MÉLANGES GAZEU
I. Mise en place du syste me de mesures Après avoir réalisé la conception et la fabrication de nos multicapteurs de gaz, il
I.1. Présentation du banc de dilution existant
Le banc de test de notre laboratoire a été développé au cours d’une précédente thèse
[136]. Le cahier des charges consistait à élaborer un banc permettant de tester différents types
de capteurs (mono et multicapteurs, avec des couches sensibles possédant des résistances allant de quelques kΩ à plusieurs MΩ), et de réaliser des mesures très rapides (échantillonnage de quelques millisecondes) sur de longues périodes (plusieurs heures) en mode isotherme et dynamique.
Voici le détail des parties matérielles et logicielles de ce dernier, répondant aux besoins de cette étude antérieure. Ce système possède un grand nombre d’éléments génériques pouvant être réutilisés pour notre application.
I.1.1. Partie matérielle
Le circuit fluidique du banc de dilution est constitué de cinq éléments principaux : 1. 7 voies de gaz dont 4 lignes de gaz dilués en bouteille (Air Product), une ligne d’air
par barbotage dans de l’eau thermostatée, et une voie d’azote branchée sur le réseau interne du laboratoire ;
2. 7 débitmètres massiques (Brooks Instrument) permettant de réguler le débit de chaque voie ;
3. 7 vannes pneumatiques servant à ouvrir ou fermer la voie de gaz ;
4. Une enceinte en verre (fabrication artisanale) dans laquelle on vient placer les différents capteurs ;
5. Un débitmètre en sortie (Brooks Instrument) utilisé pour vérifier le flux total et détecter d’éventuelles fuites.
L’ensemble de la tuyauterie composant le circuit est en inox. À ces éléments viennent s’ajouter les modules d’acquisition réalisant le contrôle des capteurs, et un poste informatique gérant tous les éléments électroniques.
Nous disposons de différentes enceintes selon le type de capteurs testés : une enceinte d’un volume d’un litre pouvant contenir 6 supports, 2 enceintes de 250 ml pouvant accueillir 2 supports et dont une des deux est constituée d’une double paroi permettant de faire circuler un liquide caloporteur visant à modifier la température de celle-ci. Un des supports est toujours dédié à la mesure de la température et de l’humidité de l’enceinte ; celles-ci sont réalisées à l’aide d’un capteur commercial (Sensirion SHT75).
Les modules d’acquisition remplissent plusieurs fonctions : ils génèrent la tension permettant de chauffer la plateforme, ils relèvent les résistances des couches sensibles, ainsi que les valeurs de températures et d’humidité dans l’enceinte. La période d’échantillonnage des mesures de la résistance sensible est fixée à 4 ms afin de pouvoir observer les transitoires de températures.
Le poste informatique communique avec tous les éléments du banc de test : il fournit les valeurs des tensions aux débitmètres massiques afin de réguler les débits, il ouvre ou ferme les vannes, il relève les valeurs du débitmètre de sortie et de température et d’humidité dans l’enceinte, il contrôle les modules d’acquisition. Tous ces composants sont pilotés par une interface que nous allons maintenant présenter.
I.1.2. Partie logicielle
L’ensemble des éléments du banc de test sont pilotables à l’aide de l’outil informatique. Une interface graphique dédiée à ce système a donc été développée par les services techniques du laboratoire. Ce logiciel permet de prendre le contrôle du banc de façon manuelle ou automatique, comme le présentent les captures d’écran suivantes.
La fenêtre principale du logiciel (à gauche sur l’image précédente) est constituée d’un synopsis du banc de dilution et d’un menu servant à définir les tests automatisés. À partir du synopsis, il est possible de contrôler le banc manuellement en modifiant les valeurs du débit total et de chaque ligne de gaz. Ce schéma indique également la température, l’humidité et le débit total réel mesuré par le débitmètre de sortie, tout cela en temps réel lorsqu’il y a un débit gazeux. C’est également sur ce synopsis que l’on définit les concentrations de chaque gaz dilué dans l’air pour chaque bouteille, afin que le logiciel convertisse directement les valeurs des concentrations demandées en débit en tension aux bornes des débitmètres massiques.
L’automatisation des mesures s’est révélée importante, étant donné que la plupart des tests effectués durent plusieurs heures. Un protocole précis a été mis en place pour définir tous les tests réalisés. Un test est constitué d’une série de séquences. Chaque séquence est composée d’une seule ambiance gazeuse. On change donc de séquence à chaque fois que l’on veut changer de gaz. Une séquence comporte plusieurs cycles et chaque cycle contient un profil de températures. Chaque température est appelée palier. Dans le cas d’un test en mode isotherme, le cycle est constitué d’un seul palier que l’on maintient constant tout au long du test. En mode dynamique, on définit les différents paliers de températures, qui constituent un cycle, et que l’on répète sans cesse au cours du test. Une sauvegarde des mesures est réalisée à la fin de chaque séquence afin d’éviter la perte de toutes les données en cas de coupure de courant.
La mesure de la résistance sensible est effectuée à l’aide d’un pont diviseur. Le logiciel propose donc une gamme de résistances de charge à associer aux capteurs, selon la résistance sous air de chacun.
Enfin, un logiciel de traitement des données recueillies a été développé au cours d’une étude précédente, mais nous ne nous attarderons pas sur celui-ci car il a été nécessaire de tout reprendre pour l’adapter aux nouveaux formats de mesures. Malgré cela, les fonctions réalisées par les deux logiciels sont similaires : tracé des courbes mesurées, normalisation des données, analyses multivariées, ...