EP2956769A1 - Instrument de mesure de la concentration d'isotopes de l'eau dans un gaz échantillon chargé de vapeur d'eau - Google Patents

Instrument de mesure de la concentration d'isotopes de l'eau dans un gaz échantillon chargé de vapeur d'eau

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Publication number
EP2956769A1
EP2956769A1 EP14706793.8A EP14706793A EP2956769A1 EP 2956769 A1 EP2956769 A1 EP 2956769A1 EP 14706793 A EP14706793 A EP 14706793A EP 2956769 A1 EP2956769 A1 EP 2956769A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
purge
circuit
analyzer
vaporizer
liquid
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14706793.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Olivier CATTANI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Publication of EP2956769A1 publication Critical patent/EP2956769A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3554—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for determining moisture content
    • G—PHYSICS
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0006—Calibrating gas analysers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/061—Sources
    • G01N2201/06113—Coherent sources; lasers
    • G01N2201/0612—Laser diodes

Definitions

  • the present invention relates to an instrument for the measurement of isotopes in a sample gas.
  • laser diode spectrometers can be used recently, exploiting the absorption in the near infrared of water molecules.
  • One of the advantages of these instruments, especially because of their small footprint, is that they are deployable outside a dedicated analysis laboratory, and operate continuously.
  • Calibration consists in introducing, one after the other, two reference liquid samples constituted by waters whose absolute isotopic values are perfectly determined, chosen in such a way that they are not too far apart from each other , while framing the values of the samples to be analyzed. The values then measured by the instrument make it possible to determine a calibration straight line of the instrument and thus to be able to transform the values measured thereafter into absolute values.
  • the instrument is equipped with a vaporizer that transforms the waters of the reference samples into a vapor phase and measures them as any air sample.
  • SDM Sensor Data Module
  • SDM "and consists of two syringes connected on the one hand each to a bulb containing the corresponding reference sample and, secondly, via an injection head, the vaporizer, itself connected to the analyzer.
  • one of the syringes sucks through the tubings an amount corresponding to a predefined volume (for example 250 microliters), and distributes it very slowly to the analyzer via the vaporizer, and the analyzer measures during all this duration (which lasts for example of the order of 30 minutes) this reference sample. This step is then renewed with the other syringe.
  • a predefined volume for example 250 microliters
  • the tubings used are typically 1/16 "outside diameter and their internal diameter does not exceed 0.20 mm, and the system does not remain under pressure. continuously during the period of non-use, which inevitably leads to the appearance of air microbubbles in the tubes.
  • the invention aims to provide an instrument for performing a purge of tubing for calibration, without human intervention and remote.
  • the invention aims to provide an instrument for measuring the concentration of isotopes of water in a sample gas charged with water vapor, comprising:
  • At least one inlet manifold for receiving a purge liquid or a calibration liquid
  • an analyzer comprising:
  • connection circuit in normal measurement operation connecting the input to the output via said analysis means
  • a vaporizer comprising:
  • At least one input connected to said input tubing; means for vaporizing said purge liquid or said calibration liquid;
  • connection circuit with the analyzer for transmitting said vaporized calibration liquid to the analyzer, said connection circuit with the analyzer connecting the vaporizer inlet to the analyzer output via said analysis means;
  • an output circuit for discharging the overflow of said vaporized calibration liquid during measurement by the analyzer, said output circuit being arranged so that the overflow is discharged without passing through the analyzer;
  • a purge circuit connected to the inlet of the vaporizer for sucking said vaporized purge fluid through the vaporizer during a purge operation, said purge circuit being arranged such that said vaporized purge fluid does not pass through the vaporizer; analyzer;
  • a purge state of the tubing (provided that the instrument generally comprises two pipes for which this purge can be carried out successively) can be performed automatically without altering the accuracy of the analyzer measurements. It is no longer necessary to disconnect the tubings leading the reference samples, as is known in the prior art.
  • the analyzer is bypassed so that the purge liquid does not pass through the analyzer when it is used to purge the tubing. In other words, the flow evacuated from the vaporizer is deviated without this flow passing through the analyzer.
  • the purge liquid is not likely to damage by immersion the means of analysis (typically an infrared absorption spectrometer) included in the analyzer.
  • This rapid and automatic purge also makes it possible to avoid water saturation during the following measurements and to rapidly dry the fluid circuit without interrupting the use of the analyzer for too long a period; to purge, the purge liquids are sent via the inlet manifolds into the vaporizer, where they are vaporized, and are discharged through the purge circuit.
  • the quantity of liquid thus evacuated is chosen so as to replace the volume of liquid initially present in the tubes, potentially charged with air bubbles, with liquid free of air bubbles, coming from the reservoir containing the reference sample and taken at the time of the purge operation.
  • the output circuit of the open vaporizer (for example in the open air) is also kept so as to evacuate the overflow of liquid present in the vaporizer and which could be introduced into the analyzer.
  • the instrument according to the invention may also have one or more of the following characteristics, considered individually or in any technically possible combination:
  • said selective establishment means comprise a first valve in the output circuit of the vaporizer and a second valve in the purge circuit, the first valve being open in the first state and closed in the second state, the second valve being open in the second state; the second state and closed in the first state;
  • valves are solenoid valves controlled by a control circuit
  • the purge circuit comprises a pump
  • the purge circuit comprises a desiccator upstream of the pump
  • the second valve is arranged upstream of the pump
  • the instrument according to the invention comprises two inlet pipes, each being adapted to receive a purge liquid or a calibration liquid, said vaporizer comprising two inlets connected respectively to one of said inlet pipes;
  • the instrument according to the invention comprises software means for remote or automatic control of said means for selectively establishing said first and second states.
  • FIG. 1 to 3 show a measuring instrument according to the invention according to three operating states in normal operating mode, calibration mode and purge mode;
  • FIG. 4 represents an exemplary control circuit of the instrument of FIG. 1.
  • the measuring instrument 10 according to the invention shown in FIGS. 1 to 3 comprises:
  • a vaporizer 13 capable of receiving two calibration liquids via two inputs E1 and E2 respectively connected to two Tub1 and Tub2 tubings;
  • the measuring instrument 10 uses the system for calibration called "Standard Delivery Module (S.D.M.)" and comprises two syringes 34 and 35 each connected to a bulb (not shown) containing a reference sample; these syringes 34 and 35 are advantageously motorized to be remotely controlled and are respectively connected Tub1 and Tub2 tubing.
  • S.D.M. Standard Delivery Module
  • the analyzer includes analysis means 14 formed for example by an infrared absorption spectrometer using laser diodes.
  • the analyzer is for example an analyzer bearing the commercial reference PICARRO LTub130-i.
  • the vaporizer 13 makes it possible to transform the waters of the reference samples in the vapor phase received on one of its inputs E1 or E2 via one of the Tub1 or Tub2 tubings and to measure them as any air sample.
  • the vaporizer 13 according to the invention furthermore comprises:
  • the input E1 (and the input E2) of the vaporizer communicates with the connection circuit C2, the output circuit C3 and the purge circuit C4.
  • the output circuit C3 comprises a valve 31, normally open whose outlet is in the open air.
  • the purge circuit C4 comprises a desiccator 42, a normally closed valve 44 and a pump 45 whose outlet is in the open air.
  • the dryer 42 arranged upstream of the pump 45 makes it possible not to deteriorate it by saturation with water, and comprises, for example, a desiccant cartridge, for example of the type 8 wicks with colored indicator, for example W.H.HAMMOND DRIERITE COMPANY.
  • the pump 45 is preferably a diaphragm-type pump such as the pump sold under the reference KNF N86KN.18.
  • the valves 31 and 44 are for example 2-way solenoid valves
  • valves 31 and 44 are for example solenoid valves controlled by a control circuit 50, shown schematically in FIG. 4 and which can be integrated into the instrument 10 according to the invention.
  • This control circuit 50 comprises software means for controlling said valves 31 and 44.
  • FIG. 2 represents the state S1 of operation of the instrument 10 according to the invention in calibration mode (denoted by the term calibration).
  • a calibration liquid is injected through the tubing Tub1, enters the vaporizer 13 via the inlet E1 and is vaporized by the vaporizer 13.
  • the vaporized liquid then follows the circuit C2 which allows it to pass from the vaporizer 13 to the analyzer 12 and to be analyzed by the analysis means 14 to be evacuated by the output 01.
  • the valve 31 being open, the overflow of vaporized liquid which does not enter the analyzer 12 is discharged via the outlet circuit C3 in the open air.
  • the instrument 10 comprises for example a valve 33 for isolating the input 11 of the analysis means 14.
  • FIG. 3 represents the operating state S2 of the instrument 10 according to the invention in the purge mode.
  • the valve 31 is closed and the valve 44 is opened and the pump 45 is put into operation.
  • One of the reference liquids (which is serve as purge liquid) from the Tub1 tubing in the vaporizer 13 and the gas produced by the vaporization of this liquid is sucked by the pump 45.
  • This purge action is then repeated with the other reference liquid injected via the tubing Tub2.
  • the instrument 10 according to the invention comprises For example, a valve 32 between the vaporizer and the analysis means 14. The connection circuit C2 of the vaporizer with the analyzer is thus interrupted.
  • valves 32 and 33 can advantageously be replaced by a three-way valve (i.e. a valve allowing via a connection at "Y" to connect the output 01 of the analyzer respectively to the circuit C1 or the circuit C2).
  • the quantity of liquid, sufficient to evacuate the bubbles present in Tub1 or Tub2 tubing, is advantageously the total volume of the syringes.
  • the calibration line is calculated, and it is then possible to measure the isotopes of the water vapor contained in the sample gas.
  • the analyzer 12 executes sequentially and automatically, for example using software, all the steps necessary to purge before a new calibration.
  • the instrument 10 can also be arranged to allow remote maintenance intervention, for example using free software available as Teamviewer or Log me in. This allows the user to regain control of the actions during routine automatic measurements. He can then trigger the start-up of the system by using a feature of the analyzer software for controlling the analyzer valves, this software being for example the one known as External Valve Sequencer of the company PICARRO.
  • the control circuit 50 is for example connected to an output channel of the analyzer for sending to the control circuit 50 an order of tilting of the valves 31, 32, 33 and 44, and starting of the extraction pump 45, which is performed simultaneously with the closing of the valve 31 of the output circuit C3 and the opening of the valve 42 of the purge circuit C4 or operation of the motorized syringes 34 or 35.
  • the purge can be carried out automatically and quickly, as often as necessary.
  • valves 31 and 44 can be replaced by a three-way valve (i.e. a valve allowing via a "Y" connection to connect the Tub1 or Tub2 tubing respectively to the circuit C3 or the circuit C4). If necessary, the valve 44 is absent, and the stoppage of the pump 45 is sufficient to prevent a flow of fluid through the purge circuit to the extent that the pump is sealed.

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Abstract

La présente invention a pour objet un instrument (10) de mesure de la concentration d'isotopes de l'eau dans un gaz échantillon chargé de vapeur d'eau, comportant : - un analyseur comportant un circuit de connexion (C1) en fonctionnement normal de mesure connectant son entrée (I1) à sa sortie (O1) via desdits moyens d'analyse; - un vaporiseur comportant un circuit de connexion avec l'analyseur (02) pour transmettre un liquide d'étalonnage vaporisé vers l'analyseur et un circuit de sortie (03) pour évacuer le trop plein dudit liquide d'étalonnage vaporisé, ledit circuit de sortie étant agencé de sorte que le trop plein soit évacué sans traverser l'analyseur (12) et un circuit de purge (C4) connecté à l'entrée du vaporiseur pour aspirer ledit fluide de purge vaporisé à travers le vaporiseur lors d'une opération de purge, ledit circuit de purge étant agencé de sorte que ledit fluide de purge vaporisé ne traverse pas l'analyseur (12); - des moyens pour établir sélectivement un premier état d'étalonnage (S1) établissant la circulation du liquide d'étalonnage à travers le circuit de connexion (C2) et la circulation du trop-plein à travers le circuit de sortie (C3) et un deuxième état (S2) de fonctionnement en purge établissant la circulation du liquide de purge à travers le circuit de purge (04).

Description

Instrument de mesure de la concentration d'isotopes de l'eau dans un gaz échantillon chargé de vapeur d'eau
La présente invention concerne un instrument pour la mesure d'isotopes dans un gaz échantillon.
L'étude des isotopes de l'eau atmosphérique permet de suivre les masses nuageuses et notamment peut renseigner sur l'origine de ces dernières ainsi que sur leurs historiques (condensations, réévaporation...).
Afin de suivre en continu les isotopes de l'eau contenus dans la vapeur d'eau atmosphérique, il est possible d'utiliser depuis peu des spectromètres à diode laser, exploitant l'absorption dans le proche infrarouge des molécules d'eau. L'un des avantages de ces instruments, notamment du fait de leur faible encombrement, est qu'ils sont déployables à l'extérieur d'un laboratoire d'analyses dédié, et fonctionnent en continu.
Ces instruments, dès qu'ils sont en fonctionnement, mesurent en continu l'humidité relative d'un flux d'air pompé via une entrée, ainsi que les rapports isotopiques en hydrogène et oxygène.
Il est nécessaire de pouvoir calibrer ces instruments régulièrement, afin d'obtenir des données fiables.
La calibration consiste à introduire l'un après l'autre, deux échantillons liquides de référence constitués par des eaux dont les valeurs isotopiques absolues sont parfaitement déterminées, choisies de telle manière qu'elles ne soient à la fois pas trop éloignées les unes des autres, tout en encadrant les valeurs des échantillons à analyser. Les valeurs alors mesurées par l'instrument permettent de déterminer une droite de calibration de l'instrument et ainsi de pouvoir transformer les valeurs mesurées ensuite en valeurs absolues.
L'instrument est équipé d'un vaporiseur qui permet de transformer les eaux des échantillons de référence en phase vapeur et de les mesurer comme un quelconque échantillon d'air.
Le système permettant la calibration est appelé « Standard Delivery
Module (S.D.M.) » et se compose de deux seringues reliées d'une part chacune à une ampoule contenant l'échantillon de référence correspondant et d'autre part, via une tête d'injection, au vaporiseur, lui-même relié à l'analyseur.
Lors d'une phase de calibration, une des seringues aspire via les tubulures une quantité correspondant à un volume prédéfini (par exemple 250 microlitres), et le distribue très lentement à l'analyseur via le vaporiseur, et l'analyseur mesure pendant toute cette durée (qui dure par exemple de l'ordre de 30 minutes) cet échantillon de référence. Cette étape est ensuite renouvelée avec l'autre seringue.
Des calibrations répétées à intervalles réguliers permettent notamment de s'affranchir de la dérive dans le temps de l'instrument ; suivant les conditions de travail, cela peut aller de quelques heures à la journée.
Du fait de l'utilisation de très faibles volumes d'échantillons de référence, les tubulures utilisées sont typiquement de diamètre extérieur 1 /16" et leur diamètre interne ne dépasse pas 0,20 mm ; en outre, le système ne reste pas sous pression en continu pendant la période d'inutilisation, ce qui engendre inévitablement l'apparition de microbulles d'air dans les tubulures.
Ces bulles, lorsqu'elles sont introduites dans l'instrument au cours d'une calibration, perturbent les analyses.
Afin d'éviter ces perturbations pouvant nuire à l'obtention en continu de données précises, il est nécessaire de purger l'ensemble des tubulures du S.D.M., afin d'être certain de ne pas avoir de bulles dans le circuit, avant toute calibration.
Il est préconisé pour effectuer la purge de débrancher les tubulures en provenance des seringues au niveau du vaporiseur et de purger l'ensemble à l'extérieur de l'instrument, afin d'éviter toute saturation en humidité de ce dernier ; une fois purgées, les tubulures sont rebranchées au système et la calibration peut être lancée manuellement.
Il est à noter que lorsque l'instrument n'est plus utilisé en laboratoire mais déployé sur un terrain plus ou moins isolé, avec une présence humaine non permanente, il serait utile de pouvoir effectuer les calibrations à distance, et donc de pouvoir purger le système à distance. L'invention vise à proposer un instrument permettant de réaliser une purge des tubulures servant à la calibration, sans intervention humaine et à distance.
Dans ce contexte, l'invention vise à fournir un instrument de mesure de la concentration d'isotopes de l'eau dans un gaz échantillon chargé de vapeur d'eau, comportant :
- au moins une tubulure d'entrée pour recevoir un liquide de purge ou un liquide d'étalonnage ;
- un analyseur comportant :
o une entrée pour recevoir un gaz échantillon chargé de vapeur d'eau ; o des moyens d'analyse dudit gaz échantillon ;
o une sortie pour évacuer ledit gaz échantillon chargé de vapeur d'eau après la mesure par les moyens d'analyse ;
o un circuit de connexion en fonctionnement normal de mesure connectant l'entrée à la sortie via lesdits moyens d'analyse ;
- un vaporiseur comportant :
o au moins une entrée connectée à ladite tubulure d'entrée ; o des moyens pour vaporiser ledit liquide de purge ou ledit liquide d'étalonnage ;
o un circuit de connexion avec l'analyseur pour transmettre ledit liquide d'étalonnage vaporisé vers l'analyseur, ledit circuit de connexion avec l'analyseur connectant l'entrée du vaporiseur à la sortie de l'analyseur via lesdits moyens d'analyse ;
o un circuit de sortie pour évacuer le trop plein dudit liquide d'étalonnage vaporisé au cours de la mesure par l'analyseur, ledit circuit de sortie étant agencé de sorte que le trop plein soit évacué sans traverser l'analyseur ;
o un circuit de purge connecté à l'entrée du vaporiseur pour aspirer ledit fluide de purge vaporisé à travers le vaporiseur lors d'une opération de purge, ledit circuit de purge étant agencé de sorte que ledit fluide de purge vaporisé ne traverse pas l'analyseur ;
- des moyens pour établir sélectivement : o un premier état, dit état de fonctionnement d'étalonnage, établissant la circulation du liquide d'étalonnage à travers le circuit de connexion avec l'analyseur et la circulation du trop-plein du liquide d'étalonnage vaporisé à travers le circuit de sortie du vaporiseur ;
o un deuxième état, dit état de fonctionnement en purge, établissant la circulation du liquide de purge à travers le circuit de purge.
Grâce à l'invention, on utilise avantageusement deux états de l'instrument correspondant à :
- un état de purge de la tubulure (étant entendu que l'instrument comporte généralement deux tubulures pour lesquelles cette purge peut être réalisée successivement) pouvant être effectuée de façon automatique sans altérer la précision des mesures de l'analyseur. Il n'est plus nécessaire de débrancher les tubulures amenant les échantillons de référence, comme cela est connu dans l'art antérieur. En outre, grâce à l'agencement selon l'invention, on court-circuite l'analyseur de sorte que le liquide de purge ne traverse pas l'analyseur lorsqu'il est utilisé pour purger la tubulure. En d'autres termes, on dévie le flux évacué du vaporiseur sans que ce flux ne passe par l'analyseur. Ainsi, le liquide de purge ne risque pas d'endommager par immersion les moyens d'analyse (typiquement un spectromètre d'absorbation infrarouge) compris dans l'analyseur. Cette purge rapide et automatique permet par ailleurs d'éviter la saturation en eau lors des mesures suivantes et d'assécher rapidement le circuit fluidique sans interrompre l'utilisation de l'analyseur durant une durée trop importante ; pour effectuer la purge, les liquides de purge sont envoyés via les tubulures d'entrée dans le vaporiseur, où ils sont vaporisés, puis sont évacués par le circuit de purge. La quantité de liquide ainsi évacuée est choisie de façon à remplacer le volume de liquide initialement présent dans les tubulures, potentiellement chargées de bulles d'air, par du liquide dépourvu de bulles d'air, provenant du réservoir contenant l'échantillon de référence et prélevé au moment de l'opération de purge. On notera enfin que le fonctionnement en mode purge permet de continuer à effectuer des mesures par l'analyseur en fonctionnement normal (i.e. via son entrée sur laquelle il reçoit un gaz échantillon chargé de vapeur d'eau, ledit gaz passant par les moyens d'analyse et étant évacué par la sortie de l'analyseur) ;
- un état de fonctionnement en étalonnage durant lequel le liquide d'étalonnage vaporisé par le vaporiseur pénètre dans l'analyseur pour être analysé et servir pour la calibration ; dans cet état, on conserve par ailleurs le circuit de sortie du vaporiseur ouvert (par exemple à l'air libre) de façon à évacuer le trop plein de liquide présent dans le vaporiseur et qui pourrait s'introduire dans l'analyseur.
L'instrument selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la circulation du gaz échantillon chargé de vapeur d'eau à travers le circuit de connexion de l'analyseur est établie durant ledit deuxième état ;
- lesdits moyens d'établissement sélectif comportent une première vanne dans le circuit de sortie du vaporiseur et une deuxième vanne dans le circuit de purge, la première vanne étant ouverte dans le premier état et fermée dans le deuxième état, la deuxième vanne étant ouverte dans le deuxième état et fermée dans le première état ;
- lesdites vannes sont des électrovannes pilotées par un circuit de contrôle ;
- le circuit de purge comporte une pompe ;
- le circuit de purge comporte un dessiccateur en amont de la pompe ;
- la deuxième vanne est disposée en amont de la pompe ;
- l'échappement du liquide d'étalonnage vaporisé du circuit de sortie s'effectue à l'air libre ;
- l'instrument selon l'invention comporte deux tubulures d'entrée, chacune étant adaptée pour recevoir un liquide de purge ou un liquide d'étalonnage, ledit vaporiseur comportant deux entrées connectée respectivement à l'une desdites tubulures d'entrée ;
- l'instrument selon l'invention comporte des moyens logiciels pour assurer le pilotage à distance ou automatique desdits moyens pour établir sélectivement lesdits premier et deuxième états. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :
- les figures 1 à 3 représentent un instrument de mesure selon l'invention selon trois états de fonctionnement en mode de fonctionnement normal, en mode étalonnage et en mode purge ;
- la figure 4 représente un exemple de circuit de contrôle de l'instrument de la figure 1 .
Les circulations de fluide dans les différents circuits fluidiques selon les différents états (figures 1 à 3) de l'instrument selon l'invention sont représentées en trait gras par rapport aux circuits non actifs.
L'instrument de mesure 10 selon l'invention représenté sur les figures 1 à 3 comporte :
- un vaporiseur 13 pouvant recevoir deux liquides de calibration par l'intermédiaire de deux entrées E1 et E2 connectées respectivement à deux tubulures Tub1 et Tub2 ;
- un analyseur 12, alimenté par le vaporiseur 13.
L'instrument de mesure 10 utilise le système permettant la calibration appelé « Standard Delivery Module (S.D.M.) » et comporte deux seringues 34 et 35 reliées chacune à une ampoule (non représentée) contenant un échantillon de référence ; ces seringues 34 et 35 sont avantageusement motorisées pour pouvoir être contrôlées à distance et sont reliées respectivement aux tubulures Tub1 et Tub2.
L'analyseur inclut des moyens d'analyse 14 formés par exemple par un spectromètre à absorption infrarouge utilisant des diodes laser. L'analyseur est par exemple un analyseur portant la référence commerciale PICARRO LTub130-i.
L'homme du métier connaît le fonctionnement normal S3 de l'analyseur 12 illustré en figure 1 . Ce dernier comporte une entrée 11 pour recevoir l'échantillon d'air à analyser et une sortie 01 pour évacuer ledit échantillon. Un circuit de connexion C1 est établi entre l'entrée 11 et la sortie 01 , ledit circuit assurant le passage de l'échantillon par les moyens d'analyse 14. Le vaporiseur 13 permet de transformer les eaux des échantillons de référence en phase vapeur reçues sur l'une de ses entrées E1 ou E2 via l'une des tubulures Tub1 ou Tub2 et de les mesurer comme un quelconque échantillon d'air.
Le vaporiseur 13 selon l'invention comporte en outre :
- un circuit de connexion C2 avec l'analyseur 10 ;
- un circuit de sortie C3 ;
- un circuit de purge C4.
L'entrée E1 (et l'entrée E2) du vaporiseur communique avec le circuit de connexion C2, le circuit de sortie C3 et le circuit de purge C4.
Le circuit de sortie C3 comporte une vanne 31 , normalement ouverte dont la sortie est à l'air libre.
Le circuit de purge C4 comporte un dessiccateur 42, une vanne normalement fermée 44 et une pompe 45 dont la sortie est à l'air libre.
Le dessiccateur 42 disposé en amont de la pompe 45 permet de ne pas la détériorer par saturation en eau, et comporte par exemple une cartouche de desséchant par exemple de type 8 mèches avec indicateur coloré, par exemple W.H. HAMMOND DRIERITE COMPANY.
La pompe 45 est préférentiellement une pompe de type à membrane comme la pompe commercialisée sous la référence KNF N86KN.18.
Les vannes 31 et 44 sont par exemple des électrovannes 2 voies
(Normalement ouverte NO ou normalement fermée NF) de référence 21 A2ZV55G fournies par la société ODE France; le corps de ces vannes est en laiton, avec un diamètre de passage de l'ordre de 5.5 mm; elles ont été choisies pour leur faible coût et leur grande fiabilité éprouvée dans les systèmes de chauffage (la mise en œuvre du vaporiseur entraînant de fait un réchauffement des liquides).
Les vannes 31 et 44 sont par exemple des électrovannes pilotées par un circuit de contrôle 50, représenté schématiquement à la figure 4 et qui peut être intégré à l'instrument 10 selon l'invention. Ce circuit de contrôle 50 comporte des moyens logiciels permettant la commande desdites vannes 31 et 44.
Le circuit de contrôle 50 peut également commander le fonctionnement de la pompe 45. La figure 2 représente l'état S1 de fonctionnement de l'instrument 10 selon l'invention en mode d'étalonnage (désigné indifféremment par le terme calibration).
Dans cet état S1 , la vanne 31 du circuit C3 est ouverte et la vanne 44 du circuit C4 est fermée
Un liquide d'étalonnage est injecté par la tubulure Tub1 , rentre dans le vaporiseur 13 via l'entrée E1 puis est vaporisé par le vaporiseur 13. Le liquide vaporisé suit alors le circuit C2 qui lui permet de passer du vaporiseur 13 à l'analyseur 12 et d'être analysé par les moyens d'analyse 14 pour être évacué par la sortie 01 . En parallèle, la vanne 31 étant ouverte, le trop plein de liquide vaporisé qui ne pénètre pas dans l'analyseur 12 est évacué via le circuit de sortie C3 à l'air libre.
L'opération est répétée sur la tubulure Tub2.
Dans l'état S1 , le circuit de connexion C1 n'est pas actif (i.e. le circuit de connexion est interrompu). Pour ce faire, l'instrument 10 selon l'invention comporte par exemple une vanne 33 permettant d'isoler l'entrée 11 des moyens d'analyse 14.
La figure 3 représente l'état S2 de fonctionnement de l'instrument 10 selon l'invention en mode de purge.
Dans cet état S2, la vanne 31 du circuit C3 est fermée et la vanne 44 du circuit C4 est ouverte
Pour purger l'instrument selon l'invention avant la phase de calibration, on ferme la vanne 31 et on ouvre la vanne 44 et on met en fonctionnement la pompe 45. On injecte en entrée E1 l'un des liquides de référence (qui va servir de liquide de purge) provenant de la tubulure Tub1 dans le vaporiseur 13 et le gaz produit par la vaporisation de ce liquide est aspiré par la pompe 45. Puis on réitère cette action de purge avec l'autre liquide de référence injecté via la tubulure Tub2. Dans cet état S2, il n'y a pas de liaison entre le vaporiseur 13 et les moyens d'analyse 14 ; en d'autres termes, aucun fluide ne circule dans le circuit C2 représenté en figure 2 (de même qu'aucun fluide ne circule dans le circuit C4). Pour interrompre le circuit C2, l'instrument 10 selon l'invention comporte par exemple une vanne 32 entre le vaporiseur et les moyens d'analyse 14. Le circuit de connexion C2 du vaporiseur avec l'analyseur est ainsi interrompu.
On notera que les vannes 32 et 33 peuvent avantageusement être remplacées par une vanne à trois voies (i.e. une vanne permettant via une connexion en « Y » de connecter la sortie 01 de l'analyseur respectivement avec le circuit C1 ou le circuit C2).
La quantité de liquide, suffisante pour évacuer les bulles présentes dans les tubulures Tub1 ou Tub2, est avantageusement le volume total des seringues.
Une fois les deux quantités évaporées et évacuées, on peut repasser à l'état S1 et procéder successivement à la mesure de la vapeur d'eau provenant de la vaporisation des liquides d'étalonnage en fermant la vanne 44, en interrompant le fonctionnement de la pompe 45 et en ouvrant la vanne 31 .
A partir de ces deux mesures, la droite de calibration est calculée, et on peut procéder alors à la mesure des isotopes de la vapeur d'eau contenue dans le gaz échantillon.
On notera que, dans l'état S2 (fonctionnement en purge), il est tout à fait possible d'utiliser l'analyseur 12 en mode de fonctionnement normal (c'est-à- dire en activant le circuit de connexion C1 .
Via le circuit de contrôle 50 de la figure 4, l'analyseur 12 exécute séquentiellement et de manière automatique, par exemple à l'aide d'un logiciel, toutes les étapes nécessaires à la purge avant une nouvelle calibration.
L'instrument 10 peut également être agencé pour permettre une intervention de maintenance à distance, par exemple grâce à des logiciels libres disponibles comme Teamviewer ou Log me in. Cela permet à l'utilisateur de reprendre le contrôle des actions au cours de mesures automatiques de routine. Il peut alors déclencher la mise en route du système en utilisant une fonctionnalité du logiciel de l'analyseur permettant de piloter les vannes de l'analyseur, ce logiciel étant par exemple celui connu sous la référence External Valve Sequencer de la société PICARRO.
Le circuit de contrôle 50 est par exemple connecté à une voie de sortie de l'analyseur permettant d'envoyer au circuit de contrôle 50 un ordre de basculement des vannes 31 , 32, 33 et 44, ainsi que de mise en route de la pompe d'extraction 45, laquelle s'effectue simultanément à la fermeture de la vanne 31 du circuit de sortie C3 et à l'ouverture de la vanne 42 du circuit de purge C4 ou de fonctionnement des seringues motorisées 34 ou 35.
Grâce à l'invention, la purge peut s'effectuer automatiquement et rapidement, aussi souvent que nécessaire.
L'invention n'est pas limitée à l'exemple illustré. En particulier, les vannes 31 et 44 peuvent être remplacées par une vanne à trois voies (i.e. une vanne permettant via une connexion en « Y » de connecter les tubulures Tub1 ou Tub2 respectivement avec le circuit C3 ou le circuit C4). Le cas échéant, la vanne 44 est absente, et l'arrêt de la pompe 45 est suffisant pour empêcher une circulation de fluide à travers le circuit de purge dans la mesure où la pompe est étanche.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Instrument (10) de mesure de la concentration d'isotopes de l'eau dans un gaz échantillon chargé de vapeur d'eau, comportant :
- au moins une tubulure (tub1 ) d'entrée pour recevoir un liquide de purge ou un liquide d'étalonnage ;
- un analyseur comportant :
o une entrée (11 ) pour recevoir un gaz échantillon chargé de vapeur d'eau ;
o des moyens d'analyse dudit gaz échantillon ;
o une sortie (01 ) pour évacuer ledit gaz échantillon chargé de vapeur d'eau après la mesure par les moyens d'analyse ;
o un circuit de connexion (C1 ) en fonctionnement normal de mesure connectant l'entrée à la sortie via lesdits moyens d'analyse ;
- un vaporiseur comportant :
o au moins une entrée (E1 ) connectée à ladite tubulure d'entrée (Tub1 ) ;
o des moyens pour vaporiser ledit liquide de purge ou ledit liquide d'étalonnage ;
o un circuit de connexion avec l'analyseur (C2) pour transmettre ledit liquide d'étalonnage vaporisé vers l'analyseur, ledit circuit de connexion avec l'analyseur connectant l'entrée du vaporiseur à la sortie de l'analyseur via lesdits moyens d'analyse ;
o un circuit de sortie (C3) pour évacuer le trop plein dudit liquide d'étalonnage vaporisé au cours de la mesure par l'analyseur (12), ledit circuit de sortie étant agencé de sorte que le trop plein soit évacué sans traverser l'analyseur (12) ;
o un circuit de purge (C4) connecté à l'entrée du vaporiseur pour aspirer ledit fluide de purge vaporisé à travers le vaporiseur lors d'une opération de purge, ledit circuit de purge étant agencé de sorte que ledit fluide de purge vaporisé ne traverse pas l'analyseur (12) ;
- des moyens pour établir sélectivement : o un premier état (S1 ), dit état de fonctionnement d'étalonnage, établissant la circulation du liquide d'étalonnage à travers le circuit de connexion (C2) avec l'analyseur et la circulation du trop-plein du liquide d'étalonnage vaporisé à travers le circuit de sortie (C3) du vaporiseur ;
o un deuxième état (S2), dit état de fonctionnement en purge, établissant la circulation du liquide de purge à travers le circuit de purge (C4).
2. Instrument selon la revendication 1 caractérisé en ce que la circulation du gaz échantillon chargé de vapeur d'eau à travers le circuit de connexion (C1 ) de l'analyseur est établie durant ledit deuxième état.
3. Instrument selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que lesdits moyens d'établissement sélectif comportent une première vanne (31 ) dans le circuit de sortie (C3) du vaporiseur et une deuxième vanne (44) dans le circuit de purge (C4), la première vanne (31 ) étant ouverte dans le premier état (S1 ) et fermée dans le deuxième état, la deuxième vanne (44) étant ouverte dans le deuxième état (S2) et fermée dans le première état (S1 ).
4. Instrument selon la revendication 3 caractérisé en ce que lesdites vannes (31 , 44) sont des électrovannes pilotées par un circuit de contrôle (50).
5. Instrument selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le circuit de purge (C4) comporte une pompe (45).
6. Instrument selon la revendication 5 caractérisé en ce que le circuit de purge (C4) comporte un dessiccateur (42) en amont de la pompe (45).
7. Instrument selon la revendication 5 ou 6 et la revendication 3 ou 4 caractérisé en ce que la deuxième vanne (44) est disposée en amont de la pompe (45).
8. Instrument selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'échappement du liquide d'étalonnage vaporisé du circuit de sortie (C3) s'effectue à l'air libre.
9. Instrument selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte deux tubulures (tub1 , tub2) d'entrée, chacune étant adaptée pour recevoir un liquide de purge ou un liquide d'étalonnage, ledit vaporiseur comportant deux entrées (E1 , E2) connectée respectivement à l'une desdites tubulures d'entrée (Tub1 , Tub2).
10. Instrument selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte des moyens logiciels pour assurer le pilotage à distance ou automatique desdits moyens pour établir sélectivement lesdits premier et deuxième états.
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