Brevet FR2339858A1 — publié le 19770826

ta présente invention concerne des dispositifs de contrôle automatique de la présence dans l'atmosphère de gaz ou vapeurs combustlbless et plus particulièrement, les indicateurs thermo chlniques de présence de gaz combustibles dans l'atmosphère. De tels dispositifs sont largement utilisés pour prévenir 1'apparition de gaz et vapeurs combustibles en quantités dépassant la norme admissible dans l'atmosphère des chantiers d'abattage des mines et dans divers locaux dans l'industrie chimiques pétrolière, du gaz, et d'autres branches de ltindustrie. On connait un indicateur thermochimique de la présence de gaz combustibles dans 1' atmosphère, comportant un pont à résistances. Dans deux bras adjacents de ce poILt sont insérées des thermistances, dont l'une est sensible a la présence dans 11 atmosphère de gaz combustibles, tandis que l'autre compense l'action sur la thermistance sensible des paramètres et des composants non mesurés de l'atmosphere (température, pression, vitesse du mouvement, teneur en vapeurs d'eau, en acide carbonique, etc.) Dans les deux autres bras adjacents de ce pont sont insérées des résistances ordinaires. t'indicateur thermochimique comporte, en plus,un stabilisateur de la tension par compensation transistorisé à travers lequel la diagonale d'afimentation du pont à résistances est raccordée à une source d'alimentation. Le stabilisatellr par compensation est constitué, comme on le sait, d'un élément détecteur et dlun élément amplificateur-comparateur.L'entrée de l'élément amplificateur-comparateur du stabilisateur est raccordée à la diagonale de mesure du pont L'indicateur thermo-chimique comporte aussi un avertisseur de l'apparition dans l'atmosphère de gaz combustibles en concentrations dépassant la concentration limite admissible de ce gaz~ 'avertisseur est doté, à son entrée, d'un circuit i seuil (un indicateur de zéro ou un comnarateur), et il est raccordé à travers ce circuit au pont à résistances. tors du branchement de ltalimentation la tension dans la diagonale de mesure du pont est immédiatement stabilisée Dans la diagonale d'alimentation la tension stabilisée s'établit après le réchauffement des thermistances. te rapport entre la valeur de cette tension et la tension dans la diagonale de mesure dépend du rapport entre les résistances des thermistances t les valeurs des résistances branchées dans les bras du pont. Lors de l'apparition dans l'atmosphère contrôlée d'un gaz combustible, il s'oxyde sur le catalyseur de la thermistance sensible, ce qui fait accroître la température et la résistance de cette dernière, et, par conséquent, fait varier la tension dans la diagonale d'alimentation du pont. L'accroissement de la concentrationdu gaz provoque une augmentation ou une diminution de cette tension en fonction de la polarité de la tension à stabiliser dans la diagonale du pont. Lorsque la concentration limite admissible du gaz est atteinte, le circuit de seuil de l'avertisseur fonctionne, ce qui entrain l'enclenchement de la signalisation d'alerte. L'augmentation de la tension d'alimentation du pont avec l'accroissement de la concentration du gaz entrasse une augmentation de la stabilité de l'indicateur, lorsqu'il fonctionne dans une atmosphère où les concentrations éventuelles d'un gaz combustible sont faibles. Ceci s'explique par le fait qu'un tel régime permet, en l'absence de gaz combustible, de maintenir les thermistances à une température réduite, à laquelle leurs caractéristiques varient moins. D'antre part, lorsque la concentration limite admissible est atteinte, ce régime, grâce à l'augmentation de la tension, permet d'augmenter la température de la thermistance sensible jusqu'à la valeur assurant la precision requise de mesure de la concentration de gaz combustible. Lorsque la tension d1alimentation du pont diminue avec l'augmentation de la concentration du gaz, la stabilité de l'indicateur se trouve améliorée lorsqu'il fonctionne dans une atmosphère où peuvent apparaître de fortes concentrations et meme des concentra tions présentant un danger de déflagration.Ceci s'expliaue par le fait un'un tel régime, en cas d'apparition de fortes concentrations de gaz combustible provoquant le dégagement de fortes quantit s de chaleur quand le gaz est oxydé sur la thermistance sensible, permet, grssce à la réduction de la tension d'alimentation di pont, de réduire la croissance de la température de la thermistance indiquée, en diminuant ainsi la variation de ses caractéristiques. Un tel régime permet, au besoin, d'assurer un niveau constant et même une réduction de la température de la thermistance sensible, lorsque la concentration du gaz augmente. L'inconvénient du dispositif connu réside dans l'impossibilité d'assurer une haute stabilité de fonctionnement de l'indicateur dans une large gamme de concentrations des gaz combustibles et des vapeurs, car lors de l'augmentation de la tension avec la croissance de la concentration de gaz, la thermistance sensible est soumise à de fortes températures si les concentrstions sont élevées, tandis qu'en cas de diminution de la tension avec la croissance de la concentration de gaz, les deux thermistances sont maintenues à des températures élevées même en l'absence de gaz combustible.Ceci s'explique par le fait que la précision requisede mesure de la concentration de gaz combustible au moyen de l'indicateur thermochimique, comme indiqué plus haut, est obtenue, justement aux températures élevées, ce qui précisement, rend nécessaire la présence de telles températures en l'absence du gaz, car les concen rations admissibles limltes des gaz combustible8 se situent d'ordinaire dans la gamme des faibles concentrations. L'invention est basée sur le problème de la création d'un indicateur thermochimique de la présence de gaz combustibles dans I'atmosphère, possédant une haute stabilité de fonctionnement dans une large gamme de concentrations de ces gaz. Ce problème est résolu du fait que dans un indicateur thermochimique de la présence de gaz cembustibles dans l'atmosphère, comportant : un pont à résistances, dans un des bras duquel est insérée une première thermistance sensible aux gaz combustibles tandis que dans son bras adjacent est insérée une autre thermistance, -compensant l'influence sur ladite première thermistance sensible des autres paramètres et des composants de l'atmosphère non contrôlés, et que dans les-deux autres bras du pont sont insérées des résistances ordinaires ; un stabilisateur de tension par compensation, à travers lequel la diagonale dtalimentatton du pont est raccordée à une source d'alimentation possédant un élément de réglage et un élément amplificateur-comparateur, 11 entrée de l'élément amplificateur-comparateur du stabilisateur étant raccordée à la diagonale de mesure du pont de résistances, et un avertisseur d'apparition dans l'atmosphère de concentrations inadmissibles de gaz cQnbustibles, selon l'invention, dans la diagonale d'alimentation du pont à résistances sont branchées deux résistances ordinaires supplémentaires, couplées en série, dont les valeurs de résistance dépassent les valeurs de résistance des thermistances et qui forment avec les thermistances sensible et de compensation un pont à résistances supplémentaire le stabilisateur par compensation comportant un élément amplificateur-comparateur supplémentaire, dont l'entrée est raccordée soit à la diagonale de mesure de ce pont, soit à l'une des résistances supplémentaires. L'avertisseur indiqué peut être raccordé à la sortie de 1' élément amplificateur-comparateur. L'avantage de l'indicateur faisant l'objet de la présente invention est sa haute stabilité en service dans une large gamme de concentration des gaz et des vapeurs combustibles. Un autre avantage de cette invention est le schéma simple de l'indicateur proposé. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante de deux modes de réalisation non limitatifs et faite en se référant aux dessins annexés, qui représentent : - la figure 1, le schéma synoptique de l'indicateur thermochimique de la présence de gaz combustibles dans l'atmosphère, selon l'invention; - la figure 2, le schéma synoptique dune variante de réalisation de l1indicateur selon l'invention. L'indicateur thermo-chimique de la présence dans-l'atmosphère de gaz combustibles comporte un pont à résistances 1 (figure 1). Dans deux bras adjacents de ce pont sont insérées des thermistances 2 et 3, l'une desquelles, par exemple la thermistance 2, constitue une thermistance sensible à la présence de gaz combustible dans l'atmosphère, tandis que la seconde, la thermistance 3, compense l'action sur la thermistance sensible 2 des paramètres et des composants non mesurés de l'atmosthère. Dans les deux autres bras adjacents de ce pont sont insérées des résistances ordinaires 4 et 5. La thermistance sensible 2 est, par exemple, constituée par une spirale, de préférence en fil de platine, qui, à une température déterminée, est un catalyseur pour les gaz et vapeurs combustibles. La -nermitance de compensation 3 est également réalisée sous forme d'une spirale en fil de platine. Pour éliminer l'activité catalytique de la thermistance conpensatrice,-sa spirale est soit recouverte d'une matière catalytiquement inactive, soit, pour réduire sa température jusqu'à l'état inactif du platine, elle est réalisée ou en fil plus gros, ou avec un pas d'enroulement plus grand que celui de la spirale de la thermistance sensible 2. Pour réduire la température de travail de la thermistance sensible 2 et augmenter sa durée de service, elle peut autre recouverte d'un film mincie en matériau catalytlquement actif, possédant une plues faible température d1 oxydation des gaz combustibles en comparaison avec le platine. La thermistance de compensation 3 n'a pas besorn d'un revêtement. On peut utiliser une autre variété de thermistances, constituées elles aussi par des spirales en platine, placées soit a l'intérieur., soit à la surface de eylindres en matériau poreux, de préférence en oxyde d'aluminium actif. Les spirales peuvent être également placées entre des granules sphériques de ce même matériau. Pour assureur son activité catalytique la thermistance sensible est traitée avec une matière catalytique. Selon la présente invention, dans la diagonale d'alimentation du pont à résistances t sont insérées deux résistances ordinaires supplémentaires 10 et 11 couplées en série. Les résistances 10 et 11 forment avec les thermistances 2 et 3 un pont supplémentaire 12. L'indicateur thermochimique comporte, d'autre part, un stabilisateur de tension par compensation 6 transistorisé, à travers lequel la diagonale d'alimentation du pont de résistances 1 est raccordée a la source d'alimentation 7. C'est un stabilisateur d'un type largement connu, qui comporte, d' ordinaire, un élément de réglage 8 et un élément amplificateur-comparateur 9. L'entrée de l'élément ampliflcateur-comparate-wr 9 est raccordée à la diagonale de mesure (points "a" et "b") du pont 1. 3elon l'invention proposée, le stabilisateur de tension par compensation 6 possède en plus un élément amplificateur-comparateur 13. L'entrée de l'élément 13 est raccordée soit à la diagonale de mesure (points "a'et "c", figure 1) du pont supplémentaire 12, soit à l'une des résistahces supplémentaires 10 ou 11, par exemple à la résistance 11 (figure 2). L'introduction des résistances supplémentairee 10 et il et de l'élément amplificateur-comparateur 13 supplémentaire permet d'obtenir une haute stabilité de fonctionnement de l'indicateur thermochimique dans une large gamme de concentration de gaz combustibles. L'élémentrégulateur 8 peut être réalisé avec un transistor, soit à émetteur commun, soit à collecteur commun (ce transistor peut autre un transistor composite); on peut utiliser une variante de ce même stabilisateur, avec un élément régulateur réalisé avec des transistors de types de conduction différents. En qualité d'éléments amplificateurs-comparateurs 9 et 13 du stabilisateur de tension par compensation 6 on peut utiliser divers amplificateurs transistorisés à courant continu, possédant à l'entrée soit des diodes tunnel, soit des sources de tension de référence, réalisées, par exemple, avec des stabilovoîts à semi- conducteurs et avec des diviseurs de tension à résistances. L'indicateur thermochimique possède en outre un avertisseur 14 de l'apparition dans l'atmohère d'une concentration de gaz combustible dépassant la concentration limite admissible de ce gaz. Selon l'invention, dans ce cas, lorsque le stabilisateur par compensation 6 comporte un élément amplificateur-comparateur supplée dentaire 13, l'avertisseur 14 peut être raccordé à la sortie de l'un des déments amplificateurs-comparateurs 9 et 13 du stabilisateur 6 (par exanale, à l'élément amplificateur comparateur 9). Un tel branchement permet de simplifier considérablement l'avertisseur 14 en excluant de celui-ci les circuits de seuil. 2n tant qu'avertisseur 14 on peut utiliser un amplificateur transistorisé à courant continu, à la sortie duquel sont branchés un voyant de signalisation et un générateur de fréquence acoustique, auquel, à son tour, est raccordé un haut-parleur. Pour assurer une signalisation intermittente (qui est particulièrement efficace), l'amplificateur peut être remplacé par un multivibrateur. L'indicateur de présence dans 11 atmosphère de gaz combustibles peut être incorporé dans une lampe à casque de mineur, dont la lampe peut être avantageusement utilisée pour débiter des signaux d'alerte sous forme d'une lunaire intermittente. Pour réduire les pertes de lumière de la lampe, il est avantageux, au moment de la signalisation, de commuter l'alimentation de la lampe à l'aide des contacts d'un relais électromagnétique dont 11 enroulement est connecté à la sortie du multivibrateur. Le dispositif fonctionne de la façon suivante. Lors du branchement de l'alimentation et en cas d'absence de gaz combustible dans l'atmosphère, la tension dans la diagonale de mesure du pont 1 est immédiatement stabilisée. Dans la diagonale d'alimentation de ce pont la tension stabilisée s'établit après le réchauffement des thermistances sensible 2 et de compensatión 3 La valeur de la tension dans la diagonale d'alimentation, comme indiqué plus haut, se rapporte à la tension de la diagonale de mesure comme les résistances des thermistances se rapportent su résistances ordinaires insérées dans les bras du pont. Lors de l'apparition d'un gaz combustible dans l'atmosphère à contrôler, il est oxydé sur la thermistance sensible 2, ce qui entraine l'accroissement de la température et de la résistance de cette dernière, et, par conséquent, une variation de la tension dans la diagonale d'alimentation du pont 1. Lorsque la concentration du gaz augmente, cette tension peut soit s'accrojtre, soit diminuer, en fonction de la polarité de la tension stabilisée dans la diagonale de mesure du pont 1.Cependant, il faut tenir compte de ce que, selon l'invention, l'indicateur thermochimique doit être ajusté de façon à ce que, avant l'apparition dans l'atmo phère de la concentration limite admissible du gaz combustible, il se produise une croissance de la tension dans la diagonale d'alimentation. Dans la diagonale de mesure du pont supplémentaire 12 la polarité de la tension doit être telle, que,ors de la stabilisation de cette derniere, l'apparition de la concentration limite admissible du gaz combustible soit suivie d'une alimentation de la tension dans la diagonale d'alimentation en cas d'accroissement de la concentra tion u gaz. Avec un tel réglage de l'indicateur thermochimique quand la concentration du gaz augmente jusqu'ci atteindre la concentration limite admissible, l'élément amplificateur-comparateur 9 du stabilisateur 6 fonctionne. Alors la tension dans la diagonale de mesure du pont 1 est stabilisée et la tension d'alimentation du pont augmente. Simultanément, la tension dans la diagonale de mesure du pont supplémentaire 12 augmente. Lorsque la concentration limite admissible du gaz combustible est atteinte, la valeur de la tension dans la diagonale de mesure du pont 12 atteint un niveau auquel commence à fonctionner l'élément amplificateur-comparateur supplémentaire 13 du stabilisateur 6.Alors la tension dans la diagonale de mesure du pont 12 se stabilise, et lorsque la concentration du gaz continue de crotte, la tension d'alimentation du pont diminue. Ceci, à son tour, provoque la diminution de la tension dans la diagonale demesure du pont 1 et, comme résultat, le déclenchement de l'élément amplificateur-comparateur 9 du stabilisateur 6. Lors du débranchement de cet élément, un signal de sortie de ce dernier attaque l'entrée de l'avertisseur 14 et celui-ci enclenche la signalisation d'alerte. Si l'entrée de l'avertisseur 14 est raccordée à l'élément amplifieateur-comparateur supplémentaire 13, l'avertisseur 14 est mis en marche par le signal de sortie de cet élément, lorsqu'il est mis en marche. Il faut tenir compte de ce que la valeur de variation de la tension dans la 4iagonale d'alimentation du pont par unité de variation de la concentration du gaz combustible, qui détermine la sensibilité du schéma de l'indicateur thermochimique, dépend de la valeur de la tension stabilisée dans la diagonale de mesure du pont. Plus cette tension est faible, plus la sensibilité est élevée. Pour cette raison,lors du réglage de l'indicateur, il faut établir une sensibilité permettant d'assurer une stabilité maxi- male de fonctionnement de l'indicateur thermochimique, pour une variation de la concentration du gaz combustible dans une large gamme. Comme exposé plus haut, une telle stabilité peut être obtenue si, en l'absence de gaz combustible, la température de la thermistance sensible 2 est établie à la valeur minimale admissible du point de vue de la possibilité de détection des gaz combustibles. Puis, lorsque la concentation admissible limite du gaz est atteinte, la température de cette thermistance est augmentée jusqu'au niveau nécessaire à l'obtention de la précision requise de mesure de ladite concentration. Et, enfin, en cas d'apparition de concentrations élevées du gaz eoznbustible, présentant un danger de déflagration, la température de la thermistance sensible sera limitée à une valeur de sécurité du point de vue d'une modificationinadmissible des caractéristiques de cette thernistance.Aux concentrations élevées, il est préférable de réduire la température de la thermistance sensible jusqu'S la valeur maximale admissible, en établis3ant une sensibilité maximale du schéma de l'indicateur thermochimique. il convient également de remarquer que, lorsque les thermistances fonctionnent dans un domaine de faibles températures, leur durée de-service augmente notablement. Lors de modifications des paramètres et des teneurs en composants non mesurés de ltatmosphère à contrôler, ces modifications agissent sur le fonctionnement de la thermistance sensible 2, en provoquant alors des erreurs supplémentaires lors de la mesure de la concentration limite admissible du gaz. Cependant les modifications indiquées agissent aussi pratiquement de la même façon sur la thermistance de compensation 3, et par conséquent ces erreurs sont fortement réduites. Comme déjà mentionné, l'élément ampliflcateur-comparateur supplémentaire 17 peut être raccordé à ltune des résistances 10 ou 11-, par exemple àla résistance Il (figure 2). Dans ce cas, d'une façon analogue à celle décrite plus haut, ltabsenoe de gaz combustible dans l'atmosphère et lfaugmentatlon de sa concentration jusqutà la valeur limite admissible entraient le fonctionnement de l'élément amplificateur-comparateur 9. Alors l'augmentation de la concentration du gaz provoque la croissance de la tension dans la diagonale d alimentation du pont 1 et, par conséquent, l'augmentation de la tension sur la résistance 11. Lorsque la concentration limite admissible du gaz combustible est atteinte, la valeur de la tension sur la résistance 13 atteint un niveau tel, que ltélement amplificateur-comparateur supplémentaire 13 du stabilisateur 6 commence à fonctionner. La tension sur la résistance 11 est alors stabilisée et, par conséquent, elle est stabilisée aussi dans la diagonale d'alimentation du pont 1, et l'augmentation ultérieure de la concentration du gaz ne provoque aucune modification de cette dernière.Ceci permet de limiter 1' intensité de croissance de la température de la thermistance 2 et de la thermistance 3 pour des concentration du gaz combustible dépassant la concentration admissible, en élargissant ainsi la gamme de travail des concentrations des gaz combustibles pour 18indicateur thermochimique. Vu que lors de la croissance de la concentration du gaz audessus de la valeur admissible, la tension dans la diagonale d'alimentation du pont 1 n'augmente pas, la croissance de la température et de la résistance de la thermistance sensible 2 entrain une diminution de la tension dans la diagonale de mesure du pont 1, et, de ce fait, le débranchement de l'élément amplificateur-comparateur 9 du stabilisateur 6. Lors du débranchement de cet élément un signal de sortie de celui-ci est appliqué à l'entrée de l'avertisseur 14, et ce dernier enclenche ia signalisation d'alerte. Ainsi, la présente invention possède une série d'avantages importants en comparaison de la solution connue, grâce à la haute stabilité de fonctionnement de l'indicateur thermochimique dans une large gamme de valeurs des concentrations des gaz combustibles dans l'atmosphère et à une augmentation importante de la durée de vie des thermistances sensible et de compensation, tout en possédant un schéma relativement simple de l'indicateur et en assurant par conséquent une haute fiabilité, un réglage simple, une exploitation peu compliquée ainsi cru'un encombrement et un poids réduits de l'indicateur thermochimique. Bien entendu, l'invention n1 est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDIaATIoNs 1. Indicateur thermochimique de la présence de gaz combustibles dans l'atmosphère, du type comportant: un pont à résistances, dans l'un des bras duquel est insérée une thermistance sensible aux gaz combustibles, tandis que dans le bras adjacent est insérée une autre thermistance, compensant l'influence d'autres paramètres et composants non contrôlés de l'atmosphère sur ladite thermistance sensible, et que dans les deux autres bras du pont sont insérées des résistances ordinaires; un stabilisateur de tension par compensation, par l'intermédiaire duquel la diagonale d'alimentation du pont à résistances est raccordée à une source d'alimentation, ce stabilisateur comportant un élément de réglage et un élément amplificateur-comparateur, l'entrée dudit élément amplificateur-comparateur étant raccordée à la diagonale de mesure du pont à résistances : et un avertisseur indiquant l'apparition de concentrations inadmissibles de gaz combustibles dans 1' atmosphè- re, caractérisé en ce que dans la diagonale d'alimentation du pont à résistances sont insérées deux résistances ordinaires sUpplémen- taires connectées en série l'une à l'autre, dont les valeurs de résistance dépassent celles des thermistances et qui forment avec les thermistances sensibles et de compensation un pont à résistances supplémentaire, le stabilisateur par compensation possédant un élément amplificateur-comparateur supplémentaire dont l'entrée est raccordée soit à la diagonale de mesure dudit pont supplémentaire, soit à l'une des résistances supplémentaires. 2. Indicateur thersochimique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit avertisseur est branché sur la sortie de l'un des éléments amplificateurs-comparateurs du stabilisateur.