"Pompe d'échantillonnage d'air"
La présente invention est relative au domaine de l'échantillonnage et du contrôle d'air ambiant pour lequel une pompe à air à actionnement électrique-est nécessaire. La précision et la fiabilité de la pompe d'échantillonnage d'air est une considération majeure, étant donné qu'elles.affectent la précision de la mesure d'agent de contamination de l'air. Des pompes de ce type doivent être rendues petites et doivent pouvoir fonctionner sur piles afin de leur donner un caractère portatif pour pouvoir être utilisées dans des applications telles qu'un contrôle personnel d'exposition à l'air.
<EMI ID=1.1>
l'air à travers des dispositifs collecteurs qui sont conçus pour retenir les agents de contamination dans l'air à l'intérieur du dispositif et les conserver pour une analyse ultérieure. Lors de l'analyse des agents de contamination retenus dans le dispositif collecteur, le volume total d'air ayant franchi le dispositif au cours du contrôle doit être connu. Le débit moyen de l'air à travers le dispositif au cours du contrôle doit également être constant pendant toute la période de contrôle.
Il existe deux types de base pour les pompes d'échantillonnage d'air. L'un est constitué par une pompe à haut débit dans une gamme de 1 à 3 litres/minute, qui est utilisé pour recueillir des matières en particules dans l'air. L'<autre type est une pompe à faible débit dans une gamme de 1 à 300 inl/minute, qui est utilisé pour recueil lir des composés chimiques présents dans l'air.
<EMI ID=2.1>
position personnelle à des vapeurs dangereuses et/ou toxiques, sont spécifiées en moyenne pondérée par rapport au temps (TWA). L'exposition moyenne pondérée par rapport au temps à un composé est la concentration moyenne de ce composé pendant une période spécifiée de temps écoulé tel que mesuréedans la zone de respiration d'une personne. Dans le domaine de l'hygiène individuelle, l'exposition moyenne pondérée par rapport au temps est le paramètre courant et est normalement spécifiée pour une période de huit heures. Des spécifications supplémentaires, telles que l'exposition moyenne pendant une période maximum de 15 minutes et des niveaux de crête absolus, sont également quelquefois spécifiés.
La moy- ! enne pondérée par rapport au temps sur 8 heures est en rapport avec l'exposition d'un employé pendant une journée de travail normale et est considéré comme le procédé le plus intéressant pour estimer son expo- sition àun environnement de vapeurs dangereuses éventuelles.
Les expositions de crête doivent être mesurées avec <EMI ID=3.1>
<EMI ID=4.1>
blissant la moyenne de lectures continues, soit grâce à un procédé d'intégration tel qu'un sac ou un tube de recueillement d'échantillons. Une mesure précise de la moyenne pondérée par rapport au temps sur 8 heures est réalisée le plus aisément en utilisant un échantillonnage sur sur toute la période (continua) au moyen d'un tube collecteur, dans .lequel les composés dans l'air sont retenus dans une matière de sorption. cette dernière est contenue dans un tube à travers lequel l'air est aspiré sous .un débit constant pendant toute la période de 8 heures concernée.
Un.échantillonnage périodique, pour parvenir-à une moyenne pondérée par rapport au temps sur 8 heures estimée, peut aussi être mise en oeuvre ; toutefois, les résultats doivent être corrigés par un facteur pour parvenir à un niveau continu inférieur statistique (LCL) qui doit être indiqué avec les données.
Au cours des dernières années, de nombreuses pompes d'échantillonnage d'air portatives ont été introduites pour pomper de l'air à travers des tubes collecteurs en tant que moyen d'obtention d'échantillons pour la détermination de l'exposition moyenne pondérée par rapport au temps. Avec le développement de la méthodologie, il est devenu toujours plus évident que le rendement de la pompe d'échantillon nage est très critique pour la précision de la mesure d'agents de contamination de -l'air.
Des pompes d'échantillonnage pour des mesures de moyenne pondérée par rapport au temps doivent maintenir un débit constant même si des moyens sont prévus pour déterminer le volume total pompé. N'importe quelle pompe peut présenterun défaut de fonctionnement en débit, provoqué par les variations dans les obstacles à l'écoulement ainsi que par d'autres facteurs, c'est-à-dire que toute pompe à air fonctionne incorrectement lorsque la conduite d'arrivée est bloquée.
La possibilité d'un défaut ne peut pas être éliminée.
<EMI ID=5.1>
produit une erreur semblable dans la mesure de moyenne pondérée par rapport au temps. Des variations dans le débit d'échantillons produisent des erreurs moins prononcées dans les mesures moyennes pondérées par rapport au temps, mais ne peuvent pas être compensées sans connaître le débit et le niveau de contamination en fonction du temps.
Si aucun moyen indépendant n'est prévu pour mesurer le volume total pompé, cette valeur est calculée à partir du débit et devient fonction de la précision de ce dernier. Le temps de fonctionnement total d'une pompe doit être connu pour calculer le volume total à partir du débit, c'est-à-dire que le volume total est égal au temps multiplié par le débit. Si une pompe s'arrête ou est arrêtée pendant une période inconnue au cours du contrôle, le volume total deviendra inconnu.
Il existe de nombreuses pompes d'échantillonnage d'air sur le marché utilisées pour prélever des échantillons d'air
à travers des tubes de recueillement retenant les produits chimiques. Ces pompes existantes utilisent une multiplicité de procédés pour remplir leur tâche de pompage de l'air sous un débit moyen constant pendant une période de temps d'une façon telle que le volume total d'air à travers le dispositif collecteur soit connu à la fin de la période de contrôle d'air. Le type de pompe le plus courant est une pompe à membrane entraînée par moteur normale qui agit par l'intermédiaire d'un train d'engrenage réducteur, de telle sorte que la vitesse de la pompe à membrane peut être modifiée pour établir le débit d'air à travers un dispositif collecteur d'air donné.
Dans les applications pratiques, l'obstacle à l'écoulement de l'air et la chute de pression résultante dans un tube collecteur peuvent varier en fonction du temps, de même que la vitésse de la pompe à membrane entraînée par moteur, par suite de variations dans la tension d'alimentation de ce moteur. Ces types de variations peuvent entraîner des <EMI ID=6.1>
qui rendent impossible l'obtention d'une mesure précise du volume d'air total à travers le tube collecteur au cours de la période de contrôle.
On dispose de pompes qui comprennent un détecteur d'écoulement d'air utilisé pour déceler le débit d'air à travers la pompe et qui renvoie un signal au moteur de la pompe pour commander
sa vitesse de telle sorte qu'il maintienne un débit constant pendant
la période de contrôle. D'autres types de pompes d'échantillonnage d'air mesurent le volume total d'air pompé à travers le dispositif collecteur en comptant les courses d'une pompe du type à membrane
ou à-soufflet, ce qui simule une mesure du déplacement d'air positif. Parmi les nombreuses pompes disponibles actuellement, aucune n'est capable d'offrir un débit moyen constant avec des obstacles variables dans la conduite de pompage,tant en mesurant indépendamment le volume d'air déplacé à travers la pompe en relation avec la pression d'air ambiante, en offrant aussi un enregistrement du temps de fonctionnement total de la pompe et en offrant de même des moyens pour une alerte audible ou visible dans le cas où le débit varie en dehors de ses limites spécifiées.
L'invention implique un nouveau procédé particulier de pompage d'air sous de. faibles débits à travers des dispositifs collecteurs de produits chimiques de manière à offrir une mesure précise
<EMI ID=7.1>
produits chimiques dans l'échantillon d'air au cours de la période de contrôle.
L'objet de l'invention est une pompe d'échantillon- nage d'air portative à alimentation par piles, pour un contrôle d'air ambiant pour un personnel et une zone, qui peut être utilisé avec de multiples dispositifs collecteurs d'échantillons d'air. Cette pompe peut être utilisée dans une large gamme de conditions d'environnement à l'intérieur ou à l'extérieur. L'invention offre un débit moyen précis, un fonctionnement fiable, un volume mesuré, un temps de fonctionne <EMI ID=8.1>
de revient.
La pompe fonctionne sur le principe de courses de soufflets à déplacement positif réglé dans le temps, avec un commutateur de pression pour assurer un:déplacement d'air véritable. Le débit préréglé est maintenu dans une large gamme d'obstructions de
<EMI ID=9.1>
rée. Un compteur de courses mécanique est prévu pour mesurer le temps de "fonctionnement" de la pompe ainsi que pour vérifier avec précision le.volume total d'air pompé.
<EMI ID=10.1>
tension alternative et peut être emballée dans un volume inférieur
<EMI ID=11.1>
La pompe fonctionne suivant le principe de déplacement positif ou volumétrique de l'air. Un soufflet est utilisé pour mesurer le volume constant du déplacement et agit également en commutateur de pression pour assurer que l'air déplacé possède un rapport fixe en volume à des pressions ambiantes. En outre, ce volume d'air fixe est pompé de manière répétée à une fréquence préréglée pour
<EMI ID=12.1>
mesuré indépendamment par un comptage des courses de la pompe.
Lors du fonctionnement, un circuit de réglage de temps électronique dans la pompe produit une impulsion à une fréquence préréglée (ajustable) afin d'obtenir 'le débit désiré. Cette impulsion met en route un cycle de pompage qui consiste à mettre en fonctionnement une pompe à membrane qui aspiré de l'air à travers le dispositif collecteur et-refoule dans un soufflet d'enregistrement. Immédiatement après la mise en route de la pompe, le vide sur le côté d'admission de cette pompe est utilisé.pour actionner et fermer
<EMI ID=13.1> <EMI ID=14.1>
actionné," ce qui arrête la pompe. La pression à l'intérieur du soufflet lorsque le commutateur de fin de course est actionné sera constante et est établie par la charge imposée par le ressort.
Lorsque la pompe est arrêtée, le vide sur son côté d'admission disparaît et la soupape d'échappement sur le soufflet s'ouvre afin de permettre à ce soufflet de s'effondrer. Un arrêt ou une butée positive détermine la dilatation minimum du soufflet et un commutateur de fin de course réglable est actionné immédiatement avant d'atteindre cet arrêt. Le soufflet reste alors à l'arrêt jusqu'à ce que le cycle suivant soit amorcé par une impulsion de réglage de temps ou d'horloge. Un-agencement de soupapes de retenue et pneumatique éli-
<EMI ID=15.1>
fuite de la soupape d'échappement du soufflet..
D'autres détails et particularités de l'invention resortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 est une représentation graphique des fonctions de la pompe suivant l'invention. La figure 2 est un schéma synoptique de la pompe in- diquant les divers rapports mutuels des circuits de cette pompe. La figure 3 est un schéma fonctionnel de la pompe illustrant les parcours d'écoulement d'air et les mécanismes à l'intérieur de la pompe. La figure 4 est un schéma détaillé des circuits électriques. .
Pour illustrer les fonctions qui se déroulent pour réaliser un cycle de pompage complet, on observera la courbe A de la figure 1. 1[deg.]. Une impulsion de temps ou d'horloge met en route <EMI ID=16.1> @ou
<EMI ID=17.1>
2[deg.]. Le soufflet se dilate sous la pression à l'encontre d'une charge de ressort, jusqu'à ce que le commutateur de fin de course d'enregistrement
<EMI ID=18.1>
3[deg.]. La pompe est arrêtée et la soupape d'échappement
de soufflet est ouverte. Le ressort fait alors s'effondrer le soufflet jusqu'à son arrêt positif primitif. Un commutateur de fin de course de réglage est fermé immédiatement avant que le soufflet n'atteigne son arrêt ou butée.
4[deg.]. Au cours de la période entre T- et l'impulsion
d'horloge suivante, la pompe et le soufflet sont au repos.
<EMI ID=19.1>
tionnellement au débit à travers les dispositifs collecteurs pendant la période où la pompe fonctionne.
La courbe B illustre un cycle de pompe avec une obstruction plus élevée et par conséquent un. plus faible débit et la courbe C pour une obstruction encore plus élevée. La courbe D illus-
<EMI ID=20.1>
<EMI ID=21.1>
de remise à l'état initial). La'courbe E concerne un cycle pendant lequel l'impulsion d'horloge suivante a été introduite avant que le volume d'air fixé ait pu être pompé et le soufflet est au repos en actionnant le commutateur de fin de course de réglage.
. Les circuits logiques et de commande dans la pompe sont tels que le commutateur de fin de course de réglage doit être actionné.lorsqu\une impulsion d'horloge est introduite, sans quoi un dispositif d'alerte audible de "défaut de débit" est excité. L'alerte audible restera en service continuellement s'il existe un obstacle total ou sera remise automatiquement à l'état initial lorsque le com- <EMI ID=22.1>
La pompe maintient en fait un débit moyen constant en ajustant automatiquement le cycle de service de pompage. Des obstructions à l'écoulement établies dans la pompe limitent le cycle de service minimum. Le cycle de service maximum est établi par l'obstruction maximum à l'encontre de laquelle on peut pomper avant une indication d'alerte de défaut. Un compteur mécanique est incorporé dans la pompe pour mesurer les courses de soufflet, qui donne une mesure indépendante du volume total pompé. En outre, le compteur donne une mesure du temps de fonctionnement total, étant donné que la fréquence des courses est préréglée.
En se référant à présent à la figure 2, l'appareil suivant l'invention comprend d'une façon générale un bloc de piles ou batterie en 1, un circuit d'impulsions d'horloge électronique en 2, un commutateur marche-arrêt d'alimentation en 3, un commutateur du type à fin de course d'enregistrement en 4, un commutateur du type à fin de course de réglage en 5, un circuit de défaut de pompe en 6, un circuit de commande de pompe en 7, un circuit de commande d'alerte en 8, un dispositif d'alerte audible en 9 et une pompe du type à membrane actior née par moteur en 10.
Le bloc de piles 1 fournit la puissance requise pour le fonctionnement de la pompe 14, qui peut être d'un type quelconque, de.préférence à membrane, pour les circuits électroniques et le circuit d'alerte lorsque le commutateur d'alimentation 3 est fermé. Le circuit d'impulsions d'horloge électronique 2 est préréglé au moyen d'un potentiomètre afin d'émettre une impulsion à une fréquence donnée qui est fonction du débit moyen désiré de la pompe. Des commutateurs de fin de course mécaniques 4 et 5 sont représentés dans la position normale au début d'un cycle de pompage. Lorsqu'une impulsion est envoyée à partir du circuit 2 par l'intermédiaire du commutateur 5, elle traverse normalement le circuit de défaut de pompe 6 et parvient au circuit de commande de pompe 7.
L'introduction de l'impulsion de démarrage dans le circuit 7 ferme un commutateur à l'état solide qui <EMI ID=23.1>
le commutateur d'alimentation 3, puis par' le commutateur d'enregistrement 4 vers la pompe 10,ce qui met en route la pompe à membrane. Cette pompe à membrane 10 pompe de l'air à travers le dispositif collecteur jusqu'à ce que le mécanisme de soufflet de la pompe amène le commutateur de fin de course mécanique 4 à s'ouvrir, ce qui coupe l'alimentation du circuit de commande de pompe.7 et supprime finalement l'alimentation de la pompe 10. Lorsque la pompe 10 commence à dilater à l'origine le soufflet d'enregistrement, le commutateur de fin de course de réglage 5 est amené mécaniquement à sa position opposée avec le contact mobile passant au contact du circuit 8.
Lorsque la pompe 10 est arrêtée et que la pression sur le côté d'admission de cette pompe retombe vers la pression ambiante, la soupape d'échappement actionnée pneumatiguement est ouverte en permettant à l'air de quitter le soufflet d'enregistre ment, ce qui amène ce dernier à s'effondrer sous la charge imposée par le ressort jusqu'à la position d'arrêt fixée primitive. Alors que le soufflet commence à s'effondrer ou se replier, le commutateur d'enregistrement 4 revient à sa position primitive et le commutateur de fin de course de réglage 5 est ramené à sa position primitive immédiatement avant que le soufflet n'atteigne son arrêt positif.
Si toutes les conditions dépeintes ont été remplies normalement et que le soufflet a pompé le volume d'air établi par des limites au cours de la période de temps précédant la production de l'impulsion d'horloge suivante, le cycle se répétera. Toutefois, si le commutateur de fin
<EMI ID=24.1>
moment où l'impulsion d'horloge suivante provient du circuit 2, cette impulsion d'horloge est envoyée par les autres contacts du commutateur 5 vers le circuit de commande d'alerte 8 qui assure alors l'alimentation d'un dispositif d'alerte audible 9. L'alerte restera en service jusqu'au moment où le commutateur de fin de course de <EMI ID=25.1>
de pompe 6 enverra l'impulsion d'horloge au circuit de commande d'alerte 8 pour mettre en route le dispositif d'alerte 9 si le commutateur de fin de course 5 se trouve dans sa position de réglage normal que le moteur de pompe tourne au moment où l'impulsion de réglage de temps ou d'horloge est produite. Ce circuit est destiné à assurer une protection contre les conditions dans lesquelles la pompe est mise en route de la manière normale mais ne parvient pas à
<EMI ID=26.1>
commutateur de réglage 5 à s'ouvrir. Ce défaut pourrait être entraîné par un problème tel qu'une soupape d'échappement défectueuse, une fuite dans le système pneumatique ou un problème mécanique dans la pompe proprement dite.
Le circuit des impulsions d'horloge peut être n'importe quel circuit d'horloge électronique approprié, tel qu'un simple oscillateur à relaxation à unijonction qui émettra une impulsion à une fréquence préréglée qui peut être modifiée en remplaçant une résistance ou un condensateur. Les condensateurs de fin de course '4 et 5 peuvent être des micro-commutateurs normalisés qui sont actionnés mécaniquement par un dispositif de positionnement. Le circuit de défaut de pompe est un agencement de semi-conducteurs qui décèle la présence d'un courait parvenant au moteur de pompe et utilise cette indication de courant pour diriger l'impulsion d'horloge vers le circuit de commande d'alerte 8 plutôt que vers le circuit de commande de pompe 7, ce qui constitue l'état normal.
Le circuit de commande d'alerte 8 et le circuit de commande de pompe 7 peuvent être des circuits à redresseur commandé au silicium normalisés qui sont rendus conducteurs et le restent jusqu'à ce que l'alimentation soit supprimée du circuit. L'alerte 9 peut être un dispositif d'alerte audible approprié quelconque, tel qu'un vibreur. La pompe à membrane
10 est constituée par n'importe quelle pompe à membrane appropriée, <EMI ID=27.1> La figure 3 est un schéma fonctionnel de l'objet de l'invention, illustrant les mécanismes de pompage et de dosage ainsi que l'écoulement de l'air d'échantillonnage et d'échappement. La figure 3 représente la configuration du soufflet d'enregistrement dans les conditions normales préalablement à la production d'une impulsion d'horloge pour la mise en route d'un cycle de pompage normal.
Des plaques 11 et 16 sont fixées mécaniquement l'une à l'autre et définissent entre elles un espace qui enferme le soufflet d'enregistrement 12. Ce dernier est rappelé contre la plaque d'extrémité 11 par la plaque 13 et cette dernière est rappelée par un ressort hélicoïdal 14 interposé entre elle et la plaque 16. La distance maximum sur laquelle le soufflet d'enregistrement 12 peut être amené à se replier ou s'effondrer par le ressort 14 estlimitéepar un arrêt ou une butée mécanique positive
17 qui est fixée à un tube 15 fixé mécaniquement à la plaque
13. Dans la position illustrée, le soufflet d'enregistrement 12 se trouve au repos en attendant le début d'un cycle de pompage. Lorsqu'une impulsion d'horloge est produite, elle met en route la pompe à membrane 10 entraînée par moteur. Cette pompe à membrane aspire de l'air d'échantillonnage à travers le tube collecteur 26,par l'intermédiaire d'un tube 25, à travers un corps de soupape d'échappement 23 et ensuite à travers la soupape de retenue d'entrée de pompe 22, vers la cavité de la pompe à membrane. Immédiatement lors de l'aspiration de l'air à travers le tube collecteur 26, une pression négative est engendrée dans le tube 25 et le côté d'admission du corps de soupape d'échappement 23.
Cette pression négative engendre une force sur une membrane 27 qui tire vers le bas une tige de soupape 24, en fermant le parcours d'échappement passant par une lumière d'échappement 29. L'air refoulé à partir de la pompe à membrans 10 à travers la soupape de retenue d'échappement 2lest dirigé 6006
<EMI ID=28.1>
18 et le tube 15 pour parvenir dans le soufflet d'enregistrement
12. Cet àir d'échappement de la pompe 10 amène le soufflet d'enregistrement 12 à se dilater à l'intérieur de la cavité comprise entre les plaques 11 et 16 et à comprimer le ressort héliocoldal
14. Le soufflet se dilatant amène également le tube 15 à se dé-
placer dans un manchon de la plaque 16 qui, lors d'un déplacement
de course
initial, déplace le commutateur de fin / de réglage 5 à partir de
la plaque 16, ce qui amène ce commutateur 5 à passer à sa position d'alerte. L'air d'échappement est pompé dans le soufflet d'enregistrement 12 pour le dilater jusqu'au point où la butée positive
17 sur le tube 15 atteint et actionne le commutateur de fin de course d'enregistrement 4, ce qui amène la pompe à membrane à s'arrêter de pomper. Etant donné que le soufflet d'enregistrement 12 est dilaté à l'encontre d'un ressort héliocoîdal 14, la pression à l'intérieur de ce soufflet-au moment où l'arrêt positif 17 actionne le commutateur de fin de course 4 est constante pour chaque course ; le soufflet agit donc essentiellement en tant que commutateur de pression.
Avant que l'arrêt 17 n'actionne le commutateur de fin de course 4, le tube 15 actionne un compteur mécanique approprié tel qu'un type à rochet à remise à état initial bien connu ou un type à diode émettrice de lumière, comme indiqué en 19, de
<EMI ID=29.1>
séquence suivant est amené à paraître par rotation sur le compteur
19. Lorsque le commutateur de fin de course d'enregistrement 4 est actionné et que la pompe à membrane est arrêtée, la pression négative dans le bloc de soupape 23 revient à la pression ambiante en aspirant une quantité d'air supplémentaire dans le tube collecteur 26.. Alors que la pression dans le tube de bloc de soupape 23 s'approche de la valeur ambiante, la.force imposée à la membrane 27
<EMI ID=30.1>
<EMI ID=31.1>
l'air entre le tube 18 et la lumière d'échappement 29. Ceci permet à l'air sous pression dans le soufflet d'enregistrement 12 de s'échapper immédiatement par l'intermédiaire du tube 15 et du tube 18, à travers la soupape d'échappement 24 à présent ouverte et à travers la lumière d'échappement 29. Le soufflet d'enregistrement 12 revient alors à sa position primitive sous la charge imposée par le ressort 14, jusqu'au moment où l'arrêt possitif 17 rencontre la plaque 16.
Alors que le soufflet commence à se replier ou s'effondrer, le commutateur de fin de course 4 est mis hors d'action, ce qui permet au circuit de commande de pompe ou de moteur de mettre à nouveau en route la pompe 10 lorsque l'impulsion de démarrage réglée dans le temps est appliqué au circuit de commande de moteur et de pompe 7. Alors que le soufflet se replie, la tige destinée à actionner le compteur de courses mécanique vient en retrait,ce qui amène ce compteur mécanique à revenir à l'état ini-
<EMI ID=32.1>
médiatement avant que le soufflet 12 ne revienne à son arrêt mé. canique positif primitif, le commutateur de fin de course de réglage 5 est remis en action; ce qui- amène ses contacts de la position d'actionnement d'alerte à la position de préparation de pompage. A la fin de cette phase du cycle de pompage, le soufflet reste au repos jusqu'à ce qu'une nouvelle impulsion de mise en rou-. te de cycle de moteur et de pompe soit produite et émise à partir du circuit d'impulsions d'horloge électronique 2.
Le cycle de pompàge décrit se répétera avec chaque impulsion d'horloge, à moins que la charge d'obstruction à l'écoulement à rencontre de laquelle.on pompe devienne supérieure à la capacité de pompage de la pompe ou s'il se produit un défaut de
<EMI ID=33.1>