Brevet FR2247773A1 — publié le 19750509

La présente invention concerne un indicateur de gaz qui com- porte un capteur de gaz constitue par un élément de matière semi-conductrice comprenant deux électrodes espacées dont l'une est réalisée sous la forme d'un filament destiné à chauffer l'élément. Ce dernier est activé par le chauffage et il acquiert ainsi la propriété que sa résistivité électrique est réduite considérablement lorsqu'il est exposé à un gaz. Le circuit électrique entre les électrodes du capteur est intercalé dans un circuit qui contient une source de courant, de manière que la diminution de la résistivité entraîne une variation d'intensité du courant qui déclenche un circuit d'alarme. Un capteur de ce type déjà connu consiste en un élément d'oxyde métallique du type N, tel que de l'oxyde d'étain, de l'oxyde de zinc ou de sesquioxyde de fer, et il est sensible entre autres à l'hydrogène, à l'oxyde de carbone, au méthane, au propane, aux essences volatiles, à 11 acétylène, à la fumée et à I t air contenant du carbone. Dans un capteur de gaz de ce genre, la résistance entre les électrodes est réduite lorsque l'élément semi-conducteur est à la température ambiante. Lorsque l'élément est chauffé par le filament, la résistance entre les électrodes atteint progressivement une valeur très élevée. Au bout d'une minute environ, un état final est atteint dans lequel la sensibilité du capteur est maximale. Si l'élément semi-conducteur est alors exposé à un gaz, comme de l'oxyde de carbone, de l'hydrogène, des hydrocarbures ou autres, la résistance entre les électrodes diminue considérablement et un circuit d'alarme peut être déclenché. Pendant la période de chauffage, qui dure environ une minute, le fonctionnement du circuit d'alarme doit être inhibé. L'invention concerne donc une disposition de circuits destinée à un indicateur de gaz du type précité. L'indicateur de gaz selon 1' invention est réalisé à cet effet de maniere que le fonctionnement du circuit d'alarme soit inhibé pendant la période de sensibilisation, au moyen d'un circuit à retard qui commande un premier circuit bistable dont l'état est changé à la fin de la période de sensibilisation, et le courant qui circule dans l'élément semi-conducteur en présence d'un gaz auquel le capteur est sensible, provoque un changement d'état d'un second circuit bistable. Les signaux de sortie des deux circuits bistables apparaissant après leurs changements d'état sont appliqués à un circuit à coincîdence qui déclenche le circuit d'alarme lorsque les deux signaux de sortie sont présents. Dans certains cas, il est souhaitable de réaliser l'indicateur de gaz selon l'invention sous la forme d'un appareil portatif qui peut être emmené par des personnes qui travaillent par exemple dans une mine, dans une cale de navire ou dans un égout, de manière qu'elles soient alertées à l'apparition de gaz dangereux. Un appareil portatif de ce genre peut également être disposé dans un moteur afin d'alerter les passagers de la prér sence d'oxyde de carbone. Bien entendu, un appareil portatif de ce genre doit être alimenté par une batterie de piles ou d'accumulateurs, dont la tension est au moins 6 volts, et de préférence 12 volts afin de fournir une énergie suffisante pour le circuit d'alarme. Mais cela conduit à des difficultés en ce qui concerne l'alimentation du filament qui est réalisé pour être alimenté sous une tension d'un volt avec une intensité d'un ampère. Une batterie d'un poids raisonnable ne peut fournir l'intensité voulue d'un ampère que pendant une courte période et une résistance en série doit réduire la tension de la batterie jusqu'à un volt, aux bornes du filament, de sorte qu'une puissance considérable est perdue. Cette difficulté peut entre éliminée en utilisant comme source de courant, une source de courant continu qui alimente également un oscillateur dont le courant de sortie alimente le filament. L'emploi d'un oscillateur pour alimenter le filament présente un avantage supplémentaire important. Si la fréquence de l'oscjllateur est convenablement choisie, il est possible d'introduire dans le circuit d'alarme un générateur sonore piezoélectrique alimenté par l'oscillateur, de sorte qu'une alarme acoustique très puissante est obtenue par un moyen simple. A cet effet, la tension de l'oscillateur peut être appliquée à une troisième borne d'entrée du circuit à coincidence. Selon un mode de réalisation de l'invention destiné à être alimenté par le courant alternatif du secteur, une tension est appliquée, lorsque l'indicateur est mis en service, à un circuit constitué par une résistance et un condensateur en série. Le premier circuit bistable est réalisé sous la forme d'un circuit basouleur de Schmitt commandé par la tension aux bornes du condensateur, de manière qu'il délivre un signal de niveau "1" pendant la période de sensibilisation et un signal de niveau "0" après la fin de cette période. Ce signal de niveau 11011 est inversé et le signal "1" obtenu par cette inversion est appli qué simultanément à une borne d'entrée d'une porte NON-ET et à la base d'un transistor à charge d'émetteur par l'intermédiaire dlune résistance en série.En outre, le circuit électrique entre les électrodes du capteur est connecté entre la base de ce transistor et la masse. La tension d'émetteur de ce transistor est appliquée au second circuit bistable qui est réalisé sous la forme dtun circuit basculeur de Schmitt inverseur et dont le signal de sortie est appliqué à la seconde borne ventrée de la porte NON-ET.De cette manière, la tension d'émetteur du transistor disparaît à l'apparition d'un gaz après la fin de la période de sensibilisation, de sorte que le second circuit bistable délivre un signal nln et que la porte NON-ET est ouverte et délivre un signal "O" qui déclenche le circuit d'alarme, L'inversion précitée du signal "O" du premiér circuit bistable peut être effectuée par un troisième circuit bistable réalisé sous la forme d'un circuit basculeur de Schmitt inverseur. De préférence, le signal "O" de la porte NON-ES est appliqué, après inversion, à une borne d'entrée d'une seconde porte NON-ET dont l'autre entrée est commandée par un oscillateur et dont le signal de sortie est appliqué à un haut-parleur. En outre, il est souhaitable d'appliquer le signal ttO" inversé de la première porte NON-ET à une extrémité de l'enroulement d'un relais dont l'autre extrémité est connectée à la tension t'L". De cette manière, le relais retombe et par un contact de repos, il actionne un dispositif destiné à éliminer la condition dangereuse, comme par exemple un ventilateur. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels La figure 1 représente un indicateur de gaz selon l'invention, alimenté par une source de courant continu, et qui peut ainsi étre réalisé sous la forme d'un appareil portatif, La figure 2 représente un indicateur de gaz selon l'inven- tion destiné à être alimenté par le courant alternatif du secteur. Lè circuit de la figure 1 est alimenté par une source de courant continu d'une tension de 12 volts et qui est connectée aux bornes l et 2. Le capteur de gaz proprement dit consiste en un élément semi-concteur 3 qui contient deux électrodes 4 et 5. L'électrode 4 a la forme d'une hélice et elle remplit la fonction de filament destiné à sensibiliser le capteur. En principe, l'électrode 5 peut avoir toute forme voulue, mais en général, elle a également la forme d'une-hélice, de sorte que chacune des électrodes 4 et 5 peut être à volonté utilisée comme filament. Un oscillateur 6 fonctionnant par exemple à une fréquence de l'ordre de 800 Hz, est connecté entre les bornes 1 et 2. Le signal de sortie de cet oscillateur est appliqué au filament 4 par l'intermédiaire d'un transformateur 7. Le filament 4 est également connecté à la borne positive 1 de la source de courant continu, de sorte que toute la tension de cette source est disponible pour le circuit d'alarme. Pendant la période de sensibilisation, le circuit d'alarme est bloqué. A cet effet le circuit comporte un circuit à retard constitué par un condensateur 8 qui est chargé par la source de courant continu par l'intermédiaire d'une résistance réglable 9. Après une minute, la tension aux bornes du condensateur 8 a atteint une valeur telle que le transistor uniJonc- tion 10 est débloqué. Une impulsion de tension est alors produite aux bornes d'une résistance 11 et appliquée, par l'intermédiaire d'une résistance 12, à la borne d'entrée "1" d'un circuit bistable 13. La tension qui apparaît à la borne de sortie "1" de ce circuit 13 est appliquée à l'une des bornes d'entrée d'une porte ET 14.La borne d'entrée "O" du circuit 13 est connectée à la borne 1 par une résistance 1 5 et un condensateur 16 en série, de sorte que ce circuit 13 est toujours amené à l'état "O" lorsque l'indicateur est connecté à la source de courant continu. L'électrode 5 du capteur est connectée à une résistance 17 et à la borne entrée d'un circuit basculeur de Schmitt 18. Lorsque la résistance de l'élément semi-conducteur est réduite par la présence d'un gaz, un courant circule dans la résistance 17, de sorte que le circuit basculeur 18 change d'état. La borne de sortie du circuit basculeur 18 est connectée à une seconde borne d'entrée de la porte ET 14. La tension de l'oscillateur est appliquée par un condensateur 19 à la troisième borne dlentrée de la porte ET 14. Le circuit de sortie de la porte ET 14 continent un générateur sonore piezo-électrique accordé sur la fréquence de l'oscillateur. Il apparaît donc clairement que la tension de ltoscillateur est transmise au générateur sonore piezo-électrique si deux conditions sont satisfaites, à savoir que la période de sensibilisation est terminée de sorte que le circuit bistable 13 se trouve à l'état "1" et que la valeur de la résistance entre les électrodes 4 et 5 est faible, de sorte que le circuit basculeur de Schmitt 18 a changé dtétat. L'alarme est donc donnée lorsque ces conditions sont remplies. Le transformateur 7 peut faire partie du circuit de détermination de fréquence de ltoscillateur 6, et il peut comporter un troisième enroulement de réaction. Ltinhibition du circuit; à'alarme pendant la période de sensibilisation de l'indicateur de gaz de la figure 2 est également effectuée au moyen d'un circuit à retard comprenant un condensateur 8 et une résistance 9. Ce circuit à retard est connecté à une source de courant continu lorsque l'indicateur est mis en marche. La tension aux bornes du condensateur 8 commande un circuit basculeur de Schmitt constitué par deux transistors 21 et 22 à résistance d'émetteur commune. Le collecteur de chaque transistor est connecté à la base de l'autre par l'intermédiaire d'une résistance. Lorsque l'indicateur est mis en marche, le condensateur 8 n'est pas encore chargé et le transistor 22 est bloqué. Le collecteur de ce transistor se trouve donc à une tension positive qui peut être considérée comme un signal "1".Ce signal est appliqué au fil de sortie 23 du circuit basculeur. A la fin de la période de sensibilisation voulue, la tension aux bornes du condensateur 8 a augmenté jusqu'à une valeur telle que les circuits basculeurs 21, 22 changent d'état et qu'un signal "0fut apparaît sur le fil 23. Le signal "0" du fil 23 est converti en un signal "1" au moyen d'un circuit basculeur de Schmitt 24 inverseur ;-ce signal "1" est appliqué à l'une des bornes d'entrée d'unè porte N-ON-BU 25, ainsi qu1à la base d'un transistor 27 à charge d'émetteur par l'intermédiaire d'une résistance réglable 20 en série. La base du transistor 27 est également connectée à l'électrode 5 du capteur 3 ; le filament 4 est alimenté par un courant alternatif d'un volt et d'un ampère produit par un transformateur connecté au curant alternatif du secteur. La résistance du capteur sensibilisé est élevée, de sorte que ce capteur n'influence pas la tension à la base du transistor 27.Dans ce cas, l'émetteur de ce transistor délivre un signal "l" qui est appliqué à un circuit basculeur de Schmitt 28 inverseur. Ce dernier délivre donc un signal "O". Ce signal "O" est appliqué à la seconde borne d'entrée de la porte NON- 25 et, par l'inter médiaire de deux amplificateurs inverseurs 29 et 30, à une lampe indicatrice verte 31 qui est donc allumée pour indiquer l'absence de gaz. A l'apparition d'un gaz auquel le capteur est sensible, la base du transistor 27 se trouve reliée à la masse par une faible résistance, de sorte que l'émetteur-délivre un signal "0" que le circuit basculeur 28 convertit en un signal "1". La lampe verte 31 s'éteint et les deux bornes d'entrée de la porte NON-ET 25 reçoivent des signaaux "1". Cette porte est donc ouverte et elle délivre un signal "O" que l'amplificateur inverseur 32 convertit en un signal "1".Ce signal "l" est appliqué à l'une des extrémités d'un enroulement de relais 33 dont l'autre extrémité est connectée à la tension "1". Ce relais est désexcité et son contact de repos met en marche un dispositif destiné à éliminer la condition dangereuse, un ventilateur par exemple. Une lampe indicatrice rouge 34 est allumée par l'intermédiaire d'un amplificateur inverseur 34, afin d'indiquer la présence d'une condition dangereuse. Le signal w t à la borne de sortie de l'amplificateur 32 est également appliqué à l'une des bornes d'entrée de la porte NON-ET 36 dont l'autre borne d'entrée est connectée à un oscillateur 37. Le signal de sortie de l'oscillateur est alors appliqué, par l'intermédiaire des amplificateurs 38 et 39, à un hautparleur 40 qui émet un signal sonore d'alarme. Les circuits décrits ci-dessus peuvent être constitués par des circuits intégrés, de manière telle que les circuits bascu leurs 2!v et 28 soient incorporés dans un premier circuit intégré, les amplificateiirs 29, 30, 32, 34, 38 et 39 dans un second circuit intégré et les portes 25 et 26, avec l'oscillateur 37 dans un troisième circuit intégré. Il est évident que cette disposition simplifie considérablement le montage du circuit. La tension continue destinée à alimenter les différentes parties du circuit, et qui peut avoir par exemple une valeur de 5 volts, est produite à partir du courant alternatif du secteur au moyen d1un transformateur et d'un redresseur. Au lieu du circuit à retard 8, 9, des élements thermiques pourraient convenir pour inhiber le circuit d'alarme pendant la période de sensibilisation, par exemple un commutateur bimétal ou une résistance à coeffic-ient de température négatif. Dans ce cas, l'élément thermique est chauffé progressivement lorsque ltindlcateur de gaz est mis en service, et il change d'état après l'expiration de la période voulue. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVNDICATIONS 1. Indicateur de gaz comprenant un capteur de gaz constitué par un élément de matière semi-conductrice comprenant deux électrodes espacées dont l'une est réalisée sous la forme d'un filament destiné à chauffer l'élément qui est ainsi sensibilisé par le chauffage et qui acquiert la propriété d'une résistance électrique diminuant considérablement lorsque l'élément est exposé à un gaz, le circuit électrique entre les électrodes du capteur étant introduit dans un circuit contenant une source de courant de manière telle que la diminution de la résistivité entraine une variation de courant qui déclenche un circuit d'alarme, in- dicateur caractérisé en ce que le fonctionnement du circuit d'alarme est inhibé pendant la période de sensibilisation au moyen d'un circuit à retard qui commande un premier circuit bistable dont ltétat change à la fin de la période-de sensibilisation, le courant qui circule dans l'élément semi-conducteur en présence d'un gaz auquel le capteur est sensible provoquant un changement d'état d'un second circuit bistable, et les signaux de sortie des deux circuits bistables apparaissant après leurs changements d'état étant appliqués à un circuit à coincidence qui déclenche un circuit d'alarme lorsque les deux signaux de sortie sont présents. 2. Indicateur de gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de courant consiste en une source de courant continu qui alimente également un oscillateur dont le signal de sortie alimente le filament. 3. Indicateur de gaz selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit d'alarme comporte un générateur sonore piezoélectrique alimenté par l'oscillateur et qui émet une alarme sonore à l'apparition d'un gaz auquel le capteur est sensible. 4. Indicateur de gaz selon la revendication 3, caractérisé en ce que le signal de l'oscillateur est appliqué à une troisième borne d'entrée du circuit à coïncidence. 5. Indicateur de gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une tension est appliquée, lorsque l'indicateur est mis en marche, à une résistance et un condensateur connectés en série, le premier circuit bistable étant réalisé sous la forme d'un circuit basculeur de Schnitt commandé par la tension aux bornes dudit condensateur de manière à délivrer un signal "l" pendant la période de sensibilisation et un signal. "O" après la fin de cette période, ledit signal o.t étant inversé et le signal "l" obtenu par cette inversion étant appliqué simultanément à l'une des bornes d'entrée d'une porte NON-ET, et à la base d'un transistor à charge d'émetteur par l'intermédiaire d'une résistance en série, le circuit électrique entre les électrodes du capteur étant connecté entre la base dudit transistor à charge d'émetteur et la masse et la tension d'émetteur dudit transistor étant appliquée au second circuit bistable qui est réalisé sous la forme d'un circuit basculeur de Schmitt inverseur dont le signal de sortie est appliqué à la seconde borne d'entrée de ladite porte NON-ET, de manière que la tension d'émetteur dudit transistor à charge d'émetteur disparaisse à l'apparition -d'un gaz après la fin de la période de sensibilisation, le second circuit bistable délivrant ainsi un signal "l" et la porte NON-ET étant ouverte pour délivrer un signal "0" qui déclenche le circuit d'alarme. 6. Indicateur de gaz selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'inversion du signal "0" du premier circuit bistable est effectuée par un troisième circuit bis table réalisé sous la forme d'un circuit basculeur de Schmitt inverseur. 7. Indicateur de gaz selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le signal "O" de sortie de ladite porte NON-ET -est appliqué, après inversion, à une borne d'entrée d'une seconde porte NON-ET dont l'autre borne d'entrée est commandée par un oscillateur et dont le signal de sortie attaque un hautparleur. 8. Indicateur de gaz selon la revendication 7, caractérisé en ce que le signal "O" inversé de ladite première porte NON-E"r est appliqué à l'une des extrémités d'un enroulement de relais dont l'autre extrémité est connecté à la tension 1, de manière que ce relais soit désexcité et commande, par l'intermédiaire d'un contact de repos, un dispositif destiné à éliminer la condition dangereuse, un ventilateur par exemple.