FR2618554A1 - Method for optical analysis of a gas in a gaseous mixture - Google Patents
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Abstract
Description
Procédé d'analyse par voie optique d'un gaz dans un mélange gazeux
L'invention se rapporte à un procédé d'analyse d'un gaz dans un mélange gazeux, dans lequel on fait une mesure de l'absorption que subit, dans une bande spectrale définie, un rayonnement lumineux passant à travers une chambre de mesure remplie du mélange gazeux et, suivant une technique de corrélation, alternativement à travers une cellule neutre et une cellule de référence remplie d'un gaz ou d'un mélange de gaz absorbant dans une région voisine de la bande spectrale de travail, le gaz à analyser étant susceptible de se trouver mêlé, dans ledit mélange, à un fluide gazeux interférent composé d'un ou de plusieurs gaz.Method for the optical analysis of a gas in a gas mixture
The invention relates to a method for analyzing a gas in a gas mixture, in which a measurement is made of the absorption undergone, in a defined spectral band, of light radiation passing through a filled measurement chamber. of the gas mixture and, according to a correlation technique, alternately through a neutral cell and a reference cell filled with a gas or a mixture of absorbent gas in a region close to the spectral working band, the gas to be analyzed being likely to be mixed, in said mixture, with an interfering gaseous fluid composed of one or more gases.
Dans les procédés de ce genre connus et utilisés jusqu'à présent, ou est faite une corrélation optique (généralement en lumière infrarouge) par filtre gazeux, c'est Le gaz à analyser lui-même qui est placé dans la cellule de référence. Or, lorsqu'il s'agit de la vapeur d'un corps (tel que l'alcool éthylique) qui est
Liquide à la température ordinaire et présente une tension de vapeur relativement faible, la concentration gazeuse dans la cellule de référence est insuffisante pour assurer l'absorption de l'énergie lumineuse aux longueurs d'onde correspondant à toutes les raies d'absorption du gaz à analyser. Dans ces conditions, la corrélation obtenue n'est pas bonne.In processes of this kind known and used up to now, or an optical correlation (generally in infrared light) is made by gas filter, it is the gas to be analyzed itself which is placed in the reference cell. However, when it comes to the vapor of a body (such as ethyl alcohol) which is
Liquid at room temperature and has a relatively low vapor pressure, the gas concentration in the reference cell is insufficient to ensure the absorption of light energy at the wavelengths corresponding to all the absorption lines of the gas at analyze. Under these conditions, the correlation obtained is not good.
La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient. The object of the present invention is to remedy this drawback.
A cet effet, on choisit la bande spectrale de travail et le contenu absorbant de la cellule de référence de telle sorte que les lois d'absorption du rayonnement ayant traversé la cellule de référence et la cellule neutre présentent une importante différence suivant que la chambre de mesure contient le gaz à analyser A sans fluide interférent I ou contient te fluide interférent I sans le gaz à analyser A. Ainsi, ce n'est pas ce dernier gaz qui est placé dans la cellule de référence, mais un autre gaz ou mélange gazeux qui présentera une concentration suffisante à la température ordinaire. For this purpose, the working spectral band and the absorbing content of the reference cell are chosen so that the laws of absorption of the radiation having passed through the reference cell and the neutral cell have an important difference depending on whether the measurement contains the gas to be analyzed A without interfering fluid I or contains the interfering fluid I without the gas to be analyzed A. Thus, it is not this latter gas which is placed in the reference cell, but another gas or gas mixture which will have sufficient concentration at room temperature.
Plus particulièrement, il convient de choisir la bande spectrale de travail et Le contenu de la cellule de référence de façon que le rapport D de l'absorption BR cumulée des contenus de
La chambre et de la cellule de référence à l'absorption B du contenu de la chambre seule présente des valeurs Da, Di très différentes suivant que la chambre contient seulement le gaz à analyser A ou seulement le fluide interférent I.More particularly, the working spectral band and the content of the reference cell should be chosen so that the ratio D of the cumulative absorption BR of the contents of
The chamber and the absorption reference cell B of the contents of the chamber alone have very different Da, Di values depending on whether the chamber contains only the gas to be analyzed A or only the interfering fluid I.
Dans une forme de réalisation avantageuse, on détermine préalablement, en fonction de l'absorption, les valeurs Da et D. In an advantageous embodiment, the Da and D values are determined beforehand, as a function of the absorption.
a i précitées du rapport D, puis on mesure la valeur D que prend ce
m rapport pour le mélange donné et on déduit de cette valeur, rapportée aux valeurs D et 0. précitées, la valeur théorique B' de
a i l'absorption qui aurait été observée si Le mélange avait été exempt de fluide interférent, puis La concentration correspondante du gaz à analyser, par exemple à L'aide de La loi de Beer-Lambert.aforementioned from the ratio D, then we measure the value D that this
m ratio for the given mixture and we deduce from this value, referred to the values D and 0. above, the theoretical value B 'of
have the absorption which would have been observed if the mixture had been free of interfering fluid, then the corresponding concentration of the gas to be analyzed, for example using the Beer-Lambert law.
Ladite valeur théorique de l'absorption peut être déterminée en utilisant un faisceau de courbes représentant les variations de D, en fonction de l'absorption, pour une série de mélanges contenant le gaz à mesurer avec diverses concentrations définies, auxquels sont ajoutées des quantités croissantes de fluide interférent. Said theoretical value of the absorption can be determined using a bundle of curves representing the variations of D, as a function of the absorption, for a series of mixtures containing the gas to be measured with various defined concentrations, to which are added increasing quantities. of interfering fluid.
Selon une procédure particulièrement simple, on peut déterminer ladite valeur théorique de l'absorption en prenant une proportion linéaire entre La valeur mesurée D et les valeurs D et
m a
D. préalablement relevées pour le rapport D dans le cas du mélange, du gaz à analyser A et du fluide interférent I, respectivement.According to a particularly simple procedure, said theoretical value of the absorption can be determined by taking a linear proportion between the measured value D and the values D and
my
D. previously noted for the ratio D in the case of the mixture, the gas to be analyzed A and the interfering fluid I, respectively.
Lorsque la mesure de quantité D offre un rapport signal/bruit insuffisant, on peut remplacer la quantité D par la quantité D' = (1-BRo).D, BRo étant l'absorption introduite par la cellule de référence; cette quantité D' varie de la même fanon que la quantité D, mais comporte moins de bruit de mesure. When the quantity measurement D offers an insufficient signal / noise ratio, the quantity D can be replaced by the quantity D '= (1-BRo) .D, BRo being the absorption introduced by the reference cell; this quantity D 'varies by the same baleen as quantity D, but has less measurement noise.
Selon une procédure plus élaborée et plus rigoureuse, on détermine ladite valeur théorique de l'absorption par le calcul à partir d'une part de fonctions pré-établies
Y fa (x)
t = f. (z) où x et y sont les valeurs de l'absorption à laquelle est soumis le rayonnement traversant respectivement la cellule de référence et la celLule neutre, puis la chambre de mesure remplie de gaz à analyser
A, avec diverses concentrations, en l'absence de fluide interférent
I, et t et z sont les valeurs de L'absorption dans les mêmes conditions, la chambre de mesure étant toutefois remplie du fluide interférent I, avec diverses concentrations, en l'absence du gaz à analyser A, et d'autre part des valeurs p et q de l'absorption retevées dans les mêmes conditions, la chambre de mesure étant cette fois remplie du mélange A + I objet de la mesure.According to a more elaborate and more rigorous procedure, said theoretical value of absorption is determined by calculation from a share of pre-established functions
Y fa (x)
t = f. (z) where x and y are the values of the absorption to which the radiation passing through the reference cell and the neutral cell respectively is subjected, then the measurement chamber filled with gas to be analyzed
A, with various concentrations, in the absence of interfering fluid
I, and t and z are the absorption values under the same conditions, the measurement chamber being however filled with the interfering fluid I, with various concentrations, in the absence of the gas to be analyzed A, and on the other hand p and q values of the absorption measured under the same conditions, the measurement chamber being this time filled with the mixture A + I object of the measurement.
Le procédé selon l'invention trouve de nombreuses applications : mesure du taux d'alcool dans l'haleine humaine (éthylométrie), mesures portant sur des hydrocarbures (avec possibilité de différenciation), sur l'eau, sur l'eau lourde, sur le tétrachlorure de carbone, etc, et plus généralement sur les corps qui sont à l'état liquide dans les conditions ordinaires. The process according to the invention finds numerous applications: measurement of the alcohol level in human breath (alcoholometry), measurements relating to hydrocarbons (with the possibility of differentiation), on water, on heavy water, on carbon tetrachloride, etc., and more generally on bodies which are in the liquid state under ordinary conditions.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus ctairement de ta description qui va suivre, en regard des dessins annexés, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs. Other characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly from your description which will follow, with reference to the appended drawings, of nonlimiting examples of implementation.
La figure 1 représente schématiquement un appareillage permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. Figure 1 schematically shows an apparatus for implementing the method according to the invention.
La figure 2 représente en élévation la roue de corrélation de l'appareillage de la figure 1. FIG. 2 shows in elevation the correlation wheel of the apparatus of FIG. 1.
La figure 3a représente un diagramme illustrant le mode de traitement des résultats de mesure. FIG. 3a represents a diagram illustrating the mode of processing of the measurement results.
La figure 3b représente une forme simplifiée du diagramme de la figure 3a. Figure 3b shows a simplified form of the diagram in Figure 3a.
Les figures 4a et 4b représentent des diagrammes illustrant un autre mode de traitement des résultats de mesure. FIGS. 4a and 4b represent diagrams illustrating another mode of processing the measurement results.
L'appareillage de mesure représenté à la figure 1 comprend une chambre de mesure 1, de longueur L, fermée à ses extrémités par des fenêtres transparentes 2, 3, interposées entre une source. de lumière infrarouge 4 et un détecteur électro-optique 5. Le rayonnement infrarouge sortant de la chambre 1, ou il se trouve plus ou moins absorbé suivant Le contenu gazeux de celle-ci, atteint le détecteur 5 à travers un filtre interférentiel 6 qui détermine la bande spectrale de travail.En amont de La chambre 1 est placée une roue de corrélation 7 entraînée en rotation par un moteur 8 et comportant une cellule de référence 9 et une cellule neutre 10 qui viennent alternativement se placer su le trajet optique entre la source 4 et la chambre 1, la cellule neutre 10 n'introduisant aucune atténuation,-contrairement à la cellule de référence 9, dont l'absorption dépend de son contenu gazeux. Le signal fourni par le détecteur 5 est appliqué, via un amplificateur 11, à un dispositif de traitement 12 tel qu'un microprocesseur, auquel est connecté un dispositif 13 d'affichage des résultats de mesure. The measuring apparatus shown in FIG. 1 comprises a measuring chamber 1, of length L, closed at its ends by transparent windows 2, 3, interposed between a source. of infrared light 4 and an electro-optical detector 5. The infrared radiation leaving chamber 1, where it is more or less absorbed depending on the gaseous content thereof, reaches detector 5 through an interference filter 6 which determines the working spectral band. Upstream of the chamber 1 is placed a correlation wheel 7 driven in rotation by a motor 8 and comprising a reference cell 9 and a neutral cell 10 which are alternately placed on the optical path between the source 4 and the chamber 1, the neutral cell 10 not introducing any attenuation, unlike the reference cell 9, the absorption of which depends on its gas content. The signal supplied by the detector 5 is applied, via an amplifier 11, to a processing device 12 such as a microprocessor, to which is connected a device 13 for displaying the measurement results.
Si S est L'intensité du rayonnement reçu par le
o détecteur 5 quand la chambre 1 est remplie d'un mélange gazeux ne contenant pas le gaz recherché à analyser, et S l'intensité du rayonnement -reçu quand ladite chambre est remplie d'un mélange gazeux contenant le gaz à analyser, La loi de
Beer-Lambert s'écrit
-KLC (5) où K est un coefficient dépendant de La longueur d'onde et du gaz à analyser, L est la longueur du trajet optique absorbant et C la concentration du gaz. La formule (5) permet de calculer la concentration C connaissant l'absorption 1
La cellule neutre 10 de la roue de corrélation 7 est remplie d'un gaz non absorbant dans la bande spectrale utilisée.
If S is the intensity of the radiation received by the
o detector 5 when the chamber 1 is filled with a gaseous mixture not containing the gas sought to be analyzed, and S the intensity of the radiation received when said chamber is filled with a gaseous mixture containing the gas to be analyzed, The law of
Beer-Lambert is written
-KLC (5) where K is a coefficient depending on the wavelength and the gas to be analyzed, L is the length of the absorbing optical path and C the concentration of the gas. Formula (5) calculates the concentration C knowing the absorption 1
The neutral cell 10 of the correlation wheel 7 is filled with a non-absorbent gas in the spectral band used.
Lorsque celle-ci est voisine de 3,40 um, on peut utiliser l'azote.When this is close to 3.40 μm, nitrogen can be used.
Quant à la cellule de référence 9, elle est remplie d'un gaz ou d'un mélange de gaz (par exemple des hydrocarbures lorsque le gaz à analyser est la vapeur d'alcool éthylique) ce mélange étant choisi de façon à obtenir une sensibilité de détection différente suivant que le mélange gazeux placé dans la chambre de mesure 1 ne comprend soit que le gaz à analyser, soit que des gaz interférents, c'est-à-dire des gaz qui peuvent accompagner le gaz à analyser dans le mélange gazeux objet de la mesure et qui absorbent sensiblement dans la même région spectrale que le gaz à analyser.As for the reference cell 9, it is filled with a gas or a mixture of gases (for example hydrocarbons when the gas to be analyzed is ethyl alcohol vapor) this mixture being chosen so as to obtain a sensitivity of different detection depending on whether the gas mixture placed in the measurement chamber 1 comprises either only the gas to be analyzed, or only interfering gases, that is to say gases which can accompany the gas to be analyzed in the gas mixture object of the measurement and which absorb substantially in the same spectral region as the gas to be analyzed.
On va supposer, dans l'exemple qui suit, que le gaz à analyser consiste en de la vapeur d'alcool en mélange dans de l'air le fluide interférent comprenant des gaz susceptibles d'être présents dans l'haleine humaine (solvants, médicaments, acétone, etc). We will assume, in the following example, that the gas to be analyzed consists of alcohol vapor in air mixture, the interfering fluid comprising gases likely to be present in human breath (solvents, drugs, acetone, etc.).
Après avoir noté le signal So du détecteur 5 lorsque la chambre 1 est vide et que la cellule neutre 10 est sur le trajet optique et le signal SRo Lorsque, la chambre 1 étant également vide, la cellule de référence 9 stest substituée à la cellule neutre 10, on place dans la chambre 1 un mélange d'air et d'alcool de concentration variable et on mesure les signaux 5a et SRa détectés respectivement avec la cellule neutre 10 et avec la cellule de référence 9 sur le trajet optique.On trace alors la courbe (a) (figure 3a) représentant les variations, en fonction de l'absorption, qui dépend de la concentration, de la quantité
Da = (1- SRa / SRo) / (1- Sa / o (égale au rapport des absorptions correspondant aux deux positions de la roue de corrélation 7).After having noted the signal So from the detector 5 when the chamber 1 is empty and the neutral cell 10 is on the optical path and the signal SRo When, the chamber 1 is also empty, the reference cell 9 is substituted for the neutral cell 10, a mixture of air and alcohol of variable concentration is placed in chamber 1 and the signals 5a and SRa detected respectively with the neutral cell 10 and with the reference cell 9 are measured on the optical path. the curve (a) (FIG. 3a) representing the variations, as a function of the absorption, which depends on the concentration, on the quantity
Da = (1- SRa / SRo) / (1- Sa / o (equal to the absorption ratio corresponding to the two positions of the correlation wheel 7).
On fait de même en remplaçant l'alcool par le fluide interférent; les signaux détectés étant alors Si et SR1, on trace la courbe (i) relative à la quantité Di = (1-SRi/ SRo) / ( 1- Si / So ). The same is done by replacing the alcohol with the interfering fluid; the detected signals then being Si and SR1, the curve (i) is plotted relative to the quantity Di = (1-SRi / SRo) / (1- Si / So).
On trace également un réseau de courbes (m) dont chacune, partant d'un point déterminé de la courbe (a), est obtenue en ajoutant progressivement du fluide interférent au mélange de départ qui n'en contenait pas. A network of curves (m) is also drawn, each of which, starting from a determined point on the curve (a), is obtained by gradually adding interfering fluid to the starting mixture which did not contain any.
Ces mesures préalables étant réalisées, on place dans la chambre 1 le mélange à analyser, et on calcule la valeur 0m correspondante. Si le point représentatif de ce mélange se trouve en M, entre les courbes (a) et Ci), cela signifie qu'il contient à
La fois de l'alcool et du fluide interférent. Le point M se trouvant sur la courbe mn du réseau (m), l'absorption que l'on aurait constatée si le fluide interférent avait été absent est celle qui correspond au point A, point de départ de la courbe mn sur la courbe (a), de valeur B', d'ou l'on déduit, à l'aide de la formule (5), la concentration d'alcool du mélange M.These preliminary measurements being carried out, the mixture to be analyzed is placed in chamber 1, and the corresponding 0m value is calculated. If the representative point of this mixture is at M, between curves (a) and Ci), this means that it contains
Both alcohol and interfering fluid. The point M being on the curve mn of the network (m), the absorption which one would have noted if the interfering fluid had been absent is that which corresponds to the point A, starting point of the curve mn on the curve ( a), of value B ', from which we deduce, using formula (5), the alcohol concentration of the mixture M.
Une procédure approchée pour obtenir la valeur théorique
B' consiste à assimiler le réseau de courbes (m) à un réseau de droites (m') reliant les courbes (a) et (i), celles-ci étant assimilées à des droites horizontales dans la région considérée du diagramme (figure 3b), et à faire un calcul de proportionnalité dans les triangles rectangles semblables IMN et IAJ, I désignant le point d'intersection de la droite AM et de la courbe (i), sur laquelle les points N et J ont même abscisse que les points M et A.An approximate procedure to obtain the theoretical value
B 'consists in assimilating the network of curves (m) to a network of lines (m') connecting the curves (a) and (i), these being assimilated to horizontal lines in the region considered in the diagram (Figure 3b ), and to make a proportionality calculation in similar right triangles IMN and IAJ, I designating the point of intersection of the line AM and the curve (i), on which the points N and J have the same abscissa as the points M and A.
Lorsque la mesure de la quantité D est affectée par un rapport signal/bruit insuffisant, on peut remplacer cette quantité par la quantité O' = 0,5Ro I
SRo / So étant le rapport des signaux détectés lors d'une mesure sur un mélange ne contenant ni le gaz à mesurer, ni le fluide interfèrent (mesure de zéro). Les variations de D' sont les mêmes que celles de D, avec l'avantage que le rapport signal/bruit de D' est plus élevé.When the measurement of the quantity D is affected by an insufficient signal / noise ratio, this quantity can be replaced by the quantity O '= 0.5Ro I
SRo / So being the ratio of the signals detected during a measurement on a mixture containing neither the gas to be measured nor the interfering fluid (zero measurement). The variations of D 'are the same as those of D, with the advantage that the signal / noise ratio of D' is higher.
Un autre mode de calcul, plus rigoureux, mais toujours fondé sur la comparaison des variations de sensibilité sur les signaux de mesure et les signaux de référence, peut être utilisé. Another calculation method, more rigorous, but always based on the comparison of the variations of sensitivity on the measurement signals and the reference signals, can be used.
Dans celui-ci, on définit deux quantités x et y
x = 1- 5a / So y = 1- SRa / SRo
Sa et SRa étant respectivement le signal de mesure (obtenu à travers la cellule neutre 10 et La chambre 1) et le signal de référence (obtenu à travers La cellule de référence 9 et la chambre 1) lorsqu'il n'y a présence dans la chambre 1 que de gaz A à analyser, sans fluide interfèrent I, tandis que SO et SRo désignent respectivement les signaux de mesure et de référence lorsque la chambre 1 est vide (signaux de zéro).In this one, we define two quantities x and y
x = 1- 5a / So y = 1- SRa / SRo
Sa and SRa being respectively the measurement signal (obtained through the neutral cell 10 and chamber 1) and the reference signal (obtained through reference cell 9 and chamber 1) when there is no presence in the chamber 1 that of gas A to be analyzed, without fluid interfere I, while SO and SRo designate respectively the measurement and reference signals when the chamber 1 is empty (zero signals).
Entre les quantités x et y existe une relation Y = fa (x) (1) qui est préalablement déterminée. Between the quantities x and y there exists a relation Y = fa (x) (1) which is determined beforehand.
On définit de même deux autres quantités z et t
z = 1- S. / So t = / SRi /
i Ro relatives au cas où la chambre 1 contient Le fluide interférent I en l'absence du gaz A, et l'on détermine la relation qui les lie
t = f. (z) (2)
Puis, lors de la mesure proprement dite sur un mélange gazeux contenant le gaz A et le fluide interférent I, on relève la valeur des quantités p et q homologues des précédentes
p = 1- S I So q = 1- SR / SRo
On constate que, pour de nombreux gaz A, tout se passe comme si la présence du fluide interférent I dans le mélange avait pour effet de réduire le signal de zéro So, celui-ci passant de la valeur S à la valeur S. qui est celle du signal lorsque le fluide
o I interférent I est seul présent (sans gaz A) avec la même concentration.We also define two other quantities z and t
z = 1- S. / So t = / SRi /
i Ro relating to the case where the chamber 1 contains the interfering fluid I in the absence of the gas A, and the relation which binds them is determined
t = f. (z) (2)
Then, during the actual measurement on a gas mixture containing the gas A and the interfering fluid I, the value of the quantities p and q homologous to the preceding ones is noted.
p = 1- IF So q = 1- SR / SRo
It is noted that, for many gases A, everything happens as if the presence of the interfering fluid I in the mixture had the effect of reducing the signal from zero So, this passing from the value S to the value S. which is that of the signal when the fluid
o I interfere I is the only one present (without A gas) with the same concentration.
L'absorption due au gaz A seul, qui aurait été 1- Sa / Sç en l'absence du fluide interfêrent I, devient donc 1- S / Si en présence de ce dernier, avec
S / S = S I S..The absorption due to the gas A alone, which would have been 1- Sa / Sç in the absence of the interfering fluid I, therefore becomes 1- S / Si in the presence of the latter, with
S / S = IF S ..
o i
On peut donc écrire :
s / o = (Sa / So) (S. / soit 1- p = (1 - x) (1 - z) (3)
On peut écrire de la même façon SR / SRo = (SRa / SRo).(SRi/SRo), d'où 1- q = (1- y) Cl- t) (4)
Ainsi, on dispose d'un système de quatre équations (1), (2), t3), (4) à quatre inconnues (x, y, z, t) qui permet de calculer la valeur de la quantité x, d'où l'on déduit celle de S
a puis, par la loi de Seer-Lambert ou grâce à un étalonnage expérimental, celte de la concentration du gaz A dans le mélange.oi
We can therefore write:
n / a = (Sa / So) (S. / i.e. 1- p = (1 - x) (1 - z) (3)
We can write in the same way SR / SRo = (SRa / SRo). (SRi / SRo), hence 1- q = (1- y) Cl- t) (4)
Thus, we have a system of four equations (1), (2), t3), (4) with four unknowns (x, y, z, t) which makes it possible to calculate the value of the quantity x, d ' where we deduce that of S
a then, by the law of Seer-Lambert or thanks to an experimental calibration, this of the concentration of gas A in the mixture.
On peut encore trouver la valeur de la quantité x par expérimentation en injectant dans la chambre de mesure 1 des mélanges A + I connus pour déterminer les lois de variation correspondantes. We can also find the value of the quantity x by experimentation by injecting into the measuring chamber 1 mixtures A + I known to determine the corresponding laws of variation.
Si la présence d'un gaz interférent I modifie plus que prévu la réponse à la présence du gaz A, on peut en tenir compte et corriger les équations (1) à (4) à partir d'essais expérimentaux. If the presence of an interfering gas I modifies the response to the presence of gas A more than expected, we can take this into account and correct equations (1) to (4) from experimental tests.
Dans les cas où deux gaz interférents peuvent être présents, il est possible de choisir les caractéristiques du filtre interférentiel 6 et la nature du gaz ou du mélange de gaz placé dans la cellule de référence 9 de telle sorte que, pour une même valeur de p, la valeur de q (soit q1) pour le premier gaz interfèrent soit par exemple inférieure à f (p) (qui correspond au
a gaz A seul), la valeur q2 pour le deuxième gaz interférent y étant
Supérieure.In cases where two interfering gases may be present, it is possible to choose the characteristics of the interference filter 6 and the nature of the gas or gas mixture placed in the reference cell 9 so that, for the same value of p , the value of q (or q1) for the first gas interfere, or for example less than f (p) (which corresponds to
a gas A only), the value q2 for the second interfering gas being there
Superior.
Autrement dit, pour une absorption donnée du signal de mesure, le signal de référence baisse plus avec le premier interférent, et moins avec le deuxième interférent, qu'avec le gaz
A. Cela permet de les différencier.In other words, for a given absorption of the measurement signal, the reference signal drops more with the first interferent, and less with the second interferent, than with the gas.
A. It helps to differentiate them.
Ainsi, pour la mesure de la concentration d'alcool dans un mélange gazeux, il est possible, après un choix judicieux des caractéristiques du filtre interférentiel et du gaz de la cellule de référence, de différencier d'une part les hydrocarbures (pour lesquels il y a moins de variation du signal de référence que pour l'alcool) et d'autre part l'acétone (plus de variation du signal de référence que pour l'alcool). Thus, for the measurement of the concentration of alcohol in a gas mixture, it is possible, after a judicious choice of the characteristics of the interference filter and of the gas of the reference cell, to differentiate on the one hand the hydrocarbons (for which it there is less variation in the reference signal than for alcohol) and on the other hand acetone (more variation in the reference signal than for alcohol).
Une autre méthode consiste à utiliser les courbes représentatives des fonctions (1) : y = f a (x) et (2) : t = fi (z) (voir figures 4a et 4b). Quand on effectue une mesure, on obtient un couple p, q définissant un point P. Si ce point est sur la courbe fa il n'y a que le gaz A; si ce point est sur la courbe fi, il n'y a que l'interfèrent I. Si le point est entre les deux courbes, comme représenté, il y a mélange A + I. Another method consists in using the curves representing the functions (1): y = f a (x) and (2): t = fi (z) (see Figures 4a and 4b). When a measurement is made, we obtain a couple p, q defining a point P. If this point is on the curve fa there is only gas A; if this point is on the curve fi, there is only the interfere I. If the point is between the two curves, as represented, there is mixture A + I.
Dans le cas idéal, le gaz dans la cellule de référence 9 est tel qu'en présence du gaz I seul dans la chambre de mesure 1 le signal SR ne varie quasiment pas (les composantes lumineuses correspondant à toutes les raies d'absorption ont été absorbées par le gaz dans la cellule de référence). Dans ce cas, le signal de référence n'étant pas affecté par la présence de l'interférent, on peut utiliser ce signal directement et en déduire la concentration du gaz A. In the ideal case, the gas in the reference cell 9 is such that in the presence of the gas I alone in the measurement chamber 1 the signal SR hardly varies (the light components corresponding to all the absorption lines have been absorbed by the gas in the reference cell). In this case, the reference signal not being affected by the presence of the interferent, it is possible to use this signal directly and to deduce the concentration of gas A.
En réalité, il n'est pas toujours possible de se placer dans ces conditions; mais on peut obtenir, en première approximation, en utilisant Le point P1 (p1, q) situé sur la courbe y = f (x) et de même ordonnée que le point P (figure 4a), une
a valeur d'absorption sur le signal de mesure tenant compte de l'interfèrent, et qui, dans bien des cas, est largement suffisante.In reality, it is not always possible to place oneself in these conditions; but we can obtain, as a first approximation, using the point P1 (p1, q) located on the curve y = f (x) and in the same order as the point P (figure 4a), a
has absorption value on the measurement signal taking into account the interferer, and which, in many cases, is more than sufficient.
Cependant, on peut aller plus loin en utilisant la courbe t' déduite par translation de la courbe t = fi (z) et passant par le point P. Elle coupe la courbe f a en un point P' dont les coordonnées sont p' et q' : p' est l'absorption due au gaz A seul, de laquelle peut être déduite la concentration de ce gaz dans le mélange. However, we can go further by using the curve t 'deduced by translation of the curve t = fi (z) and passing through the point P. It cuts the curve fa at a point P' whose coordinates are p 'and q ': p' is the absorption due to gas A alone, from which the concentration of this gas in the mixture can be deduced.
On comprendra mieux le principe mis en oeuvre ici en considérant le cas où les courbes f a et f. peuvent être assimilées à des droites (figure 4b). On peut alors déterminer facilement par
Le calcul les taux d'absorption.We will better understand the principle implemented here by considering the case where the curves fa and f. can be compared to straight lines (Figure 4b). We can then easily determine by
Calculation of absorption rates.
En effet, les équations desdites droites étant
y = d x pour le gaz A
a
t = d. z pour le gaz I, on peut écrire au point P intersection de la droite y = d x et de
a
La droite t' déduite par translation de la droite t = d. z
q' = d p' et en conssidérant le triangle PHP', H étant le point (p, q')
q - q' = d. (p - p')
On peut ainsi considérer que L'absorption p est due d'une part au gaz A pour L'absorption p' et d'autre part au gaz I pour l'absorption p
Des deux équations (6), (7), on tire
- da p' = d. p - d. p'
i i d'ou
y = dx for gas A
at
t = d. z for gas I, we can write at point P intersection of the line y = dx and
at
The line t 'deduced by translation from the line t = d. z
q '= dp' and considering the triangle PHP ', H being the point (p, q')
q - q '= d. (p - p ')
We can thus consider that The absorption p is due on the one hand to the gas A for the absorption p 'and on the other hand to the gas I for the absorption p
From the two equations (6), (7), we derive
- da p '= d. p - d. p '
where from
Cette formule très simple donne L'absorption due au gaz A seul, de laquelle peut être déduite la concentration du gaz dans le mélange. This very simple formula gives the absorption due to the gas A alone, from which the concentration of the gas in the mixture can be deduced.
D'autres types d'exploitation de la différence de sensibilité relative aux deux signaux considérés sont envisageables. On peut par exemple utiliser Le rapport inverse de
D, ne travailler que sur la voie de référence, etc. Other types of exploitation of the difference in sensitivity relating to the two signals considered can be envisaged. We can for example use the inverse ratio of
D, work only on the reference track, etc.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8710398A FR2618554B1 (en) | 1987-07-22 | 1987-07-22 | METHOD FOR THE OPTICAL ANALYSIS OF A GAS IN A GAS MIXTURE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8710398A FR2618554B1 (en) | 1987-07-22 | 1987-07-22 | METHOD FOR THE OPTICAL ANALYSIS OF A GAS IN A GAS MIXTURE |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2618554A1 true FR2618554A1 (en) | 1989-01-27 |
| FR2618554B1 FR2618554B1 (en) | 1990-02-23 |
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ID=9353440
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| FR8710398A Expired - Lifetime FR2618554B1 (en) | 1987-07-22 | 1987-07-22 | METHOD FOR THE OPTICAL ANALYSIS OF A GAS IN A GAS MIXTURE |
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| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2618554B1 (en) |
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1987
- 1987-07-22 FR FR8710398A patent/FR2618554B1/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2618554B1 (en) | 1990-02-23 |
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