électronique (suite)

Mesures dans le domaine de la lumière

Pour toutes les applications de l’électronique dans le domaine de la lumière, un flux lumineux tombe sur une cellule photo-électrique, créant soit une différence de potentiel, soit un courant proportionnel au flux lumineux. La cellule est suivie d’un amplificateur qui actionne l’appareil de mesure. Les cellules utilisées sont soit photo-émissives à vide, soit photomultiplicatrices, ou encore des photopiles ou des photodiodes ou bien enfin des phototransistors.

La cellule est suivie d’un amplificateur électronique, dont le courant de sortie actionne un milliampèremètre. Après étalonnage, l’appareil donne la valeur de l’éclairement en lux.

Les fluxmètres électroniques permettent de mesurer avec une grande précision des flux extrêmement faibles, de l’ordre de 10^–8 lumen.

Dosages et analyses photo-électriques

La plupart des corps possèdent une couleur propre ; dissous, la solution qui les contient possède une certaine coloration dont l’intensité est fonction de la concentration du corps dans le liquide. On peut donc faire des mesures quantitatives du corps par la mesure de la coloration. La méthode s’applique aussi aux mélanges de gaz. Dans un équipement de dosage photo-électrique de gaz, un faisceau lumineux modulé fourni par une lampe à décharge est divisé en deux par deux prismes à réflexion totale. Une partie de la lumière traverse un tube de verre, dans lequel circule le gaz ou le liquide à étudier, et vient frapper une cellule photo-électrique d’analyse ; l’autre partie vient frapper une cellule photo-électrique de comparaison. Un diaphragme mobile intercalé entre le prisme et la cellule de comparaison permet de régler la quantité de lumière venant frapper la cellule. La source de lumière photo-électrique de comparaison est une lampe à vapeur de mercure à haute pression, alimentée par le secteur alternatif. Le flux lumineux est ainsi modulé à une fréquence double de celle du secteur. Des filtres convenables, placés sur le trajet du faisceau, déterminent le domaine des longueurs d’onde correspondant au spectre d’absorption du gaz à doser. On peut ainsi séparer optiquement le fluide à doser des autres constituants du mélange. Un amplificateur différentiel à gain élevé amplifie les courants photo-électriques. L’étage détecteur qui suit l’amplificateur alimente le milliampèremètre de sortie, étalonné en concentration du gaz à doser.

Ce type d’appareil permet de doser des gaz comme le chlore, le peroxyde d’azote, le bioxyde d’azote, l’anhydride sulfureux. Il convient aussi pour mesurer le degré hygrométrique d’un gaz en dosant l’aérosol produit par l’humidité du gaz en contact avec une solution d’oléum. Sa sensibilité permet de déceler une teneur en humidité de 20 mg/m³.

Analyses par spectrophotométrie

Les méthodes spectrophotométriques ont reçu de très nombreuses applications dans le domaine des dosages chimiques et biologiques. Les spectrophotomètres permettent d’étudier de manière précise l’absorption en lumière monochromatique dans une très large région spectrale (par exemple de 2 000 à 25 000 Å). Un spectrophotomètre électronique comporte essentiellement :
— une source lumineuse intense (lampe à arc dans l’hydrogène ou lampe à filament de tungstène) ;
— un monochromateur ;
— une cellule photo-électrique à vide ou un photomultiplicateur ;
— un amplificateur électronique ;
— un galvanomètre ou un enregistreur sur papier.

L’étude spectrophotométrique des flammes et des arcs permet le dosage rapide et précis des constituants des alliages métalliques, procédé fréquemment utilisé dans l’industrie.

Spectrométrie infrarouge

Le spectromètre infrarouge constitue un précieux moyen d’analyse, en particulier dans le domaine de la chimie organique. La méthode est fondée sur le fait que certaines radiations électromagnétiques peuvent mettre en état de vibration les molécules des composés chimiques. On constate une résonance des diverses molécules chimiques pour des fréquences bien précises du rayonnement excitateur. La valeur de la fréquence de résonance et celle de l’énergie absorbée caractérisent avec précision la nature de la molécule, car il n’existe pas deux substances différentes ayant le même spectre infrarouge. On utilise généralement des appareils enregistreurs automatiques traçant la courbe de l’énergie absorbée en fonction des longueurs d’ondes du spectre infrarouge. La courbe obtenue permet l’identification d’un corps, des divers constituants et impuretés qu’il peut éventuellement contenir.

Dans un spectrophotomètre, une source lumineuse émet des radiations riches en infrarouges, qu’un miroir oscillant dirige successivement sur chacune des cuves contenant les produits à comparer. L’une d’elles contient le produit à étudier et l’autre le produit de référence. Les radiations lumineuses transmises passent cinq fois par seconde sur la fente d’entrée du monochromateur. L’image de la fente de sortie du monochromateur vient se former sur un double bolomètre, chaque élément étant associé à une résistance pour constituer un pont alimenté par un générateur à 2 000 Hz. La tension de sortie du pont est appliquée à un amplificateur accordé sur 2 000 Hz, puis, après redressement et filtrage, à un amplificateur accordé sur 5 Hz. La tension de sortie de cet amplificateur est finalement envoyée à un séparateur de signaux, qui fournit les deux composantes successives correspondant l’une au faisceau de mesure, l’autre au faisceau de référence. Finalement, une tension proportionnelle au rapport des deux composantes entraîne un inscripteur sur tambour dont le moteur est synchronisé avec celui qui actionne le miroir plan assurant la variation des longueurs d’ondes sortant du monochromateur.

La spectrophotométrie infrarouge est très employée dans les industries du pétrole, des matières plastiques, des parfums ; elle permet de déterminer les taux d’impureté d’un produit que l’analyse chimique classique est impuissante à doser.