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(11) | EP 0 099 776 B1 |
| (12) | FASCICULE DE BREVET EUROPEEN |
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Détecteur de niveau d'ionisation d'un milieu gazeux contrôlé par arc électrique Ionisationsniveau-Detektor von einer mit elektrischem Bogen kontrollierten gasartigen Umgebung Ionisation level detector of an electric arc controlled gaseous environment |
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[0002] L'utilisation de détecteurs ioniques d'incendie est déjà très répandue en raison de la très grande rapidité de réponse de ces appareils et de leur faible sensibiiité à l'action nocive des gaz.
[0003] Il est connu, par le document US-A-3 978 397 de créer dans une chambre unique une ionisation de l'air entre une première paire d'électrodes pendant une première période, puis de laisser décroître l'ionisation de l'air pendant une deuxième période, enfin de mesurer l'ionisation résiduelle de l'air entre une seconde paire d'électrodes pendant une troisième période. Les trois périodes sont déterminées par un dispositif cyclique de commande et elles ont chacune une durée constante. Pendant la troisième période, on mesure un courant qui est différent suivant que la chambre est ou non polluée par des fumées. L'inconvénient de ce dispositif est qu'il faut faire une mesure périodique directe de l'amplitude, variable, du courant.
[0004] L'objet de l'invention est un détecteur de niveau d'ionisation d'un milieu gazeux, du type comportant une chambre unique dans laquelle sont disposées une première paire d'électrodes, entre lesquelles un arc électrique provoque une ionisation du milieu gazeux, et une deuxième paire d'électrodes, entre lesquelles on mesure la conductivité du milieu gazeux après l'ionisation provoquée par l'arc électrique, caractérisé en ce qu'il comporte :
- un circuit de déclenchement de l'arc électrique à résistance et condensateur en série soumis à une polarisation constante, le point milieu du circuit étant relié au primaire d'un transformateur par l'intermédiaire d'un transistor, le secondaire du transformateur étant monté entre les deux électrodes de la première paires d'électrodes,
- un circuit de mesure de la conductivité du milieu gazeux comportant une capacité et deux résistances montées en série entre les électrodes de la deuxième paire,
- et un circuit monté entre le point commun aux deux résistances du circuit de mesure de la conductivité du milieu gazeux, et la porte du transistor du circuit de déclenchement de l'arc électrique, de façon à déclencher l'arc électrique lorsque le potentiel de l'anode du transistor, résultant de la charge dudit condensateur, dépasse le potentiel de la porte du transistor, résultant de la mesure de la conductivité du milieu gazeux et représentatif du taux de décroissance des ions dans la chambre,
- les électrodes de mesure de la conductivité du milieu gazeux sont alimentées en tension à partir du secondaire du transformateur qui est monté en parallèle sur ladite capacité par l'intermédiaire d'une diode,
- il comporte en outre un dispositif de signalisation de la chute de conductivité, contrôlé par un détecteur de la variation de fréquence de charge dudit condensateur,
- la cathode dudit transistor est reliée à une entrée dudit détecteur de la variation de fréquence de charge dudit condensateur,
- le point commun aux deux résistances du circuit de mesure de la conductivité du milieu gazeux est relié d'une part directement à l'entrée négative d'un amplificateur opérationnel, d'autre part à l'entrée positive dudit amplificateur opérationnel par l'intermédiaire d'un circuit à résistance et capacité en parallèle, engendrant une tension variable décroissante inférieure à la tension variable décroissante théorique correspondant à la décroissance de l'ionisation dans la chambre,
- le point commun aux deux résistances du circuit de mesure de la conductivité du milieu gazeux est relié d'une part à un dispositif mémoire de la tension représentative de la conductivité entre les électrodes de mesure, d'autre part à un dispositif de commande dont la sortie est pourvue de deux dispositifs de temporisation commandant l'accès de ladite tension à la fois à ladite mémoire et à un amplificateur opérationnel contrôlant un dispositif de signalisation,
- l'accès de ladite tension à la mémoire est contrôlé par un transistor MOS utilisé en interrupteur et commandé par ledit dispositif de commande, ce dispositif de commande étant constitué par un amplificateur opérationnel recevant d'une part une tension de référence, d'autre part ladite tension représentative de la conductivité entre les électrodes de mesure.
[0005] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante faite en référence aux dessins et qui représentent à titre d'exemples non limitatifs, un mode de réalisation de la présente invention et des variantes de la commande de signalisation des mesures.
La figure 1 est une représentation schématique de l'appareil et de ses circuits.
La figure 2 le diagramme représentant les tensions de contrôle du transistor commandant le déclenchement de l'arc électrique.
La figure 3 un exemple de succession des tensions de commande de l'arc et de la variation de la résistivité entre électrodes de mesure.
La figure 4 le schéma d'un circuit de signalisation de la détection d'une chute de conductivité.
La figure 5 une variante du dispositif de la figure 4,
La figure 6 le schéma des tensions du dispositif de commande de déclenchement de l'arc électrique,
La figure 7 une variante du dispositif de la figure 5, et
La figure 8 un exemple des tensions des commandes du dispositif de signalisation représenté à la figure 7.
[0006] Le détecteur schématisé figure 1 comprend essentiellement une chambre unique 4 dont l'ouverture est recouverte par une fine grille de protection 5 mise à la masse. La grille permet notamment la suppression d'émissions radioélectriques parasites. Les électrodes E1 et E2 servant à la production d'arcs intermittents ainsi que les électrodes E3 et E4 de mesure de la conductivité du milieu sont alimentés en tension par les enroulements 7 d'un transformateur dont l'enroulement primaire 8 est contrôlé par la porte 9 du transistor Z1. Cette porte est connectée par le circuit 10 au circuit de mesure de conductivité de l'espace compris entre les électrodes E3 et E4.
[0007] L'alimentation de l'enroulement primaire 8 s'effectue au moyen de terminaux 1 et 2 connectés aux bornes de tout dispositif d'alimentation fournissant respectivement une tension positive au terminal 1 par exemple de + 6V et une tension négative au terminal 2 de -6V. La tension de référence au terminal 3 peut être de + 6V. En absence de conduction de Z1, le condensateur Ci connecté au terminal 2 et au terminal 1 par la résistance R1 se charge. Lorsque la tension de l'anode 11 croît et dépasse celle de la porte 9, le condensateur C1 se décharge par Z1 à travers l'enroulement primaire 8 du transformateur. La décharge se produisant en un temps extrêmement court, une différence importante de potentiel se produit aux bornes de l'enroulement secondaire 7 connectées aux électrodes E1 et E2 provoquant ainsi un arc électrique entre ces électrodes. L'accroissement de l'ionisation du milieu contenu dans la chambre 4 accroît la conductivité entre les électrodes E3 et E4 entraînant l'accroissement de la tension de la porte 9. Le condensateur Ci venant de se décharger, on voit que le dépassement de la tension de l'anode 11 par la tension de la porte 9 se produit en un temps très court, la décharge du condensateur entraînant la coupure immédiate par Z1 de l'alimentation de l'enroulement 8.
[0008] On voit que dès que la chambre 4 est ionisée, le condensateur C2 se charge à une certaine valeur et que le moment où la tension de la porte 9 dépasse celle de l'anode est fonction de la conductivité de l'espace situé entre les électrodes E3 et E4 ainsi que des valeurs des résistances R2 et R3. Il en résulte que, si au cours du temps, la conductivité varie entre E3 et E4 en raison d'une disparition rapide des ions due à la venue dans la chambre 4 de particules émises par exemple au cours d'un incendie, la fréquence d'amorçage de l'arc entre E1 et E2 croît. On obtient ainsi un moyen commode de détecter la pollution du milieu environnant la chambre 4.
[0009] La figure 2 montre en Vg la courbe de décroissance de la tension de la porte 9 entraînant la conduction brusque de Z1, lorsque la tension d'anode représentée en V11 dépasse la valeur VL de la tension Vg de la porte 9. La tension V12 de la cathode 12, croît alors brusquement à l'instant t, puis décroît jusqu'à l'instant t2. Le condensateur Ci se charge à nouveau et le cycle recommence.
[0010] On a représenté à la figure 3 une succession d'impulsions de commande de l'arc électrique provoquant l'ionisation de la chambre 4 ainsi que la courbe de résistivité 13 en fonction du temps au cours de la détection d'une certaine pollution que l'on détecte encore par la fréquence des impulsions V12 de commande de l'arc entre les électrodes E1 et E2. Un signal d'alarme de tout type peut être déclenché par le dispositif 30 représenté figure 4. Celui-ci peut comporter par exemple un circuit de détection d'impulsion manquante de type connu commercialisé par exemple sous la référence « Philips 555 » et qu'il suffit de raccorder aux éléments représentés au schéma de la figure 1 en connectant l'entrée 25 du circuit de détection au terminal 3 du circuit de la figure 1. La sortie 24 du dispositif de détection 30 est connectée à tout dispositif d'alarme désiré 31, de sorte que, lorsque les impulsions sont espacées comme sur la figure 3, avant accroissement de la résistivité, le circuit 30 donne une réponse normale entre A et B. Par contre, entre les points B et C l'accroissement de la fréquence des impulsions V12 entraîne un signal de sortie en 24 du dispositif de détection 30. La connexion 32 au dispositif d'alarme 31 déclenche ainsi tout dispositif. Le signal de déclenchement en 24 ne disparaît qu'au retour de la fréquence primitive en C.
[0011] Une variante du circuit de commande de la signalisation a été représentée figure 5. Dans cette variante, le point de jonction 14 des résistances R2 et R3 est relié d'une part directement à l'entrée négative d'un amplificateur opérationnel 15, d'autre part à l'entrée positive de l'amplificateur 15 par l'intermédiaire du circuit constitué de la diode D2 et de la ligne de retard composée de la résistance R4 et du condensateur C3. On a représenté à la figure 6 la courbe 16 de décroissance de la conductivité dans le milieu normal que le détecteur ionique surveille et en 17 la courbe de la chute de tension à l'entrée du circuit R4, C3 en fonction du temps ce circuit étant préalablement réglé pour qu'à tout instant la valeur de la tension représentée par la courbe 17 soit inférieure à celle représentée par la courbe 16. La tension représentée par la courbe 17 sert de seuil de référence et permet que dès que des particules pénètrent dans la chambre 4 et entraînent la diminution du nombre des ions dans l'espace E3, E4 de commander l'amplificateur opérationnel 15, la courbe de la tension V10 du point de jonction 14 décroissant plus vite que celle du circuit R4-C3. La tension de sortie Vo de l'amplificateur 15 peut être utilisée pour commander tout circuit d'alarme, tel que 31 par exemple.
[0012] Ce circuit de commande de signalisation très simple a l'avantage d'être très sensible et convient particulièrement à la surveillance de milieux où l'humidité et la température sont relativement constantes.
[0013] Lorsque le milieu à surveiller est susceptible de présenter des variations d'humidité et de température affectant la mobilité des ions ainsi que la rapidité de leur disparition, le dispositif de commande de signalisation peut être remplacé par le dispositif représenté figure 7 permettant de comparer la tension Vlo prise au point de jonction 14 après une période prédéterminée T1 suivant la commande de l'arc entraînant l'ionisation, avec la valeur précédente de cette tension V10 préalablement enregistrée.
[0014] A cet effet, la tension Vio, représentative de la conduction entre les électrodes E3 et E4, est injectée dans l'amplificateur opérationnel 18 servant de transformateur d'impédance, de sorte que la même source de tension V10 est appliquée à la borne 27 du transistor 26 du type MOS dont le drain est connecté en 28 à l'entrée négative de l'amplificateur 20 et à la résistance Rs.
[0015] La porte 29 commandant la conduction du transistor MOS 26 servant d'interrupteur est reliée par 32 du circuit de temporisation 23. Ce circuit entraîne un retard de transmission Tz, figure 8, du signal transmis par le circuit différentiel C7, R7. Ce signal provient de l'amplificateur 19 par l'intermédiaire du circuit C6, R6 et du circuit de temporisation 22 qui introduit le retard T1, représenté figure 8.
[0016] Dès que la tension V10 est supérieure à une valeur de référence appliquée à l'entrée 21 de l'amplificateur 19, celui-ci transmet une impulsion négative au circuit 22 par le circuit différentiel C6Rs. Cette impulsion est retardée à son tour du temps T2.
[0017] Il en résulte que, lorsque la tension V10 est appliquée par l'interrupteur MOS 26 à la borne 28 et au circuit R5,C5, que si la tension du condensateur Cs, représentant l'ancienne valeur de V10, cas des valeurs B et C, figure 8, est inférieure à la nouvelle valeur de Vio, la sortie 33 de l'amplificateur 20 reste à la valeur 0.
- un circuit de déclenchement de l'arc électrique à résistance (R1) et condensateur (C1) en série soumis à une polarisation constante, le point milieu du circuit (R1, C1) étant relié au primaire (8) d'un transformateur par l'intermédiaire d'un transistor (Z1), le secondaire (7) du transformateur étant monté entre les deux électrodes (E1, E2) de la première paires d'électrodes,
- un circuit de mesure de la conductivité du milieu gazeux comportant une capacité (C2) et deux résistances (R3, R2) montées en série entre les électrodes (E3, E4), de la deuxième paire,
- et un circuit (10) monté entre le point commun (14) aux deux résistances (R3, R2) du circuit de mesure de la conductivité du milieu gazeux, et la porte (9) du transistor (Z1) du circuit de déclenchement de l'arc électrique, de façon à déclencher l'arc électrique lorsque le potentiel de l'anode (11) du transistor (Z1), résultant de la charge dudit condensateur (C1), dépasse le potentiel de la porte (9) du transistor (Z1), résultant de la mesure de la conductivité du milieu gazeux et représentatif du taux de décroissance des ions dans la chambre.
- a circuit which discharges the electric arc, which circuit comprises a resistor (R1) and a capacitor (C1) in series and is subject to a constant polarity, the central point of the circuit (R1, C1) being connected to the primary winding (8) of a transformer by means of a transistor (Z1), the secondary winding of the transformer being connected between the two electrodes (E1, E2) of the first pair of electrodes ;
- a circuit which measures the conductivity of the gaseous medium, which circuit comprises a capacitor (C2) and two resistors (R3, R2) connected in series between the electrodes (E3, E4), of the second pair;
- and a circuit (10) between the point (14) common to the two resistors (R3. R2) of the circuit for measuring the conductivity of the gaseous medium and the gate (9) of the transistor (Z1) of the circuit for discharging the electric arc so that the electric arc is discharged when the potential of the anode (11) of the transistor (Z1), resulting from the charge of said capacitor (C1), is greater than the potential of the gate (9) of the transistor (Z1), resulting from the measurement of the conductivity of the gaseous medium and representative of the reduction in the ions in the chamber.
- eine Schaltung für das Auslösen des Lichtbogens mit hintereinander liegendem Widerstand (R1) und Kondensator (C1) unter gleichbleibender Vorspannung, wobei der Mittenpunkt der Schaltung (R1, C1) mit der Primärseite (8) eines Transformators über einen Transistor (Z1) verbunden ist und die Sekundärseite (7) des Transformators an den beiden Elektroden (E1, E2) des ersten Elektrodenpaars liegt,
- eine Schaltung zum Messen der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit der gasartigen Umgebung mit einer Kapazität (C2) und zwei Widerständen (R3, R2), die hintereinander zwischen die Elektroden (E3, E4) des zweiten Paares geschaltet sind,
- und einen Stromkreis (10), der zwischen den gemeinsamen Punkt (14) der beiden Widerstände (R3, R2) der Schaltung zum Messen der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit der gasartigen Umgebung und das Tor (9) des Transistors (Z1) der Schaltung zum Auslösen des Lichtbogens gelegt ist, so daß der Lichtbogen ausgelöst wird, wenn das von der Ladung des genannten Kondensators (C1) herrührende Potential der Anode (11) des Transistors (Z1) das von dem Maß der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit der gasartigen Umgebung herrührende und für den Betrag der Verminderung der Ionen in der Kammer kennzeichnende Potential des Tors (9) des Transistors (Z1) übersteigt.