Teledyne 3290 Instruction Manual [fr]
MANUEL DE L’UTILISATEUR
Analyseur d’oxygène
Teledyne modèle 3190 / 3290
AUTOCHIM
ANALYSE ET DETECTON DE GAZ
55 ,rue de l’aubépine
92168 Antony Cedex
Tel :33(1)40 96 11 22
Fax :33(1)40 96 11 30
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INTRODUCTION.........................................................................................................................................4
1.1 INTRODUCTION...............................................................................................................4
1.2 Principales Caractéristiques de l'appareil .............................................................................4
1.3 Description du panneau frontal ............................................................................................5
1.4 Description du panneau arrière ............................................................................................5
UTILISATION THEORIQUE.......................................................................................................................6
2.1 Introduction.........................................................................................................................6
2.2 Unité d'Analyse à Cellule Micro-Fuel..................................................................................6
2.2.1 Principes d'utilisation.................................................................................................6
2.2.2 Anatomie d'une Cellule Micro-Fuel ...........................................................................6
2.2.3 Réactions électrochimiques .......................................................................................7
2.2.4 L'effet de la pression..................................................................................................7
2.2.5 Caractéristiques de calibration ...................................................................................7
2.3 Electronique ........................................................................................................................8
2.3.1 Généralités ................................................................................................................8
2.3.2 Traitement du signal ..................................................................................................8
INSTALLATION..........................................................................................................................................9
3.1 Déballage de l'appareil.........................................................................................................9
3.2 Placement et montage..........................................................................................................9
3.2.1 Installation de l'Unité de Contrôle..............................................................................9
3.2.2. Installation de la Sonde.............................................................................................10
3.2.3 Installation de la Cellule Micro-Fuel..........................................................................10
3.3 Connexions électriques........................................................................................................10
3.4 Raccordement Gaz Echantillon............................................................................................12
3.5 Checklist d'Installation ........................................................................................................12
FONCTIONNEMENT ..................................................................................................................................13
4.1 Introduction.........................................................................................................................13
4.2 Utilisation des touches de Fonctions et d'Entrée de données.................................................13
4.3 Reglage des échelles d'Analyse............................................................................................13
4.3.1 Echelle Haute ............................................................................................................14
4.3.2 Echelle Basse ............................................................................................................14
4.4 Reglage des Points d'Alarme ...............................................................................................14
4.4.1 Alarme Haute ............................................................................................................14
4.4.2 Alarme Basse ............................................................................................................14
4.4.3 Alarme d'Auto-Surveillance.......................................................................................14
4.5 Sélection d'une échelle préréglée ou changement automatique d'échelle...............................14
4.6 Calibration...........................................................................................................................15
MAINTENANCE..........................................................................................................................................16
5.1 Remplacement du fusible.....................................................................................................16
5.1.1 Pour les modèles à alimentation Alternatif.................................................................16
5.1.2 Pour les modèles à alimentation en courant Continu ..................................................16
5.2 Installation ou remplacement de la Cellule Micro-Fuel ........................................................16
5.2.1 Quand remplacer la Cellule Micro-Fuel ? ..................................................................16
5.2.2 Commande et stockage des Cellules de Rechange......................................................17
5.2.3 Retirer la Cellule Micro-Fuel.....................................................................................17
5.2.4 Installer la Cellule Micro-Fuel ...................................................................................17
5.2.5 Conditions de Garantie de la Cellule Micro-Fuel .......................................................18
APPENDICE.................................................................................................................................................19
A.1 Spécifications .....................................................................................................................19
A.2 Pièces détachées .................................................................................................................19
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1- Introduction
1.1 Introduction
Le modèle 3190 de Teledyne Analytical Instruments (TAI) est un analyseur de traces d'oxygène basé
sur un microprocesseur permettant des mesures en temps réel des quantités d'oxygène résiduel dans les gaz
inertes ou dans une grande variété de mélanges gazeux. Il se caractérise par une utilisation simple, un temps de
réponse court et une constitution compacte et rugueuse. Des applications typiques du TAI 3190 sont le
monitoring de générateurs d'azote ou d'opérations de couverture de gaz inertes.
1.2 principales caractéristiques de l'appareil
Les principales caractéristiques de l'appareil comprennent :
• Une haute résolution, des affichages précis de 0-10 ppm à 0-25%. Un affichage brillant et de
grande taille.
• Des contrôles simples par touches.
• Une chambre de circulation de cellule en nylon.
• Une Cellule Micro-Fuel d'analyse ayant une durée de vie et une garantie d'un an.
• Non affecté par les gaz oxydants.
• Court temps de réponse et de remise en fonction.
• Une électronique basée sur un microprocesseur 8 bit CMOS avec RAM sur la carte mère et 16
Kb de ROM
• Deux échelles sélectionnables ( de 0-10 ppm à 0-9.999 ppm) permettant une meilleure adaptation
aux procédures et à l'équipement de l'utilisateur.
• Une échelle de calibration-Air de 20.9%
• L'opérateur peut sélectionner l'Autoranging qui permet à l'appareil de sélectionner
automatiquement l'échelle pour une mesure donnée. L'opérateur peut aussi verrouiller l'appareil
sur une échelle unique.
• Deux alarmes de concentration avec points d'alarme réglables.
• Une alarme d'auto-surveillance.
• Un port série de sortie digital RS 232 permettant la transmission des données de concentration et
d'échelle vers un ordinateur, un terminal ou un autre appareil digital.
• Trois sorties analogiques. 2 pour la mesure (0-10 V dc et 4-20 mA) et une pour l'identification de
l'échelle (0-10 V dc)
• Unité de contrôles compacte et rugueuse pour montage encastré. Face avant étanche à l'eau et à
la poussière.
• Une Sonde qui peut être placée à 2 m au moins de l'appareil en fonction du niveau de bruit de
fond électromagnétique.
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1- Introduction
1.3Description du panneau frontal
Tous contrôles et affichages sont accessibles sur le panneau frontal à l'exception de l'interrupteur
marche-arrêt. Le panneau frontal comprend 7 touches à membrane, un affichage digital et un indicateur LED
d'alarme. Ces caractéristiques brièvement décrites ici sont développées au chapitre 4.
7 touches à membrane sont utilisées pour sélectionner la fonction de l'appareil :
• Set HI Alarm : Définit la concentration au dessus de laquelle l'alarme s'active.
• Set LO Alarm : Définit la concentration au dessous se laquelle l'alarme s'active.
• Set HI Range : Définit l'échelle haute d'analyse de l'appareil (jusqu'à 0-9.999 ppm)
• Set LO Range : Définit l'échelle basse d'analyse de l'appareil (à partir de 0-10 ppm)
• Span : Calibre l'appareil
Touches d'entrée de données : Deux touches sont utilisées pour changer manuellement les paramètres de
mesure de l'appareil lorsqu'ils son affichés sur l'écran LED.
• Flèche supérieure : Incrémente les valeurs des paramètres lorsqu'ils sont affichés.
• Flèche inférieure : décrémente les valeurs des paramètres lorsqu'ils sont affichés.
Affichage digital LED : Il affiche des chiffres 7-segments de grande taille et brillants. Cet affichage est
lisible quelles que soient les conditions d'éclairage.
L'affichage a deux fonctions :
• Affichage des mesures : Affiche la concentration d'oxygène mesurée au moment de l'affichage.
• Affichage des paramètres : Affiche les points d'alarme, les échelles et la calibration réglables pour
vérification ou changement.
1.4 Description du panneau arrière
Le panneau arrière comprend les connecteurs électriques d'entrée et sortie. Deux illustrations de
panneaux arrière sont fournies pour les versions alimentées en Alternatif et Continu de l'appareil. Les
connecteurs sont brièvement décrits ici et plus en détail au chapitre Installation de ce manuel.
Connexion d'alimentation électrique :
Version Alternatif : 100-240 V ac à 50-60 Hz. Le connecteur d'alimentation comprend le logement du
fusible et l'interrupteur marche-arret.
Version Continu : Nécessité entre 10 et 36 V dc.
Logement du fusible : Le remplacement du fusible est décrit au chapitre 5 Maintenance.
Sortie Analogiques :
Sortie analogique de concentration 0-10 V.
Sortie analogique d'échelle ID (ou échelle dépassée optionnelle)
Sortie analogique de 4-20 mA
Connections d'Alarme : Connections HI Alarm, LO Alarm, et Defaut Cellule.
Port RS 232 Port série des signaux digitaux de concentration et d'échelle.
Sonde Connexion avec la Sonde ou une unité d'analyse à distance.
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2- Utilisation théorique
2.1 Introduction
L'analyseur TAI 3190 est composé de deux subsystèmes :
1. Unité d'Analyse à Cellule Micro-Fuel.
2. Unité de contrôle avec traitement du signal, affichage et contrôles.
L'Unité d'Analyse est conçue pour accepter le gaz d'échantillon et le diriger vers la Cellule Micro-Fuel.
La Cellule Micro-Fuel est un appareil électrochimique galvanique qui traduit la quantité d'oxygène présent dans
l'échantillon en courant électrique.
L'Unité de Contrôle traite le courant de sortie de la Cellule et le traduit en concentration, échelle,
signaux de sortie d'alarme et affichage de mesure de traces d'oxygène. Il contient un microcontroleur qui traite
tous les signaux d'entrée et sortie et affiche les fonctions.
2.2 Unité d'Analyse à Cellule Micro-Fuel
2.2.1 Principes d'utilisation.
La Cellule Micro-Fuel utilisée dans le modèle 3190 est une Cellule Micro-Fuel conçue et fabriquée par
TAI. C'est un transducteur électrochimique scellé.
Les composants actifs de la Cellule Micro-Fuel sont une cathode, une anode, et l'électrolyte 15%
aqueux KOH dans lequel elles sont immergées. La cellule convertit l'énergie d'une réaction chimique en courant
électrique à travers un circuit électrique externe. En cela son action est similaire à celle d'une batterie.
Il y a malgré tout une importante différence entre l'action de la cellule et celle d'une batterie. Dans une
batterie, tous les réactifs sont stockés à l'intérieur alors que dans le cas de la Cellule Micro-Fuel, l'un des réactifs,
l'oxygène, vient de l'extérieur comme constituant de l'échantillon analysé. La Cellule Micro-Fuel est donc un
hybride entre une batterie et une vraie cellule fuel. (Tous les réactifs sont stockés à l'extérieur dans le cas d'une
vraie cellule fuel)
2.2.2 Anatomie d'une Cellule Micro-Fuel.
La Cellule Micro-Fuel est un cylindre de seulement 31.75 mm de diamètre et 25.4 mm de haut. Le
cylindre est constitué de plastique totalement inerte qui peut être placé tranquillement dans pratiquement
n'importe quel environnement ou flux d'échantillonage. Il est effectivement scellé malgré une extrémité
perméable à l'oxygène présent dans le gaz d'échantillonage. L'autre extrémité est une plaque de contact
consistant en deux anneaux plats concentriques. Les anneaux correspondent à des contacts dans le bloc cellule et
permettent la connexion électrique avec le reste de l'appareil.
A l'extrémité supérieure de la cellule se trouve une membrane de diffusion en téflon. Sous la membrane
se trouve la cathode. Celle-ci possede une surface de presque 4 cm2 et de multiples perforations afin d'assurer un
contact suffisant entre la surface supérieure et l'électrolyte. Elle est plaquée avec un métal inerte.
La structure de l'anode se trouve sous la cathode. Elle est faite de plomb et est conçue de façon à
maximiser la quantité de métal disponible pour la réaction chimique.
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2- Utilisation théorique
A l'arrière de la cellule, juste sous la structure de l'anode se trouve une membrane flexible concue pour
supporter les variations du volume interne qui se produise lors de la vie de la cellule. Cette flexibilité assure que
la membrane sensitive en téflon reste bien à sa place permettant un signal de sortie électrique constant.
L'espace entre la membrane de diffusion au dessus de la cathode et la membrane flexible à l'arrière de la
cellule est rempli par l'électrolyte. Cathode et anode sont submergées dans ce bain commun. Chacune a un
conducteur la reliant à l'un des anneaux externes sur la surface de contact sur la face inférieure de la cellule.
2.2.3 Réactions électrochimiques.
Le gaz d'échantillonage se diffuse à travers la membrane de téflon. Tout oxygène dans le gaz
d'échantillonage est réduit sur la surface de la cathode suivant l'équation suivante :
O2 + 2 H2O + 4 é → 4 O H-
(4 électrons se combinent avec une molécule d'oxygène en présence d'eau de l'électrolyte pour produire 4 ions
hydroxyle.)
Lorsque l'oxygène est réduit sur la cathode, le plomb de l'anode est simultanément oxydé suivant
l'équation :
2 Pb + 4 OH- → 2 Pb+2 + 2 H2O + 4 é
(Deux électrons sont transférés de chaque atome de plomb oxydé. Deux réactions à l'anode balancent la réaction
à la cathode pour le transfert de 4 électrons.)
Les électrons libérés à la surface de l'anode se déplacent vers la surface de la cathode lorsque qu'un
chemin électrique externe leur est fourni. Le courant électrique produit est proportionnel à la quantité d'oxygène
atteignant la cathode. Il est mesuré et utilisé pour déterminer la quantité d'oxygène présent dans l'échantillon.
La réaction totale dans la cellule est la somme des deux équations ci-dessus soit :
2 Pb +2 O2 → 2 PbO
(Ces réactions continuerons aussi longtemps qu'aucun élément gazeux capable d'oxyder le plomb, (tels l'inodine,
la bromine, la chlorine et la fluorine), n'est présent dans le mélange d'échantillonnage. Les seuls composants de
ce type sont les halogenes)
Le courant généré par la cellule est limité par :
1 : la quantité d'oxygène présent dans la cellule à l'instant T.
2 : La quantité de métal constituant l'anode.
Aucun courant n'est généré en l'absence d'oxygène.
2.2.4 L'effet de la pression.
Pour la mesure de la quantité d'oxygène présent dans l'échantillon comme une partie spécifique du
mélange gazeux, il est nécessaire que l'échantillon se diffuse dans la cellule sous une pression constante.
Si la pression totale augmente, la quantité d'oxygène atteignant la cathode à travers la membrane
augmentera de même. Le transfert d'électrons et par conséquent le courant généré augmenteront aussi même si la
concentration d'oxygène dans le mélange gazeux reste constante. Il est donc important que la pression du
mélange d'échantillonage au niveau de la cellule (généralement 1 atm) reste constante entre les calibrations.
2.2.5 Caractéristiques de calibration.
En admettant que la pression de l'échantillon au niveau de la cellule soit constante, une caractéristique
de la cellule est que le courant produit dans un circuit externe, dont l'impédance est constante, est directement
proportionnel à la quantité d'oxygène atteignant la cathode. Et cette quantité est directement proportionnelle à la
quantité d'oxygène présente dans le mélange gazeux. Autrement dit, la cellule a une courbe d'électrolyse linéaire
et les circuits de mesure n'ont pas à compenser une non-linéarité.
De même, puisqu'aucun courant n'est produit en l'absence d'oxygène, dans ce cas, la courbe de réponse
passe par un 0 absolu. La cellule elle même n'a donc pas besoin d'être remise à 0.
2- Utilisation théorique
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