Brevet FR2128682A1 — publié le 19721020

L'invention se rapporte a la mesure et a la régulation de l'électricité électrostatique de l'atmosphère, par exemple dans un local industriel tel qu'une salle de fabrication. On sait que, dans de nombreuses industries, la présence 5 d'un champ électrostatique dans les locaux de fabrication a des effets néfastes. On pense par exemple qu'un tel champ est nuisible, pour la filature et le tissage, car il tend à faire ressortir les filaments du fil ou du tissu. Il est donc souhaitable de pouvoir régler le champ élec-10 trique à l'intérieur des locaux industriels mais, pour cela, il faut bien entendu d'abord mesurer le phénomène. Jusqu'à présent, l'électricité statique présente dans une atmosphère industrielle est détectée par quatre types possibles d'appareils. Un premier type d'appareil, 1'électromètre à 15 moulinet de champ, comprend une ailette métallique tournante qui engendre un signal alternatif dû à l'électricité statique de 1' atmosphère. Pour obtenir, à l'aide de cet appareil, une indication du champ électrostatique, il est nécessaire d'amplifier et de détecter en synchronisme la sortie du moulinet, ce qui exige un équi— 20 pement relativement coûteux. Le deuxième type de détecteur est de construction plus simple. Il nécessite seulement une plaque de métal, ou sonde, exposée à l'atmosphère qui constitue une liaison électrique, en général à travers un amplificateur, avec un voltmètre. Théoriquement, la sonde se met au potentiel de l'atmosphère 25 environnante et transmet cette information par sa liaison électrique, ce qui provoque une variation de la tension enregistrée à la sortie du voltmètre. Dans ce dispositif, toutefois, une charge électrique est induite sur la sonde métallique, ce qui gene l'indication des variations vraies du champ électrostatique ambiant. 30 Un autre type d'appareil comprend une sonde.métallique entourée d'un nuage d'ions produit par une source radioactive. Ce nuage est alors mis en contact avec la surface dont on veut mesurer le potentiel, qui est lu sur un voltmètre. Ce type d'appareil présente toutefois l'inconvénient de ne pas mesurer un champ élec-35 trique mais simplement un potentiel. Autrement dit, pour connaître l'effet de la charge atmosphérique électrostatique dans un local, il faudra effectuer un très grand nombre de mesures, en différents points du local. L'emploi de tels détecteurs dans un système de réglage automatique de l'électricité atmosphérique est donc prati-40 quement impossible. 72 07793 2 2126682 Le quatrième type de détecteur peut être considéré comme un instrument de mesure de charge spatiale. Il compte les ions dans un volume connu d'air, pour déterminer la quantité de charge libre flottant dans l'atmosphère. Puisque cet appareil ne détecte 5 pas la charge statique sur les éléments fixes de machines par exemple, il ne mesure pas entièrement le champ électrique à 1' intérieur de l'enceinte industrielle, et par conséquent aucun système de régulation utilisant ce détecteur n'est capable de neutraliser totalement la charge atmosphérique. Une autre difficulté avec 10 ce dispositif est que, par principe, il fonctionne par intermittence, c'est-à-dire qu'il ne peut indiquer de façon continue même la charge spatiale. Pour l'utiliser dans un système automatique, il faut donc des éléments supplémentaires. Pour la description des différents types d'appareils ci-15 dessus, on peut se référer aux. brevets américains n° 2 927 269 de Ecker, 3 292 042, de Michner, et 3 449 668 de Blackwell. La présente invention a pour objet un dispositif de détection, précis et fiable, permettant le réglage du champ électrostatique à l'intérieur d'une enceinte industrielle. Le dispositif 20 suivant l'invention comprend une sonde métallique comportant un élément radioactif associé. Le rayonnement de cet élément forme un nuage d'ions autour de la sonde métallique,ce qui a pour effet de relier électriquement la sonde à l'atmosphère. Cela; permet également à une charge électrostatique induite sur la sonde de se 25 dissiper .dans l'atmosphère par l'intermédiaire des courants dans le nuage ionisé, et la sonde garde ainsi sa sensibilité aux variations du champ électrostatique. Le détecteur suivant l'invention fournit donc une indication continue. La sortie de la sonde est envoyée à un indicateur, à travers un amplificateur. 30 Le détecteur suivant l'invention, contrairement à cer tains dispositifs connus, n'est pas directement connecté à une surface pour mesurer le potentiel de cette surface, mais il est au contraire éloigné de toute surface d'une distance au moins égale à la.dimension du nuage d'ions. Dans cette position, ce détec-35 teur mesure le champ électrique total, à l'intérieur d'une enceinte donnée, créé à la fois par les charges spatiales et les charges statiques. Il suffit donc d'un seul détecteur pour l'enceinte. En outrç, le dispositif n'étant pas en contact avec une surface à potentiel élevé, il n'est pas nécessaire de disposer d'une résis-4 0 tance élevée entre la sonde et l'amplificateur, ce qui permet d1 72 07793 3 2128682 obtenir une plus grande sensibilité de détection que dans les dispositifs connus. Enfin, le détecteur suivant l'invention étant capable de fournir une indication continue précise du champ électrique 5 total dans un local, il peut constituer la base d'un système de régulation efficace, de ce champ électrique. Dans la forme préférée de réalisation, la sortie du détecteur de champ commande une pompe qui envoie un fluice de correction de l'ionisation, dans le laveur d'air du système de conditionnement d'air du local, de façon à 10 introduire dans l'atmosphère de ce local une quantité d'ions, de charge opposée à la charge mesurée, suffisante pour neutraliser la charge atmosphérique. L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description de ses formes de réalisation, non limitatives, représen-15 tées sur les dessins annexés. Fig. 1 est un schéma d'un détecteur de champ électrique, conforme à l'invention, et Fig. 2 représente la forme préférée de réalisation d'un système de régulation de champ électrique, suivant la présente 20 invention. Sur la figure 1, le repère 1 désigne un capteur de champ électrique qui peut avoir, par exemple, la configuration d'une cage ouverte. Un boîtier 2, disposé à l'intérieur du capteur, ou sonde, contient un élément radioactif 3, qui crée un nuage d'ions 4 autour 25 du capteur, par émission de particules du dit élément. Un élément radioactif approprié contient 50 micro-curies de polonium 210, qui émet 5,3 Mev de particules alpha, à une distance, dans l'air, de l'ordre de 40 mm. Comme chaque particule alpha engendre environ 160 000 paires d'ions, les ions obtenus forment^ 30 autour de l'élément, un nuage dense de 80 mm de diamètre approximativement. On peut également utiliser, comme matière radioactive, 1' americium 241 et le plomb 210. Les ions permettent l'établissement facile d'un courant, sous l'influence du champ électrique, par rapport à des objets char-35 gés flottant librement, tels que des particules de poussière, ou de textile, aussi bien qu'à partir d'objets statiques ou éléments de machines qui peuvent se trouver dans le local où est situé le détecteur. L'intensité de ce courant varie bien entendu proportionnellement à l'intensité du champ ambiant, mais le capteur est capable de 40 détecter des courants très faibles, de l'ordre de 3 x t0~10 ampères. 72 07793 4 2128602 Les courants d'ions, dans le nuage ionisé, permettent la dissipation des charges induites électrostatiquement sur l'élément, ce qui évite le phénomène de polarisation qui gène la plupart des autres types dedétecteurs. 5 Une plaque isolante 5 est placée entre la sonde et les autres circuits de l'appareil. Il est essentiel que cette plaque, comme représenté sur la figure 1, s'étende au-delà des limites du nuage ionisé, de manière à éviter un court-circuit entre la sonde et les autres circuits électriques à l'intérieur du détecteur. De 10 plus, le nuage doit être maintenu assez éloigné des machines ou autres pièces métalliques, pour empêcher le contact avec la sonde. En effet, en raison de la faible résistance d'entrée, le détecteur pourrait être détérioré par des potentiels élevés. La plaque isolante 5 peut être réalisée en toute matière possédant les proprié-15 tés mécaniques et électriques convenables, par exemple en polystyrène. Un électromètre usuel 6, ou amplificateur, est relié électriquement, sans résistance additionnelle, à la sonde. Il amplifie le courant venant de la sonde et l'envoie sur un voltmètre 20 7, qui constitue un indicateur du champ électrique détecté par la sonde 1. Le circuit comprend également un condensateur 9 et une résistance 10, qui sont les éléments habituels de contre-réaction d'un amplificateur. L'amplificateur et son circuit de protection sont logés dans un boîtier 11, qui peut être en métal, et dont une 25 paroi est constituée par la plaque isolante 5. En variante, la plaque 5 peut être plus petite que ladite paroi du boîtier, à condition qu'elle englobe complètement le nuage d'ions. La figure 2 représente la forme préférée de réalisation d'un système de réglage du champ électrique, qui utilise le détec-30 teur de champ décrit ci-dessus. Ce système est conçu pour régler le champ électrique dans une pièce possédant un appareillage de conditionnement d'air qui comporte un pulvérisateur pour la correction de la température et de l'humidité. Ces appareils de conditionnement sont bien connus et sont largement utilisés dans les 35 filatures et l'industrie textile. Sur la figure 2, le repère 8 désigne un tel pulvérisateur et, bien que le reste du système de conditionnement d'air ne soit pas représenté, il est entendu que ce système fait circuler la totalité de l'air du local, et le fait passer devant la rampe de pulvérisation, en un temps relativement 40 court. 72 07793 5 2128582 Le détecteur est placé à un endroit quelconque du local, mais de préférence hors d'atteinte des travailleurs et pas trop près d'un champ électrique fort, tel que ceux qui sont produits par des moteurs électriques. Apres passage à travers le détecteur 5 et le voltmètre 7, le courant est conduit à un enregistreur 9, qui indique une valeur nulle en l'absence de champ électrique. L'enregistreur envoie le signal à un régulateur 10, qui peut être composé de deux relais électro-magnétiques, excités par la sortie du détecteur de façon à alimenter l'une ou l'autre de 10 deux pompes 12a et 12b, à partir d'une source 11 d'énergie électrique. L'interposition de redresseurs 13a et 13b permet de démarrer la pompe 12a lorsque le détecteur détecte un champ électrique négatif, tandis que la pompe 12b démarre lorsque le champ détecté est positif. 15 La pompe 12a et sa tuyauterie 13a relient un réservoir 14a à un bac de stockage 15 du laveur d'air 8, et permettent le passage du fluide dû réservoir 14a au bac 15. De même, la pompe 12b et sa tuyauterie 13b relient un réservoir 14b au bac 15. Le fluide du bac 15 est envoyé à une rampe 16 de tuyères de pulvéri-20 sation appartenanVau laveur d'air 8, et il est introduit ainsi dans l'air du local. Le réservoir 14a contient un fluide qui produit des ions positifs lorsqu'il est aéré, par exemple une aminé quaternaire. Le réservoir 14b contient au contraire un fluide produisant des ions 25 négatifs lorsqu'il est aéré, par exemple un savon commun. Les propriétés de production d'ions de ces fluides étaient déjà connues dans l'art antérieur et ces fluides ont en fait été utilisés pour neutraliser des atmosphères, mais il n'avait pas été possible de les employer dans un système de régulation automatique de l'élec-30 tricité statique d'une enceinte fermée, car la quantité convenable de produit neutralisant ne pouvait pas être déterminée par les détecteurs suivant l'art antérieur. Le détecteur suivant l'invention indique,.de façon sûre et continue, le champ électrique et permet donc l'introduction de 35 la quantité appropriée de fluides générateurs d'ions, pour neutraliser l'atmosphère sans surcompensation. Lorsque la sonde 1 détecte un champ négatif dans l'atmosphère de la-pièce, -le régulateur 10 démarre la pompe 12a, de manière à introduire une quantité très faible et réglée d'aminé quaternaire dans le bac de réserve 15 du 40 système de pulvérisation. De même, lorsqu'un champ positif est 7,2 07793 6 2128682 ^jigtëcté, le régulateur excite la pompe 12b,-de façon à introduire une quantité très faible et réglée de savon, dans le bac 15. Les essais effectués avec'le dispositif suivant l'invention ont montré que ce système de régulation est non seulement 5 efficace, mais rapide, c'est-à-dire qu'on obtient généralement une neutralisation complète de l'atmosphère en moins de vingt'minutes, après détection d'un champ électrique; •' " Il est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la forme et la construction du dispositif sui-10 vant' l'invention, sans sortir du cadre dé la présente invention. Par exemple, puisque le champ électrique dans un atelier de filature est en général'négatif, le système de régulation peut fonctionner sans la pompe 12b, la tuyauterie 13b et le réservoir 14b. D* autres moyens de régulation peuvent être associés au détecteur. 15 On peut, par exemple, placer une grille dans la gaine de conditionnement d'air, de façon à émettre des ions pour neutraliser le champ électrique du local, en réponse à un système de commande. ; " + Le détecteur peut être utilisé dans un système de neutra-20 lisation du champ à l'intérieur d'une zone localisée. Dans ce cas, les moyens d e neutralisation locale peuvent comporter une aiguille de décharge par couronne, ou une source radioactive de production d'ions. Un autre système de neutralisation locale comprend un 25 anneau relié à la sortie du détecteur et sur lequel on impose une tension proportionnelle et de même signe que la sortie du détecteur. Une tuyère de pulvérisation, reliée à la masse, est montée sur 1' anneau, de sorte que les gouttelettes pulvérisées reçoivent, par 1' intermédiaire de l'anneau, une charge de signe opposé à celui de 1' - "' 30 anneau. Ainsi, les gouttelettes neutralisent la zone considérée. BAD ORIGINAL . COPV 72 07793 7 2128682 REVENDICATIONS 1. Détecteur de champ électrique, caractérisé en ce qu'il comprend une sonde métallique exposée à l'atmosphère ; une source radioactive, associée à la sonde, et capable de. créer autour de celle ci un nuage d'ions qui la met en contact avec l'atmosphère ; un indicateur de courant, relié électriquement à la sonde ; un isolant, disposé entre la sonde et le circuit indicateur et s'étendant au-delà des limites du nuage d'ions ; et un amplificateur, disposé entre l'isolant et l'indicateur, et relié électriquement directement à la sonde et à l'indicateur. 2. Détecteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'enregistrement de la mesure. 3. Détecteur suivant une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'isolant est une feuille de matière possédant des propriétés d'isolation électrique élevée. 4. Détecteur d'électricité atmosphérique, utilisable en ambiance industrielle, caractérisé en ce qu'il comprend î une paroi isolante présentant deux faces sensiblement égales ; une sonde métallique creuse montée sur une des dites faces, exposée a l'ambiance ; une sour.ce radioactive placée à l'intérieur de la sonde creuse et capable d'engendrer, autour de cette sonde, un nuage d'ions de dimensions sensiblement inférieures à celles de la surface de paroi isolante ; un amplificateur, situé sur l'autre face de la paroi, et dont l'entrée électrique est reliée directement à la sonde, et la sortie à un voltmètre qui indique le potentiel électrique de ladite sonde. 5. Détecteur d'électricité atmosphérique suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier métallique, qui contient au moins l'amplificateur, et dont une extrémité est constituée par ladite paroi isolante. 6. Système de régulation d'un champ électrique, caractérisé en ce qu'il comprend : un détecteur de champ, suivant une quelconque des revendications précédentes ; des moyens d'introduction, - dans l'atmosphère à corriger, d'ions de polarité convenable pour la neutralisation du champ détecté ; et des moyens de commande reliés au détecteur, pour la mise en service des dits moyens d'introduction d'ions lorsque le détecteur fournit un signal. 7. Système de régulation suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le champ électrique est détecté dans l'atmosphère d'un qO?' BAD QRKâlNAL 72 07793 8 2126682 local comportant un conditionneur d'air à travers lequel circule au moins une partie de l'air du local, et en ce que les moyens de neutralisation du champ électrique comprennent un dispositif d'introduction d'au moins un fluide générateur d'ions, aminé quaternaire notamment, dans le conditionneur d'air. 8. Système suivant une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que les moyens d'introduction d'ions comprennent : une pompe; un réservoir de fluide générateur d'ions, relié au dispositif de conditionnement d'air par ladite pompe ; et un moteur électrique d'entraînement de la pompe, qui est excité en réponse à un signal du détecteur de champ électrique. 9. Système suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend deux fluides générateurs l'un dions positifs, l'autre d'ions négatifs ; chaque fluide est contenu dans un réservoir respectif, relié au dispositif de conditionnement d'air par une pompe entraînée par un moteur électrique î des moyens de commande excitent un des moteurs en réponse à un signal négatif du détecteur, et l'autre moteur en réponse à un signal positif, de façon à envoyer respectivement le fluide positif ou le fluide négatif dans le dispositif de conditionnement d'air. 10. Système de réglage du champ électrique dans un local comportant un conditionneur d'air à travers lequel l'air du local passe périodiquement, caractérisé en ce qu'il comprend : un détecteur de champ électrique dans le local ; des moyens d'introduction d'au moins un fluide générateur d'ions dans le conditionneur d' air ; et des moyens de commande, reliés au détecteur, pour la mise en service des dits moyens d'introduction d'ions lorsque le détecteur fournit un signal.