Brevet FR2054574A1 — publié le 19710423

-1- 2054574 La présente invention se rapporte à un détecteur de fumée à ionisation qui comprend une chambre d'ionisation fermée et une chambre d'ionisation ouverte, comportant chacune une source radioactive, et un transistor à effet de champ ( en abrégé ÎEF )étant 5 prévu, ce TEF étant actionné en utilisant un courant d'ionisation traversant la chambre d'ionisation ouverte et qui est diminué par la fumée qui y pénètre détectant ainsi l'augmentation de la fumée. Dans un transistor à effet de champ, en particulier, du type à jonction, le courant de fuite de grille Igs décroît brus-10 quement au-dessous d'une certaine valeur déterminée Id^ du courant de drain, de même que le courant de fuite de grille Igs augmente brusquement au-dessus d'une valeur particulière déterminée Vsh de la tension source-drain . Dans les détecteurs de fumée antérieurs utilisant des transistors TEF, si le courant de drain ou la ten-15 sion drain-source dépassait les valeurs Id^j ou Vsh ci-dessus pendant le temps de surveillance, le courant de fuite de grille varierait brusquement en provoquant un fonctionnement erroné. En conséquence, l'un des buts de l'invention est de proposer un détecteur de fumée à ionisation qui peut maintenir le cou-20 rant de fuite de grille du TEF pendant la veille aussi faible que possible, en prévenant le fonctionnement erroné ci-dessus . Selon l'invention, Tin détecteur de fumée à ionisation comprend une chambre d'ionisation fermée et une chambre d'ionisation ouverte en série, chaque chambre comportant deux électrodes 25 et une source radioactive, un TEF dont la grille est reliée à la jonction de ces deux chambres d'ionisation, et un circuit de limitation intercalé dans la voie source-drain dudit TEF afin de maintenir le courant de fuite de grille de celui-ci aussi faible que possible pendant le temps de veille . 30 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention res- sortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé^ dans lequel : la Fig.1 est un schéma de principe d'un premier détecteur 35 de fumée à ionisation conforme à l'invention ; - La Pife 2 est un diagramme destiné à faciliter la compré hension du fonctionnement du détecteur de la Fig.1 ; 70 22060 -2- 2054574 La Fig.3 est un schéma d'un second mode de réalisation de l'invention; et, - La Fig.4 est un diagramme qui servira à mieux faire comprendre le fonctionnement du détecteur de fumée de la Fig.3. 5 En se référant au dessin, on voit un détecteur de fumée qui comprend une chambre d'ionisation fermée 2 contenant une source radioactive 21 et-une chambre d'ionisation ouverte 4 pourvue d'une source radioactive 41 et permettant l'entrée de la fumée . Les chambres d'ionisation 2 et 4 comportent respectivement 10 deux électrodes 23, 25 et 43, 45 • Les chambres d'ionisation 2 et 4 sont montées en série entre les bornes 6 et- 8 d'une source électrique ( non-représentée) et leur jonction 10 est connectée à la grille 14 d'un transistor à effet de champ 12. Le drain 16 du TEF est connecté directement à la borne positive 6 de la source élec-15 trique, tandis que la source 18 du transistor est connectée à travers deux résistances 20 et 22 et une diode de Zéner 24 à la borne négative 8 de cette même source électrique . La jonction 26 des résistances 20 et 22 est connectée à travers une diode de Zéner 28 à la gâchette 32 d'un redresseur commandé au silicium ( ou 20 d'un " thyristor ") 30. La gâchette 32 du thyristor 30 est aussi reliée à travers une résistance 34- à la borne négative de la source électrique, tandis que son anode 36 et sa cathode 38 sont reliées respectivement à la borne positive 6 et négative 8 de la source électrique . 25 Pour bien comprendre le fonctionnement du présent détec teur de fumée, il convient de considérer auparavant celui d'un détecteur de fumée à ionisation antérieur ne comportant pas de diode de Zéner 24 dans le circuit de source du TEF 12. Dans un détecteur de fumée à ionisation antérieur, si l'on 30 désire obtenir à la sortie du TEF 12 un signal qui rendra avec certitude le thyristor conducteur, il est nécessaire d'adopter pour les résistances 20 et 22 des valeurs aussi petites que possible . Toutefois, lorsque les valeurs des résistances 20 et 22 deviennent très petites , le courant de drain Id du TEF 12 aug-35 mente naturellement pendant le temps de veille et le courant de fuite de grille Igs augmente aussi, nécessairement. Or, lorsque le courant de drain Id du TEF 12 atteint une valeur déterminée Id,, 70 22060 -3- 2054574 comme représenté sur.la Fig.2, le courant de fuite de grille Igs augmente brusquement . Cette variation excessive du courant de fuite de grille Igs modifie le potentiel à la jonction 10 des deux chambres d'ionisation 2 et 4- et empêche le TEF 12 de détec-5 ter avec certitude les variations de résistance dans la chambre d'ionisation ouverte 4-, Il en résulte des déclenchements erronés indésirables et font qu'une alarme est déclenchée malgré l'absence de fumée dans la chambre d'ionisation 4- et qu'une alarme n'est pas déclenchée malgré la présence de fumée dans celle-ci . Oes 10 phénomènes sont particulièrement notables lorsqu'on utilise des TEF du type à jonction, et non pas du type MOS. Dans le détecteur de fumée à ionisation selon l'invention, on limite le courant de drain du TEF 12 à une valeur inférieure à Id^j afin de supprimer les inconvénients ci-dessus, en interca-15 lant la diode de Zéner 24- dans le circuit de source du TEF 12. Etant donné qu'il n'y a pas de fumée dans la chambre d'ionisation . ouverte 4- pendant le temps de veille, celle-ci est traversée par un courant d'ionisation constant, ainsi que la chambre d'ionisation, stabilisant ainsi la tension à la jonction 10 des deux 20 chambres d'ionisation . Dans le détecteur de fumée sèlon l'invention, le courant de drain du TEF 12 est dans ces conditions, tout au plus égal au courant de fuite de la diode de Zéner 24- dont la valeur est légèrement inférieure à Id^. En conséquence, le courant de fuite Igs 25 du TEF 12 est remarquablement petit et ne modifie pas la résistance des deux chambres d'ionisation 2 et 4-, Un courant de drain aussi faible ne peut pas rendre conducteur le thyristor 30 de sorte qu'il n'y a aucun risque de fonctionnement erroné . Quand de la fumée arrive dans la chambre d'ionisation ou-30 verte, du fait que le courant d'ionisation dans cette chambre 4-est réduit, sa résistance augmente et la tension à la jonction 10, c'est-à-dire la tension de grille du TEF 12 augmente aussi. Il en résulte une diminution de la résistance source-drain du TEF 12 et une augmentation de la tension appliquée à la diode de 35 Zéner 24-, et qui dépasse son seuil d'avalanche, de sorte que le courant de drain traverse la diode de Zéner 24-. A cet instant, le courant de drain devient relativement grand et à la jonction 70 22060 ~4- 2054574 26 des résistances 20 et 22 apparaît une tension dépassant la tension d'avalanche de la diode de Zéner 28 . Ainsi, une tension positive est appliquée à la gâchette 32 du thyristor 30 qui, de son côté est rendu conducteur de façon à court-circuiter les deux 5 bornes 6 et 8 de la source d'alimentation à travers une faible résistance afin de permettre la transmission de signaux d'alarme à la source électrique . Dans le détecteur de fumée à ionisation représenté sur la Fig.1, seule l'interposition de la diode de Zéner 24 dans le "10 circuit de source du TEF 12 permet de réduire le courant de drain au TEF 12 pendant le temps de veille et de réduire en même temps le courant de fuite de grille . Ainsi, les actionnements erronés peuvent être complètement éliminés . De plus, étant donné' que le courant consommé par le détecteur lui-même pendant la veille 15 est faible, il est possible de relier un certain nombre de détecteurs à la même source électrique . • D'autre part, il devient possible d'adopter un transistor à effet de champ à bon marché, en tant que TEF 12, en limitant le courant de drain pendant le temps de veille. L'adoption d'un 20 transistor à effet de champ du type à jonction offre, outre l'avantage mentionné ci-dessus d'être peu coûteux, les avantages suivants: étant donné qu'un TEF du type MOS a une tension de percement de grille très basse, la grille TEF devient flottante quand on enlève un filet d'enveloppe servant-d'électrode 4-5 de la cham-25 bre d'ionisation ouverte aux fins de vérification ou autre. Si, dans ces conditions, une tension est appliquée à la grille,par suite d'un champ électrostatique, il peut en résulter un claquage. Par suite, dans le TEF à jonction ci-dessus, ce risque n'existe pas, même si on enlève l'enveloppe, puisqu'il a une tension de 30 percement de grille élevée . On va décrire maintenant un second mode de réalisation d'un détecteur de fumée à ionisation conforme à l'invention en regard de la Fig.3 . Sur cette figure 3, on a utilisé les mêmes références numériques pour désigner les éléments analogues à 35 ceux de la Fig.1. Le drain 16 du TEF 12 est connecté à travers la voie collecteur-émetteur d'un transistor 40, à la borne positive 6 de la '0 22060 -5- 2054574 source électrique ( non-représentée). Une résistance 48 est branchée entre la base 45 du transistor 40 et la borne positive 6 de la source électrique, tandis qu'une diode de Zéner 50 est branchée entre la base 46 du transistor et la source 18 du TEF 12. 12 -, 5 la source 18 du TEF/est aussi reliée à travers une résistance 52 à la borne négative 8 de la source électrique et est, en outre, connectée à travers la diode de Zéner 28 à la gâchette 32 du thyristor 30. En général, un transistor à effet de champ a une nature 10 telle que son courant de fuite de grille Igs varie, comme l'indique la Fig.4, lorsque la tension drain-source Vds augmente, et augmente brusquement quand la tension drain-source atteint line valeur particulière ( qualifiée de " tension de coude ") Vsh. En supposant maintenant que dans le montage de la Fig.3, 15 le transistor 40 a été supprimé et que le drain 16 du TEF 12 est relié directement à la borne positive 10 de la source électrique, ' il est clair que si la tension drain-source Vds dépasse la ve- leur Vsh, pour une cause quelconque, le courant de fuite de grille important Igs va modifier le potentiel de la jonction 10 entre 20 les deux chambres d'ionisation 2 et 4. En conséquence, le TEF 12 .peut ne/pas detecter les variations de résistances de la chambre d'ionisation ouverte 4 de façon sûre et le fonctionnement du détecteur sera erroné .Ceci est tout particulièrement le cas lorsqu'on utilise pour le TEF 12 un transistor du type à jonction . 25 Dans le présent détecteur de fumée à ionisation selon l'in vention, on se propose de maintenir la tension drain-source Vds du TEF 12 constamment au-dessus de la tension de coude Vsh pendant le temps de veille et de supprimer les inconvénients du courant de fuite de grille mentionnés ci-dessus, en prévoyant un cir-30 cuit de limitation de tension comprenant le transistor 40 et la diode de Zéner 50 intercalés dans le circuit de drain du TEF 12, comme il a été décrit ci-dessus . Plus précisément, on utilise Une diode de Zéner ayant une tension d'avalanche inférieure à la tension de coude Vsh pour la 35 diode 50 et on la connecte comme représenté . Quand la tension drain-source Vds du TEF 12 dépasse la tension d'avalanche de la diode de Zéner 50, la résistance voie collecteur-éjaetteur du tran 70 22060 -6— 2054574 sistor 40 devient élevée, ce gui permet de limiter constamment la tension drain-source du TEF 12 au-dessous de la tension de coude Vsh. Pendant la veille, étant donné qu'il n'y a pas de fumée 5 dans la chambre d'ionisation ouverte 4, un courant d'ionisation constant non-saturé circule à travers celle-ci et à travers la chambre d'ionisation fermée 2, de sorte que la tension à la jonction 10 des deux chambres d'ionisation est stabilisée .Dans ces conditions, pendant que la tension drain-source Vds a tendan-10 ce à augmenter, il n'y a aucun risque d'augmentation du courant de fuite de grille, puisque la limite supérieure de la tension drain-source est maintenue au-dessous de la tension de coude Vsh par le circuit de limitation de tension comprenant le transistor 40 et la diode de Zéner 50. Par contre, quand de la fumée arrive 15 dans la chambre d'ionisation 4, la résistance de cette chambre augmente, ce qui élève la tension à la jonction 10, c'est-à-dire, augmente la tension de grille du TEF 12. Ainsi, un courant de drain commence à circuler. Quand la tension à la source 18 dépasse la tension d'avalanche de la diode 20 de Zéner 28, par suite de la chute de tension le long de la résistance 52, un signal de déclenchement est appliqué à la gâchette 32 du thyristor 30 et rend ce dernier conducteur, court-circui-tant ainsi les deux bornes 6 et 8 de la source électrique pour permettre la transmission d'un signal d'alarme à celle-ci . 25 Etant donné que la tension drain-source Vds du TEF 12 est faible, à cet instant, elle n'affecte pas le fonctionnement du transistor 40 et de la diode de Zéner 50 . Comme il a été décrit ci-dessus, le détecteur de fumée à ionisation selon le second mode de -réalisation de l'invention 30 est conçu pour supprimer les effets indésirables du courant de fuite de grille pendant la période de veille en intercalant un circuit de limitation de la tension drain-source du TEF 12 dans le circuit de drain de celui-ci afin d'assurer un fonctionnement stable et sans erreur . De plus, dans le présent mode de réali-35 sation aussi, on peut utiliser un transistor TEF du type à jonction, à bon marché, comme dans le premier exemple de réalisation. ro 2206Û 7 2054574 KBVBroiCAIIOHS 1.- Détecteur de fumée à ionisation comprenant un circuit série composé d'une chambre d'ionisation fermée et d'une chambre d'ionisation ouverte dont chacune comporte deux électrodes et une source radioactive, un transistor à effet de champ ayant un circuit sour- 5 ce-drain connecté à une source électrique d'alimentation et dont la grille est reliée à la jonction de ces deux chambres d'ionisation, et ion circuit intercalé dans ledit circuit source-drain dudit transistor à effet de champ afin de limiter le courant de fuite de grille de celui-ci, pendant la surveillance, au-dessous d'une certaine 10 valeur prédéterminée. 2.-. Détecteur de fumée selon la revendication 1, caractérisé en cë qu'une diode de Zéner est intercalée dans le circuit de la source dudit transistor à effet de champ, ce qui fait que le cou- , rant de drain de ce dernier, pendant la surveillance, est limité 15 au-dessous du courant de fuite de ladite diode de Zéner, afin de maintenir le courant de fuite de grille dudit transistor à effet de champ au-dessous d'une valeur prédéterminée. 3.- Détecteur de fumée selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode de drain dudit transistor à effet de champ 20 est connectée à travers la voie émetteur-collecteur d'un transistor bipolaire à l'une des bornes de ladite source électrique d'alimentation et en ce qu'un élément pour limiter la tension entre la base dudit transistor bipolaire et la source dudit transistor à effet de champ est intercalé entre ladite base et ladite source, li-25 mitant ainsi la tension source-drain dudit transistor à effet de champ de façon à abaisser le courant de fuite de grille au-dessous d'une valeur prédéterminée. 4.- Détecteur de fumée selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit transistor à effet de champ est du type à jonction.