Brevet FR2214987A1 — publié le 19740819

La présente invention se rapporte à un circuit formant écran électrique. Pour assurer la sécurité d'appareils électriques et de fils dans des atmosphères explosives, on sait placer un écran électrique, à savoir ce qu'on appelle un écran Zéner, dans la lisière entre les zones dangereuse et sre. Les principes et les configurations fondamentales d'écrans Zéner ont été décrits et représentés dans un article intitulé "CARRIER METHOD 0F ENSURING TEE SAFE2Y 0F LIECERICAL CIR CUITS IN EXPLOSIVE ATMOSPHERES" publié dans PROC. IEE, Volume 113 n 12, Décembre 1966o Un schéma du circuit d'un écran Zéner fondamental a été représenté sur la Fig. Ides dessins ci-joints. En référence à la Fig. 1, une borne d'entrée 1 d'un écran Zéner est relié à à un dispositif électrique, par exemple un trans- ducteur de mesure (non représenté) qui est placé dans une zone dangereuse, ctest-à-dire un un environnement explosif ou inflamma- ble, à gauche de la ligne verticale 2. La borne de sortie 3 de l'écran Zénér peut etre reliée à tout type de charge, par exemple à un appareil de commande ou enregistreur (non représenté). L'écran Zéner comprend un fusible S, une résistance de mesure RI et une résistance de limitation de courant R2 branchés en série entre les bornes 3 et 1. les diodes zoner D1 et D2 sont branchées en parallèle entre les extrémités opposées de la résistance de mesure R1 et la terre. les deux diodes Zéner D1 et D2 servent d'éléments de limitation de tension.La résistance de limitation de courant R2 est remplacée dans certains cas par un circuit électronique de limitation de courant, par exemple un circuit du type décrit dans le Brevet Allemand N 1.816.553. Le dispositif électrique (non représenté) qui est situé dans la zone dangereuse à gauche de la ligne 2 et qui. est relié à la borne 1 de l'écran Zéner, peut recevoir une tension maximale à vide UL qui est déterminée par la tension Zéner Uz des deux diodes Zéner D1 et D2. le courant maximal qui peut passer dans la zone dangereuse, par exemple un courant de court-circuit, est limité à une valeur IE qui est déterminée par le quotient de la tension Zéner Uz par la valeur ohmique de la résistance de limitation de courant R2. les valeurs ohmiques relativement faibles de la résistance de mesure RI et du fusible S peuvent etre négligées à cet égard. le fusible S protège les diodes Zéner D1 et D2 contre une destruction par. des tensions excessives à la borne 3, par exemple comme cela pourrait se produire si la borne 3 était soumise de façon erronée à la tension du secteur. Si un courant électrique est fourni au dispositif dans la zone dangereuse par l'intermédiaire de deux lignes, chaque ligne comporte son propre écran Zéner. L'écran Zéner fonctionne, par exemple en cas de courtcircuit dans la zone dangereuse, de manière à limiter la quantité de courant électrique passant dans cette zone à un niveau qui est insuffisant, d'une grande marge de sécurité, pour produire une inflammation thermique ou par étinceIles. Puisqu'une partie de 11 énergie est emmagasinée dans le ou les fils de connexion à l'intérieur de la zone dangereuse, la capacité de ces fils doit etre prise en considération lors de la détermination de l'énergie totale pouvant créer une condition dangereuse. L'énergie emmagasinée dans chaque fil à l'intérieur de la zone dangereuse de la tension dépend de la capacité intrinsèque de ce fil et du carré/entre les extrémités de ce fil.En conséquence la tension à vide à la borne l, de 11 écran Zéner détermine la longueur admissible de chaque fil dans la zone dangereuse ; par exemple unehiute tension à vide à la borne 1 nécessite l'utilisation d'un fil court dans la zone dangereuse. Pour les raisons qui précèdent il est souhaitable de maintenir la tension à vide à la borne 1 et la tension Zéner des diodes D1 et D2 à l'intérieur de l'écran Zéner à des valeurs aussi faibles que possiblef Cependant simultanément il peut être (et habSuellement il est) nécessaire d'alimenter un récepteur, un appareil de commande ou une autre charge reliée à la borne de sortie 3 avec une tension supérieure à la valeur désirée. Pour satisfaire aux deux impératifs contradictoires mentionnés ci-dessus, on utilisait jusqu'à maintenant un transformateur d'impédance branché entre la borne 3 et l'appareil de commande ou enregistreur de manière à alimenter l'appareil avecla tension élevée, par exemple de 25 V, et l'émetteur de mesure par l'intermédiaire de l'écran Zéner, avec la tension-plus faible, par exemple le 18 V. le transformateur d'impédance change un signal de commande de faible tension provenant du transducteur de mesure relié à la borne I en un signal de commande de tension supérieure qui est appliqué à l'appareil de commande ou enregistreur. On a représenté sur la Fig. 2 un schéma d'un circuit de tgpe connu comprenant un tel transformateur d'impédance. Sur la Fig. 2, le transformateur d'impédance 6 est branché entre des écrans Zéner Z1 et Z2 d'une part et un appareil de commande 5 d'autre part. L'appareil de commande 5 et le transformaGeur d'impédance 6 sont tous deux alimentés par une source commune de courant, par exemple de 25V. Le transducteur de mesure placé dans la zone dangereuse à gauche de la ligne 2 comprend un émetteur 7 de transformation de pression en courant qui est relié aux bornes d'entrée 1 et 9 des deux écrans Zéner Z1 et Z2. Bes bornes de sortie 3 et 4 des écrans Zéner Z1 et Z2 sont reliées aux bornes d'entrée du transformateur d'impédance 6. L'émetteur 7 fonctionne avec une faible tension d'alimentations par exemple de 18 V, qui, du fait de la chute de tension dans les écrans Zéner Z1 et Z2, n'est pas suffisamment grande pour exciter l'appareil de commande 5 avec précision. Le signal de commande provenant de l'émetteur 7 est par conséquent transmis par le transformateur 6 à une résistance 8 puis à l'appareil de commande 5 recevant la tension supérieure, par exemple de 25 V. L'invention concerne le problème de satisfaire à la fois aux deux impératifs contradictoires mentionnés ci-dessus, à savoir l'impératif consistant à appliquer une basse tension au fil situé dans la zone dangereuse et d'autre part l'impératif consistant à appliquer une tension d'entrée suffisamment élevée à l'appareil de réception ou de commande sans utiliser un amplificateur de courant ou un transformateur d'impédance cossteux. Suivant l'invention, il est prév un circuit bifilaire formant écran électrique et dans lequel un réseau de limitation de tension est branché en série avec l'entrée d'un réseau formant écran Zéner ; le réseau mentionné en premier comprend deux diodes Zéner branchées en parallèle et en opposition entre les deux ligne s du circuit aux extrémités opposées d'une résistance prévue dans une de ces lignes ; chacune des diodes Zéner du réseau de limitation de tension présente une tension de claquage qui est inférieure à celle d'une des diodes Zéner du réseau formant écran. La tension de claquage des diodes Zéner dans 1' écran Zéner est choisie en fonction des impératifs concernant la tension d'entrée du récepteur ou appareil de commande tandis que la tension de claquage des deux diodes Zéner situées dans le réseau de limitation de tension est choisie plus faible en con cordance avec la t-ension maximale à vide qui permet de prévoir une longueur suffisante de fils dans la zone dangereuse. Dans un écran Zéner classique, la diode Zéner détermine à la fois la tension maximale à vide et le courant maximal défini par le quotient de la tension Zéner par la résistance de limitation de courant. Cependant suivant l'invention, les diodes Zéner situées dans llé- cran Zéner déterminent seulement le courant maximal ; la tension maximale à vide à la borne d'un fil pénétrant dans la zone dangereuse est limitée à une valeur inférieure par les diodes Zéner situées dans le réseau de limitation de tension. L'invention présente l'avantage qu'un -dispositif électrique situé dans la zone dangereuse et un récepteur ou appareil de commande situé dans la zone sûre peuvent être alimentés par une source de haute tension commune sans qu'il soit imposé une restriction excessive à la longueur des fiLs dans la zone dangereuse. Un réseau de limitation de tension suivant l'invention peut etre utilisé avec tous types d'écrans Zéner. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la aescription, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence à la Fig. 3 des dessins annexés. La Fig.3 représente un circuit bifilaire formant écran électrique et comprenant un écran Zéner Z présentant la meme configuration que celle déjà décrite en référence à la Fig. 1 et un réseau de limitation de tension N. le réseau N est intercalé entre l'écran Zéner Z situé dans une zone sûre et une borne ll qui est située dans une zone dangereuse à gauche de la ligne 2. Si le circuit de la Fig. 3 était utilisé dans un circuit de com;iande sensiblement identique à-celui de la Fig. 2, la borne 11 du circuit serait reliée à la ligne supérieure de sortie de l'émetteur 7 tandis que la borne 3 serait reliée à la ligne supérieure d'entrée du récepteur 5. En correspondance un second circuit tel que celui de la Fig. 3 serait branché entre la ligne inférieure de la sortie de l'émetteur 7 et unie ligne inférieure d'entrée du récepteur 5.Deux des circuits de la Fig. 3 remplaceraient par conséquent les deux écrans Zéner Z1 et M2 ainsi que le transformateur d'impédance 6 et la résistance 8 de la -Fig. 2. Comme le montre la Fig. 3, le réseau N se compose d'une résistance de mesure R3 et de deux diodes Zéner D3 et D4 branchées en parallèle entre les extrémités de la résistance R3 et la terre. Une résistance 3 est branchée entre la borne d'entrée 1 de l'écran Zéner Z et la borne 11. La borne Il peut par conséquent être reliée à la sortie d'un émetteur 7 comme indiqué sur la Fig. 2. Les diodes Zéner D1 et D2 limitent en coopération avec la résistance de limitation de courant R2 le courant maximal passant par les bornes 1 et Il tandis que la tension à la borne 11 est limitée par les diodes Zéner D3 et 1)4 qui ont une tension de claquage inférieure à celle des diodes Zéner D1 et D2. Pour des raisons de sécurité, les composants d'un écran Zéner sont enrobés d'une masse de résine synthétique. Dans le mode préféré de réalisation de l'invention, les composants de l'écran Zéner Z et les composants du réseau de limitation de tension N sont enrobés par une masse commune de-résine synthétique. REVENDICATIONS 1. Circuit bifilaire formant écran électrique, caractérisé en ce qu'un réseau de limitation de courant est relié en série à l'entrée d'un réseau formant écran Zéner, en ce que le réseau mentionné en premier comprend deux diodes Zéner branchées en parallèle et en opposition entre les deux lignes du circuit aux extrémités opposées d'une résistance branchée dans une des lignes et en ce que chaque diode Zéner du réseau de limitation de tension présente une tension de claquage inférieure à celle d'une des diodes Zéner du réseau formant écran Zéner. 2. Circuit bifilaire suivant' la revendication 1, caractérisé en ce que les deux réseaux précités sont encapsulés dans un bloc de résine synthétique commun.