Brevet FR2337339A1 — publié le 19770729

a présence de gaz, par exemple de gaz combustibles tels que le méthane, est généralement détectée à l'aide dlun instrument qui comporte un élément sensible aux gaz, et un élément de référence monté dans un pont de Wheatstone. '1élément sensible comprend une résistance dont la valeur change d'une manière ou dtune autre suivant la concentratIon du gaz à détecter, alors que l'élément de référence est conçu de manière que sa résistance ne varie pas en présence de ce gaz. En ltabsence de tout gaz à détecter, le pont de Wheatstone est équilibré et son signal de sortie est nul.Cependant, lorsque le gaz à détecter est présence à des concentrations convenables, la resistance de l'élément sensible varie, ce qui a pour effet de déséquilibrer le pont et de lui faire produire un signal de sortie. Le mécanisme de variation de la résistance de llélément sensible peut correspondre à liure de plusieurs techniques connues telles que ltosydation catalytique si le gaz à détecter est combustible, ou la conductibillté thermiaue si le gaz à détecter n'est pas combustible ou dans le cas de la détection de fortes concentrations de gaz combustible. Dans tous les cas, l'élément sensible doit serre maintenu à une température élevée. La température de ltélément sensible d'un détecteur du type à oxydation catalytique est généralement très supérieure à la température de 1'é1- ment sensible d'un détecteur du type È conductibilité thermique. lies instruments antérieurs de ce type exigent que lsélément sensible et l'élément de référence soient maintenus en-continu à leur température de fonctionnement. Par conséquent, les pertes par effet Joule se produisant dans la totalité du circuit ainsi que dans les éléments de détection et de référence sont relativement importantes. Par exemple, dans un détecteur classique du type à oxydation catalytique, la puissance nécessaire au chauffage de l'élément sensible et de l'élénient de référence est d'environ 1,5 watt, alors que les pertes dans le reste du circuit sont d'environ 2,5 watts sous une tension d1alimenta- tion de 12 volts, et d'environ 6,5 watts sous une tension d'alimentation de 24 volts.Bien que ces pertes ne soient pas importantes en valeur absolue, elles sont cependant sensibles, notam ment dans le cas d'appareils fonctionnant sur batterie. L'invention concerne donc un dispositif perfectlon- né de chauffage de l'élément sensible d'un instrument de détection de gaz. Le dispositif selon l'invention permet de diminuer sensiblement la consommation d'énergie par rapport aux instruments antérieurs de ce type. lia dispositif selon l'invention applique l'énergie à l'élément sensible et à ltélément de référence à l'aide d1un circuit à modulation de largeur d'impulsions. La consommation en énergie d'un instrument de détection de gaz du type décrit ci-dessus est sensiblement réduite par la mise en oeuvre d'un procédé de modulation de largeur d'impulsions alimentant ltélément sensible et l'élément de ré férence à la place des circuits d'alimentation constante utili sés dans l'art antérieur. lie circuit de l'instrument de détection n'étant pas alimenté en continu, les pertes d'énergie sont sensiblement réduites. La précision et la sûreté de fonctionnement de l'instrument restent aussi élevées que celles des instruments antérieurs, car la fréquence de répétition des impulsions d'énergie est maintenue à une valeur supérieure à celle permettant à lXélérnent sensible de suivre les variations de concentration de gaz.Le circuit mis en oeuvre pour appliquer les impulsions d'énergie à l'élément sensible et l'élément de référence est également utilisé pour transmettre un signal de commande à un circuit d'échantillonnage et de maintien. Ce dernier circuit n'échantillonne le signal de sortie du pont de Wheatstone que pendant les périodes d'alimentation de ce dernier. lie signal de sortie de ce circuit d'échantillonnage et de maintien est ensuite appliqué à un circuit d'indication où il est traité classiquement. Un circuit de réaction détecta la teneur en énergie des impulsions et règle la largeur des impulsions produites par un générateur d'ondes carrées qui lui-même, détermine la largeur des impulsions d'énergie appliquées à l'élément sensible et à l'élément de référence. L'invention sera décrite plus an détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure unique est un schéma du circuit du dispositif selon l'invention. La figure représente un pont 10 de Wheatstone comportant un élément sensible 11, un élément 12 de référence, des résistances compensatrices 13 et 14 et une résistance 15 d'équilibrage, montés de manière classique. lie signal de sortie de ce pont est prélevé sur un potentiomètre 16 et appliqué à l'entrée d'un amplificateur 17. L'énergie est appliquée par intermittence au pont 10 par un transistor 18 d'alimentation dont le signal de sortie est commandé par le signal de sortie d'un os oscillateur 19 à ondes carrées. Par conséquent, lorsque cet oscillateur 19 produit une impulsion, le transistor 18 devient conducteur et une impulsion d'énergie est appliquée au pont 10. li'élément sensible Il et ltélément 12 de référence sont alors portés à leur température de fonctionnement. Pendant cette période d'excitation, si tout gaz du type à détecter est présent dans l'atmosphère entourant l'élément sensible 11, l'équilibre du pont drsparatt et une certaine tension est appliquée au po tentiometra 16 et à l'entrée de l'amplificateur 17. Lloscillateur 19 se présente avantageusement sous la forme d'un circuit intégré, par exemple du type "1455" produit par la firme Notorola Corporation. La largeur des impur sions de sortie de cet oscillateur 19 est réglée par un circuit RC d'entrée comprenant une résistance 20 et un condensateur 21. Ce circuit RC 20, 21 est connecté par une résistance 22 au point milieu d'un diviseur de tension constitué d'une résistance 23 et d'un transistor 24 à effet de champ. Ce point milieu assume donc la fonction de borne d'application de tension au circuit RO d'entrée. La chute de tension se produisant dans ce diviseur est maintenue à peu près constante par une diode électroluminescente 25 qui assume dans ce cas la fonction de régulateur de tension. La conductivité du transistor 24 à effet de champ et, par conséquent, sa résistance sont réglées par un signal de réaction représentatif de l'énergie appliquée au pont 10. Ce signal de réaction est produit par un circuit intégrateur comprenant une résistance 26 et un condensateur 27 et recevant, de meme que le pont 10, le signal de sortie du transistor 18. lie signal de sortie de ce circuit intégrateur est appliqué à un potentiomètre 28 dont le curseur est connecté à la grille du transistor 24 à effet de champ, de manière que la tension de cette grille soit représentative du signal de sortie du transistor 18 et de l'énergie des impulsions appliquées au pont 10. lia curseur du potentiomètre 28 peut titre réglé de manière à placer le niveau d'énergie de cas impulsions à une valeur convenable. Autrement dit, le déplacement du curseur du potentiomètre 28 produit une variation de la résistance du transistor 24 à effet de champ et, par conséquent, une modification du niveau de tension à la liaison entre ce transistor et la résistance 23. La variation de la tension à cette liaison provoque un changement de la tension de charge du condensateur 21 et, par conséquent, de la largeur de l'impulsion de sortie de lies oscillateur 19. La largeur de ces impulslons de sortie détermina évidemment la durée de conduction du transistor 18 et la largeur et la teneur en énergie des impulsions appliquées au pont 10. Comme mentionné précédemment, le signal de sortie du pont 10 passe dans un amplificateur 17 dont le signal de sortie est appliqué à un circuit d'échantillonnage et de maintien comprenant un transistor 29 à effet de champ et un condensateur 30. La grille du transistor 29 est connectée à la sortie du transistor 18 par une diode 31, de manière que le transistor 29 ne conduise que lorsque le transistor 18 applique une impulsion au pont 10. Par conséquent, pendant l'excitation du pont, le signal de sortie de 11amplificateur 17 est appliqué au condensateur 30 qui le garde jusqu'à de que la transistor 29 redevienne conducteur. La tension de ce condensateur 30 est élevée par l'amplificateur 33 et transmise à un circuit de traitement de signaux et d'indication, de manière classique. Ainsi qu'il ressort de la description précédente, les parties du dispositif présentant la plus grande dissipation d'énergie ne sont alimentées que périodiquement et non en continu comme c'était le cas dans l'art antérieur. Par conséquent, la consommation d'énergigest sensiblement réduite et la durée de vie des batteries d'alimentation est augmentée. lia coût global de fonctionnement en subit également une diminution. lia circuit est extrêmement sûr et produit un signal dont la précision est égale ou supérieure à celle des circuits antérieurs. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICAT IONS 1. Dispositif de chauffage périodique d'un élément de détection de la présence d'un gaz dans le milieu ambiant, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de transport d'énergie électrique connecté à une source d'alimentation en énergie électrique et pouvant appliquer cette dernière à ltélément de détection, un circuit qui produit des impulsions, qui est connecté au circuit de transport d'énergie et qui le met en oeuvre périodiquement de manière que de l'énergie électrique soit transmise à l'élément de détection pendant des périodes intermittentes, déterminées par la largeur des impulsions produites, et un élément qui modifie la largeur desdites impulsions. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément modifiant la largeur des impulsions est sensible à énergie électrique transportée vers l'élément de détection. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit qui n'échantillonne le signal de sortie de ltélément de détection que pendant les périodes de fonctionnement du circuit de transport d'énergie. 4. Dispositif d'application périodique d'énergie électrique à un circuit électrique en pont comprenant un élément de détection de la présence d'un gaz dans un milieu, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte une source d'alimentation e-n énergie électrique, un oscillateur à ondes car- rées qui produit un train d'impulsions de largeur réglable, un élément à transistor connectant la source au circuit en pont de manière que la conduction de cet élément à transistor provoque le transport d'énergie électrique vers le circuit en pont, un organe connectant la sortie de l'oscillateur à 11 élément à transistor pour rendre ce dernier conducteur pendant que l'oscillateur produit une impulsion, un élément de réaction produisant un signal représentatif de l'amplitude de l'énergie électrique transmise au circuit en pont, et un élément connectant ltélé- ment de réaction et l'oscillateur afin de régler la largeur des impulsions produites par cet oscillateur en fonction du signal produit par 11 élément de réaction. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit en pont comprend un pont de Wheatstone dont une branche comporte ledit élément de détection et dont une autre branche comporte un élément de référence. 6. Dispositif selon revendication 4, caractérisé en ce-que l'élément de réaction comprend un circuit intégrateur. 7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément de réglage de la largeur des impulsions comprend un diviseur de tension dont le point milieu est connecté à ltentrée de l'oscillateur, le diviseur de tension comprenant un organe à résistance variable dont la valeur varie en fonction du signal de l'élément de réaction. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'organe à résistance variable comprend un transistor à effet de champ. 9. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit qui n'échantillonne le signal de sortie du circuit en pont que lorsque l'élément à transistorconduit. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le circuit d'échantillonnage comprend un second élément à transistor rendu conducteur par le premier élément à transistor cité; et un condensateur qui emmagasine le signal passant par le second-élément à transistor. 11. Dispositif de chauffage périodique d'éléments de détection et de référence montés dans un pont de Wheatstone, caractérisé en ce qui comporte une source d'alimentation en énergie électrique, un transistor connecté à ladite source et au pont de Wheatstone pour alimenter ce dernier en énergie électrique lorsque ledit transistor conduit, un oscillateur à ondes carrées, connecté à la base du transistor et produisant des impulsions qui rendent ce dernier conducteur pendant leur durée, un circuit intégrateur étant connecté au pont de manière à mémoriser un signal représentatif de l'énergie transmise à ce pont pendant chaque période de conduction du transistor, un potentio mètre étant connecté au circuit intégrateur pour produire un signal réglable de réaction, le dispositif comportant également un circuit d'entrée pour l'oscillateur, monté de manière que la tension appliquée à ce circuit détermine la largeur des impulsions produites par l'oscillateur, un diviseur de tension comportant un point milieu qui constitue la source de la tension appliquée au circuit d'entrée, ce diviseur comprenant une résistance fixe et un transistor à effet de champ, un élément connectant le curseur du potentiomètre à la grille du transistor à effet de champ. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qutil comporte un circuit d'échantillonnage et de maintien connecté à la sortie du pont de Wheatstone et comprenant un second transistor à effet de champ dont la grille est connectée audit transistor, ce second transistor à effet de champ étant conducteur lorsque ledit transistor connecté à la source conduit lui-même, un condensateur mémorisant le signal transmis par le second transistor à effet de champ. 13. Procédé de chauffage d'un élément de détection de la présence d'un gaz dans un milieu, caractérisé en ce qu'il consista à produire un train d'impulsions d'énergie électrique à une fréquence de répétition suffisante pour suivre les variations de concentration du gaz à détecter, à appliquer les impulsions à l'élément de détection, et à régler le niveau d'énergie des impulsions à une valeur suffisante pour porter l'élément de détection à sa température de fonctionnement. 14. Procédé selon la-revendication 13, caractérisé en ce que le niveau d'énergie des impulsions est déterminée par réglage de leur largeur. 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que la largeur des impulsions est réglée en fonction de l'énergie quelles appliquent à l'élément de détection.