Brevet FR2050400A1 — publié le 19710402

La présente invention est relative à un dispositif de commutation qui fonctionne lorsque la présence d'un gaz est détectée et se rapporte plus particulièrement à un circuit qui exécute une action de relais normale à la réception de la sortie élec-5 trique d'un élément qui détecte la présence de gaz inflammable . Dans la demande de brevet français ÎT0 70 05975 du 19/2/70 intitulée " Dispositif de détection de la présence d'un gaz inflammable " au nom de la Demanderesse , il est décrit un élément métal-oxyde-semiconducteur qui est sensible à un gaz inflammable . 10 Cet élément comprend deux bobines en fil métallique, disposées de façon mutuellement espacée et en parallèle , et un oxyde métallique entourant les deux bobines simultanément , l'oxyde métallique étant l'un des oxydes suivant : SnOg , ZnO, Ub^O^, V^O^ jG^Oc-TiOg et ïegO^ ayant pour propriété que sa résistance spécifique 15 varie de façon notable lorsqu'un gaz inflammable est présent . Cet élément est conçu de telle manière que sa température de surface est maintenue dans une gamme comprise entre 50°G et 300°G en faisant circuler un courant approprié dans l'une des bobines ou les deux , tandis qu'une tension appropriée de 100 V par exem-20 pie est appliquée entre les bobines et lorsque l'élément vient en contact' avec un gaz inflammable , le courant circulant dans les bobines augmente considérablement . L'invention envisage d'utiliser l'élément de détection de gaz inflammable et de constituer ainsi un circuit à relais ou un 25 circuit de commutation pour ouvrir et fermer un point de contact ayant une capacité de transport de courant suffisante pour commander un appareil désiré . Un exemple préféré du circuit selon l'invention comprend un élément de détection de gaz inflammable , un relais , un élément 30 de tbyristance , tin dispositif diviseur de tension, une ou plusieurs sources de tension relativement basse et une.ou plusieurs sources de tension relativement haute . L'une des bobines de l'élément de détection est connectée à la source de tension relativement basse . Un circuit série compre-35 nant deux bobines de l'élément et le dispositif diviseur de tension et un circuit série comprenant une bobine du relais et élément de tliyristance sont connectés à la source de tension relativement élevée , et l'électrode de porte de l'élément de thyris— tance est connectée à un point de division du dispositif diviseur 70 19544 2 2050400 de "tension . Le relais est ainsi excité lorsque la concentration de gaz inflammable dans l'air atteint un certain niveau , afin de commander Ton appareil désiré. Cet appareil à commander peut être un dispositif avertisseur , un dispositif de ventila-5 tion destiné à évacuer le gaz inflammable ou une soupape destinée à bloquer le passage du gaz inflammable . L'invention envisage également de fournir un dispositif permettant de régler librement ou de choisir librement la concentration de gaz inflammable dans l'air au moment 10 du fonctionnement du relais. Comme chacun des éléments constituant l'élément dé détection du gaz inflammable du dispositif est soumis à des tolérances, de fabrication inévitables , la concentration de gaz auquel le relais fonctionné fi/est pas constante et il est nécessaire de régler le dispositif de façon que 15 le relais soit sensible à la mime concentration de gaz. Dans certains cas d'autre part , il est nécessaire de choisir la concentration de gaz à laquelle le dispositif est sensible selon le dispositif de gaz à détecter ou le type d'appareil qui doit être commandé par le relais . Dans le dispositif sus-mentionné 20 selon l'invention , la concentration de gaz à laquelle le dispositif est sensible peut être réglée ou choisie librement en fixant le rapport de division du dispositif diviseur de tension» L'invention vise également à faire fonctionner l'élément de détection de gaz inflammable de façon plus stable 25 et avec une sensibilité plus grande . Bien que cet élément de détection soit muni de deux électrodes en forme de bobine , il résulte simplement de la commodité de fabrication et du point de vue du principe de fonctionnement qu'une bobine est suffisante pour chauffer le corps semiconducteur et que l'autre peut être 30 remplacée par une ■électrode en forme de fil ou plaque ne remplissant pas de fonction de chauffage . Par conséquent, jusqu'à maintenant , comme décrit dans les brevets précités , un courant de chauffage n'est appliqué qu'à l'une des bobines et lès deux extrémités de 11 autre bobine sont couplées de façon à l'utiliser 35 comme une simple électrode. Lorsque le courant de chauffage est appliqué à line seule bobine , une partiè seulement dûvcorps semiconducteur est chauffée , ce qui a pour effet que l'opération de détection de gaz par la partie du corps semiconducteur qui n'a pas été chauffée suffisamment'fi'est pas 'efficace et que la sensiBÀD ORIGINAL 70 19544 3 2050400 bilité de détection de l'élément dans son ensemble devient peu efficace et instable . Selon l'invention toutefois, le courant de chauffage est appliqué aux deux bobines respectivement, ce qui 5 produit un chauffage uniforme du corps semiconducteur et on peut donc obtenir une sensibilité élevée et stable ► L'invention vise également à fournir un dispositif dans lequel une partie de l'élément de détection de gaz inflammable est utilisée et comprenant des relais séparés qui 10 fonctionnent respectivement de façon correspondantes à deux concentrations de gaz différents . À cet effet, outre le relais en série avec la thyristance , un autre relais est intercalé dans un circuit série comprenant les deux bobines de l'élément de détection et le dispositif diviseur de tension . La concentration 15 de gaz pour laquelle le dernier relais fonctionne peut être modifiée librement en réglant la valeur de la résistance du circuit série dans son ensemble et. elle peut être réglée de façon que le dernier relais fonctionne pour une concentration de gaz différente de celle faisant fonctionner le premier relais . Des relais 20 tels que ceux ci-dessus fonctionnant pour deux concentrations différentes- de gaz respectivement conviennent pour un tel agencement dans lequel , lorsque la concentration de gaz atteint une certaine valeur , une turbine de ventilation est entraînée et lorsque la concentration de gaz atteint une certaine valeur plus 25 élevée , un dispositif avertisseur est actionné • L'invention fournit également des indications de l'état de fonctionnement et de non fonctionnement du relais. A cet effet, un tube à décharge émetteur de lumière telle qu'une lampe au néon est connectée en parallèle avec le relais . 30 Ce tube à décharge ne s'éclaire pas lorsque le courant circulant dans la bobine est faible , mais lorsque le courant circulant dans la bobine du relais augmente , il s'éclaire en raison du fait que la chute de tension aux bornes de la bobine du relais augmente et il indique ainsi que le relais fonctionne . 35 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante , donnée à titre d'exemple et faii?e en référence aux dessins annexés dans lesquels : La Fig.l représente une vue en perspective d'une partie 70 19544 4 2050400 principale d'un élément de détection de gaz inflammable employé dans l'invention, un corps semiconducteur étant représenté de-façon transparente afin d'en montrer la structure interne ; La î'ig.2 représente une vue en coupe longitudinale de 5 la partie principale de l'élément représenté à la Fig.1 ; en La I?ig.3 représenté une vue en partie/arraché d'un montage de l'élément représenté à la Fig.1 ; La Fig.4 représente un schéma de connexions d'un exemple de mode de réalisation d'un dispositif sensible aux gaz inflam— 10 mables selon l'invention dans lequel le courant de chauffage est appliqué aux deux bobines de 1'élément ; La KLg.5 représente un autre exemple de mode de réalisation de 1'invention comprenant deux relais fonctionnant à des niveaux de concentration de gaz différents ; 15 ' I»a 3?ig.6 représente un autre exemple de l'invention dans lequel un tube au néon est connecté à chacun des relais poùr indiquer-que chacun d'eux fonctionne . L'élément de détection de gaz inflammable utilisé dans la mise en oeuvre de l'invention et représenté aux 3?ig. 1 et 20 2 comprend deux bobines 1 et 2 constituées par un fil métallique difficilement oxydable à une température élevée , tel que du platine , du palladium ou un alliage de platine et d'iridium . Ces bobines sont disposées dans des gorges 4- et 5 de deux faces opposées d'un bloc 3 en oxyde non organique , fortement isolant 25 de l'électricité et résistant au feu tel que AlgÔ^, SiOg ou BeO et, au moyen d'un agent adhésif non organique et à point de fusion élevé 6 et 7 constitué par un matériau vitreux dissout de HagO et de un ou plusieurs des matériaux K^O, Caï^, , Ba^O^ et SiOg , les bobines sont fixées respectivement par une de leurs 30 parties aux surfaces des gorges 4 et 5 du bloc 3 et sont supportées en parallèle l'une avec l'autre . On notera que chacune de ces bobines 1 et 2 n'est incorporée qu'en partie dans l'agent adhésif 6 ou 7 et que la partie restante est à découvert . Le bloc 3 et les bobines 1 et 2 sont ensuite recouverts pour former 35 'un élément individuel avec un matériau semiconducteur en oxyde métallique 8 qui est sensible au gaz inflammable à une température élevée et l'élément individuel est terminé de manière à avoir la forme d'un bloc . A. partir de deux faces d'extrémité du bloc semiconducteur , des parties d'extrémités des bobines 1 et 2 BAD ORIGINAL 70 19544 5 2050400 disposées linéairement s'étendent respectivement sous la.forme de conducteurs 9j 10, 11 et 12 . Pour le matériau métal-oxyde-semiconducteur susmentionné , on recommande SnO^, ZnO , FbgO^ ' V2°5 5 FegOj par exemple . Lorsque ces matériaux viennent en contact avec le gaz inflammable à l'état" chauffé à une température comprise dans la gamme de 50 à 300°G, le gaz extrait des ions osyde des matériaux semiconducteurs et oxyde ce dernier , de sorte que les cations et les anions à l'intérieur du corps semiconducteur sont 10 en déséquilibre et que la résistance du corps varie considérablement . L'élément susmentionné est constitué de la manière suivante î En premier lieu , les parties de conducteur 9» 10, 11 et 12 des bobines 1 et 2 sont fixées entre les tiges de 15 support 15» 14-, 15 et 16 qui sont montées sur un queusot en un bon matériau isolant telle que de la matière plastique ou analogue et les bobines 1 et 2 sont ainsi tendues, en parallèle et avec un écartement prédéterminé entre elles . En second lieu , le bloc isolant 3 sur les surfaces de gorges 4 et 5 duquel un 20 agent adhésif à point de fusion élevé 6 et 7 est déposé , est introduit entre les bobines 1 et 2 et ces dernières sont mises en alignement avec les gorges 4 et 5 • Ensuite , on fait circuler un courant entre les tiges de support 13 et 14, et 15 et 16 , pour chauffer les bobines 1 et 2 , ce qui fait fondre l'agent adhésif 25 à point de fusion élevé et les bobines 1 et 2 sont fixées sur les gorges du bloc 3 • Les bobines 1 et 2 et le bloc 3 sont recouverts ensuite d'un oxyde non fritté et sensible au gaz pour former un élément individuel . On fait circuler ensuite de nouveau un courant dans les bobines pour chauffer l'oxyde sensible au gaz et 30 non fritté , de sorte que l'oxyde est fritté et que l'élément est achevé „ Gomme le courant de chauffage de cet élément , au moment de son utilisation , est suffisamment inférieur au courant de chauffage passant au moment de la fabrication pour que l'agent adhésif et l'oxyde ne fondent pas et ne deviennent pas fluide en 55 cours d'utilisation . La Fig.3 représente une monture qui convient pour supporter l'élément susmentionné . 0e dernier comprend un queusot 17 en matière plastique qui est traversé par les tiges de support 13, 14, 15 et 16 et les parties de ces tiges de support 70 19544 6 en saillie par rapport à la face inférieure du queusot constituent des "broches destinées aux connexions externes. L'élément comprend également tm récipient 18 constitué par une grille métallique cylindrique et sa partie supérieure est fermée par un 5 chapeau 19 constitué par une plaque métallique. La face périphérique du queusot 17 comprend une partie supérieure 20 de diamètre relativement petit et une partie inférieure 21 de diamètre relativement grand , Le récipient métallique '18 entoure la partie de petit diamètre 21 et l'extrémité inférieure du récipient mé-10 tallique 18 repose sur le fond d'une "rainure 22 formée au niveau de la partie comprise entre le réseau métallique et le queusot . Le queusot 17 et le réseau métallique sont couplés au moyen d'un agent adhésif organique . Dans l'exemple de mode de réalisation repré-15 s enté à la Fig =4 s l'élément de détection de gaz inflammable 31 est muni de "bobines 32 et 33 « Un transformateur d'alimentation 34 comprend un primaire 35 auquel tuie tension alternative commerciale de 110 Y ou 220 Y est appliquée » des secondaires 36 et 37 destinés à engendrer des tensions de 1s5 ^ et un secondaire 38 20 destiné à engendrer une tension de 100 Y* Les énergies sont appliquées à partir- des secondaires 36 et 37 bobines 32 et 33 de l'élément pour le chauffer . Un circuit série constitué par l'élément 31 et une résistance de division de tension 39 et un circuit série constitué par un relais 40 et un élément de thy-25 ristance 41 sont connectés au secondaire 38.' Le premier circuit série passe par rns partie semiconduetrioe 42 qui raccorde les bobines 32 et 33 à l'intérieur de l'élément 31 • Une porte 43 de l'élément de thyristance 41 est connectée à un bras diviseur de tension 44- de la résistance 39» Le relais 40 est muni d'un contact 30 45 qui est fermé ou ouvert lorsque le relais est excité . Il est préférable de connecter un condensateur 45 en parallèle avec le relais 40, de façon que la composante d'ondulation du courant destiné à exciter le relais soit, supprimée . Le dispositif représenté à la Fig.4 est agencé 35 de sorte que 9 lorsque la concentration de gaz inflammable dans 1sair est très faible, la résistance électrique représentée, par la partie semiconductrice 42 de l'élément 41 est grande. s la tension apparaissant sur le bras 44 de la résistance 39 est faible également, l'élément de thyristance 41 est amorcé et le relais 40 BAD ORIGINAL 70 19544 7 2050400 n'est par conséquent pas excité . Toutefois, lorsque la concentration de gaz inflammable dans l'air augmente , la résistance électrique de l'élément 51 diminue progressivement , quand la concentration atteint un certain seuil, une tension suffisante 5 pour déclencher l'élément de thyristance 41 est engendrée dans le bras de résistance 44 et un courant d'excitation circule ainsi dans un relais 40 lorsque l'élément de thyristance 41 est allumée En utilisant alors l'ouverture ou la fermeture du contact 45 du relais 40, il devient possible de commander un appareil qui lui 10 est connecté . Lè seuil de concentration de gaz pour lequel l'élément de thyristance 41 est allumé "et pour lequel le relais 40 est par conséquent excité peut être choisi en déplaçant le "bras 44 dé la résistance 59 . Lorsque la concentration de gaz inflammable devient inférieure audit seuil, l'élément de thyristance 15 41 redevient bloqué et le relais 40 est désexcité . Dans l'exemple de mode de réalisation représenté à-la Fig.5 , le transformateur 34 n'est muni que d'un secondaire à basse tension 57 et il n'est pa;- conséquent pas appliqué de courant de chauffage à la bobine 52 de l'élément 51 • La 20 partie semiconductrice 42 est chauffée par la bobine 55 uniquement . Un relais 51 est intercalé dans le circuit série constitué par la partie semiconductrice 42 de l'élément 51 et la résistance de division de tension 59 • Le fonctionnement de ce dispositif est identique à celui du dispositif représenté à la Fig-4 25 en ce sens que le relais 40 fonctionne lorsque la concentration de gaz inflammable dans l'air atteint un certain seuil et en ce que ce seuil peut être choisi en déplaçant le bras 44 de la résistance 59 • Mais avec le relais supplémentaire 51 intercalé dans le circuit série passant par la partie semiconductrice 42 50 ce dispositif est agencé de telle sorte que, lorsque le gaz inflammable contenu dans l'air augmente, le courant circulant dans le relais 51 augmente également et lorsque la concentration de ce gaz atteint un certain seuil , le courant atteint une valeur suffisamment grande pour exciter le relais 51 qui ouvre ou ferme 55 le point de contact 52". La valeur de seuil de la concentration de gaz pour laquelle le relais 51 est excité est déterminée de façon séparée du relais 40 par la résistance du dispositif diviseur de tension pris dans son ensemble . Afin de déterminer la résistance du dispositif v 70 19544 8 2DSQ400 .diviseur de tension indépendamment du choix du rapport de division de tension pour le relais 40, une résistance variable 53 est connectée en parallèle avec la résistance 39 et sa valeur peut être' réglée . 5 Dans le dispositif représenté à la Fig.5» deux relais peuvent fonctionner pour des valeurs de seuil différente de la concentration de gaz . Ce dispositif est particulièrement utile dans un agencement tel qu'une turbine de ventilation mon- 'r tée dans un local où il y a des fuites de gaz et mis en fonc-10 tionnement par un relais qui est excité pour une concentration de gaz relativement faible et, si la concentration de gaz du local continue à augmenter jusqu'à une valeur élevée malgré le fonctionnement de la turbine de ventilation, un dispositif aver— tisseur""ou un mécanisme de fermeture de soupape d'une source 15 d'alimentation en gaz est actionné par l'autre relais . té à la Fig.6 , il" est fourni une lampe au néon 54 et une résistance de stabilisation 55 en parallèle avec le relais 40 de la Fig.5 et il est fourni de même une lampe au néon 56 et une ré-20 sistance de stabilisation 57 en parallèle avec l'autre relais 51 . Il est préférable , comme représenté, qu'une extrémité du circuit d'allumage de la lampe au néon 56 soit connectée à un bras d'une résistance séparée de division de tension 58 qui est montée en parallèle avec la résistance de division de tension du déclenchement de la thyristance 41 , elle peut indiquer le fonctionnement du relais 41 . La lampe au néon 56 s'éclaire lorsque la résistance électrique de la partie semiconductrice 30 42 de l'élément 31 devient inférieure à une certaine valeur de seuil, mais on peut faire varier cette valeur de seuil en réglant le bras de la résistance de division 56 . Par conséquent, en réglant convenablement le bras de la résistance, la lampe au néon 56 peut s'éclairer lorsque le relais 51 fonctionne de sorte 35 qu'elle peut indiquer ce fonctionnement . Dans 1'exemple de mode de réalisation représen- 25 39 . Lorsque la lampe au néon 54 s1 éclaire par suite 70 19544 9 2050400 RÈVMvDICATIOK'S 1 . Dispositif de commutation sensible à un gaz inflammable , comprenant un élément de détection de gaz inflammable qui comporte deux électrodes dont une au moins est une eleetroae de chauf-5 fage et un élément métal-oxyde-semiconducteur recouvrant et connectant les deux électrodes et présentant une résistance électrique variable en réponse à une concentration de gaz inflammable dans l'air une premiere source d'alimentation destinée à ~ fournir un courant de chauffage à ladite électrode de chauffage, 10 une seconde source d'alimentation destinée à appliquer-une tension de fonctionnement aux électrodes-, un relais et un circuit pour alimenter le relais en réponse à la variation de lajë.ajs- _ tance électrique de la partie semiconductrice-et ^iî^T l'élément , caractérisé en ce qu'un dispositif de division de tension est 15 intercalé en série avec les deux électrodes et la seconde source d'alimentation , un élément de thyristance est intercalé en série avec le circuit d'alimentation de relais et une porte de l'élément de thyristance est connectée à un point de division de tension du dispositif diviseur de tension . 20 2 . Dispositif de commutation selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les deux électrodes sont des électrodes de chauffage et en ce que la première source d'alimentation comprend deux sources indépendantes destinées à fournir des courants de chauffage séparés aux deux électrodes « 25 .3 • Dispositif de commutation selon'la revendication 1, caractérisé en ce. que le dispositif diviseur- de""tension est une résistance dont on peut faire varier le rapport de division de tension en modifiant la position d'un bras de cette résistance . 4- . Dispositif de commutation selon la revendication 1, caraeté-50 risé en ce qu'un relais séparé du premier relais est- connecté en série avec les électrodes, la seconde source d'alimentation et le dispositif diviseur de tension de façon à être excité par un courant circulant dans, le circuit série . - . - - 5 • Dispositif de commutation selon la- revendication 1, caracté-35 risé en ce qu'une lampe à décharge et émettrice de lumière est connectée en parallèle avec le relais . 6 . Dispositif de commutation selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une lampe à décharge et émettrice de lumière est 19544 10 2050400 connectée en parallèle avec le relais qui est monté en série avec les électrodes, la seconde source-d1alimentation et le dispositif diviseur de tension .