, les erreurs de mesure de Xe et He dues aux sensibilités croisées de concentrations en N2 et CO2 ou en vapeur d'eau pouvant être présents dans le flux sont faibles et généralement d'un niveau acceptable. Toutefois, lorsque ces erreurs sont jugées trop importantes, elles peuvent être éliminées par ajout d'un capteur de 02, par exemple de type galvanique, et d'un capteur de CO2, par exemple de type infra rouge, et application d'un schéma correctif dans l'algorithme utilisé pour calculer les teneurs en Xe et He à partir de la densité du mélange. En tant qu'alternative à l'étape intermédiaire de détermination de la densité du mélange gazeux avant calcul de la concentration en gaz, une calibration peut être réalisée pour obtenir une courbe de calibration, de préférence linéaire, reliant la concentration en gaz directement à la chute de pression mesurée ou à un signal électronique (courant ou tension) produit par un capteur de pression différentiel proportionnellement à la chute de pression mesurée. En fait, la calibration est spécifique de la température d'un mélange gazeux donné de sorte qu'un capteur de température sera inclus avec un schéma correctif au sein de l'algorithme utilisé pour calculer les teneurs en Xe et He.

Aussi, comme précédemment, si désiré, un capteur de 02 ou CO2 peut être ajouté en association à d'autres correctifs au sein de l'algorithme pour prendre en compte la sensibilité croisée pour N2 et 02. Par ailleurs, selon le mode de réalisation de la Figure 2, les calculs sont opérés de la même manière que dans le premier mode de réalisation de la Figure 1. Toutefois, dans le deuxième mode de réalisation, le dispositif de mesure est agencé directement sur la ligne principale gaz, par exemple sur le circuit patient d'un ventilateur. Plus précisément, comme visible en Figure 2, le dispositif selon l'invention, encore appelé analyseur en-ligne, est agencé directement sur la ligne principale 21 où circule le mélange gazeux à analyser, lequel contient du xénon ou de l'hélium, ainsi qu'un ou plusieurs autres composés, par exemple un gaz expiré par un patient. La ligne principale 21 de gaz est par exemple le circuit principal d'un ventilateur servant à alimenter un patient en gaz thérapeutique, notamment un gaz à base de xénon ou d'hélium.

Cette ligne principale 21 de gaz comprenant, comme dans le premier mode de réalisation, un moyen résistant au flux 2, tel un venturi, un orifice à diamètre variable ou analogue, en amont et en aval duquel viennent se raccorder des moyens de mesure de pression, à savoir un capteur de pression différentielle 5 (appelé en anglais differential pressure transducer). Le raccordement se fait par l'intermédiaire de lignes amont et aval de prise de pression 3, 4, tels des tubes flexibles. La ligne amont 3 permet une mesure de la pression haute, alors que la ligne aval 4 permet une mesure de la pression basse de part et d'autre du moyen résistant au flux 2. Là encore, le capteur de pression différentielle 5 permet de convertir les pressions différentielles mesurées au travers du moyen résistant au flux 2 en un signal électronique qui est alors transmis, via des connexions électriques 6, à une unité de traitement 11 de signal, telle une carte électronique. Par ailleurs, un dispositif de mesure de température 7 comprenant un capteur ou une sonde 8 de mesure de température permet de convertir la température mesurée dans le flux de gaz en un signal électronique représentatif de la température.

Le capteur ou sonde de température 8 peut être du type thermistance, thermocouple, détecteur de température à résistance en platine ou analogue. Le (ou les) signal électronique de température est envoyé, lui aussi, à l'unité de traitement 11 où il est traité. Un capteur de flux 16 insensible aux variations de densité du gaz est agencé sur la ligne 1 pour mesurer le débit du flux et le convertir en signal électronique de débit qui est transmis via une ou des connexions électriques 17 à l'unité de traitement 11.

Le capteur de flux 16 insensible aux variations de densité du gaz peut être un débitmètre ultrasonique, un débitmètre à déplacement positif, un débitmètre à turbine ou un élément à flux laminaire. Au sein de l'unité de traitement 11, les signaux de différentiel de pression, de débit et de température du gaz sont utilisés pour calculer une densité du mélange gazeux en se basant sur des valeurs de référence préenregistrées, en particulier des valeurs de référence obtenues par calibration préalable avec différents choix de pompe d'aspiration et de moyen de résistance au flux, et de géométries de ligne d'échantillonnage. Après traitement, les signaux traités et comparés permettent, par exemple par corrélation, de calculer des concentrations en composés souhaités, par exemple en He ou Xe, à partir des valeurs de densité gazeuse et de température et au moyen d'un algorithme adapté, au sein de l'unité de traitement 11, comme dans le premier mode de réalisation (cf. ci-avant). De façon générale, selon l'invention, le fait de baser les mesures sur la densité de xénon ou d'hélium est avantageux car les erreurs de sensibilité croisée sont réduites puisque le xénon et l'hélium présentent des densités très différentes, i.e. très supérieure (xénon) ou très inférieure (hélium), à celles des autres composés présents dans le flux gaz analysé. Des expérimentations ont été menées visant à démontrer la capacité du procédé et du dispositif de l'invention à déterminer de manière rapide et efficace la teneur en hélium à partir d'une chute de pression au travers d'un moyen résistant au flux selon le principe de l'invention et ce, au moyen du dispositif expérimental de la Figure 5. Des mesures comparatives ont également été faites, toutes conditions égales par ailleurs, au moyen d'un analyseur 23 de conductivité thermique (ACT) référencé KG6050 auprès de la société Hitech Instruments, lequel est relié à la ligne 21 de gaz du dispositif de la Figure 5 par une ligne de prise de mesure 22.

Plus précisément, un mélange gazeux contenant de 20 à 80% en volume d'hélium (reste oxygène et azote) provenant d'une source 20 de gaz alimente la ligne principale 21 de gaz du dispositif expérimental de la Figure 5, ledit ligne 21 comprenant le moyen de résistance 2 au flux selon l'invention, à savoir ici une résistance Pneuflo® Rp5 à orifice à diamètre fixe commercialisée par la société Michigan Instruments, et à laquelle est relié la ligne de prise de mesure 22 alimentant l'analyseur 23. Le débit du gaz dans la ligne 21 est de 800 ± 40 cm3/s. La chute de pression correspondante au travers de la résistance au flux 2 est convertie en signal de tension (U) par un transducteur 5 de pression, par exemple le transducteur PX277-05D5V de la société Omega. Le signal de tension obtenu est ensuite envoyé aux moyens de traitement 11, tel qu'un ordinateur.

Par ailleurs, un contrôleur de débit 24 de flux gazeux est également agencé sur la ligne 21 et relié aux moyens de traitement 11. L'unité de traitement 11 permet de déterminer la concentration en hélium dans le gaz à partir de la tension représentative de la chute de pression et du débit connu.

Comme montré en Figure 6, le dispositif et procédé de l'invention permettent de donner une mesure fiable de la concentration en hélium puisqu'elle correspond étroitement à celle mesurée à l'aide de l'analyseur de conductivité thermique (ACT) du commerce. En effet, comme on le voit, les données mesurées (*) sont proches de la ligne d'égalité (- - - -). Le dispositif et le procédé de l'invention permettent donc de déterminer de manière fiable et rapide, la teneur ou concentration en He ou en Xe d'un mélange gazeux, en particulier d'un mélange gazeux avant inspiration ou après expiration par un individu ou un animal.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé pour déterminer la concentration en xénon ou en hélium contenu dans un mélange gazeux principal comprenant les étapes de: a) passer un mélange gazeux principal contenant un premier composé choisi parmi le xénon et l'hélium, et au moins un second composé différent dudit premier composé, ledit mélange gazeux principal ayant une pression d'entrée, au travers d'un moyen résistant au flux et déterminer la diminution de pression résultant du passage dudit mélange gazeux principal au travers dudit moyen résistant au flux, b) convertir la mesure de diminution de pression en un signal électrique de chute de pression, et c) déterminer la concentration du premier gaz en traitant le signal électrique de chute de pression obtenu à l'étape c) pour en déduire : - soit d'abord une densité du mélange gazeux principal, puis la concentration du premier gaz à partir de ladite densité du mélange gazeux et d'un algorithme donné, - soit directement ladite concentration de premier gaz à partir d'une ou plusieurs données et/ou courbes de calibration connues et d'un algorithme donné.
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moyen résistant au flux est choisi parmi les résistances paraboliques ou les orifices, les venturis et les buses.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mesure de diminution de pression est convertie en signal électrique par un capteur de pression différentielle.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à l'étape c), le traitement du signal électrique de chute de pression est opéré par une unité de traitement de signal.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape supplémentaire de soutirer un flux gazeux à débit constant dudit mélange gazeux principal au moyen d'une pompe d'échantillonnage.30
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la densité du mélange gazeux principal est calculée à partir d'une ou plusieurs données de calibration ou de courbes connues.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la densité du mélange gazeux principal est calculée en utilisant la formule (I) : AP P _ (I) KQ n où : - AP est la différence de pression, - K est une constante du moyen résistant au flux, - Q est le débit volumétrique au travers du moyen résistant au flux, et - n est inférieur ou égal à 2.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de mesure de la température du flux gazeux principal au moyen d'un capteur de température, et de conversion de la mesure de température en un signal électrique de température.
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur ou la sonde de température est choisi parmi les thermistances, les thermocouples et les détecteurs de température à résistance en platine.
10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal électrique de température et le signal électrique de chute de pression sont utilisés en combinaison dans un algorithme donné pour déterminer la concentration du premier gaz.
11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième gaz est choisi parmi 02, N2, CO2 et vapeur d'eau.
12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que : i) on détermine la concentration d'au moins un second gaz, ii) on convertit ladite concentration en ledit second gaz en un signal de concentration de second gaz, etiii) on utilise le signal de concentration de second gaz et un algorithme donné pour corriger une ou plusieurs erreurs de calcul de concentration du premier gaz, dues à la présence dudit second gaz dans le mélange gazeux principal.
13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que : - la teneur de CO2 dans le mélange gazeux principal est mesurée par un capteur infrarouge et convertie en un signal électrique de teneur en CO2 ou . - la teneur de 02 dans le mélange gazeux principal contenant 02 et N2 est mesurée par 10 une cellule galvanique ou électrochimique et convertie en un signal électrique de teneur en 02
14. Dispositif pour déterminer la concentration en xénon ou en hélium contenu dans un mélange gazeux principal, apte à et conçu pour une mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend :
15 - un passage de gaz (1, 21) comprenant un moyen résistant (2) au travers desquels passe un mélange gazeux principal contenant un premier composé choisi parmi le xénon et l'hélium, et au moins un second composé différent dudit premier composé, ledit mélange gazeux principal ayant une pression d'entrée, au travers au flux et - des moyens de mesure de pression (3, 4, 5) pour déterminer la diminution de pression 20 résultant du passage du mélange gazeux principal au travers du moyen résistant (2) au flux, - des moyens de conversion (5) pour convertir la mesure de diminution de pression déterminée par les moyens de mesure de pression en un signal électrique de chute de pression, - des moyens de détermination de teneur en gaz (11) pour déterminer la concentration du premier gaz en traitant le signal électrique de chute de pression issu des moyens de 25 conversion pour en déduire : - soit d'abord une densité du mélange gazeux principal, puis la concentration du premier gaz à partir de ladite densité du mélange gazeux et d'un algorithme donné, - soit directement ladite concentration de premier gaz à partir d'une ou plusieurs données et/ou courbes de calibration connues et d'un algorithme donné. 30 15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que le moyen résistant (2) au flux est choisi parmi les résistances paraboliques ou les orifices, les venturis et les buses.