WO2000073775A1 - Dispositif de mesure de la concentration en hydrogene dans un melange gazeux - Google Patents

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hydrogen
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Pierre Rongier
Thierry Bonhomme
Christian Perez
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Definitions

  • the invention relates to a device for measuring the hydrogen concentration in a gaseous mixture, in particular in air, constituting for example the atmosphere of a closed room.
  • the technical field of the invention can be defined as that of measurement, that is to say of the quantitative evaluation of the concentration or rate of hydrogen H in a gaseous mixture such as air and water vapour ; this atmosphere can, moreover, be loaded with aerosols and dust, following an accident.
  • the devices or apparatuses making it possible to ensure a qualitative or quantitative measurement of the hydrogen in a gaseous mixture can in fact be classified, on the one hand, among the detectors, which can possibly be calibrated in meters in a very limited range of contents, on the other hand, among the laboratory devices which are very complex and which require various reference gas supplies as well as specialized personnel.
  • Such devices are generally only used in an atmosphere of known type and they are therefore specifically calibrated for this purpose. They also require a complex installation with a gas sample, a condenser, and filters.
  • This device must also be able to be used without undergoing any disturbance to measure the hydrogen concentration of any gaseous mixture whatever its composition, the possible presence of aerosols and dust, and its radioactivity, such as this is the case, for example, of the atmosphere prevailing in the dome of a nuclear power plant following an accident.
  • the object of the present invention is to provide a device for measuring the concentration of hydrogen in a gaseous mixture which meets, inter alia, the essentials of the needs indicated above.
  • the object of the present invention is further to provide a device which does not have the drawbacks, limitations, defects and disadvantages of the devices of the prior art and which solves the problems of the prior art mentioned above.
  • a device for measuring the concentration of hydrogen in a gas mixture comprising a sensor in contact with said gas mixture, said sensor being connected to calculation and display means, in wherein said sensor comprises a catalyst capable of causing an exothermic reaction with the hydrogen contained in the gas mixture, conductive means fixed to said catalyst for transferring essentially by heat the thermal energy generated by said reaction from said catalyst to a cold point , means for measuring the temperature T1 of said catalyst and the temperature T2 of said cold spot connected to the means for calculating the value of the molar concentration of hydrogen in the gas mixture from the measured temperature gradient T1-T2, said means computer supplying said hydrogen concentration value to said display means e.
  • the device according to the invention meets all "the needs indicated above, and provides a solution to the problems of the prior art.
  • the device according to the invention has a dimension as well as a weight which are very reduced compared to known devices.
  • the “sensor” device according to the invention may have overall dimensions of 10 to 15 cm and a weight generally less than 1 kilogram.
  • the low weight and small dimensions of the device according to the invention make it particularly advantageous to position it in the most difficult places to access, which is not the case with the devices currently offered.
  • the device according to the invention is very simple, comprises only a limited number of elements, which also reduces the cost thereof, facilitates manufacture, maintenance and contributes to its reliability.
  • the sensor of the device according to the invention does not require any power supply, unlike the devices of the prior art which use a permanent and significant power supply. Indeed, the sensor only comprises elements which themselves generate the useful electrical energies and voltages.
  • This autonomy of the sensor makes it particularly suitable for its implementation in nuclear power plant enclosures after an accident since it can remain operational even if the power supply systems of the plant fail.
  • the battery life of the device according to the invention can be 10 to 100 times greater than the autonomy of the devices of the prior art.
  • these means for calculating and displaying the H 2 concentration can be distant by any distance from the sensor, that is to say that they can be located for example 1 outside the atmosphere of the plant and not to suffer the inconvenience of it in an accidental situation.
  • the sensor and the calculation and display means are connected by any known means such as a single cable whose dimensions are small and the protection against attack very simplified.
  • the invention is based, in particular, on the surprising and unexpected use of an exothermic reaction of catalysis of hydrogen, for example of the exothermic reaction of catalysis of hydrogen with the oxygen of the air contained in a gas mixture, to transform the energy produced by this reaction into an element for measuring the H 2 concentration which is, among other things, simple, reliable and which does not require electrical energy.
  • an exothermic reaction of catalysis of hydrogen for example of the exothermic reaction of catalysis of hydrogen with the oxygen of the air contained in a gas mixture
  • the use of these catalysts for such an aim is completely unexpected and the principle underlying the measurement according to the invention is totally different from that of the devices of the prior art in which the measurement of the H 2 content is essentially performed by following variations in the electrochemical or thermal characteristics of one hydrogen.
  • the device of the invention in which the sensor essentially comprises a catalyst of the type described above, allows reliable and precise measurements, whatever the composition of the gaseous mixture, such as air. and whatever the hydrogen concentration even high.
  • the device of the invention is not disturbed by aerosols, dust and by the water vapor found in the gas mixture, as well as by the radioactivity thereof.
  • the catalysts of the sensor according to the invention are not "poisoned” by aerosols and dust, and the water vapor, often in large quantities which is associated with them, does not disturb their operation, as does radioactivity.
  • the measuring device according to the invention - because of its main characteristic which is the use of a catalyst - thus overcomes most of the problems encountered in the devices of the prior art, in particular in the case of the devices used in the accidental atmosphere of nuclear power plants.
  • the catalyst which is used in the sensor of the device according to the invention is preferably chosen from the so-called “recombination” catalysts, that is to say the catalysts which cause the recombination of hydrogen and l oxygen in H 2 0.
  • Said recombination catalyst is preferably chosen from platinum and palladium.
  • the device according to the invention also provides suitable management of the thermal gradients created by the exothermic phenomenon described above, which prevents the catalysts from becoming igniters of inflammation. hydrogen, as is the case for the "recombinant" catalysts.
  • the thermal energy provided by the catalytic reaction is channeled to a cold point, on the one hand so as to prevent the temperature from showing too high, and to eliminate any risk of ignition of the air and hydrogen mixture. , and, on the other hand, so as to have a parameter T1-T2 (Tl representing the temperature of the catalyst following the exothermic reaction and T2 representing the temperature of the cold point) proportional to the energy released.
  • said cold point to which the energy of catalysis is channeled is constituted by any suitable means, it is preferably a cooling fin, the temperature of which is generally of the order of temperature ambient.
  • the senor according to the invention is placed in a pipe or chimney of which it is integral and in which the gas mixture circulates.
  • the sensor in the case where the measurement is carried out in an agitated atmosphere, for example the accidental atmosphere of a nuclear power plant, is thus protected from aerodynamic turbulence, local heterogeneities and possible direct water spray on the catalyst.
  • the sensor establishes in the pipe or chimney, generally tubular, a convection which it controls itself by behaving like a kind of pump.
  • said pipe or chimney is small, that is to say that it is, for example in the form of a tube or cylinder with a length of 10 to 15 cm and a diameter 2 to 3 cm.
  • This pipe can also have a rectangular section of dimensions, for example 1.5 x 3 cm, with a length, for example from 10 to 15 cm.
  • the pipe or chimney therefore participates only slightly in the size of the sensor which can be placed in places usually inaccessible to other sensors.
  • the transfer of energy between the hot point (catalyst at the temperature T1) of the sensor and the cold point (cooling fin at the temperature T2) takes place essentially by conduction.
  • - 1 is the length of the conductor in cm
  • - S is the section of the conductor in cm 2 ;
  • the chimney which is the most bulky part of the device is vertical and of rectangular section.
  • the “sensor” part is generally perpendicular to the chimney and is generally of tubular, cylindrical external shape.
  • the conductive means are generally also in the form of a tube or cylinder.
  • the heat exchanges by radiation and by convection are advantageously reduced, which themselves are not linear.
  • said conductive means are surrounded by the envelope of the sensor and separated from it by a thickness of gas, such as air, which is sufficiently small, by example from 2 to 3 mm, so that there is no heat exchange by convection in this space thus defined between the conductive means and the envelope.
  • a thickness of gas such as air
  • the surface of the catalyst is such that the catalytic energy (and therefore the temperature of the conductor) is low enough to make the heat exchanges by radiation (with respect to heat exchanges by conduction) negligible.
  • the surface of the catalyst is therefore a surface which can be described as small, that is to say neighboring, for example 1 cm 2 .
  • the device according to the invention also comprises means for measuring the temperature Tl of the catalyst (hot spot), and the temperature T2 of the cold point. These means are generally constituted by thermocouples, which are generally connected head to tail and make it possible to have direct and without cold soldering, a proportional measurement of the thermal gradient.
  • the device according to the invention comprises means for calculating and displaying the molar hydrogen concentration which are connected to said means for measuring the temperature. In these calculation means, the molar hydrogen concentration is calculated from the measurements of temperatures T1 and T2.
  • the temperature gradient (T1-T2) is in fact the image of the partial pressure of hydrogen.
  • the molar concentration of H 2 is given by the formula:
  • the total pressure Pt is equal to the sum of the atmospheric pressure (Pa), the partial pressure of water vapor (P (H 2 0)), and the partial pressure of hydrogen (P (H 2 )) according to the equation:
  • the ambient atmosphere excluding accidents, is air at atmospheric pressure.
  • the depression which is of the order of a millibar, can be neglected, and the same is true of the partial pressure of water vapor, which is of the order of 60% of the saturation at 25 ° C, ie less than 10 mbar.
  • the tables giving P (H 2 0) as a function of T3 are also introduced into the calculation means.
  • the total pressure Pt of the gas mixture is then optionally measured by a pressure sensor. This includes for example the case where the operator does not wish to neglect the partial pressure of the other non-condensable gases not taken into account.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a measuring device according to the invention
  • FIG. 1 is a curve which gives the temperature T1-T2 (in ° C) as a function of the partial pressure of H? (%).
  • this device essentially comprises a sensor (1) connected to a calculation and display device (2).
  • the sensor shown in Figure 1 has a substantially tubular shape with an outer casing (3) consisting of a tube of a material such as stainless steel.
  • the sensor via this outer casing is fixed in an orifice or hole (4) provided in the side wall (5) of a pipe or chimney (6) which makes it possible to protect the sensor in particular from aerodynamic turbulence, heterogeneities local and a possible direct water spray on the sensitive organ of the device.
  • This chimney which generally has the shape of a pipe of rectangular section, is of weak dimension: for example with a length of 10 to 15 cm and a section of 1.5 to 3 cm.
  • the device according to the invention establishes in this chimney (6), by its own operation, a convection which it controls itself by behaving like a kind of pump.
  • the gas mixture enters (7) into the chimney, and emerges at (8) from the latter.
  • the chimney is generally made of a material such as stainless steel.
  • the enclosure of the sensor is fixed to the chimney wall by means of a flange part (9), threads (10) and nuts (11), thermal insulation (12) being interposed between said envelope (3) and said wall (5).
  • This thermal insulator can possibly be eliminated, the chimney then playing the role of cooling fin.
  • This heat insulator is, for example Teflon ® and is in the form of a ring, e.g., internal diameter 2 cm, thickness 0.5 cm and width 1 cm.
  • the sensor comprises, as an essential element, a catalyst (13) which, in FIG. 1, has the shape of a disc, for example, with a diameter of 12 mm and a thickness of 0.1 0.2 mm.
  • the catalyst could also take another form, for example that of a side square, for example 12 mm. Such a size of the catalyst makes it possible to reduce to a minimum, the heat exchanges by radiation.
  • the catalyst is placed in the hole or orifice in the wall of the chimney, so as to be in contact with the current of circulating gas mixture in this one .
  • the catalyst is generally made of Pt and / or Pd generally on an inert support of oxide A1 2 0 3 or of another oxide.
  • the catalyst is fixed to a conductive element (14), generally comprising a first part forming a catalyst support, generally in the form of a disc (15) of the same diameter as the catalyst, said first part being connected to a second part (16) of the element, generally in the form of an elongated tube, with a length of 2 to 4 cm, and of smaller diameter than that of the first part generally in the form of a disc, that is to say from 4 to 5 mm .
  • the conductive element is generally made of stainless steel.
  • the attachment of the catalyst to said first part of the conductor is generally carried out by brazing (17); but a completely mechanical fixing can be envisaged to avoid this delicate operation.
  • the end (18) of said conductive tube opposite the end supporting the catalyst constitutes the "cold spot" of the sensor according to the invention.
  • this cold point is maintained at a temperature very close to the ambient by a cooling fin (19) fixed to said end (18) of the conductive tube and connected to the envelope of the sensor.
  • the dimensions of said fin are, for example from 4 to 10 cm and are such that its temperature T2 is not higher than the ambient temperature by more than 5 ° C, this temperature must be low enough so that it does not occur excessive rise in temperature at the level of the catalyst and of the conductor and that the heat of the exothermic reaction is dissipated.
  • the length of the conductor which is 2 to 4 cm is also chosen for this purpose.
  • the space between the conductive element (14), the latter is separated from the casing (3) of the sensor by a thickness of gas (20 ), such as air which must be as small as possible, for example 2 to 3 mm.
  • the device according to the invention then comprises means for measuring the temperature, the catalyst Tl (21), and the temperature T2 (22) of the cold point, that is to say the temperature of the fin of cooling.
  • thermocouples 21, 22
  • the thermocouple for temperature measurement is constituted, in FIG. 1, by type K thermocouples (21, 22) of a diameter of 1 mm, respectively provided in the vicinity of the catalyst (13) and the cooling fin (19).
  • the thermocouple for temperature measurement is constituted, in FIG. 1, by type K thermocouples (21, 22) of a diameter of 1 mm, respectively provided in the vicinity of the catalyst (13) and the cooling fin (19).
  • Tl of the catalyst is placed in a bore (23) of the conductive element in the form of a tube in the immediate vicinity of the catalyst, for example, under the disc of the catalyst (13) and against the solder (17).
  • the device shown in FIG. 1, comprises a third thermocouple (24) for measuring the ambient temperature T3.
  • thermocouples (21, 22, 24) are connected by cables (25, 26, 27) to the calculation and display device (2).
  • the three cables (25, 26, 27) can be combined to make only one with a small diameter, for example, less than 10 mm.
  • the length of said cable is not limited, so that the display and calculation devices can be located at a point distant from the sensor, for example, at a point outside the enclosure (28) in which the measured.
  • the display and measurement devices (2) are therefore not exposed to the aggressive atmosphere to which the sensor is subjected, for example in the enclosure of a nuclear power plant during an accident, and their operation can be autonomous, does not depend on the general power supply of said power plant.
  • the display and calculation devices are conventional devices, of small size and of low cost. They can be powered by a 220 V AC voltage, or by a 24 V DC voltage for reduced consumption, of the order of 20 W.
  • the calculating device comprises, in particular, a memory in which the saturated water vapor pressure tables are stored, which make it possible to calculate P (H 2 0) by entering the value T3 of the ambient temperature. In these memory means is also stored the curve which gives the partial pressure of H 2 as a function of the temperature gradient Tl - T2.
  • the calculation device (2) By entering the values Tl and T2 from the measurement means into the calculation device, the latter calculates Tl - T2, then P (H 2 ), using said straight line.
  • the calculation device (2) therefore requires prior calibration by type of sensor allowing it to calculate said transfer function or straight line which is specific for each type of sensor, and which is then stored in the memory of said calculation device.
  • the calculation device then deduces the value of C (H 2 ), this value is supplied to the display device, such as a screen ... or other for viewing, an audible or light alarm device can also be provided. .

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Abstract

L'invention est relative à un dispositif de mesure de la concentration en hydrogène dans un mélange gazeux en particulier dans l'air constituant par exemple l'atmosphère d'un local fermé. Ce dispositif comprend un capteur (1) en contact avec ledit mélange gazeux, ledit capteur (1) étant relié à des moyens de calcul et d'affichage (2), dans lequel ledit capteur comprend un catalyseur (13) susceptible de provoquer une réaction exothermique avec l'hydrogène contenu dans le mélange gazeux, des moyens conducteurs (14) fixés audit catalyseur pour transférer essentiellement par conduction l'énergie thermique générée par ladite réaction depuis ledit catalyseur (13) jusqu'à un point froid (18), des moyens de mesure de la température T1 (21) dudit catalyseur et de la température T2 (22) dudit point froid (18) reliés aux moyens de calcul de la valeur de la concentration molaire en hydrogène dans le mélange gazeux à partir du gradient de température mesuré T1-T2, lesdits moyens de calcul fournissant ladite valeur de la concentration en hydrogène auxdits moyens d'affichage.

Description

DISPOSITIF DE MESURE DE LA CONCENTRATION EN HYDROGENE DANS UN MELANGE GAZEUX
DESCRIPTION
L'invention est relative à un dispositif de mesure de la concentration en hydrogène dans un mélange gazeux en particulier dans l'air constituant par exemple l'atmosphère d'un local fermé. Le domaine technique de l'invention peut être défini comme celui de la mesure, c'est-à-dire de l'évaluation quantitative de la concentration ou taux d'hydrogène H dans un mélange gazeux tel que de l'air et de la vapeur d'eau ; cette atmosphère peut, en outre, être chargée en aérosols et poussière, suite à un accident.
Les dispositifs ou appareils permettant d'assurer une mesure qualitative ou quantitative de l'hydrogène dans un mélange gazeux peuvent en effet être classés, d'une part parmi les détecteurs, qui peuvent éventuellement être étalonnés en mesureurs dans une plage très limitée de teneurs, d'autre part parmi les appareils de laboratoire qui sont très complexes et qui nécessitent diverses alimentations en gaz de référence ainsi qu'un personnel spécialisé.
Il existe également des indicateurs qui ne sont pas actuellement utilisables dans une atmosphère accidentelle et dont la plage d'incertitudes est très large . Les indicateurs les plus simples sont des catharomètres dont le principe est basé sur la mesure de la conductivité thermique du gaz contenu dans un local .
De tels appareils ne sont généralement utilisés que dans une atmosphère de type connue et ils sont donc spécifiquement étalonnés dans ce but. Ils nécessitent en outre une installation complexe avec un prélèvement de gaz, un condenseur, et des filtres.
Récemment, c'est-à-dire depuis environ c nq ans, s'est développée une très forte demande concernant des mesureurs pouvant être placés précisément au point où l'on souhaite connaître la teneur en hydrogène, et pouvant mesurer des teneurs en hydrogène dans une gamme de 0 à 30% de H2, c'est-à-dire très au-delà des seuils d'inflammation, de déflagration et de détonation de l'hydrogène.
Ces demandes émanent principalement des exploitants mondiaux de centrales nucléaires. Un des risques majeurs en cas d' accident entraînant la fusion du cœur, est en effet le risque d'explosion dû a l'hydrogène, ce qui nécessite pour chaqi. ^ réacteur la mise en oeuvre de plusieurs dizaines d'appareils.
Plusieurs types d'appareils mesureurs qui tentent de répondre aux demandes indiquées plus haut ont ainsi été mis au point et commercialisés. Ces mesureurs utilisent soit les caractéristiques électrochimiques, soit les caractéristiques thermiques de l'hydrogène.
Tous ces appareils ont l'inconvénient rédhibitoire de nécessiter une alimentation électrique permanente et importante, alors que, en cas d'accident grave, la première conséquence de celui-ci, est précisément, la perte de toute alimentation électrique. Les présents inventeurs ont par ailleurs mis- en évidence lors de tests concernant tous les mesureurs actuellement disponibles, qu'aucun de ceux-ci n'était acceptable, une des raisons fondamentales pour cela étant que l'atmosphère accidentelle dans le dôme d'une centrale nucléaire comporte une très grande proportion de vapeur d'eau et une très forte radioactivité, entre autres sous forme d'aérosols et de poussières, qui perturbent les systèmes de mesure. Les appareils connus souffrent en outre d'un poids, d'un encombrement ainsi que d'un coût importants .
En conclusion, tous ces appareils quel que soit leur type présentent l'inconvénient d'un coût très élevé, d'une inadaptation à la demande exprimée et sont en définitive peu ou pas opérationnels.
Il existe donc un besoin pour un dispositif de mesure de la concentration en hydrogène dans un mélange gazeux qui soit entre autres, simple, peu volumineux, d'un faible poids et qui présente une grande fiabilité.
Il existe encore un besoin pour un dispositif qui permette de mesurer avec précision les concentrations en hydrogène dans toutes les gammes de concentrations possibles, en particulier celles se trouvant au-delà des seuils d'inflammation, de déflagration et de détonation de l'hydrogène.
Ce dispositif doit pouvoir, en outre, être utilisé sans subir aucune perturbation pour mesurer la concentration en hydrogène de tout mélange gazeux quelle que soit sa composition, la présence éventuelle d'aérosols et de poussière, et sa radioactivité, comme c'est le cas, par exemple, de l'atmosphère régnant dans le dôme d'une centrale nucléaire suite à un accident.
Le but de la présente invention est de fournir un dispositif de mesure de la concentration en hydrogène dans un mélange gazeux qui réponde, entre autres à l'essentiel des besoins indiqués ci-dessus.
Le but de la présente invention est en outre de fournir un dispositif qui ne présente pas les inconvénients, limitations, défauts et désavantages des dispositifs de l'art antérieur et qui résolve les problèmes de l'art antérieur mentionnés ci-dessus.
Ce but est atteint, conformément à la présente invention, par un dispositif de mesure de la concentration en hydrogène dans un mélange gazeux comprenant un capteur en contact avec ledit mélange gazeux, ledit capteur étant relié à des moyens de calcul et d'affichage, dans lequel ledit capteur comprend un catalyseur susceptible de provoquer une réaction exothermique avec l'hydrogène contenu dans le mélange gazeux, des moyens conducteurs fixés audit catalyseur pour transférer essentiellement par conduction l'énergie thermique générée par ladite réaction depuis ledit catalyseur jusqu'à un point froid, des moyens de mesure de la température Tl dudit catalyseur et de la température T2 dudit point froid reliés aux moyens de calcul de la valeur de la concentration molaire en hydrogène dans le mélange gazeux à partir du gradient de température mesuré T1-T2, lesdits moyens de calcul fournissant ladite valeur de la concentration en hydrogène auxdits moyens d' affichage . Le dispositif selon l'invention répond à tous" les besoins indiqués plus haut, et apporte une solution aux problèmes de l'art antérieur.
De manière générale, le dispositif selon l'invention a une dimension ainsi qu'un poids qui sont très réduits par rapport aux dispositifs connus.
Aussi à titre d'exemple, le dispositif « capteur » selon l'invention pourra avoir des dimensions hors-tout de 10 à 15 cm et un poids généralement inférieur à 1 kilogramme.
Le faible poids et les faibles dimensions du dispositif selon l'invention permettent de manière particulièrement avantageuse de le positionner dans les endroits les plus difficiles d'accès, ce qui n'est pas le cas des appareils proposés actuellement.
De même, le dispositif selon l'invention est très simple, ne comporte qu'un nombre limité d'éléments, ce qui en réduit également le coût, en facilite la fabrication, la maintenance et contribue à sa fiabilité.
Le capteur du dispositif selon l'invention ne nécessite aucune alimentation électrique, au contraire des dispositifs de l'art antérieur qui font appel à une alimentation électrique permanente et importante. En effet, le capteur ne comporte que des éléments qui génèrent eux-mêmes les énergies et tensions électriques utiles.
Cette autonomie du capteur le rend particulièrement adapté à sa mise en oeuvre dans les enceintes de centrale nucléaire à l'issue d'un accident puisqu'il peut rester opérationnel même si les systèmes d'alimentation électrique de la centrale font défaut.
Seuls les moyens de calcul et d'affichage, qui peuvent être déportés hors de la zone dangereuse, sont alimentés électriquement mais leur consommation reste très faible et leur alimentation peut être indépendante de l'alimentation générale de la centrale.
Ainsi, l'autonomie sur batterie du dispositif selon l'invention peut être 10 à 100 fois supérieure aux autonomies des dispositifs de l'art antérieur.
Par ailleurs, la nécessité d'alimentation et/ou de télécommande des pompes et des électrovannes des dispositifs de l'art antérieur accroît énormément la probabilité de non-fonctionnement très rapide d'un des éléments en séquence accidentelle.
En outre, selon l'invention, ces moyens de calcul et d'affichage de la concentration en H2 peuvent être éloignés d'une distance quelconque du capteur, c'est-à- dire qu'ils peuvent se trouver par exemple à l'extérieur de l'atmosphère de la centrale et ne pas en subir les inconvénients lors d'une situation accidentelle .
Le capteur et les moyens de calcul et d'affichage sont reliés par tout moyen connu tel qu'un câble unique dont les dimensions sont faibles et la protection aux agressions très simplifiée.
L'invention repose, en particulier, sur l'utilisation surprenante et inattendue d'une réaction exothermique de catalyse de l'hydrogène, par exemple de la réaction exothermique de catalyse de l'hydrogène avec l'oxygène de l'air contenu dans un mélange gazeux, pour transformer l'énergie produite par cette réaction en élément de mesure de la concentration en H2 qui est, entre autres, simple, fiable et qui ne nécessite pas d'énergie électrique. La mise en oeuvre de ces catalyseurs dans un tel but est totalement inattendue et le principe à la base de la mesure selon l'invention se démarque totalement de celui des dispositifs de l'art antérieur dans lesquels la mesure de la teneur en H2 est essentiellement réalisée en suivant les variations des caractéristiques électrochimiques ou thermiques de 1 'hydrogène.
Il a été mis en évidence que le dispositif de l'invention, dans lequel le capteur comprend essentiellement un catalyseur du type décrit plus haut permettait des mesures fiables et- précises, quelle que soit la composition du mélange gazeux, tel que de l'air et quelle que soit la concentration en hydrogène même élevée . De manière particulièrement avantageuse, au contraire des dispositifs de l'art antérieur comportant un capteur opérant sur un principe différent, le dispositif de l'invention n'est pas perturbé par les aérosols, poussières et par la vapeur d'eau se trouvant dans le mélange gazeux, ainsi que par la radioactivité de celui-ci.
En effet, les catalyseurs du capteur selon l'invention ne sont pas « empoisonnés » par les aérosols et poussières, et la vapeur d'eau souvent en grande quantité qui leur est associée ne perturbe pas leur fonctionnement, de même que la radioactivité. Le dispositif de mesure selon l'invention -- du fait de sa caractéristique principale qui est l'utilisation d'un catalyseur - surmonte ainsi l'essentiel des problèmes rencontrés dans les dispositifs de l'art antérieur, notamment dans le cas des dispositifs utilisés dans l'atmosphère accidentelle des centrales nucléaires.
Le catalyseur qui est mis en oeuvre dans le capteur du dispositif selon l'invention est choisi de préférence parmi les catalyseurs dits catalyseurs de "recombinaison" , c'est-à-dire les catalyseurs qui provoquent la recombinaison de l'hydrogène et de l'oxygène en H20.
L'utilisation de tels catalyseurs dans le cadre d'un dispositif de mesure n'est ni décrite ni suggérée dans l'art antérieur.
Ledit catalyseur de recombinaison est choisi de préférence parmi le platine et le palladium.
C'est l'énergie exothermique considérable créée par la réaction avec le catalyseur, par exemple par la réaction de recombinaison, qui conduit à une élévation de température du catalyseur (jusqu'à la température Tl), et le gradient thermique Tl - T2 (où T2 est généralement voisin de la température ambiante) , peut être utilisé pour la mesure de la concentration en hydrogène .
Le dispositif selon l'invention fournit en outre une gestion adaptée des gradients thermiques créés par le phénomène exothermique décrit ci-dessus, qui empêche les catalyseurs de devenir igniteurs de l'inflammation de l'hydrogène, comme c'est le cas pour les catalyseurs "recombineurs" .
Selon l'invention, l'énergie thermique apportée par la réaction catalytique est canalisée vers un point froid, d'une part de façon à éviter que la température ne montre trop haut, et à écarter tout risque d'ignition du mélange air et hydrogène, et, d'autre part, de façon à disposer d'un paramètre T1-T2 (Tl représentant la température du catalyseur consécutivement à la réaction exothermique et T2 représentant la température du point froid) proportionnel à l'énergie dégagée.
Selon l'invention, ledit point froid vers lequel est canalisée l'énergie de la catalyse est constitué par tout moyen adéquat, il s'agit de préférence d'une ailette de refroidissement, dont la température est généralement de l'ordre de la température ambiante.
Par ailleurs, avantageusement, le capteur selon l'invention est placé dans une canalisation ou cheminée de laquelle il est solidaire et dans laquelle circule le mélange gazeux. Le capteur, dans le cas où la mesure s'effectue dans une atmosphère agitée, par exemple l'atmosphère accidentelle d'une centrale nucléaire, est ainsi protégé des turbulences aérodynamiques, des hétérogénéités locales et d'une éventuelle aspersion d'eau directe sur le catalyseur.
Le capteur établit dans la canalisation ou cheminée, généralement tubulaire, une convection qu'il contrôle lui-même en se comportant comme une sorte de pompe. De préférence, ladite canalisation ou cheminée- est de faible dimension, c'est-à-dire qu'elle se présente, par exemple sous la forme d'un tube ou cylindre d'une longueur de 10 à 15 cm et d'un diamètre de 2 à 3 cm. Cette canalisation peut également présenter une section rectangulaire de dimensions, par exemple 1,5 x 3 cm, avec une longueur, par exemple de 10 à 15 cm. La canalisation ou cheminée ne participe donc que faiblement à l'encombrement du capteur qui peut être placé dans des endroits habituellement inaccessibles aux autres capteurs.
Selon l'invention, le transfert d'énergie entre le point chaud (catalyseur à la température Tl) du capteur et le point froid (ailette de refroidissement à la température T2) se fait essentiellement par conduction.
Selon la formule (1) des échanges thermiques par conduction donnée ci-dessous, la relation entre le gradient thermique T1-T2 et l'énergie dégagée est linéaire : P(W) = ( (λ*S)/l) * (T1-T2) (1) où :
- 1 est la longueur du conducteur en cm ;
- S est la section du conducteur en cm2 ;
- λ est la conductivité du matériau en W . cm"1. c"1. De préférence, comme indiqué ci-dessus, la cheminée qui est la partie la plus encombrante du dispositif est verticale et de section rectangulaire.
La partie « capteur » est généralement perpendiculaire à la cheminée et est généralement de forme extérieure tubulaire, cylindrique. Les moyens conducteurs se présentent généralement également sous la forme d'un tube ou cylindre.
Selon l'invention, pour favoriser les échanges thermiques par conduction, on réduit de manière avantageuse les échanges thermiques par rayonnement et par convection, qui eux, ne sont pas linéaires.
Ainsi, selon l'invention et afin de réduire les échanges thermiques par convection, lesdits moyens conducteurs sont entourés par l'enveloppe du capteur et séparés de celle-ci par une épaisseur de gaz, tel que de l'air, suffisamment faible, par exemple de 2 à 3 mm, pour qu'il n'y ait pas d'échanges thermiques par convection dans cet espace ainsi défini entre les moyens conducteurs et l'enveloppe. De même, selon l'invention, la surface du catalyseur est telle que l'énergie catalytique (et donc la température du conducteur) est suffisamment faible pour rendre négligeables les échanges thermiques par rayonnement (par rapport aux échanges thermiques par conduction) . La surface du catalyseur est donc une surface que l'on peut qualifier de faible, c'est-à-dire voisine, par exemple de 1 cm2.
Le dispositif selon l'invention comprend également des moyens de mesure de la température Tl du catalyseur (point chaud) , et de la température T2 du point froid. Ces moyens sont généralement constitués par des thermocouples, qui sont généralement connectés tête-bêche et permettent de disposer directement et sans soudure froide, d'une mesure proportionnelle du gradient thermique. Le dispositif selon l'invention comprend -des moyens de calcul et d'affichage de la concentration molaire en hydrogène qui sont reliés auxdits moyens de mesure de la température. Dans ces moyens de calcul, on réalise le calcul de la concentration molaire en hydrogène à partir des mesures des températures Tl et T2.
Le gradient de température (T1-T2) est en effet l'image de la pression partielle d'hydrogène. Par définition, la concentration molaire en H2 est donnée par la formule :
C(H2)molaire = ( (Pressicn partielle H2) / (Pression totale atmosphère ambiante) )*100 (2)
que nous écrirons :
C(H2) = (P(H2)/Pt)*100 (3)
La pression totale Pt est égale à la somme de la pression atmosphérique (Pa) , de la pression partielle de vapeur d'eau (P(H20)), et de la pression partielle d'hydrogène (P(H2)) selon l'équation :
Pt = Pa + P(H20)+P(H2) 4)
dans laquelle Pa = 1 ; et P(H2) est donnée par la mesure de (T1-T2) par l'intermédiaire d'une fonction de transfert qui est une droite (voir par exemple la figure 2) . Pour chaque capteur, il est généralement nécessaire d'effectuer un étalonnage préalable pour obtenir cette fonction de transfert ou courbe d'étalonnage, c'est-à-dire que chaque capteur est ainsi associé à sa courbe d'étalonnage.
Toutefois, cette courbe est la même pour chaque type de catalyseur. Il sera donc intéressant de ne retenir qu'un seul type de catalyseur. Dans ce cas, un stock de plaques catalytiques de fabrication unique sera suffisant pour plusieurs années de fourniture.
Cette fonction de transfert est introduite dans les moyens de calcul. Dans certaines applications, la pression partielle de vapeur d'eau PH20 peut être négligée, si bien que les deux moyens de mesure des températures Tl et T2 sont suffisants pour connaître P(H2) et Pt.
Par exemple dans le cas d'une centrale nucléaire, l'atmosphère ambiante, hors accident, est de l'air à la pression atmosphérique.
La dépression, qui est de l'ordre du millibar peut être négligée, et il en est de même de la pression partielle de vapeur d'eau qui est de l'ordre de 60% de la saturation à 25°C, soit inférieure à 10 mbar .
On peut donc assimiler l'atmosphère d'origine à de l'air sec à 1 bar.
Avantageusement, selon l'invention, dans le cas où la pression partielle de vapeur d'eau ne peut être négligée, il est alors nécessaire de prévoir en outre des moyens de mesure de la température ambiante T3, qui peuvent également prendre la forme, par exemple, d'un thermocouple et qui sont reliés auxdits dispositifs de calcul et d'affichage. Grâce à cette mesure de T3, on peut déterminer la pression partielle P(H20) à l'aide des tables de pression saturante, tandis que P(H2) est déterminé comme indiqué ci-dessus et que Pa = 1 bar, on en déduit facilement Pt dans l'équation (4) et donc C(H2) dans 1 ' équation (3) . Les tables donnant P (H20) en fonction de T3 sont également introduites dans les moyens de calcul.
Par exemple, de nouveau dans le cas d'une centrale nucléaire en situation accidentelle, l'atmosphère de la centrale se charge très rapidement en vapeur d'eau, et l'énergie de celle-ci est telle qu'elle impose une pression partielle de H20 égale à la pression saturante à la nouvelle température ambiante.
Dans le même temps, il y a génération d'hydrogène incondensable dont la pression partielle vient s'ajouter aux deux pressions précédentes (car pour mémoire, la détection d'une situation accidentelle provoque l'isolement étanche de la centrale vis-à-vis de l'extérieur), et Pt est déterminé par l'équation (4) ci-dessus, dans laquelle : - P(H2) est donné par la courbe Je réponse du capteur par mesure de T1-T2 ;
- P(H20) est donnée par les tables de pression saturante, par mesure de T3 ;
- P(air) est prise égale à 1 bar. Dans d'autres utilisations du dispositif selon l'invention, c'est à l'utilisateur de définir l'atmosphère d'origine, et de manière avantageuse, selon l'invention, la pression totale Pt du mélange gazeux est alors éventuellement mesurée par un capteur de pression. Ceci inclut par exemple le cas où l'exploitant ne souhaite pas négliger la pression partielle des autres gaz incondensables non pris en compte.
Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui va suivre. Cette description, donnée à titre illustratif et non limitatif, est faite en référence aux dessins joints, dans lesquels :
- la figure 1 représente une vue schématique en coupe transversale d'un dispositif de mesure selon l'invention ;
- la figure 2 est une courbe qui donne la température T1-T2 (en °C) en fonction de la pression partielle de H? (%). Sur la figure 1, on a ainsi représenté un dispositif de mesure selon l'invention, ce dispositif comprend essentiellement un capteur (1) relié à un dispositif de calcul et d'affichage (2).
Le capteur représenté sur la figure 1 présente une forme sensiblement tubulaire avec une enveloppe (3) extérieure constituée d'un tube en un matériau tel que de l'acier inoxydable. Le capteur par l'intermédiaire de cette enveloppe extérieure est fixé dans un orifice ou perçage (4) prévu dans la paroi latérale (5) d'une canalisation ou cheminée (6) qui permet de protéger le capteur notamment des turbulences aérodynamiques, des hétérogénéités locales et d'une éventuelle aspersion d'eau directe sur l'organe sensible du dispositif.
Cette cheminée, qui a généralement la forme d'une canalisation de section rectangulaire, est de faible dimension : par exemple d'une longueur de 10 à 15 cm et d'une section de 1,5 à 3 cm.
Le dispositif selon l'invention établit dans cette cheminée (6), par son propre fonctionnement, une convection qu'il contrôle lui-même en se comportant comme une sorte de pompe.
Ainsi, sur la figure 1, le mélange gazeux pénètre- il en (7) dans la cheminée, et ressort en (8) de celle- ci . La cheminée est généralement réalisée en un matériau tel que l'acier inoxydable.
La fixation de l'enveloppe du capteur à la paroi de la cheminée est réalisée par l'intermédiaire d'une partie formant bride (9), de filetages (10) et d' écrous (11), un isolant thermique (12) étant intercalé entre ladite enveloppe (3) et ladite paroi (5) .
Il est à noter que cet isolant thermique peut être éventuellement supprimé, la cheminée jouant alors le rôle d'ailette de refroidissement. Cet isolant thermique est, par exemple en Téflon® et se présente sous la forme d'un anneau, par exemple de diamètre intérieur 2 cm, d'épaisseur 0,5 cm et de largeur 1 cm.
Le capteur comporte, en tant qu'élément essentiel, un catalyseur (13) qui, sur la figure 1, a la forme d'un disque, par exemple, d'un diamètre de 12 mm et d'une épaisseur de 0,1 à 0,2 mm.
Le catalyseur pourrait également prendre une autre forme, par exemple celle d'un carré de côté, par exemple de 12 mm. Une telle taille du catalyseur permet" de réduire au minimum, les échanges thermiques par rayonnement. Le catalyseur se trouve placé dans le perçage ou orifice de la paroi de la cheminée, de façon à se trouver en contact avec le courant de mélange gazeux en circulation dans celle-ci .
Le catalyseur est généralement en Pt et/ou en Pd généralement sur un support inerte d'oxyde A1203 ou d'un autre oxyde. Le catalyseur est fixé à un élément conducteur (14), comprenant généralement une première partie formant support de catalyseur, généralement en forme de disque (15) de même diamètre que le catalyseur, ladite première partie étant raccordée à une seconde partie (16) de l'élément, généralement en forme de tube allongé, d'une longueur de 2 à 4 cm, et de diamètre plus faible que celui de la première partie généralement en forme de disque, c'est-à-dire de 4 à 5 mm. L'élément conducteur est généralement réalisé en inox.
La fixation du catalyseur sur ladite première partie du conducteur est généralement réalisée par brasage (17) ; mais une fixation totalement mécanique peut être envisagée pour éviter cette opération délicate .
L'extrémité (18) dudit tube conducteur opposée à l'extrémité supportant le catalyseur constitue le « point froid » du capteur selon 1' invention. Sur la figure 1, ce point froid est maintenu à- une température très proche de l'ambiante par une ailette de refroidissement (19) fixée à ladite extrémité (18) du tube conducteur et raccordée à l'enveloppe du capteur.
Les dimensions de ladite ailette sont, par exemple de 4 à 10 cm et sont telles que sa température T2 ne soit pas supérieure à la température ambiante de plus de 5°C, cette température doit être suffisamment faible pour qu'il ne se produire pas d'élévation trop importante de température au niveau du catalyseur et du conducteur et que la chaleur de la réaction exothermique soit dissipée. La longueur du conducteur qui est de 2 à 4 cm est également choisie dans ce but. En outre, et afin de réduire, voire d'annuler les échanges par convection, l'espace entre l'élément conducteur (14), celui-ci est séparé de l'enveloppe (3) du capteur par une épaisseur de gaz (20), tel que de l'air qui doit être la plus faible possible, par exemple de 2 à 3 mm.
Le dispositif selon l'invention comprend ensuite des moyens de mesure de la température, du catalyseur Tl (21), et de la température T2 (22) du point froid, c'est-à-dire de la température de l'ailette de refroidissement.
Les moyens sont constitués, sur la figure 1, par des thermocouples (21, 22) de type K d'un diamètre de 1 mm, respectivement prévus au voisinage du catalyseur (13) et de l'ailette de refroidissement (19) . Le thermocouple de mesure de la température
Tl du catalyseur est placé dans un alésage (23) de l'élément conducteur en forme de tube au voisinage immédiat du catalyseur, par exemple, sous le disque du catalyseur (13) et contre la brasure (17).
En outre, le dispositif, représenté sur la figure 1, comporte un troisième thermocouple (24) de mesure de la température ambiante T3.
Les thermocouples (21, 22, 24) sont reliés par l'intermédiaire de câbles (25, 26, 27) au dispositif de calcul et d'affichage (2). Les trois câbles (25, 26, 27) peuvent être regroupés pour ne plus en faire qu'un seul d'un diamètre faible, par exemple, inférieur à 10 mm. La longueur dudit câble n'est pas limitée, si bien que les dispositifs d'affichage et de calcul peuvent se trouver en un point éloigné du capteur, par exemple, en un point extérieur à l'enceinte (28) dans laquelle est effectuée la mesure. Les dispositifs d'affichage et de mesure (2) ne sont donc pas exposés à l'atmosphère agressive à laquelle est soumise le capteur, par exemple dans l'enceinte d'une centrale nucléaire lors d'un accident, et leur fonctionnement peut être autonome, ne dépend pas de l'alimentation générale de ladite centrale.
Les dispositifs d'affichage et de calcul sont des dispositifs classiques, de faible dimension et de faible coût. Leur alimentation peut être faite par une tension de 220 V alternative, ou par une tension de 24 V continue pour une consommation réduite, de l'ordre de 20 W. Le dispositif de calcul comprend, en particulier, une mémoire dans laquelle sont stockées les tables de pression de vapeur d'eau saturante, qui permettent de calculer P(H20) par introduction de la valeur T3 de la température ambiante. Dans ces moyens de mémoire est également stockée la courbe qui donne la pression partielle de H2 en fonction du gradient de température Tl - T2.
Une telle courbe est généralement une droite, par exemple, d'équation y = 9,9754 x - 4,736, comme c'est le cas sur la figure 2.
En introduisant les valeurs Tl et T2 depuis les moyens de mesure dans le dispositif de calcul, celui-ci calcule Tl - T2, puis P(H2), grâce à ladite droite. Le dispositif de calcul (2) nécessite donc un étalonnage préalable par type de capteur lui permettant de calculer ladite fonction de transfert ou droite qui est spécifique pour chaque type de capteur, et qui est ensuite stockée dans la mémoire dudit dispositif de calcul.
Le dispositif de calcul déduit ensuite la valeur de C(H2), cette valeur est fournie au dispositif d'affichage, tel qu'un écran... ou autre pour visualiser, un dispositif d'alarme sonore ou lumineux peut être également prévu.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de mesure de la concentration en hydrogène dans un mélange gazeux comprenant un capteur en contact avec ledit mélange gazeux, ledit capteur étant relié à des moyens de calcul et d'affichage, dans lequel ledit capteur comprend un catalyseur susceptible de provoquer une réaction exothermique avec l'hydrogène contenu dans le mélange gazeux, des moyens conducteurs fixés audit catalyseur pour transférer essentiellement par conduction l'énergie thermique générée par ladite réaction depuis ledit catalyseur jusqu'à un point froid, des moyens de mesure de la température Tl dudit catalyseur et de la température T2 dudit point froid reliés aux moyens de calcul de la valeur de la concentration molaire en hydrogène dans le mélange gazeux à partir du gradient de température mesuré T1-T2, lesdits moyens de calcul fournissant ladite valeur de la concentration en hydrogène auxdits moyens d'affichage.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ledit catalyseur est choisi parmi les catalyseurs de recombinaison de l'oxygène et de 1' hydrogène .
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel ledit catalyseur est choisi parmi le platine et le palladium.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit point froid est constitué par une ailette de refroidissement.
5. Dispositif selon l'une quelconque ""des revendications 1 à 4, dans lequel ledit capteur est placé dans une canalisation ou cheminée de laquelle il est solidaire et dans laquelle circule le mélange gazeux.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la surface du catalyseur est suffisamment faible pour rendre négligeable les échanges thermiques par rayonnement par rapport aux échanges thermiques par conduction.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel lesdits moyens conducteurs sont entourés par l'enveloppe du capteur et séparées de celle-ci par une épaisseur de gaz suffisamment faible pour qu'il n'y ait pas d'échanges thermiques par convection dans l'espace défini entre l'enveloppe et les moyens conducteurs.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant, en outre, des moyens de mesure de la température ambiante T3.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant, en outre, un capteur de pression pour mesurer la pression totale Pt du mélange gazeux.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel lesdits moyens de mesure des températures Tl, T2 et T3 sont constitués par des thermocouples.
11. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel lesdits thermocouples de mesure de la température Tl du catalyseur et de la température T2 du point froid sont connectés tête-bêche et sans soudure froide .
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4047272B2 (ja) * 2003-12-26 2008-02-13 アルプス電気株式会社 水素センサおよび水素濃度測定装置、水素濃度測定方法
WO2005114176A2 (fr) * 2004-05-19 2005-12-01 University Of Florida Procedes et systemes de detection d'hydrogene
CN102928463B (zh) * 2012-10-19 2014-12-03 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 一种安全壳内氢气浓度测量系统
US10054575B2 (en) * 2015-09-25 2018-08-21 General Electric Company Hydrogen detector and hydrogen detection method
NL2018932B1 (en) * 2017-05-17 2018-11-28 Solidtoo B V Monitoring of steam quality during sterilization
JP6905451B2 (ja) * 2017-11-07 2021-07-21 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 水素濃度測定システム
WO2023021678A1 (fr) * 2021-08-20 2023-02-23 日揮グローバル株式会社 Système de récupération d'oxygène
CH719579A2 (de) * 2022-04-08 2023-10-13 Inficon ag Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung einer Dichte von Radikalen eines Radikal-Typs in einem Messraum.

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4298574A (en) * 1979-06-25 1981-11-03 The Babcock & Wilcox Company Hydrogen gas detector
DE4317568A1 (de) * 1993-05-26 1994-12-08 Fraunhofer Ges Forschung Wasserstoff-Sensor
DE19645694A1 (de) * 1996-11-06 1998-05-07 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Sensor zur Messung der Zusammensetzung von Wasserstoff-Sauerstoff-Gasgemischen

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3927555A (en) * 1973-10-15 1975-12-23 Gen Electric Hydrogen detector system
JP3114139B2 (ja) * 1995-01-24 2000-12-04 株式会社山武 熱伝導率計
US6242263B1 (en) * 1996-12-20 2001-06-05 Corning Incorporated Automotive hydrocarbon sensor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4298574A (en) * 1979-06-25 1981-11-03 The Babcock & Wilcox Company Hydrogen gas detector
DE4317568A1 (de) * 1993-05-26 1994-12-08 Fraunhofer Ges Forschung Wasserstoff-Sensor
DE19645694A1 (de) * 1996-11-06 1998-05-07 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Sensor zur Messung der Zusammensetzung von Wasserstoff-Sauerstoff-Gasgemischen

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"improved O2/h2 gas-mixture sensor", NTIS TECH NOTES., vol. 7, no. J, 1984, US DEPARTMENT OF COMMERCE. SPRINGFIELD, VA., US, pages 509 - 510, XP002133887, ISSN: 0889-8464 *
GARDNER W L: "SENSOR FOR MEASURING THE ATOMIC FRACTION IN HIGHLY DISSOCIATED HYDROGEN", JOURNAL OF VACUUM SCIENCE AND TECHNOLOGY: PART A,US,AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS. NEW YORK, vol. 13, no. 3, PART 01, 1 May 1995 (1995-05-01), pages 763 - 766, XP000531584, ISSN: 0734-2101 *

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US6464938B1 (en) 2002-10-15
FR2794243A1 (fr) 2000-12-01
CA2338612C (fr) 2008-04-08
JP4430844B2 (ja) 2010-03-10
EP1101100B1 (fr) 2010-06-16

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