WO1998003863A1 - Procede et dispositif de mesure d'un parametre d'etat d'une quantite de fluide ionise accumule - Google Patents
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- WO1998003863A1 WO1998003863A1 PCT/FR1996/001157 FR9601157W WO9803863A1 WO 1998003863 A1 WO1998003863 A1 WO 1998003863A1 FR 9601157 W FR9601157 W FR 9601157W WO 9803863 A1 WO9803863 A1 WO 9803863A1
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- G01N27/60—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrostatic variables, e.g. electrographic flaw testing
Definitions
- the invention relates to a method and a device for measuring a state parameter of an amount of accumulated ionized fluid.
- the detection of ionized masses has already been the subject of work on the part of the depositor.
- international patent application WO 94/01790 published on 20/01 / 1994 in the name of NGO TRONG HINT the application describes a method and device for detecting an ionic electrical disturbance in a specific area of a medium and use the method Leui and the device described are based on the phenomenon of electrical influence and pe ⁇ ettent detect pai detection by all or nothing the appearance of a disturbance in medium ionic are many applications such as intrusion detection, the realization '' a digital keyboard, detecting the presence of an ionized mass
- New research carried out by the applicant has revealed the possibility of implementing, from the aforementioned techniques, a process for quantitative measurement of at least one state parameter of accumulated ionized fluids or an amount of accumulated ionized material.
- the method for measuring a state parameter of a quantity of accumulated ionized material which is the subject of the invention consists in placing the quantity of ionized material in an accumulation chamber, to constitute a mass of accumulated ionized fluid, and at electrically charging by electric influence phenomenon an electrically conductive element from the amount of accumulated ionized material
- the device for measuring a parameter of a quantity of accumulated ionized fluid is remarkable in that it comprises an accumulator tank ionized fluid and a probe forming an electrostatic antenna characterized by an electrically conductive element insulated by a sheath of dielectric material, the probe being placed in operation in the ionized fluid accumulated so as to charge by electric influence the electrically conductive element characterizing the probe
- a capacitance is connected to the electrically conductive element and a reference potential.
- a variation of the electric charge detecting circuit of the electric capacitance produces a signal representative of one of the state parameters of a quantity of ionized fluid accumulated.
- the method and the device of the invention can be used for the manufacture of sensors intended for measuring the state parameters of fluids ionized naturally or under the action of an ionizing agent such as ionizing radiation for example, or any other ionizing sources such as vital energies.
- an ionizing agent such as ionizing radiation for example, or any other ionizing sources such as vital energies.
- FIG. 1 illustrates the process and the device of the prior art, known to the inventor
- FIG. 2 represents a diagram illustrative block diagram of the steps for implementing the method of the invention
- FIG. 3a represents a block diagram of the device of the invention
- FIG. 3b represents an equivalent diagram of the device represented in FIG. 3a
- FIG. 4 represents a variant of the embodiment of the device of FIG. 3a
- FIG. 5 represents a view in longitudinal section of an electrostatic antenna in a preferred embodiment
- FIGS. 6a and 6b represent different graphs representative of the signal detected as a function of variations of different state parameters of an amount of accumulated ionized fluid, such as water or other product
- FIG. 1 illustrates the process and the device of the prior art, known to the inventor
- FIG. 2 represents a diagram illustrative block diagram of the steps for implementing the method of the invention
- FIG. 3a represents a block diagram of the device of the invention
- FIG. 3b represents an equivalent diagram of the device represented in FIG. 3
- FIG. 6c represents the graph of the material identification
- FIG. 7 illustrates, by way of illustration, a preferred embodiment of the device of the invention in flow measurement mode
- FIG. 8 shows, by way of illustration, a preferred embodiment of the device of the invention in digital processing mode of the signal Vs.
- the process consists in placing the ionized fluid in an accumulation enclosure to create a mass of accumulated ionized fluid. It is step (A). It is recalled that a mass is, above all and necessarily, an amount of material, whether solid, liquid or gaseous Consequently, a mass of fluid is an amount of solid, liquid or gaseous matter Then, the process consists in charging electrically, by phenomenon of electrical influence, an electrically conductive element, forming an electrostatic antenna This is step (B)
- Step (C) then consists in electrically charging an electrically capacitive element and the discharge through the input impedance of the electrometer amplifier
- the step (D) includes detecting the change in the electric charge of the capacitive element electrically to generate a signal is detected, indicative of the fluid status parameter ionizes accumulates
- state parameter means such as the temperature, the volume, the pressure, the flow rate, of the accumulated ionized fluid. These state parameters generally correspond to the physical parameters of the accumulated ionized fluid.
- the detection of the electrically capacitive element consists, for the variation of charge dq of the accumulated ionized fluid, of the form
- n represents the state parameter
- dq represents the dynamic ionization coefficient of the accumulated ionized fluid dn, as a function of the state parameter considered
- dn represents the variation of the state parameter as a function of another variable such as time, for example
- the detection of the variation of the electric charge of the electrically capacitive element consists in discharging the electrically capacitive element, then in determining the state parameter of the accumulated ionized fluid from a linear function of the intensity of the discharge current of the electrically capacitive element
- the state parameters accumulated ionized fluid are the volume, temperature, ionized accumulates fluid pressure, and more generally, any representative internal energy of the ionized physical or physico-chemical parameter of the fluid accumulated the measuring method a i
- the device for measuring a state parameter of an accumulated ionized fluid object of the invention comprises'
- the electrostatic antenna 2 is an electrically conductive element insulated by a sheath of dielectric material, or bare depending on the conditions of use imposed by the application.
- the probe is, in operation, immersed in the accumulated ionized fluid, so as to charge, by electric influence phenomenon, the electrically conductive element constituting the probe
- the probe When the reservoir container containing the accumulated ionized fluid, or the accumulation enclosure, is made of dielectric material, the probe perhaps, advantageously placed outside the container The phenomenon of electrical influence allows the collection of charges from of the mass of the accumulated ionized fluid, through the walls, without any material contact with the accumulated ionized fluid
- An electrically capacitive element 3 is in direct connection with the electrically conductive element 2 and at a reference potential -
- a detecting circuit 4 is provided. This pe ⁇ net circuit detects the variation of the electric charge of the capacitive element 3 to generate a detected signal Vs representing the state parameter of the accumulated ionized fluid considered.
- the operation of the device is shown in FIG. 3a is as follows
- the transferred charges or induced charges also obey Lenz's law and that they constitute the real part of the bionic mass.
- the bionic mass being considered as a complex quantity, it behaves as such, having the two characteristic components.
- bionic mass results from the heavy mass, it represents only the effective component, since it characterizes the effects and the influences which the heavy mass possesses. Indeed, whatever the size or the quantity of the heavy mass, if it is not noted, and if it does not manifest, nor undergoes, no effect or no influence, it does not exist
- the energy under all its fo ⁇ ries is only effects and influences which are representative expressions of the bionic mass, which justifies the notion of efficiency of the bionic mass while recognizing the real mass its preponderant role on the existence of any event II there is no mass without effect or influence, similarly, there is no body without mass.
- Photons and neut ⁇ nos also necessarily have a mass, otherwise, they would be without effects and without influences Now, photons are not without effects or without influences As for neut ⁇ nos, the observation scale used for their capture is not possible -be not the right one.
- bionic mass does not dissociate the quantity of matter which is a reality, nor from the effects and influences which this reality manifests or exercises on its environment, nor the same that it undergoes from its environment, and, which constitute another reality
- dq represents the electric charge resulting from the vectorial sum of the electric charges resulting from the ionization of the mass of the accumulated ionized fluid
- dq- represents the intrinsic electric charge and proportional to the quantity of accumulated ionized matter
- jdq represents the electric charge resulting from the bionic mass, or from the ionization of the amount of accumulated ionized matter.
- Any variation in electrical charge dq causes the terminals of a capacitor C to have a corresponding variation in potential dU.
- n represents the state parameter
- dn represents the variation of the state parameter as a function of a variable such as time or of another state parameter
- dq represents the partial derivative of the electric charge with respect to the state parameter considers, or more precisely still, the dynamic ionization coefficient of the mass of the ionized fluid accumulates
- n the state parameter
- the accumulated ionized fluid is water
- this fluid is ionized according to the law of ionization verifying the relation
- the ionic concentration in hydrogen ion [H * ] is never equal to the ionic concentration in hydroxic ion [HLOH], which consequently the water is ionized, either appreciably acid, or appreciably basic
- the resulting ion imbalance explains the natural ionization of water What pe ⁇ riet of course, to consider any fluid, such as water, in particular ei the natural ionization of the latter, as likely to p ⁇ nmet the implementation of the process and the device for measuring a state parameter of an ionized fluid, object of the present invention
- the state parameter may be the volume of the accumulated ionized fluid.
- n V and by convention, to conditions of temperature and pressure information on the water, we have:
- FIG. 3b A more detailed description of a device which is the subject of the invention, in a preferred embodiment, is now given in conjunction with FIG. 3b.
- the circuit detecting the variation in electrical charge of capacitive means may advantageously be formed by an electrometer amplifier, preferably of the FET type, with a gain greater than 100,000.
- the input terminal of the electrometer amplifier is connected to the electrically conductive member fo ⁇ nant electrostatic antenna 2 and capacitive means 3.
- the electrometer amplifier 4 delivers then a detected signal proportional to the coefficient of dynamic ionization as a function of state parameter of the accumulated ionized fluid considered, and at the instantaneous value of the state parameter, as described previously in the description.
- the capacitive element 3 is preferably formed by the input capacity of the electrometer amplifier 4, in direct connection with the electrically conductive element forming the antenna. electrostatic 2, relative to the reference voltage V " (
- the choice of the input capacity Ce of the electric amplifier omits 4 pennet thus obtaining, for a minimum value of this capacity, a maximum amplification of the output signal V. outputted from the electrometer amplifier 4
- the accumulator tank 1 is a tank in metal walls electrically connected to ground and not to the reference potential to which the electrometer amplifier and the input impedance are themselves linked. This measure makes it possible to stabilize the output signal V. delivered at the output of the electrometer amplifier 4, in the presence of ionic disturbances of the environment of the reservoir. , in fact, that the electrical potential of the reservoir 1 being fixed, any phenomenon of external influence is obscured in accordance with the laws of electrostatics
- the device of the invention may comprise an additional electrically conductive element forming an electrostatic antenna 22
- the antenna 2 and the antenna complementary 22 being connected to the same differential electrometer amplifier to perform differential detection, with respect to a reference value of the state parameter of the ionized fluid accumulated contained in the reservoir 1 1
- the reservoirs 1 and 1 1 may be metallic, the walls of which are connected to the te ⁇ e, which eliminates any influence outside the tanks.
- the electrostatic antennas 2 and 22 pe ⁇ nemet a measurement of the fluids in each of the tanks 1 and 1 1, that the electrostatic antennas 2 and 22 are connected to the same electrometer amplifier
- the electrostatic antenna 2 comprises a sheath made of dielectric material 20 constituted by a sheath preferably made of TEFLON, or, in any event, made of thermal and dielectric insulating material, the sheath 20 covers entirely and inherently a metallic core 21 excellent conductor of electricity, the core 21 preferably consists of stainless steel 306 or 3 16, the sheath 20 is preferably in contact with the core 21 so as to facilitate the transfer of electrical charges, coming from the accumulated ionized fluid, the transfer of charges is carried out, by phenomenon of electrical influence, and in accordance with the law of co ⁇ espondant elements, the height of the electrically conductive element or the core 21 must be greater or equal to the height of the tank 1 or 1 1, its diameter, depending on the typical application perhaps from 1 to 10 mm, the thickness of the sheath is not critical, it is only reducing the transfer of charges.
- FIGS. 6a and 6b show a diagram of the law of the output current as a function of the volume of the accumulated ionized fluid, for different temperatures of the accumulated ionized fluid.
- a differential measurement compared to a reference fluid, liquid or gas, placed in a thennostated enclosure, thanks to the device as shown in FIG. 4.
- FIG. 6c there is also shown a graph of the above-mentioned law, at constant volume and temperature, for different fluids. That is to say fluids of different physical and physico-chemical composition. dq
- the dynamic ionization coefficient - characterizes the fluid dn itself. That is to say the own physico-chemical composition, and the internal energy of the latter.
- the dynamic ionization coefficient of water is taken to be 100%. That of the other test products being expressed in relative value with respect to the latter.
- the identification is absolutely rigorous and formal, as shown in the graph in Figure 6c.
- the reservoir 1 being supplied from a pipe for which it is desired to measure the flow rate, for this purpose, it suffices to connect at the output of the electrometer amplifier 4 a differentiating circuit 5, which delivers a signal representative of the time derivative of the output signal V. delivered by 1 " electrometer amplifier 4 and therefore, when the state parameter measured by the electrometer amplifier 4 is the volume, corresponds to a signal representative of the flow rate of the tank supply, as a function of time
- the device can include - microprocessor means
- a plurality of memories comprising tables for consulting stored values of dynamic ionization coefficients of quantity of material as a function of physical state parameters such as temperature, pressure, volume, flow rate, quantity of material, quantity load, momentum, amount of energy
- the method and the device for measuring a state parameter of an amount of accumulated ionized material, object of the present invention insofar as thanks to the detection of a phenomenon of ionization inherent in any material, fluid, liquid, solid and gas, by electrical influence, whether this ionization is natural or artificial, the method and the device of the present invention allow to measure the state parameter of a natural accumulated ionized fluid or caused, by exposure to ionizing radiation or to any ionizing source, for example
- the pe ⁇ net device therefore the analog measurement or all or nothing of the accumulated ionized fluid considered
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Abstract
L'invention est celle d'un procédé et d'un dispositif de mesure d'un paramètre d'état d'un fluide ionisé accumulé, ou une quantité de matière ionisée accumulée. Le fluide est placé dans une enceinte d'accumulation (1) pour constituer une masse ionisée accumulée. Une antenne électrostatique (2) est chargée, par phénomène d'influence électrique, à partir du fluide ionisé accumulé. Un élément capacitif (3) est chargé à partir de l'élément électriquement conducteur. La variation des charges électriques accumulées sur l'élément électriquement capacitif (3) est détectée par le détecteur (4) pour engendrer un signal représentatif du paramètre d'état du fluide ionisé accumulé. Application à la réalisation de détecteurs des paramètres d'état physique d'un fluide ionisé accumulé, ou une quantité de matière ionisée accumulée.
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF DE MESURE D'UN PARAMETRE D'ETAT D'UNE QUANTITE DE FLUIDE IONISE ACCUMULE.
L'invention concerne un procédé et un dispositif de mesure d'un paramètre d'état d'une quantité de fluide ionise accumule La détection de masses ionisées a déjà fait l'objet de travaux de la part du déposant II s'agit de la demande de brevet international WO 94/01790 publiée le 20/01 /1994 au nom de NGO TRONG TRUC La demande décrit un procède et un dispositif de détection d'une perturbation électrique ionique dans une zone déterminée d'un milieu et leui utilisation Le procédé et le dispositif décrits sont bases sur le phénomène d'influence électrique et peπΗettent de détecter pai une détection par tout ou rien l'apparition d'une perturbation ionique dans un milieu Les applications sont nombreuses telles que la détection d'intrusion, la réalisation d'un clavier numérique, la détection de la présence d'une masse ionisée
De nouvelles recherches effectuées par le demandeur ont révèle la possibilité de mettre en oeuvre, à partir des techniques précitées, un processus de mesure quantitative d'au moins un paramètre d'état de fluides ionisés accumulés ou une quantité de matière ionisée accumulée
Le procédé de mesure d'un paramètre d'état d'une quantité de matière ionisée accumulée objet de l'invention consiste à placer la quantité de matière ionisée dans une enceinte d'accumulation, pour constituer une masse de fluide ionisé accumulé, et à charger électriquement par phénomène d'influence électrique un élément électriquement conducteur à partir de la quantité de matière ionisée accumulée Le dispositif de mesure d'un paramètre d'une quantité de fluide ionisé accumulé est remarquable en ce qu'il comprend un réservoir d'accumulateur du fluide ionisé et une sonde formant antenne électrostatique caractérisée par un élément électriquement conducteur isolé par une gaine en matériau diélectrique, la sonde étant placée en fonctionnement dans le fluide ionisé accumulé de manière à charger par influence électrique l'élément électriquement conducteur caractérisant la sonde
Une capacité électrique est connectée à l'élément électriquement conducteur et à un potentiel de référence.
Un circuit détecteur de la variation de charge électrique de la capacité électrique produit un signal représentatif d'un des paramètres d'état d' une quantité de fluide ionisé accumulé.
Le procédé et le dispositif de l'invention peuvent-être utilisés pour la fabrication de capteurs destinés à la mesure des paramètres d'état des fluides ionisés naturellement ou sous l'action d'un agent ionisant tel qu'un rayonnement ionisant par exemple, ou toutes autres sources ionisantes telles que les énergies vitales.
La description du procédé et du dispositif de l'invention est donnée de manière détaillée avec référence aux dessins dans lesquels : la figure 1 illustre le procédé et le dispositif de l'art antérieur, connu de l'inventeur, la figure 2 représente un schéma synoptique illustratif des étapes de mises en oeuvre du procédé de l'invention, la figure 3a représente un schéma de principe du dispositif de l'invention, la figure 3b représente un schéma équivalent du dispositif représenté en figure 3a, la figure 4 représente une variante de mode de réalisation du dispositif de la figure 3a, la figure 5 représente une vue en coupe longitudinale d'une antenne électrostatique dans un mode de réalisation préférentiel, les figures 6a et 6b représentent différents graphes représentatifs du signal détecté en fonction de variations de différents paramètres d'état d'une quantité de fluide ionisé accumulé, tel que l'eau ou autre produit, la figure 6c représente le graphe de l'identification de matière, la figure 7 représente de manière illustrative, un mode de réalisation préféré du dispositif de l'invention en mode de mesure de débit, la figure 8 représente de manière illustrative, un mode de réalisation préféré du dispositif de l'invention en mode traitement numérique du signal Vs.
Le procède de mesure d'un paramètre d'état d'un fluide ionise accumule objet de l'invention est maintenant décrit en liaison avec la figure 2
Sur la figure précitée, on peut remarquer que le procède consiste à placer le fluide ionisé dans une enceinte d'accumulation pour créer une masse de fluide ionisée accumulée C'est l'étape (A) On rappelle qu' une masse est, avant tout et nécessairement, une quantité de matière, qu'elle soit solide, liquide ou gazeuse Par conséquent, une masse de fluide est une quantité de matière solide, liquide ou gazeuse Ensuite, le procédé consiste à charger électriquement, par phénomène d'influence électrique, un élément électriquement conducteur, formant antenne électrostatique C'est l'étape (B)
L'étape (C) consiste alors a charger électriquement un élément électriquement capacitif et à le décharger à travers l'impédance d'entrée de l'amplificateur electrometre
L'étape (D) consiste à détecter la variation de la charge électrique de l'élément électriquement capacitif pour engendrer un signal détecte, représentatif du paramètre d'état du fluide ionise accumule
D'une manière générale, on entend par paramètre d'état tel que la température, le volume, la pression, le débit, du fluide ionise accumule Ces paramètres d'état correspondent généralement aux paramètres physiques du fluide ionisé accumulé
D'une manière plus détaillée, on comprend que la détection de l'élément électriquement capacitif consiste, pour la variation de charge dq du fluide ionisé accumule, de la forme
ou n représente le paramètre d'état, dq représente le coefficient d'ionisation dynamique du fluide dn ionisé accumulé, en fonction du paramètre d'état considéré, dn représente la variation du paramètre d'état en fonction d'une autre variable tel que le temps, par exemple On rappelle, en particulier, que, lorsque le fluide ionisé accumule est un gaz, le paramètre d'état peut, bien entendu, varier en fonction d'un autre paramètre d'état, selon la loi dite des gaz parfaits Compte tenu de ces éléments, on indique que, la détection de la variation de la charge électrique de l'élément électriquement capacitif,
consiste à décharger l'élément électriquement capacitif, puis à déterminei le paramètre d'état du fluide ionisé accumulé à partir d'une fonction linéaire de l'intensité du courant de décharge de l'élément électriquement capacitif Bien entendu, les paramètres d'état du fluide ionisé accumulé comprennent le volume, la température, la pression du fluide ionisé accumule, et d'une manière plus générale, tout paramètre d'énergie interne représentatif de l'état physique ou physico-chimique du fluide ionisé accumulé Le procédé de mesure d'un paramètre d'état du fluide ionisé accumulé objet de cette invention, ayant été décrit en liaison avec la figure 2, une description plus détaillée du dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé précédemment mentionné sera donnée maintenant, en liaison avec la figure 3a et les figures suivantes, d'une manière générale, on indique que
Le dispositif de mesure d'un paramètre d'état d'un fluide ionisé accumulé objet de l'invention comprend '
- Un réservoir d'accumulation 1 du fluide ionisé accumulé, une sonde 2 formant l'antenne électrostatique, et une électronique 3 et 4 assurant les fonctions nécessaires à l'élaboration du signal de mesure
L'antenne électrostatique 2 est un élément électriquement conducteur isolé par une gaine en matériau diélectrique, ou nu suivant les conditions d'utilisation imposée par l'application La sonde est, en fonctionnement, plongée dans le fluide ionisé accumule, de manière à charger, par phénomène d'influence électrique, l'élément électriquement conducteur constitutif de la sonde
Lorsque le récipient réservoir contenant le fluide ionisé accumulé, ou l'enceinte d'accumulation, est en matériau diélectrique, la sonde peut-être, avantageusement placée à l'extérieur du récipient Le phénomène d'influence électrique permet la collecte des charges en provenance de la masse du fluide ionisé accumulé, au travers la parois, sans aucun contact matériel avec le fluide ionisé accumulé
Un élément électriquement capacitif 3 est en liaison directe avec l'élément électriquement conducteur 2 et à un potentiel de référence
- En outre, un circuit détecteui 4 est prévu Ce circuit peπnet de détecter la variation de charge électrique de l'élément capacitif 3 pour engendrei un signal détecté Vs repiésentatif du paramètre d'état du fluide ionise accumule considéré Le fonctionnement du dispositif représente en figure 3a est le suivant
Pour une variation de charge électrique dq du fluide ionisé accumule, la variation de charge sur l'élément électriquement conducteur foπnant antenne électrostatique, est identique Cette variation induite est engendrée par la variation de la charge électrique dq soit, par la variation de la masse engendrant le phénomène d'influence électrique Cette variation est provoquée, pour un paramètre d'état deteπniné, par un coefficient d'ionisation dynamique propre au fluide ionisé accumulé et de la valeur déterminée, en fonction des paramètres d'état considérés Ce transfert de charges s'effectue selon la théorie des éléments correspondants et obéit aux mêmes lois régissant cette dernière Les mêmes effets pouvant provenir des causes différentes -On peut-être brûlé par une flamme visible comme on peut l'être aussi, par des rayonnements invisibles - Les lois qui les relient sont toujours les mêmes. - Que ce soit par la flamme visible ou que ce soit par le rayonnement invisible, lorsque la densité de l'énergie reçue dépasse la quantité admise, la manifestation qui en résulte est toujours une brûlure
On rappelle que les charges transférées ou charges induites obéissent aussi à la loi de Lenz et qu'elles constituent la partie réelle de la masse bionique. La masse bionique étant considérée comme une grandeur complexe, elle se comporte comme telle, ayant les deux composantes caractéristiques.
- L'une, réelle, statique, massique et volumique constituée par la masse molaire ou la quantité de matière elle-même, et donc, la quantité de charge intrinsèque de la matière
- L'autre, imaginaire, dynamique et cinétique dont la masse et le volume qui en résultent obéissent à la correction quantique dans les relations prévues par la relativité générale, et qui apparaît, non pas aléatoire mais de manière certaine, absolument et totalement autocorrélative
Communément, en les considérant pai leurs effets et par leurs influences, manifestés ou constates, on les désigne par énergie
Tous les effets comme toutes les influences, manifestations et constatations confondues ne sont et ne peuvent-être qu'effectives et autocorrélatives
C'est à dire, que ces énergies ne peuvent exister et être visualisées qu'avec une certaine quantité de matière. D'où la notion de quantité de fluide ionisé accumulé.
On indique que si la masse bionique résulte de la masse pesante, elle représente seule la composante efficace, puisqu'elle caractérise les effets et les influences que possède la masse pesante. En effet, quelle que soit la taille ou la quantité de la masse pesante, si elle n'est pas constatée, et si elle ne manifeste pas, ni ne subit, aucun effet ni aucune influence, elle n'existe pas L'énergie sous toutes ses foπries n'est que effets et influences qui sont des expressions représentatives de la masse bionique, ce qui justifie la notion d'efficacité de la masse bionique tout en reconnaissant à la masse réelle son rôle prépondérant sur l'existence de tout événement II n'y a pas de masse sans effet ni influence, de même, il n'y a pas de corps sans masse. Les photons et neutπnos aussi ont forcément une niasse, sinon, ils seraient sans effets, et sans influences Or, les photons ne sont pas sans effets ni sans influences Quant aux neutπnos, l'échelle d'observation utilisée pour leur capture n'est peut-être pas la bonne.
On indique en outre, que la masse bionique ne dissocie pas la quantité de matière qui est une réalité, ni des effets et des influences que cette réalité manifeste ou exerce sur son environnement, ni les mêmes qu'elle subit de son environnement, et, qui constituent une autre réalité
Ce qui implique que, à la variation de la charge dq- du fluide ionisé accumulé qui est une fonction linéaire de la quantité de matière, peut s'ajouter vectoπellement, une composante imaginaire jdq dépendant de la quantité de matière, de la qualité ou la nature de la matière, pratiquement, de la masse atomique de la matière considérée, ainsi que du lieu géographique et de la qualité de l'environnement de cette matière
Compte tenu de ces observations, la charge dq réelle prise en compte par le procédé et le dispositif de mesure d'un coefficient d'ionisation dynamique d'une quantité de fluide ionisé accumulé est de la foπne dq = dq,„ + j.dq
où dq représente la charge électrique résultante de la somme vectorielle des charges électriques issues de l'ionisation de la masse du fluide ionisé accumulé, dq-, représente la charge électrique intrinsèque et proportionnelle à la quantité de matière ionisée accumulée, jdq représente la charge électrique résultante de la masse bionique, ou de l'ionisation de la quantité de matière ionisée accumulée.
Toute variation de charge électrique dq provoque aux bornes d'une capacité C une variation de potentiel dU coπespondante.
La variation de potentiel dU aux bornes de l'élément électπquement capacitif de la capacité d'entrée 3, constitutif de l'élément capacitif Ce, est vérifiée par la relation: dq = G.dU Cette variation de tension dU est aussi le produit du courant de décharge i s'écoulant à travers l'impédance d'entrée R du détecteur 4. Ce qui s'écrit:
U = R..i -» dq = Ce.Re.di
Dans ces conditions, pour une capacité d'entrée C, de l'élément électriquement capacitif 3, on obtient la relation liant la variation de l'intensité du courant de décharge i de l'élément capacitif 3 et la variation de la charge dq : di -= .dq dq En posant: dq = — -dn dn où dq représente la variation de la charge électrique issue de la masse du fluide ionisé accumulé, dn représente la variation du paramètre d'état en fonction d'une variable tel que le temps ou d'un autre paramètre d'état, dq représente la dérivée partielle de la charge électrique par dn rapport au paramètre d'état considéré, ou encore plus justement, le coefficient d'ionisation dynamique de la masse du fluide ionisé accumulé.
L'équation différentielle obtenue est alors :
.. 1 ôq di = -.dn
C. R. ôn où n représente le paramètre d'état, dn représente la variation du paramètre d'état en fonction d'une variable tel que le temps ou d'un autre paramètre d'état,
dq représente la dérivée partielle de la charge électrique par dn rapport au paramètre d'état considère, ou plus justement encore, le coefficient d'ionisation dynamique de la masse du fluide ionise accumule Compte tenu des éléments précités, la loi de la variation d'intensité du courant i traversant l'impédance d'entrée Re du détecteur 4 qui est aussi le couiant de décharge de l'élément capacitif 3 est venfîe pai la relation
1 représente une constante de construction,
ES repiesente la deπvee partielle de la charge électrique dn par rapport au paramètre d'état considère, ou encore plus justement, le coefficient d'ionisation dynamique de la masse du fluide ionise accumule, n représente le paramètre d'état
D'une manière générale, on comprend alois, que le signal Vs délivre par le detecteui 4 est un signal électronique proportionnel au courant instantané de décharge i = i<n — i<e>
Le coefficient de proportionnalité ne dépend que du gain du circuit
1 détecteur 4, et bien entendu, de la constante d'entrée 3 du
detecteui Dans le cas ou le fluide ionisé accumulé est de l'eau, par exemple, on rappelle que ce fluide est ionisé selon la loi d'ionisation vérifiant la relation
La concentration ionique en ion hydrogène [H *], n'est jamais égale à la concentration ionique en ion hydroxique [HLOH ], ce qui a pour conséquent que l'eau est ionisée, soit sensiblement acide, soit sensiblement basique Le déséquilibre ionique résultant explique l'ionisation naturelle de l'eau Ce qui peπriet bien entendu, de considerei tout fluide, tel que l'eau, en particu ei l'ionisation naturelle de ce dernier, comme susceptible de peπnettre la mise en oeuvre du procédé et du dispositif de mesure d'un paramètre d'état d'un fluide ionise, objet de la présente invention
Dans un premier exemple d'application non limitatif, on indique que lorsque le fluide ionisé accumulé est l'eau, le paramètre d'état peut-être le volume du fluide ionisé accumulé.
Dans un tel cas, n = V et par convention, pour des conditions de température et de pression données de l'eau, on a :
„ __ V → * * p= Cte. on av dans ce cas la loi du courant de décharge détecté est de la forme : i(.) - i o) = p[V(.) - V d»]
CR. L J
On comprend, bien entendu que, dans ces conditions et pour une densité de charge p sensiblement constante, la loi d'intensité peπnet alors de détecter la variation de volume du fluide ionisé accumulé dans le réservoir 1.
Dans un autre cas où le paramètre d'état est la température, lorsque le fluide ionisé accumulé est également de l'eau, la précédente relation devient:
Pour n -= T ≈ -i-± ≈ Q i( t) - i( 01 = _J_Θ[T,., - T,.,] on ÔT CR L J
On comprend dans ce cas, bien entendu, que la loi d'intensité est sensiblement, une combinaison linéaire du coefficient d'ionisation dynamique θ de l'eau, en fonction de la température du fluide ionisé accumulé.
D'autres applications du procédé et du dispositif de la présente invention seront décrites ultérieurement.
Une description plus détaillée d'un dispositif objet de l'invention, dans une réalisation préférentielle, est maintenant donnée en liaison avec la figure 3b.
Dans le mode de réalisation décrit de la figure précitée, on indique que, le circuit détecteur de la variation de charge électrique de moyens capacitifs, peut-être avantageusement formé par un amplificateur électromètre, de type FET de préférence, de gain supérieur à 100.000. La borne d'entrée de l'amplificateur électromètre est en liaison directe avec l'élément électriquement conducteur foπnant antenne électrostatique 2 et les moyens capacitifs 3. L'amplificateur électromètre 4 délivre alors un signal détecté proportionnel au coefficient d'ionisation dynamique en fonction du paramètre d'état du fluide ionisé accumulé considéré, et à la valeur instantanée du paramètre d'état, ainsi que décrit précédemment dans la description.
Dans le mode de réalisation avantageuse de la figure 3b, on indique en outre, que l'élément capacitif 3 est foπné de préférence par la capacité d'entrée de l'amplificateur électrometre 4, en liaison directe avec l'élément électriquement conducteur fonnant antenne électrostatique 2, par rapport à la tension de référence V«(
Le choix de la capacité d'entrée Ce de l'amplificateur électi ometre 4 pennet ainsi d'obtenir, pour une valeui minimale de cette capacité, une amplification maximale du signal de sortieV. délivré en sortie de l'amplificateur électromètre 4 Ainsi qu'on a représenté en figure 3b, on indique que le réservoir d'accumulateur 1 , est un réservoir à parois métallique reliée électriquement à la terre et non pas au potentiel de référence auquel l'amplificateur électromètre et l'impédance d'entrée sont, eux-mêmes relies Cette mesure pennet de stabiliser le signal de sortie V. délivré en sortie de l'amplificateur électromètre 4, en présence de perturbations ioniques de l'environnement du réservoir 1 On comprend, en effet, que le potentiel électπque du réservoir 1 étant fixé, tout phénomène d'influence extérieure est occulté conformément aux lois de l'électrostatique
Un mode de réalisation particulière du dispositif de la piesente invention sera maintenant donnée en liaison avec la figure 4 Selon la figure précitée, le dispositif de l'invention peut comprendre un élément électriquement conducteur supplémentaire fonnant antenne électrostatique 22 L'antenne 2 et l'antenne complémentaire 22 étant reliées à un même amplificateur électromètre différentiel pour effectuer une détection différentielle, par rapport à une valeur de référence du paramètre d'état du fluide ionisé accumulé contenu dans le réservoir 1 1 On comprend, sur la figure 4 que, les réservoirs 1 et 1 1 peuvent-être métalliques dont les parois sont reliées à la teπe, ce qui élimine toute influence extérieure aux réservoirs Ainsi, on comprendre que les antennes électrostatiques 2 et 22 peπnettent une mesure des fluides dans chacun des réservoirs 1 et 1 1 , que les antennes électrostatiques 2 et 22 sont reliées au même amplificateur électromètre
4 par échantillonnage assuré par l'échantillonneur El Les tensions de sortie Vsl et Vs2 sont des tensions échantillonnées de mesure de paramètre d'état selon la loi de proportionnalité des intensités des courants précédemment mentionnés
Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux puisqu'il peπnet d'utiliser le même amplificateur électromètre pour effectuer une mesure différentielle. Ce qui peπnet la suppression des problèmes inhérent aux dérive et décalage de zéro (offset). Une description plus détaillée de l'antenne électrostatique utilisée pour la mise en oeuvre du dispositif de la présente invention est donnée en liaison avec la figure 5.
D'une manière générale, on indique que, l'antenne électrostatique 2 comprend une gaine en matériau diélectrique 20 constituée par une gaine en TEFLON de préférence, ou, en tout état de cause, en matériau isolant theπnique et diélectrique, la gaine 20 recouvre entièrement et heπnétiquement une âme métallique 21 excellent conducteur d'électricité, l'âme 21 est constituée de préférence de l'inox 306 ou 3 16, la gaine 20 est de préférence en contact avec l'âme 21 de façon à faciliter le transfert de charges électriques, en provenance du fluide ionisé accumulé, le transfert des charges est effectué, par phénomène d'influence électrique, et confonnément à la loi des éléments coπespondants, la hauteur de l'élément électriquement conducteur ou l'âme 21 doit-être supérieure ou égale à la hauteur du réservoir 1 ou 1 1, son diamètre, suivant l'application typique peut-être de 1 à 10 mm, l'épaisseur de la gaine n'est pas critique, elle est seulement réductrice du transfert des charges.
Sur les figures 6a, et 6b on a représenté un diagramme de la loi du courant de sortie en fonction du volume du fluide ionisé accumulé, pour différentes températures du fluide ionisé accumulé.
L'axe des abscisses est gradué en mA représentant le signal de sortie Vs coπespondant au volume du fluide ionisé accumulé, celui des ordonnées en valeur de coefficient d'ionisation dynamique de la quantité du fluide ionisé accumulé en fonction du paramètre d'état n = la température graduée directement en °C.
C'est un réseau de droites parallèles pour différentes valeurs de températures, 90°C, 69°C, 36°C, 1 1 °C, pour un même volume et une même nature du fluide ionisé accumulé, qui dans l'essai, est l'eau. On peut comprendre que la température augmente l'agitation moléculaire du fluide, donc, le coefficient d'ionisation dynamique du fluide ionisé accumulé.
Le coefficient d'ionisation dynamique en fonction de la température est lié à la pente des droites obtenues.
Pour la même raison, on comprend que pour un volume et un fluide ionisé accumulé constant, il est possible de faire une mesure de température selon une loi linéaire, décrite précédemment dans la description.
De préférence, et pour des mesures de grandes précisions, on pouπa préférer une mesure différentielle, par rapport à un fluide, liquide ou gaz de référence, placé dans une enceinte theπnostatée, grâce au dispositif tel que représenté en figure 4.
Sur la figure 6c, on a représenté également, un graphe de la loi précitée, à volume et température constants, pour différents fluides. C'est à dire des fluides de composition physique et physico- chimique différentes. dq Ici encore, le coefficient d'ionisation dynamique — caractérise le fluide dn lui-même. C'est à dire la propre composition physico-chimique, et de l'énergie interne de ce dernier.
Ainsi, l'inventeur a pu constater que des fluides différents donnaient lieu à des courants différents, pour un volume du fluide ionisé accumulé constant avec une température constante. Ce qui pennet, bien entendu, pour des températures et pressions et volumes constantes, et aux conditions de l'environnement des fluides en essai comparables, l'identification ou la discrimination des fluides précités avec un pouvoir de discrimination tout à fait satisfaisant. On indique que, à cet effet, des essais répétitifs en laboratoire ont pennis la discrimination totale, sans eπeur possible, pour un même volume déteπniné d'hydrocarbure, par exemple, de l'eau, de l'ammoniac pur, ou à différentes concentration de cuivre, 155g/l, 105g/l, des hydrocarbures, du super carburant SP, du sans plomb à 95 et à 98 indice octane ou des huiles de consommation, maïs, arachide, olive, soja et enfin l'air.
A titre de référence non limitative, le coefficient d'ionisation dynamique de l'eau est pris égal à 100%. Celui des autres produits d'essai étant exprimé en valeur relative par rapport à ce dernier. L'identification est absolument rigoureuse et fonnelle, ainsi que témoigne le graphe de la figure 6c.
Enfin, en liaison avec la figure 7, on indique que le dispositif objet de la présente invention, peut-être également utilisé en débitmetre
Dans ce cas, on indique que le réservoir 1 étant alimente a partir d'une canalisation pour laquelle on veut mesurer le débit, dans ce but, il suffit de connecter en sortie de F amplificateur électrometre 4 un circuit différentiateur 5, lequel délivre un signal représentatif de la dérivée temporelle du signal de sortie V. délivre par 1" amplificateur électrometre 4 et donc, lorsque le paramètre d'état mesuré par l'amplificateur électromètre 4 est le volume, coπespond à un signal représentatif du débit de la canalisation d'alimentation du réservoir, en fonction du temps
Par ailleurs, en liaison avec la figure 8, le dispositif peut comprendre - des moyens microprocesseurs,
- des moyens de mémorisation,
- une pluralité de mémoires comportant des tables de consultations de valeurs mémorisées de coefficients dynamiques d'ionisation de quantité de matière en fonction des paramètres d'état physique tels la température, la pression, le volume, le débit, la quantité de matière, quantité de charge, quantité de mouvement, quantité d'énergie
En conclusion, on indique que, le procède et le dispositif de mesure d'un paramètre d'état d'une quantité de matière ionisée accumulée, objet de la présente invention, dans la mesure où grâce a la détection d'un phénomène d'ionisation inhérent à toute matière, fluide, liquide, solide et gazeuse, par influence électrique, que cette ionisation soit naturelle ou artificielle, le procédé et le dispositif de la présente invention peπnettent de mesurer le paramètre d'état d'un fluide ionisé accumulé naturel ou provoqué, par exposition à un rayonnement ionisant ou à toute source ionisante, par exemple
Le dispositif peπnet donc la mesure analogique ou tout ou rien du fluide ionisé accumule considéré
Claims
1. Procédé de mesure d'un paramètre d'état d'un fluide ionisé, caractérisé en ce que ce procédé consiste : - à placer ce fluide ionisé dans une enceinte d'accumulation, pour constituer une quantité de matière ionisée accumulée, ou de fluide ionisé accumulé,
- à charger électriquement par phénomène d'influence électrique un élément électriquement conducteur, fonnant antenne électrostatique, à partir de la quantité de fluide ionisé accumulé,
- à charger électriquement à partir de l'élément électriquement conducteur un élément électriquement capacitif,
- à détecter la variation de la charge électrique de l'élément électπquement capacitif pour engendrer un signal représentatif d'un paramètre d'état de la quantité de fluide ionisé accumulé.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détection de la variation de la charge électrique de l'élément électriquement capacitif consiste, pour une variation de charge électrique dq de la quantité de fluide ionisé accumulé de la foπne : dq = — .dn dn où dq représente la variation de la charge électrique issue de la masse du fluide ionisé accumulé, dn représente la variation du paramètre d'état en fonction d'une variable tel que le temps ou d'un autre paramètre d'état, dq représente la dérivée partielle de la charge électrique dn par rapport au paramètre d'état considéré, ou encore plus justement, le coefficient d'ionisation dynamique de la masse du fluide ionisé accumulé, n représente le paramètre d'état,
- à décharger l'élément électriquement capacitif pour engendrer un signal représentatif du courant de décharge de cet élément électriquement capacitif,
- à déterminer le paramètre d'état de la quantité de fluide ionisé accumulé, à partir d'une fonction linéaire de l'intensité du courant de décharge.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que lesdits paramètres d'état de la quantité de fluide ionisé accumulé compreiment le volume, le débit, la pression, la température de la quantité de fluide ionisé accumulé.
4. Dispositif de mesure d'un paramètre d'état d'une quantité de matière ionisée accumulée, caractérisée en ce qu'il comprend :
- Un réservoir d'accumulateur de ladite quantité de fluide ionisé,
- Une sonde fonnant antenne électrostatique caractérisée par un élément électriquement conducteur, isolée par une gaine de matériau diélectrique, ladite sonde étant en fonctionnement plongée dans la quantité de matière ionisée accumulée de manière à collecter, par influence électrique, les charges transportées par la quantité de fluide ionisé accumulé, - des moyens électriquement capacitifs connectés à l'élément électriquement conducteur et à un potentiel de référence,
- des moyens détecteurs de la variation de charge électrique desdits moyens électriquement capacitifs pour engendrer un signal représentatif du paramètre d'état de la quantité de fluide ionisé accumulé.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que pour une variation de charge électrique dq de la quantité de matière ionisée accumulée de la foπne générale : dq = — .dn n où dq représente la variation de la charge électrique issue de la masse du fluide ionisé accumulé, dn représente la variation du paramètre d'état en fonction d'une variable tel que le temps ou d'un autre paramètre d'état, q — représente la dérivée partielle de la charge électrique n par rapport au paramètre d'état considéré, n représente le paramètre d'état. lesdits moyens détecteurs de la variation de charge électrique des moyens capacitifs comprennent:
- Un amplificateur électrometre, dont l'entrée est en liaison directe avec ledit élément électriquement conducteur et le moyen capacitif, ledit amplificateur électromètre délivrant un signal proportionnel au coefficient d'ionisation en fonction de l'un des paramètres d'état de la quantité de fluide ionisé accumulé et à la valeur instantanée dudit paramètre d'état.
6. Dispositif selon la revendication 4 et 5, caractérisé en ce que :
L'élément capacitif est foπné par la capacité électrique d'entrée dudit amplificateur électromètre en liaison directe avec ledit élément électriquement conducteur, par rapport à ladite tension de référence.
7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ledit réservoir d'accumulateur est un réservoir à parois électriquement conductrices reliées électriquement au potentiel de la teπe, ce qui peπnet de stabiliser le signal de sortie délivré par ledit amplificateur électromètre en présence de perturbations ioniques de l'environnement dudit réservoir.
8. Dispositif selon l'une des revendication 4 à 7, caractérisé en ce que ladite enceinte d'accumulation est en matériau diélectrique, un élément électriquement conducteur fonnant antenne électrostatique peut-être placé à l'extérieur de ladite enceinte d'accumulation pour assurer la collecte des charges électriques en provenance du fluide ionisé accumulé, ce qui pennet une mesure de niveau du fluide considéré, analogique ou par tout ou rien, sans aucun contact physique avec les produits. Cette particularité du dispositif est particulièrement recherchée, lorsque le contact avec les produits nocifs ou contaminants constitue de réels dangers pour tous.
9. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que l'élément électriquement conducteur fonnant antenne électrostatique est constitué essentiellement par un élément conducteur d'électricité, nu ou isolé suivant les conditions d'utilisation imposées par l'application.
10. Dispositif selon des revendications 4 à 9, carcatérisé en ce que celui-ci comporte en outre, un élément électriquement conducteur supplémentaire fonnant antenne d'influence électrostatique, l'antenne principale et l'antenne complémentaire sont connectées à un amplificateur électromètre différentiel, ce qui peπnet d'effectuer une détection différentielle. 1 1 Dispositif selon l'une des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que la gaine en matériau diélectrique est constituée pai un matériau isolant theπnique, de manière non limitative, type TEFLON, ou équivalent 12 Dispositif selon l'une des revendications 4 à 1 1 , caractérisé en ce qu'il comprend, en outre,
- des moyens microprocesseur,
- des moyens de mémorisation,
- une pluralité de mémoires comportant des tables de consultations de valeurs mémorisées de coefficients dynamiques d'ionisation de quantité de matière en fonction de tous les paramètres d'état physique
- température, pression, volume, débit, quantité de matière, quantité de charge, quantité de mouvement, d'énergie 13. Utilisation du dispositif selon l'une des revendications de 4 à 12 précédentes comme capteur de débit d'une quantité de matière ionisée accumulée, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, un circuit différentiateur interconnecté en sortie de l'amplificateur électromètre
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