FR3103892A1 - Dispositif et procédé de calibration d'un capteur de gaz - Google Patents
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Abstract
Dispositif de calibration (1) destiné à recevoir des capteurs de gaz (40), chaque capteur de gaz comportant une paroi d'admission (41), la paroi d'admission permettant une admission de gaz dans le capteur de gaz, le dispositif comportant :
un canal d'admission (2a) de gaz et un canal d'évacuation (2b) de gaz ;
des supports élémentaires (24), chaque support élémentaire étant configuré pour maintenir un capteur de gaz et pour permettre une connexion électrique du capteur de gaz ;
un compartiment fluidique (10), comportant :
un canal fluidique (10c), s'étendant entre le canal d'admission (2a) et le canal d'évacuation (2b) ;
des ouvertures (10o), s'étendant à partir du canal fluidique (10c);
une portion d'appui (14) souple, s'étendant entre chaque ouverture du compartiment fluidique (10o) ;
le compartiment fluidique (10) étant mobile par rapport à chaque support élémentaire (24), de telle sorte qu'après une disposition de capteurs de gaz (40) sur chaque support élémentaire, sous l'effet d'un rapprochement du compartiment fluidique (10) par rapport aux supports élémentaires, le compartiment fluidique exerce une pression contre chaque capteur de gaz, la portion d'appui (14) entourant chaque ouverture (10o) du compartiment fluidique formant alors un joint autour de ladite ouverture.
Description
Le domaine technique de l'invention est la mesure de gaz.
ART ANTERIEUR
Les capteurs de gaz sont fréquemment utilisés dans des installations industrielles, ou dans des objets de consommation, en particulier des véhicules. Différents types de capteurs sont actuellement disponibles, basés sur des principes de détection chimiques, électrochimiques, électriques ou optiques. Les préoccupations récentes à l'égard de la qualité de l'air et de l'environnement ont entraîné le développement de capteurs compacts et peu onéreux, destinés à être déployés à grande échelle.
Les documents WO2019081838 ou WO2018162848 décrivent des capteurs optiques de gaz particulièrement compacts, développés à des fins de contrôle environnemental ou de contrôle de gaz pour des installations industrielles ou domestiques.
Avant d'être utilisé, il est important de vérifier le fonctionnement de chaque capteur, et de procéder à l'ajustement de certains paramètres au cours d'une phase de calibration. Au cours d'une telle phase, un capteur de gaz est exposé à un gaz de calibration, connu, comportant une espèce gazeuse d'intérêt, dont la concentration est également connue. On peut alors mesurer le signal détecté par le capteur de gaz de façon à conclure à son bon fonctionnement et à prendre en compte des paramètres de calibration, ces derniers caractérisant la réponse du capteur lorsqu'il est exposé à l'espèce d'intérêt.
Afin d'effectuer une telle calibration, il est usuel de disposer le capteur dans un volume confiné, ce dernier étant rempli d'un gaz de calibration.
Les inventeurs ont conçu un dispositif de calibration, particulièrement adapté à la calibration simultanée de capteurs de gaz, en particulier des capteurs de gaz compact.
Un premier objet de l'invention est un dispositif de calibration destiné à recevoir des capteurs de gaz, chaque capteur de gaz comportant une paroi d'admission, la paroi d'admission permettant une admission de gaz dans le capteur de gaz, le dispositif comportant :
- un canal d'admission de gaz et un canal d'évacuation de gaz ;
- des supports élémentaires, chaque support élémentaire étant configuré pour maintenir un capteur de gaz et pour permettre une connexion électrique du capteur de gaz ;
- un compartiment fluidique, comportant :
- un canal fluidique, s'étendant entre le canal d'admission et le canal d'évacuation;
- des ouvertures, s'étendant à partir du canal fluidique;
- une portion d'appui souple, s'étendant entre chaque ouverture du compartiment fluidique ;
- le compartiment fluidique étant agencé de façon à s'étendre face aux supports élémentaires, en étant mobile par rapport à chaque support élémentaire, de telle sorte qu'après une disposition de capteurs de gaz sur chaque support élémentaire, sous l'effet d'un rapprochement du compartiment fluidique par rapport aux supports élémentaires :
- chaque paroi d'admission des capteurs de gaz, respectivement maintenus sur les supports élémentaires, débouchent dans le canal fluidique, à travers une ouverture du compartiment fluidique;
- le compartiment fluidique exerce une pression contre chaque capteur de gaz, la portion d'appui entourant chaque ouverture du compartiment fluidique formant alors un joint autour de ladite ouverture.
La paroi d'appui forme ainsi un joint d'étanchéité autour de chaque ouverture, sous l'effet de la pression exercée par le compartiment fluidique sur chaque capteur de gaz.
Le compartiment fluidique est configuré de telle sorte que lorsqu'il fait face aux supports élémentaires, chaque ouverture du compartiment fluidique faisant face à un support élémentaire. Au moins deux ouvertures différentes du compartiment fluidique font face à deux supports élémentaires différents.
Le dispositif peut comporter un boîtier, formé d'une partie supérieure et d'une partie principale, la partie principale contenant les supports élémentaires, le boîtier étant agencé pour présenter:
- une configuration ouverte, dans laquelle la paroi supérieure est retirée ;
- une configuration verrouillée, dans laquelle la paroi supérieure est appliquée contre la partie principale, la paroi supérieure étant configurée pour exercer un appui sur le compartiment fluidique, de façon à rapprocher le compartiment fluidique des supports élémentaires.
Le compartiment fluidique peut être amovible, de façon à être :
- retiré pour permettre une disposition de différents capteurs de gaz respectivement sur différents supports élémentaires, lorsque le boîtier est en configuration ouverte ;
- ou rapproché des supports élémentaires, lorsque le boîtier est en configuration verrouillée, de façon à exercer un appui sur la paroi d'admission des capteurs de gaz disposés sur lesdits supports élémentaires.
Le canal fluidique s'étend avantageusement entre une plaque principale et une plaque de distribution, chaque ouverture du compartiment fluidique débouchant dans la plaque de distribution. Les supports élémentaires peuvent être répartis sur une plaque support, la plaque support étant parallèle à la plaque principale et/ou à la plaque de distribution.
La plaque de distribution peut s'étendre entre le canal fluidique et la portion d'appui, de telle sorte qu'après la disposition de différents capteurs de gaz respectivement sur différents support élémentaires, sous l'effet d'un rapprochement du compartiment fluidique par rapport aux supports élémentaires, la portion d'appui est comprimée entre la paroi d'admission de chaque capteur de gaz et la plaque de distribution, autour de chaque ouverture du compartiment fluidique.
La plaque de distribution et la plaque principale peuvent être parallèles.
Selon un mode de réalisation :
- la plaque de distribution comporte des ouvertures ;
- la portion d'appui comporte des ouvertures ;
- chaque ouverture de la portion d'appui prolonge une ouverture de la plaque de distribution, de façon à former une ouverture du compartiment fluidique.
Le canal fluidique peut être creusé partiellement ou en totalité dans la plaque principale.
Les supports élémentaires peuvent être répartis selon un motif bidimensionnel. Les supports élémentaires peuvent être répartis, parallèlement à un axe longitudinal, en formant des lignes et, parallèlement à un axe latéral, en formant des colonnes, le canal fluidique formant des branches longitudinales, s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal, deux branches longitudinales adjacentes du canal fluidique étant séparées l'une de l'autre par une paroi de séparation transversale, disposée entre les deux branches longitudinales.
Le dispositif peut comporter au moins un capteur de gaz, disposé sur un support élémentaire, voire sur chaque support élémentaire, le capteur de gaz étant relié au canal fluidique à travers l'ouverture du compartiment fluidique faisant face au support élémentaire ou à chaque support élémentaire.
Le dispositif peut comporter une carte électronique, configurée pour permettre une interface électrique avec chaque capteur de gaz, la carte électronique étant connectée à des connecteurs élémentaires, disposés à travers chaque support élémentaire, la carte électronique étant configurée pour être raccordée à une unité de contrôle externe.
Le dispositif peut comporter un module thermoélectrique, disposé en contact thermique avec le compartiment fluidique, de façon à porter, sous l'effet de la circulation de gaz dans le dispositif, chaque capteur de gaz à une température de consigne. Selon un mode de réalisation, le dispositif comporte une plaque principale, délimitant le canal fluidique, le dispositif étant tel que :
- la plaque principale est métallique ;
- le module thermoélectrique est disposé en contact thermique avec la plaque principale.
Un deuxième objet de l'invention est un procédé de calibration d'un capteur de gaz à l'aide d'un dispositif selon le premier objet de l'invention, le procédé comportant les étapes suivantes :
- retrait du compartiment fluidique;
- disposition d'un capteur de gaz sur chaque support élémentaire, chaque capteur de gaz comportant une paroi d'admission, à travers laquelle un gaz peut pénétrer à l'intérieur du capteur de gaz ;
- application du compartiment fluidique sur l'ensemble des capteurs de gaz, de telle sorte que chaque capteur de gaz s'appuie contre la paroi d'appui du compartiment fluidique ;
- admission d'un gaz de calibration par le canal d'admission, de telle sorte que le gaz de calibration s'écoule à travers le canal fluidique jusqu'au canal d'évacuation;
- attente d'une période de remplissage prédéterminée, à l'issue de laquelle il est considéré que la concentration en gaz de calibration est uniforme dans chaque capteur de gaz ;
- mesure, par chaque capteur de gaz, d'une concentration d'une espèce gazeuse présente dans le gaz de calibration, selon une concentration connue.
Suite à l'étape f), les étapes b) à f) peuvent être réitérées, en modifiant le gaz de calibration. Suite à l'étape f), les étapes a) à f) peuvent être réitérées, l'étape a) comportant un retrait des capteurs de gaz disposés dans le dispositif au cours d'une itération précédente.
Le dispositif peut comporter un module thermoélectrique, tel que décrit en lien avec le premier objet de l'invention. Dans ce cas, les étapes b) à f) peuvent être réitérées, en modifiant une température de consigne du module thermoélectrique.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de l'exposé des exemples de réalisation présentés, dans la suite de la description, en lien avec les figures listées ci-dessous.
FIGURES
EXPOSE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS
Les figures 1A à 1C sont des vues d'ensemble d'un dispositif de calibration 1 selon l'invention. Le dispositif de calibration 1 comporte un boîtier 2, renfermant les différents composants représentés sur les figures 1B et 1C.
Le boîtier 2 est destiné à contenir des capteurs de gaz 40 que l'on souhaite calibrer. La calibration consiste à exposer les capteurs de gaz à un gaz de calibration, dont la composition est connue. Il est important qu'au niveau de chaque capteur de gaz présent dans le boîtier, la concentration de gaz de calibration soit uniforme, de telle sorte qu'on puisse considérer que chaque capteur de gaz 40 est exposé à une même concentration du gaz de calibration. Pour cela, le gaz de calibration est injecté dans le boîtier, pour être dirigé vers les différents capteurs de gaz 40. La structure du dispositif de calibration est élaborée de façon à minimiser une durée de remplissage, qui correspond à une durée au bout de laquelle la concentration en gaz de calibration, dans chaque capteur de gaz 40, est uniforme, quelle que soit la position du capteur de gaz 40 dans le boîtier 2. Le boîtier 2 comporte une partie supérieure 2s, une partie principale 2pet deux éléments de verrouillage 2c. Ces derniers permettent d'appliquer la partie principale 2pcontre la partie supérieure 2s, de façon à former un boîtier 2.
Ainsi, le boîtier 2 peut basculer entre une configuration ouverte, dans laquelle la partie supérieure 2sest retirée, et une configuration fermée, dans laquelle la partie supérieure 2sest maintenue en appui contre la partie principale 2p, à l'aide des éléments de verrouillage 2c.
Le boîtier 2 confine, de préférence de manière étanche, le gaz de calibration. Ce dernier est admis dans le boîtier par un canal d'admission 2a. Il circule dans le boîtier 2 est évacué de ce dernier par un canal d'évacuation 2b. Le nombre de capteurs de gaz 40 disposés dans le boîtier 2 est de préférence supérieur à dix, voire de préférence supérieure à vingt ou trente, de façon à pouvoir effectuer simultanément une calibration d'un grand nombre de capteurs de gaz 40.
Comme on peut le voir sur la figure 1B, le boîtier 2 peut contenir trois compartiments, assurant respectivement trois fonctions différentes :
- un compartiment fluidique 10 : la fonction du compartiment fluidique 10 est de former un canal fluidique 10cpermettant une circulation du gaz de calibration ainsi qu'une distribution du gaz de calibration vers chaque capteur de gaz 40, à travers des ouvertures;
- un compartiment support 20, comportant des supports élémentaires 24, chaque support élémentaire étant destiné à maintenir un capteur de gaz 40. Chaque support élémentaire 24 est disposé face à une ouverture 17 débouchant du compartiment fluidique.
- un compartiment électrique 30, destiné à assurer une interface électronique ou électrique entre chaque capteur de gaz 40 et une unité de contrôle externe 50.
Lorsqu'un capteur de gaz 40 est disposé dans le boîtier 2, il est relié :
- fluidiquement au canal fluidique 10cformé dans le compartiment fluidique 10;
- électriquement au compartiment électrique 30.
Dans l'exemple décrit, le compartiment support 20 et le compartiment électrique 30 sont disposés à l'intérieur de la partie principale 2pdu boîtier.
Le compartiment fluidique 10 est plus largement décrit en lien avec les figures 2A, 2B, 3A, 3B, 3C et 3D. Il comporte un canal fluidique 10c. Le canal fluidique 10cdébouche sur des ouvertures 10ode façon que le gaz de calibration pénètre, à travers les ouvertures, dans chaque capteur de gaz 40. De préférence, la jonction entre chaque capteur de gaz 40 et le compartiment fluidique 10 est étanche.
De préférence, comme représenté sur la figure 1B, le compartiment support 20 est disposé entre le compartiment fluidique 10 et le compartiment électrique 30. Ainsi, durant l'utilisation du dispositif, chaque capteur de gaz 40 est inséré dans le compartiment support 20, de façon à être maintenu en contact fluidique avec le compartiment fluidique 10, et en contact électrique avec le compartiment électrique 30. Le compartiment support 20 comporte une plaque support 21, sur laquelle sont disposés des supports élémentaires 24, séparés les uns des autres. Chaque support élémentaire 24 est destiné à accueillir un capteur de gaz 40. Chaque support élémentaire 24 permet un maintien mécanique d'un capteur de gaz 40. Chaque support élémentaire 24 est formé par une pièce solide, souple ou rigide, par exemple en plastique, délimitant un espace dans lequel vient s'insérer un capteur de gaz 40.
Sur la figure 1C, on a représenté des supports élémentaires 24, chaque support élémentaire accueillant un capteur de gaz 40. Le dispositif est dimensionné de telle sorte que la distance entre chaque support élémentaire 24 et le compartiment fluidique 10 est ajustée de telle sorte que lorsqu'un capteur de gaz 40 est disposé sur un support élémentaire 24, le capteur de gaz 40 soit en appui contre l'ouverture 10odu compartiment fluidique 10 faisant face au support élémentaire. La fonction de chaque support élémentaire 24 est de former un appui mécanique à chaque capteur de gaz 40. Au niveau de chaque support élémentaire 24 s'étendent des connecteurs élémentaires 23. Ces derniers sont destinés à être relié à des contacts électriques 43 de chaque capteur de gaz 40, représentés sur la figure 1D. Des connecteurs élémentaires 23 sont représentés sur la figure 4A. Les connecteurs élémentaires 23 sont destinés à relier chaque capteur de gaz 40 au compartiment électrique 30, par l'intermédiaire de la plaque support 21.
Lors du verrouillage du boîtier 2, sous l'effet des éléments de verrouillage 2c, la partie supérieure 2sdu boîtier se rapproche de la partie principale 2pdu boîtier. Un moyen de rappel, par exemple sous la forme de ressorts 3, exerce alors un appui sur le compartiment fluidique 10, de telle sorte que ce dernier se rapproche, en translation, de chaque support élémentaire 24. Lorsque les supports élémentaires comportent des capteurs de gaz 40, le compartiment fluidique 10 s'appuie alors contre chaque capteur de gaz 40, comme décrit par la suite.
Le compartiment électrique 30 permet d'établir une interface électrique avec chaque capteur de gaz 40. Dans l'exemple représenté, le compartiment électrique comporte une carte électronique 31, destinée à l'alimentation de chaque capteur de gaz 40 disposé dans le compartiment support 20. La carte électronique 31 est dans cet exemple une carte de type PCB (Printed Circuit Board – traduction: circuit imprimé). Elle permet également d'adresser des commandes de pilotage de chaque capteur de gaz 40 ainsi que l'acquisition de mesures de calibration effectuées par chaque capteur de gaz. La carte électronique 31 assure une interface avec l'unité de contrôle externe 50, par l'intermédiaire d'embases électriques 35. Ainsi, la carte électronique 31 peut être raccordée à l'unité de contrôle externe 50, disposée à l'extérieur du boîtier. L'unité de contrôle externe 50 comporte un microprocesseur, pour piloter chaque séquence de calibration et collecter les mesures effectuées par chaque capteur de gaz 40 au cours de la calibration. La carte électronique 31 peut être reliée à la plaque support 21 par des barrettes de connexions 32, ces dernières assurant une interconnexion entre la carte électronique 31 et la plaque support 21.
Sur la figure 1D, on a représenté un exemple de capteur de gaz 40. Le capteur de gaz 40 comporte une enceinte 42, destinée à être remplie par le gaz à analyser. Le capteur de gaz est délimité par une paroi d'admission 41, permettant une admission du gaz à analyser à l'intérieur de l'enceinte 42. La paroi d'admission 41 comporte un orifice ou est suffisamment poreuse pour permettre un passage du gaz de calibration de part et d'autre de la paroi d'admission 41.
Chaque capteur de gaz 40 comporte des contacts électriques 43, permettant un raccordement électrique. Lorsqu'un capteur de gaz 40 est disposé sur un support élémentaire 24, les contacts électriques 43 sont destinés à entrer en contact avec des connecteurs élémentaires 23 s'étendant à travers chaque support élémentaire 24.
Dans cet exemple, le capteur de gaz 40 est, à titre non limitatif, un capteur de type NDIR, acronyme connu de l'homme du métier signifiant "Non Dispersive Infra red" (traduction: infra-rouge non dispersif). Dans ce type de capteur de gaz, le gaz analysé s'étend entre une source de lumière 46 et un photodétecteur 47, ce dernier étant destiné à mesurer une onde lumineuse transmise par le gaz à analyser, et partiellement absorbée par ce dernier. Les principaux composants présents à l'intérieur du capteur de gaz 40 sont portés par un support interne 48. Fréquemment, ce type de capteur de gaz peut comprendre un photodétecteur de référence, non représenté sur la figure 1D, de façon à mesurer une onde lumineuse, dite onde lumineuse de référence, émise par la source, et considérée comme non absorbée par le gaz analysé. Le fonctionnement d'un tel capteur de gaz est décrit dans les références citées dans l'art antérieur.
On va à présent décrire le compartiment fluidique 10. Le compartiment fluidique 10 est délimité par une plaque principale 11, s'étendant selon un plan principal PXY. La plaque principale 11 est représentée sur les figures 2A et 2B. La plaque principale 11 s'étend :
- parallèlement à un axe longitudinal X, selon une longueur
- parallèlement à un axe latéral Y, selon une largeur
- parallèlement à un axe transversal Z, selon une épaisseur ε. L'axe transversal Z est perpendiculaire au plan principal PXY . Le plan principal est formé par l'axe longitudinal X et l'axe latéral Y.
La longueur peut être comprise entre 10 cm et 50 cm. La largeur peut être comprise entre 10 cm et 30 cm. L'épaisseur ε peut être comprise entre 0.5 cm et 1 ou 2 cm.
La plaque principale 11 peut être composée de métal ou de plastique. Elle est de préférence rigide. Elle s'étend entre une face supérieure 11set une face inférieure 11i. De préférence, la face inférieure 11iest parallèle au plan principal PXY. Il en est de même de la face supérieure 11s. Une première ouverture 11aet une deuxième ouverture 11bsont ménagées à travers la plaque principale 11. La première ouverture 11aest reliée au canal d'admission 2adu boîtier 2. La deuxième ouverture 11best reliée à au canal d'évacuation 2bdu boîtier 2.
La face inférieure 11ide la plaque principale 11 est représentée sur la figure 2B. Elle délimite le canal fluidique 10c, ce dernier étant, en partie, ménagé dans la plaque principale 11. On note qu'entre la première ouverture 11aet la deuxième ouverture 11b, le canal fluidique 10cprésente plusieurs branches longitudinales rectilignes 10i, séparées les unes des autres, et le long desquelles peut s'écouler le gaz de calibration, entre les ouvertures 11aet 11b. De préférence, les branches rectilignes longitudinales sont parallèles les unes aux autres. Les branches rectilignes adjacentes 10isont séparées les unes des autres par des parois longitudinales 10j. Les parois transversales 10jparallèlement à l'axe transversal Z et le long de l'axe longitudinal X, en étant parallèles ou sensiblement parallèles à ce dernier. Par sensiblement parallèle, on entend parallèle à une tolérance angulaire près, par exemple ± 10°. La présence des parois transversales 10jentre deux branches adjacentes 10idiminue le volume mort du canal fluidique 10c. Par volume mort, on entend une portion du canal fluidique 10cn'étant pas disposée en vis-à-vis d'un capteur de gaz 40 durant l'utilisation du dispositif. Le fait que le canal fluidique 10csoit segmenté en différentes branches rectilignes 10idiminue le volume mort. Cela accélère l'uniformisation de la concentration en gaz de calibration au niveau de chaque capteur de gaz 40.
L'épaisseur du canal fluidique 10c, selon l'axe transversal Z, est de préférence inférieure à 10 mm, et de préférence inférieure à 5 mm. Elle est par exemple comprise entre 2 et 3 mm. Lors de l'utilisation du dispositif, une telle épaisseur permet une formation d'une fine lame de gaz de calibration, s'écoulant le long du canal fluidique 10c. Cela permet une uniformisation rapide de la concentration en gaz de calibration au niveau de chaque capteur de gaz 40.
Le compartiment fluidique 10 comporte également une plaque de distribution 13, représentée sur les figures 3A et 3B. La plaque de distribution 13 comporte une multitude d'ouvertures 16. Chaque ouverture 16 formée à travers la plaque de distribution 13 permet une distribution du gaz de calibration vers chaque capteur de gaz 40. Chaque ouverture 16 est destinée à permettre une communication fluidique entre le canal fluidique 10cd'une part et un capteur de gaz 40 d'autre part. Le diamètre de chaque ouverture 16 peut être de l'ordre de 1 cm. Entre la plaque de distribution 13 et la plaque principale 11 s'étend une portion intermédiaire 12. La plaque principale 11, la portion intermédiaire 12 et la plaque de distribution 13 délimitent le canal fluidique 10c. La portion intermédiaire 12 prolonge les parois transversales 10jformées dans la plaque principale 11. La plaque principale 11 et la plaque de distribution 13 forment deux parois opposées du canal fluidique 10c, parallèles au plan principal PXY. La plaque principale 11 et la plaque de distribution 13 forment respectivement une première paroi et une deuxième paroi du canal fluidique 10c.
De préférence, la portion intermédiaire est constituée d'un matériau souple, formant un joint. Le canal fluidique 10cest obtenu par une compression de la portion intermédiaire 12 entre la plaque principale 11 et la plaque de distribution 13. Cela permet d'obtenir aisément une bonne étanchéité du canal fluidique 10c. La plaque de distribution 13 est de préférence rigide, par exemple métallique ou en plastique.
La figure 3C montre une portion d'appui 14, destinée à être disposée entre la plaque de distribution 13 et une plaque de maintien 15. La plaque de maintien 15 est représentée sur la figure 3D. La portion d'appui 14 est formée d'un matériau souple, destinée à former un joint entre chaque capteur de gaz 40 et le canal fluidique 10c. Le compartiment support 20 est agencé de telle sorte qu'après l'insertion d'un capteur de gaz 40 au niveau d'un support élémentaire 24, le capteur de gaz 40 s'appuie contre la portion d'appui 14. La portion d'appui 14 comporte des ouvertures 17, chaque ouverture 17 de la portion d'appui prolongeant une ouverture 16 formée dans la plaque de distribution 13. Ainsi, chaque ouverture 10odu compartiment fluidique est formée par une ouverture 17 de la portion d'appui 14 prolongeant une ouverture 16 de la plaque de distribution 13. Chaque ouverture 17 de la portion d'appui 14 et chaque ouverture 16 de la plaque de distribution 13 sont de préférence ménagées autour d'un axe parallèle à l'axe transversal Z. Ainsi, les ouvertures 10odu compartiment fluidique 10 s'étendent parallèlement à l'axe transversal Z.
Le diamètre des ouvertures 17 de la portion d'appui 14 peut par exemple être égal à 9 mm. Il est typiquement compris entre 5 mm et 10 mm ou 15 mm. Le diamètre des ouvertures 17 de la portion d'appui 14 est de préférence inférieur au diamètre des ouvertures 16 de la plaque de distribution 13.
La portion d'appui 14 est de préférence plane, et comporte une multitude d'ouvertures 17. Après que chaque capteur de gaz 40 a été disposé sur un support élémentaire 24, le compartiment fluidique 10 est appliqué contre chaque capteur de gaz. Le contact entre le compartiment fluidique 10 et chaque capteur de gaz 40 est assuré par la portion d'appui 14. L'application du compartiment fluidique 10 est telle que la portion d'appui 14 est comprimée contre chaque capteur de gaz 40, autour d'une ouverture 10odu compartiment fluidique Ainsi, lorsque le compartiment fluidique 10 est appliqué contre les différents capteurs de gaz 40, la portion d'appui 14 est comprimée entre chaque capteur de gaz 40, et plus précisément entre la paroi d'admission 41 de chaque capteur de gaz 40, et la plaque de distribution 13. Cela permet de former un joint étanche, autour de chaque ouverture 10odu compartiment fluidique 10, entre la paroi d'admission 41 du capteur de gaz 40 et le compartiment fluidique 10. La portion d'appui 14 permet ainsi une formation simultanée de joints au niveau de chaque ouverture 10odu compartiment fluidique 10, sous l'effet d'une pression exercée, parallèlement à l'axe transversal Z, par le compartiment fluidique 10 sur chaque capteur de gaz 40.
D'après les essais expérimentaux réalisés par les inventeurs, il semble optimal d'utiliser, pour constituer la portion d'appui 14 et/ou la portion intermédiaire 12, une mousse à pores fermés en EPDM (Ethylène Propylène Diène Monomère).
La plaque de maintien 15, représentée sur la figure 3D, permet de maintenir la portion d'appui 14 contre la plaque de distribution 13. La plaque de maintien 15 est de préférence rigide, en étant par exemple réalisée en plastique ou en métal.
Le compartiment fluidique 10 comporte la plaque principale 11, la portion intermédiaire 12, la plaque de distribution 13, la portion d'appui 14 ainsi que la plaque de maintien 15 assemblées les unes aux autres. Ainsi, le compartiment fluidique 10 est de préférence monobloc. Le compartiment fluidique 10 est délimité, selon l'axe transversal Z, par la plaque principale 11 et la plaque de maintien 15. Le compartiment fluidique 10 est amovible, de façon à pouvoir être retiré simplement du boîtier 2, puis replacé, en vis-à-vis du compartiment support 20.
Lors de la disposition des capteurs de gaz 40 sur chaque support élémentaire 24, le compartiment fluidique 10 est retiré. Chaque support élémentaire 24 est alors aisément accessible. Après qu'un capteur de gaz 40 a été disposé sur chaque support élémentaire 24, le compartiment fluidique 10 est placé dans le boîtier 2, ce dernier étant verrouillé selon la configuration de verrouillage, comme décrit en lien avec la figure 1C. Chaque capteur de gaz 40 fait alors face à une ouverture 10odu compartiment fluidique 10, l'ouverture 10odébouchant dans le canal fluidique 10c. Le boîtier 2 est donc verrouillé de telle sorte que le compartiment fluidique 10, et plus précisément la portion d'appui 14, s'appuie contre la paroi d'admission 41 de chaque capteur de gaz 40. Sous l'effet du verrouillage du boîtier 2, chaque capteur de gaz 40 comprime localement la portion d'appui 14, autour de chaque ouverture 10o. Sous l'effet de la compression, autour de chaque ouverture 10o, la paroi d'appui 14 forme un joint.
Le compartiment fluidique 10 comporte au moins autant d'ouvertures 10oque supports élémentaires 24. Ainsi, lors du verrouillage du boîtier 2, les parois d'admission 41 des différents capteurs de gaz 40 sont simultanément, ou quasi-simultanément, en contact fluidique avec le canal fluidique 10c, à travers une ouverture 10o. Lorsque de le compartiment fluidique 10 est appuyé contre les différents capteurs de gaz 40, il est de préférence translaté perpendiculairement à la paroi d'appui de chaque capteur de gaz, c'est-à-dire parallèlement à l'axe transversal Z du dispositif. Cela évite tout effet de cisaillement entre le compartiment fluidique 10 et les parois d'admission 41.
En présence ou en l'absence de capteur de gaz 40 dans le dispositif, lorsque le compartiment fluidique occupe sa position de verrouillage, chaque ouverture 10oest disposée face à un support élémentaire 24, ce dernier étant, ou non, occupé par un capteur de gaz 40.
De préférence, la plaque principale 11, la portion intermédiaire 12, la plaque de distribution 13, la portion d'appui 14 ainsi que la plaque de maintien 15 s'étendent parallèlement les unes aux autres, parallèlement au plan principal PXY.
La figure 4A illustre un capteur de gaz 40 disposé sur la carte support 21. La paroi d'admission 41 fait alors face au compartiment fluidique 10. On a représenté, sur la figure 4A, des capteurs de gaz respectivement insérés dans différents des supports élémentaires 24. La figure 4A montre également un emplacement au niveau duquel un support élémentaire 24 et un capteur de gaz 40 ont été masqués. Cela permet de visualiser les connecteurs élémentaires 23 destinés à être appliqués contre les contacts électriques 43 de chaque capteur de gaz 40.
La figure 4B schématise plusieurs capteurs de gaz 40, répartis selon une même ligne, et insérés au niveau de supports élémentaires 24 définis sur la plaque support 21. Chaque capteur de gaz 40 est disposé sur un support élémentaire 24. Chaque capteur de gaz 40 est relié, par sa paroi d'admission 41, à une ouverture 10odébouchant vers le canal fluidique 10c. Sur la figure 4B, les flèches schématisent la circulation du gaz de calibration le long du canal fluidique 10c, ainsi qu'au niveau de chaque capteur de gaz 40. Le gaz de calibration est admis par le canal d'admission 2aà la pression atmosphérique, et pénétre dans l'enceinte 42 de chaque capteur de gaz 40 par diffusion, puis ressort par le canal d'évacuation 2b. Le gaz de calibration remplit progressivement chaque capteur de gaz 40. Le débit d'admission du gaz de calibration peut être de 0.5 l/minute.
Du fait de la géométrie du canal fluidique 10c, et de la disposition des capteurs de gaz 40, la durée de remplissage de l'ensemble des capteurs est faible, typiquement de quelques minutes. Comme précédemment évoqué, la durée de remplissage correspond à l'intervalle temporel entre l'admission du gaz de calibration dans le dispositif 1 et l'instant auquel on considère que la concentration de gaz de calibration dans chaque capteur de gaz 40 est identique. Une mesure de calibration fiable peut alors être effectuée. Chaque capteur de gaz 40 est connecté à la carte électronique 31 par :
- des connecteurs élémentaires 23, reliant chaque capteur de gaz 40 à la carte support 21;
- des barrettes de connexion 32 s'étendant entre la carte support 21 et la carte électronique 31. Cela permet un pilotage de chaque capteur de gaz 40 ainsi que l'acquisition de signaux mesurés par chaque capteur de gaz 40.
La figure 5A schématise une configuration "en série" telle que décrite en lien avec les figures précédentes, selon laquelle le compartiment support 20 est agencé de telle sorte que les supports élémentaire 24 de chaque capteur soient disposés selon une matrice. Dans l'exemple de la figure 5A, on dispose d'une matrice de trois lignes (parallèles à l'axe X) et de six colonnes (parallèles à l'axe Y).
Sur la figure 5A, on a représenté un canal fluidique 10cen zigzag, comme représenté sur la figure 2B. La figure 5B illustre une alternative, selon laquelle le canal fluidique forme des branches longitudinales rectilignes 10iparallèles à l'axe longitudinal X, ces branches débouchant, en chacune de leurs extrémités, sur une branche latérale rectiligne parallèle à l'axe latéral Y. La configuration représentée sur la figure 5B est une configuration "en parallèle". Les longueurs de chaque branche longitudinale sont de préférence identiques, de manière à obtenir une répartition uniforme du gaz. Dans chacune de ces configurations, le canal fluidique 10ccomporte des branches rectilignes 10iséparés les uns des autres. Cela permet d'optimiser le volume utile du canal fluidique.
Le dispositif 1 présente les avantages suivants :
- une durée de remplissage faible, par exemple de l'ordre de 2 minutes lorsque les capteurs sont disposés selon une matrice de 3 lignes et 5 colonnes;
- la possibilité de disposer un grand nombre de capteurs de gaz 40, typiquement de l'ordre de ou supérieur à plusieurs dizaines ;
- un faible volume de gaz de calibration nécessaire pour parvenir à un remplissage de l'ensemble des capteurs de gaz 40, par exemple de l'ordre de 0.05 litre lorsque les capteurs sont disposés selon une matrice de 3 lignes et 5 colonnes ;
- une bonne étanchéité du canal fluidique 10cet des capteurs de gaz 40 vis-à-vis de l'air du milieu ambiant, ce qui permet d'effectuer des calibrations de qualité ;
- une faible contrainte mécanique exercée sur les capteurs de gaz 40, la paroi d'admission 41 de chaque capteur de gaz 40 étant maintenue en appui contre un matériau souple, en l'occurrence le matériau formant la portion d'appui 14;
- une bonne facilité d'insertion et de retrait de chaque capteur, du fait de l'utilisation d'un compartiment fluidique 10 amovible, permettant un accès aisé à chaque support élémentaire 24 ;
- une mise en contact fluidique simultanée de chaque capteur de gaz 40 avec le canal fluidique 10c, lorsque le compartiment fluidique 10 est disposé, puis verrouillé, contre la paroi d'admission de chaque capteur de gaz, de telle sorte que chaque paroi d'admission 41 soit en appui contre la portion d'appui 14, au niveau d'une ouverture 10odu compartiment fluidique 10.
La figure 6 représente une variante, selon laquelle les capteurs de gaz 40 peuvent être collectivement portés à différentes températures. Pour ce faire, le dispositif 1 comporte un module thermoélectrique 3, disposé au contact de la plaque principale 11, de façon à pouvoir porter cette dernière à différents paliers de température. Dans l'exemple représenté, le module thermoélectrique est un module à effet Peltier. Il est relié à un radiateur 4, ce dernier comportant des ailettes de refroidissement. Le dispositif 1 peut comporter un ventilateur 5, de façon à dissiper l'air, en particulier au niveau des ailettes de refroidissement.
La fonction du module thermoélectrique 3 est de permettre un ajustement rapide de la température de chaque capteur de gaz 40. La disposition du module thermoélectrique 3 permet à ce dernier d'échauffer rapidement la plaque principale 11, cette dernière étant réalisée dans un métal présentant une bonne conduction thermique, par exemple cuivre ou aluminium. Du fait de la bonne conduction thermique de la plaque principale 11, la température de cette dernière est rapidement uniforme. Le canal fluidique 10c, dans lequel s'écoule le gaz de calibration est, en partie, délimité, par la plaque principale 11. Par conséquent, le gaz de calibration agit de façon à diffuser la température de la plaque principale 11 vers chaque capteur de gaz 40. Ainsi, le gaz agit en tant que vecteur de température. Sous l'effet de la circulation de gaz, chaque capteur de gaz 40 est rapidement porté à une température correspondant à une température de consigne du module photoélectrique 3. La température de consigne peut être commandée par l'unité de contrôle externe 50, cette dernière pilotant le module thermoélectrique 3.
La variante décrite en lien avec la figure 6 permet d'effectuer un étalonnage d'un grand nombre de capteurs de gaz à différents paliers de température, en accord avec des spécifications établies par des utilisateurs. Le fait que le module thermoélectrique 3 soit en contact thermique avec la plaque principale 11 permet une stabilisation rapide de la température de chaque capteur de gaz 40, la température étant maîtrisée. La température de chaque capteur de gaz 40 peut ainsi être ajustée, à la hausse comme à la baisse. Par exemple, la température de chaque capteur de gaz 40 peut varier selon différents paliers de température, typiquement six paliers, s'étendant entre -40°C et 60 °C.
Il s'agit d'une solution préférable à une pratique de l'art antérieur, consistant à placer des capteurs de gaz dans une enceinte thermalisée de grand volume. Le fait de reporter le contrôle de la température au niveau du dispositif de calibration 1 permet un gain de temps. En effet, en selon la pratique actuelle, il est nécessaire d'attendre 2 heures, entre chaque palier de température, pour obtenir une température uniforme au niveau de chaque capteur de gaz 40. Il est estimé qu'avec un dispositif tel que représenté sur la figure 6, la durée de chaque palier devrait être inférieure à 30 minutes. Il s'agit également d'une solution moins coûteuse que le recours à une enceinte thermalisée.
Lorsque le nombre de supports élémentaire 24 est égal à 15, l'agencement comportant 3 colonnes de 5 supports élémentaires, les inventeurs ont estimé qu'on pouvait utiliser un module Peltier de puissance électrique égale à 5W. Il peut par exemple s'agir d'un module thermoélectrique Peltier commercialisé par CUI Inc.
Le dispositif peut comporter plusieurs modules de régulation thermique, tels que précédemment décrits, adjacents les uns des autres.
Le dispositif 1 permet d'effectuer une calibration simultanée de plusieurs capteurs de gaz. Chaque calibration suppose de disposer les capteurs sur un support élémentaire 24, puis de faire circuler un gaz de calibration à travers le canal fluidique 10c. La disposition des capteurs de gaz 40 est effectuée alors que le compartiment fluidique 10 a été retiré. Lorsque chaque capteur de gaz a été disposé sur un support élémentaire 24, le compartiment fluidique 10 est verrouillé dans le boîtier 2, de façon que la paroi d'admission 41 de chaque capteur de gaz 40 vienne s'appuyer contre la portion d'appui 14, comme précédemment décrit. Le mouvement du compartiment fluidique 10 vers chaque capteur de gaz est obtenu en exerçant un appui contre la partie supérieure 2sdu boîtier 2. Après que la durée de remplissage s'est écoulée, chaque capteur de gaz est piloté pour effectuer une mesure d'une espèce gazeuse d'intérêt présente, selon une concentration connue, dans le gaz de calibration. Les mesures issues des différents capteurs sont collectées et traitées, de façon à calibrer chaque capteur. Généralement, on utilise successivement des gaz de calibration présentant différentes quantités d'une même espèce gazeuse.
Après la calibration, la partie supérieure 2sdu boîtier est déverrouillée et retirée, ce qui permet un retrait du compartiment fluidique. On peut alors extraire chaque capteur de gaz des supports élémentaires 23.
Claims (16)
- Dispositif de calibration (1) destiné à recevoir des capteurs de gaz (40), chaque capteur de gaz comportant une paroi d'admission (41), la paroi d'admission permettant une admission de gaz dans le capteur de gaz, le dispositif comportant :
- un canal d'admission (2a) de gaz et un canal d'évacuation (2b) de gaz ;
- des supports élémentaires (24), chaque support élémentaire étant configuré pour maintenir un capteur de gaz et pour permettre une connexion électrique du capteur de gaz ;
- un compartiment fluidique (10), comportant :
- un canal fluidique (10c), s'étendant entre le canal d'admission (2a) et le canal d'évacuation (2b) ;
- des ouvertures (10o), s'étendant à partir du canal fluidique (10c);
- une portion d'appui (14) souple, s'étendant entre chaque ouverture du compartiment fluidique (10o) ;
- le compartiment fluidique (10) étant agencé de façon à s'étendre face aux supports élémentaires (24), en étant mobile par rapport aux supports élémentaires, de telle sorte qu'après une disposition de capteurs de gaz (40) sur chaque support élémentaire, sous l'effet d'un rapprochement du compartiment fluidique (10) par rapport aux supports élémentaires :
- chaque paroi d'admission (41) des capteurs de gaz (40), respectivement maintenus sur les supports élémentaires, débouchent dans le canal fluidique (10c), à travers une ouverture (10o) du compartiment fluidique;
- le compartiment fluidique exerce une pression contre chaque capteur de gaz, la portion d'appui (14) entourant chaque ouverture (10o) du compartiment fluidique formant alors un joint autour de ladite ouverture.
- Dispositif selon la revendication 1, comportant un boîtier (2), formé d'une partie supérieure (2s) et d'une partie principale (2p), la partie principale (2p) contenant les supports élémentaires (24), le boîtier (2) étant agencé pour présenter :
- une configuration ouverte, dans laquelle la paroi supérieure (2s) est retirée ;
- une configuration verrouillée, dans laquelle la paroi supérieure est appliquée contre la partie principale, la paroi supérieure étant configurée pour exercer un appui sur le compartiment fluidique (10), de façon à rapprocher le compartiment fluidique des supports élémentaires (24).
- Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le compartiment fluidique (10) est amovible, de façon à être :
- retiré pour permettre une disposition de différents capteurs de gaz (40) respectivement sur différents supports élémentaires (24), lorsque le boîtier (2) est en configuration ouverte ;
- ou rapproché des supports élémentaires (24), lorsque le boîtier (2) est en configuration verrouillée, de façon à exercer un appui sur la paroi d'admission (41) des capteurs de gaz (40) disposés sur lesdits supports élémentaires.
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le canal fluidique (10c) s'étend entre une plaque principale (11) et une plaque de distribution (13), chaque ouverture (10o) du compartiment fluidique débouchant dans la plaque de distribution (13).
- Dispositif selon la revendication 4, dans lequel les supports élémentaires (24) sont répartis sur une plaque support (21), la plaque support étant parallèle à la plaque principale (11) et/ou à la plaque de distribution (13).
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, dans lequel la plaque de distribution (13) s'étend entre le canal fluidique (10c) et la portion d'appui (14), de telle sorte qu'après la disposition de différents capteurs de gaz (40) respectivement sur différents support élémentaires (24), sous l'effet d'un rapprochement du compartiment fluidique (10) par rapport aux supports élémentaires, la portion d'appui (14) est comprimée entre la paroi d'admission (41) de chaque capteur de gaz (40) et la plaque de distribution (13), autour de chaque ouverture (10o) du compartiment fluidique (10).
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel la plaque de distribution (13) et la plaque principale (11) sont parallèles.
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel :
- la plaque de distribution (13) comporte des ouvertures (16) ;
- la portion d'appui (14) comporte des ouvertures (17) ;
- chaque ouverture (17) de la portion d'appui (14) prolonge une ouverture de la plaque de distribution (13), de façon à former une ouverture du compartiment fluidique (10o).
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, dans lequel le canal fluidique (10c) est creusé dans la plaque principale (11).
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les supports élémentaires (24) sont répartis selon un motif bidimensionnel.
- Dispositif selon la revendication 10, dans lequel les supports élémentaires (24) sont répartis, parallèlement à un axe longitudinal (X), en formant des lignes et, parallèlement à un axe latéral (Y), en formant des colonnes, le canal fluidique (10c) formant des branches longitudinales (10i), s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal (X), deux branches longitudinales adjacentes du canal fluidique étant séparées l'une de l'autre par une paroi de séparation transversale (10j), disposée entre les deux branches longitudinales.
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins un capteur de gaz (40), disposé sur un support élémentaire (24), le capteur de gaz étant relié au canal fluidique (10c) à travers l'ouverture (10o) du compartiment fluidique faisant face au support élémentaire.
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins une carte électronique (31), configurée pour permettre une interface électrique avec chaque capteur de gaz (40), la carte électronique étant connectée à des connecteurs élémentaires (23), disposés à travers chaque support élémentaire (24), la carte électronique étant configurée pour être raccordée à une unité de contrôle externe (50).
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un module thermoélectrique (3), disposé en contact thermique avec le compartiment fluidique (10), de façon à porter, sous l'effet de la circulation de gaz dans le dispositif, chaque capteur de gaz à une température de consigne.
- Dispositif selon la revendication 14, comportant une plaque principale (11), délimitant le canal fluidique (10c), le dispositif étant tel que :
- la plaque principale est métallique ;
- le module thermoélectrique (3) est disposé en contact thermique avec la plaque principale.
- Procédé de calibration d'un capteur de gaz (40) à l'aide d'un dispositif (1) objet de l'une quelconque des revendications précédentes, le procédé comportant les étapes suivantes :
- retrait du compartiment fluidique (10) ;
- disposition d'un capteur de gaz (40) sur chaque support élémentaire (24), chaque capteur de gaz comportant une paroi d'admission (41), à travers laquelle un gaz peut pénétrer à l'intérieur du capteur de gaz ;
- application du compartiment fluidique (10) sur l'ensemble des capteurs de gaz (40), de telle sorte que chaque capteur de gaz s'appuie contre la paroi d'appui (14) du compartiment fluidique ;
- admission d'un gaz de calibration par le canal d'admission (2a), de telle sorte que le gaz de calibration s'écoule à travers le canal fluidique (10c) jusqu'au canal d'évacuation (2b);
- attente d'une période de remplissage prédéterminée, à l'issue de laquelle il est considéré que la concentration en gaz de calibration est uniforme dans chaque capteur de gaz ;
- mesure, par chaque capteur de gaz (40), d'une concentration d'une espèce gazeuse présente dans le gaz de calibration, selon une concentration connue.
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