Brevet FR2377069A1 — publié le 19780804

La présente invention concerne les détecteurs de fumée et plus particulièrement un détecteur de fumée utilisant une chambre d'ionisation à fonctionnement électrique et les circuits associés qui commandent un dispositif à signal d'alarme. Les détecteurs de fumée par ionisation deviennent des dispositifs de plus en plus communs pour surveiller des niveaux dangereux de matière particulaire ou de fumée et pour détecter du feu dans des constructions commerciales, indflstrtieille et résidentielles. Puisque une source de puissance est généralement disponible dans ces constructions et puisque cette source de puissance n'est généralement pas interrompue pendant le début d'un,feu ou d'un autre état dangereux de fumée, quand les signaux d'alarme doivent être donnés, il est utile d'alimenter les détecteurs de fumée par cette source de puissance. Si suffisamment de puissance est disponible pour alimenter la chambre d'ionisation, le circuit détecteur et le dispositif de signalisation commande par le circuit détecteur, il est possible de concevoir un dispositif d'alarme à corps solide qui produit un signal d'alarme continu et non bloqué chaque fois qu'une concentration dangereuse de fumée existe. Ainsi un objet de l'invention est de fournir un détecteur de fumée à dispositif d'alarme qui fournit un signal d'alarme clair et exact chaque fois qu'une condition dangereuse de fumée ou autre existe. La présente invention est un détecteur de fumée à dispositif d'alarme comprenant une chambre d'ionisation comme élément détecteur primaire pour détecter des concentrations dangereuses de fumée. La chambre d'ionisation est composée principalement d'une source de radiation et de deux électrodes séparées par un espace libre à travers lequel l'air ambiant et la fumée peuvent circuler à partir de la zone ou région sur veillée par le dispositif d'alarme. Une telle chambre d'ionisa tion a une résistance électrique qui varie en fonction de l'obscuration produite par la matière particulaire dans la fumée. La chambre d'ionisation est connectée en série avec un ,élément résistif pour former un diviseur de tension qui a un signal de sortie variant en accord avec la résistance de la chambre d'ionisation. Une source de tension continue réglée, qui peut par exemple être un convertisseur, est connectée en parallèle au diviseur de tension pour alimentation. Un dispositif annonciateur, tel qu'un klaxon öu~autre dispositif de signalisa tion, est activé par un circuit à seuil qui relie la chambre d'ionisation au dispositif annonciateur et produit le signal d'action pour démarrer le signal d'alarmeJquand une concentration dangereuse de fumée ou autre condition dangereuse existe. Le circuit à seuil et le dispositif annonciateur peuvent être alimentés par la source de tension continue. Le circuit à seuil comprend un transistor unijonction programmable connecté à la sortie du diviseur de tension comprenant la chambre d'ionisation et a un second diviseur de tension connecté en parallèle à la source de tension continue pour établir une tension de référence. L'électrode de commande j du transistor unijontion programmable est connectée à la sortie du premier diviseur de tension comprenant la chambre d'ionisa tion pour répondre aux variations de la résistance de ladite chambre, tandis que l'anode est connectée à la sortie du second diviseur de tension établissant la tension de référence. Le ' transistor commute entre l'état non-conducteur et l'état conducteur à un seuil correspondant à une concentration dangereux de fumée et fournit un signal d'action qui actionne le dispositif annonciateur. Afin d'assurer que le transistor unijonction programmable fait une transition positive de l'état non-conducteur à l'état conducteur au seuil quand la concentration de fumée augmente, le circuit anode-cathode et le transistor sont ensemble choisis de sorte à fournir un courant d'anode plus grand que le courant au point minimum de la caractéristique du transistor, quand la concentration de fumée commute le transistor dans l'état conduc teur. Ainsi un signal d'action précis et clair est produit et l'alarme est donné > quand la concentration dangereuse de fumée est atteinte. Afin de permettre au dispositif d'alarme d'être enclenché à distance par d'autres détecteurs, tels que des détecteurs de chaleur ou de flammes, deux bornes sont connectées à l'anode et à la cathode du transistor unijonction programmable. D'autres bornes sont prévues dans le dispositif d'alarme pour actionner à distance d'autres dispositifs d'alarme ou annonciateur. D'autres buts, caractéristiques et avantages de Il'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation préféré de l'invention représenté dans le dessin annexé dans lequel: la figure 1 est un schéma électrique du détecteur de fumée à dispositif d'alarme selon l'invention; la figure 2 est une courbe représentant le courant anode d'un transistor unijonction programmable en fonction de la tension anode-cathode; et la figure 3 est le circuit équivalent Thevenin du circuit anode-cathode pour le transistor unijonction programmable de la figure 1. La figure 1 représente un détecteur de fumée avec électrique dispositif d'alarme qui est alimenté par une source de puissance / standard, telle qu'elle peut être trouvée dans des constructions I industrielles, commerciales et résidentielles, et qui fournit un signal d'alarme audible en présence d'une concentration dangereuse dè fumée. L'élément de mesure primaire du dispositif d'alarme est une chambre d'ionisation 10 qui est placée dans une zone à sur veiller et qui fait qu'un dispositif annonciateur, tel qu'un klaxon 12, produit un signal d'alarme ou d'alerte quand la concentration de fumée dans la zone dépasse une valeur prédé terminée. La chambre d'ionisation est composée de deux électrodes 14 et 15 séparées par un espace libre à travers lequel l'air ambiant de la zone à surveiller passe. Une source de radiation 18 émettant des particules alpha est arrangée dans l'espace libre électrodes adjacent à une desdites / et elle provoque un courant d'ionisation circulant entre les électrodes 14 et 16, quand une tension continue est appliquée aux électrodes. Une description plus complète d'une telle chambre peut être trouvée dans la deman'e de brevet des E.U.A. 409.647 du 25 octobre 1973. La caractéris tique de fonctionnement d'une telle chambre d'ionisation est telle que si de la matière particulaire de fumée entre dans la chambre, le flux d'ions à travers la chambre est diminué et la résistance apparente augmente. Plus la concentration de matière particulaire est grande, plus la résistance est grande et en surveillant la variation de la résistance, il est possible de détecter une concentration dangereuse de fumée et d'enclencher klaxon 12 pour produire le signal d'alarme. Un convertisseur courant alternatif-courant continu 20 est prévu comme source de tension continue pour la chambre d'ionisation et le circuit associé qui enclenche et alimente le klaxon 12. Le conC7ertisseur comprend un transformateur réducteur 22 qui est connecté à la source de puissance d'alimentation à tension alternative ou toute autre source de tension alternative et réduit la tension alternative à une valeur de p.ex. 18 volts. Un redresseur Graetz 24 convertie la tension alternative réduite en une tension continue d'approximativement 28 volts, p.ex. ,- qui est filtrée et lissée à l'aide d'un condensateur 26. La tension filtrée est ensuite appliquée à un régulateur 28 qui peut être un régulateur quelconque d'un grand nombre de circuits intégrés régulateurs de tension continue qui ne demandent pas de sources de puissance extérieures supplémentaires. La sortie du régulateur est une tension préajustée, de p.ex., 12 volts, et cette tension de sortie est appliquée à la chambre d'ionisation et au circuit de détection et d'alarme pour faire fonctionner le dispositif d'alarme.Une diode luminescente 30 et une résistance en serie 32 limitant le courant sont connectées/à la sortie du convertisseur 20 pour fournir une indication visuelle du fait que le circuit d'alimentation du dispositif d'alarme est enclenché. Le condensateur 34 est prévu pour éliminer des effets transitoires dans la sortie du convertisseur. La chambre d'ionisation 10 est connectée en série avec une résistance 40 pour former un diviseur de tension qui a une sortie à la jonction de la résistance et de l'électrode 16 de la -chambre d'ionisation. La tension réglée du convertisseur 20 est appliquée au diviseur de tension de sorte que sa sortie t suit les variations de la résistance de ladite chambre. La résistance 40 a généralement une valeur comparable à celle de la chambre, de sorte que la tension de sortie de repos du diviseur de tension est approximativement égale à la moitié de la tension réglée du convertisseur. Puisque la chambre d'ionisation 10 et la résistance 40 ont des résistance relativement élevées, des courants d'ionisation très faibles passent dans le diviseur de tension et il faut donc utiliser un dispositif de couplage à impedance élevée, tel qu'un transistor à effet de champ à oxyde de métal semiconducteur du type MOSFET 42 est utilisé comme couplage entre la sortie du diviseur de tension et la partie restante du circuit de détection. Le circuit anode-cathode du transistor à effet de champ 42 est connecté en série avec une résistance 40 parallèlement à la sortie du convertisseur 20 et un condensateur de filtrage 46 est ~connecteX parallelement å la résistance 44 pour absorber les effets transitoires.L'électrode de commande du transistor à effet de champ est connectée à la jonction de l'électrode 16 et ; de la résistance 40 et répond donc à la sortie du diviseur de tension. Quand le dispositif d'alarme fonctionne, la tension à la cathode du transistor à effet de champ suit les fluctuations de la tension à l'électrode de commande du transistor à effet de champ et sert donc comme signal représentant les concentrations de fumée dans la chambre. Le transistor à effet de champ est connecté comme circuit cathodyne à l'électrode de commande d'un transistor unijonction programmable 50. L'anode du transistor unijonction programmable 50 est portée à une tension prédéterminée au moyen du potentio mètre 52 qui est en effet un autre diviseur de tension alimenté par le convertisseur 20. Quand la tension à l'électrode de commande du transistor unijonction programmable 50 tombe environ j 0,6 volts en-dessous de la tension à l'anode, le transistor unijonction programmable passe à l'état conducteur. Le transistor unijonction programmable sert donc comme dispositif à seuil i comparant les tensions de sortie de deux diviseurs de tension et il est passe à l'état conducteur à ce niveau de seuil. Pour reproduire un signal d'action pour l'alarme 12, la cathode du transistor unijonction programmable 50 est connectée à l'aide d'une résistance 54 à la borne négative ou la masse du convertisseur 20 et également à l'électrode de commande d'un amplificateur transistorisé à corps solide ou amplificateur Darlington 58, de sorte que si le transistor unijonction programmable passe à l'état conducteur, un signal d'action enclenche l'amplificateur Darlington et fournie de l'énergie au dispositif annonciateur ou claxon 12. La diode 60 est utilisée pour supprimer du bruit électrique dans la partie restante du circuit de détection due au fonctionnement marche arrêt du klaxon d'alarme ou sonnette à rupteur qui sont utilisés comme dispositif annonciateur. L'amplificateur Darlington 58 et l'annonciateur 12 j forment un moyen annonciateur qui répond ainsi à un signal d'action due circuit à seuil comprenant le transistor unijonction programmable 50, le potentiomètre 52 et les résistances 54 et 56, quand la fumée dans la chambre d'ionisation atteint la valeur de seuil d'une concentration dangereuse de fumée. Un signal d'alarme est ensuite produit et alerte les'individus amans là zone immédiatement adjacente du fait d'une concentration dangereuse de fumée. Quand un signal d'alarme est donné en présence d'une concentration dangereuse de fumée et si la fumée se retire après, le transistor unijonction programmable 50 et l'amplificateur Darlington 58 retournent à l'état non-conducteur et le disposi tif annonciateur 12 est arrêté. Puisque le détecteur de fumée à dispositif d'alarme est destiné à être utilisé dans des situations dangereuses, il est désirable que le dispositif annonciateur soit uniquement enclenché quand une concentration dangereuse de fumée existe et reste enclenché aussi longtemps que cette condition persiste. Si la concentration dangereuse de fumée à disparu, l'aLarme devrait être coupé. D'après la description donnée ci-dessus on comprend que le transistor unijonction programmable 50 distingue entre des concentrations de fumée sûres et dangereuses et ainsi il est désirable que le transistor unijonction programmable fasse une transition positive et sans équivoque entre l'état conducteur et l'état non-conducteur quand la concentration de fumée augmente ou diminue au seuil. Malheureusementssle le fonctionne- ment du transistor unijonction programmable peut être ambivalent au niveau de seuil du à la caractéristique de résistance négative. Pour passer outre cette ambivalence du transistor unijonction programmable et pour fournir un signal d'alerte sans ambiguité pour une concentration de fumée spécifique, le circuit à seuil est spécialement dessiné en accord avec la présente invention. La figure 2 est une représentation graphique de la caractéristique d'un transistor unijonction programmable dans la ( zone de transition et elle représente plus particulièrement la variation du courant Ia de l'anode vers la cathode en fonction de la tension correspondante Va pour une impédance fixe à l'electrode de commande. La conduction en avant commence avec un faible courant de pointe i quand le tension de pointe Vp est légèrement p' j au-dessus de la tension à la borne d'entrée. Quand la conduction au point augmente, le courant/minimum Iv est atteint et dépassé si des g conditions propres existent. On notera que le transistor unijonc tion programmable présente entre le courant de pointe Ip et le I courant au point minimum 1v une caractéristique de résistance négative, qui est du à la régénération inhérente dans le dispositif. Assumant que le transistor unijonction programmable riGnne conducteur à ensi6nvp1 le circuit anode-cathode comprenant le potentiomètre 52 et la résistance 54 pourrait établir un courant d'anode plaçant le transistor unijonction programmable dans la zone de résistance négative entre le courant de pointe 1p et le courant Iv au point minimum.Si le transistor unijonction programmable peut fonctionner dans la zone de résis tance négative entre 1p et Iv, le transistor unijonction programmable ne commute pas sans ambiguité dans l'état conduc teur, mais l'anode se charge et une condition de fonctionnement i synchrone est observée pendant lequel la tension à l'anode tend à suivre la tension à-la borne de commande et des courants minimums circuleront dans le circuit anode-cathode. Près du niveau de seuil ces courants minimums peuvent être trop petits pour faire passer l'amplificateur Darlington 58 à l'état conduc teur et des fluctuations de la tension à l'électrode de commande en-dessous de la valeur de seuil pourrait enlencher et arrêter le klaxon de façon cyclique.Ainsi une transition bien définie du transistor de l'état non-conducteur à l'état conducteur et un enclenchement correspondant de l'amplificateur 58 et du klaxon 12 sont évités et une condition ambigue prévaut. Afin d'eviter cette ambiguité au niveau de seuil, le circuit anode-electrode de commande comprenant le diviseur de tension formé par le potentiomètre 52 et les résistances 54 et 56 connectées à la cathode du transistor programmable unijonction 50 sont choisis en combinaison avec le transistor unijonction programmable pour fournir des courants d'anode qui sont plus grands que le courant Iv au point minimum dans la figure 2 identifiant la limite supérieure de la zone de résistance négative. Au-delà de cette région de résistance négative, les courants d'anode sont suffisamments grands pour actionner de façon claire et sans ambiguité l'amplificateur 58 et le fonctionnement synchrone est évité. r La figure 3 représente-l'équivalent Thevenin du circuit anode-cathode du transistor unijonction programmable 50. La tension VT représente la tension établie par le potentiomètre 52 dans la figure 2,quand le transistor unijonction programmable 50 se trouve- à l'état non-conducteur. La résistance 52a est la résistance éluivalente de Thevenin du potentiomètre 52, tandis que la résistance 62 est l'équivalent des résistances 54 et 56 de la figure 1. Les résistances 52a et 62 déterminent donc le figure 1.Les résistances 52a et 62 déterminent donc le courant d'anode qui circule à travers le transistor unijonction programmable 50 à l'état conducteur et les valeurs de ces résistances sont sélectionnées de sorte à assurer que le courant d'anode soit plus grand que le courant Iv au point minimum de la caractéristique du transistor. La résistance 56 est choisie de sorte à assurer un courant de base suffisant à travers l'amplificateur Darlington pour alimenter le dispositif annonciateur 12. La sélection d'un amplificateur Darlington au gain approprié n'est pas difficile et anticipe toute limitation quant à la résistance 56. Afin de raccorder' le dispositif d'alarme à d'autres détecteurs éloignés et de fournir le signal d'alarme, des bornes 70 et 72 sont connectées respectivement à l'anode et à la cathode du transistor unijonction programmable 50. Les détecteurs éloignés peuvent détecter la chaleur, une flamme ou d'autres conditions dangereuses et doivent réaliser la fermeture d'un contact, quand une condition dangereuse est atteinte. Alors les bornes 70 et 72 sont court-circuitées par le détecteur éloigné et l'amplificateur 58 et le klaxon 12 sont excités de la même façon que Si le transistor unijonction programmable était passé à l'état conducteur. Afin de permettre la mise en parallèle de plusieurs dispositifs d'alarme, des bornes 72 et 74 sont prévues et connectées respectivement à la cathode du transistor unijonction programmable 50 et la borne négative de la source d'alimentation de tension continue alimentant le dispositif d'alarme. Ainsi, si un dispositif detecteur d'une série de dispositifs de détecteurs de fumée interconnectés alarme détecte de la fumée et fait passer le transistor unijonction programmable 50 à l'état conducteur, un signal d'action est appliqué à chacun des amplificateurs Darlington 58 et chacun des klaxons 12 est alimente par sa propre source d'alimentation. Des bornes supplémentaires 76 et 78 sont connectées respectivement aux extrémités opposées du claxon 12 afin de permettre d'alimenter à distance des dispositifs annonciateurs ensemble avec le klaxon local. Par exemple, une lampe d'alarme sur un panneau de surveillance à distance connectée à une pluralité de dispositifs d'alarme peut être alimentée à l'aide des bornes 76 et 78 chaque fois qu'une condition dangereuse de fumée est détectée par la chambre d'ionisation 10. En résumé, le détecteur de fumée à dispositif d'alarme décrit peut être alimenté par une source de puissance convention nelle et utilisé une chambre d'ionisation comme moyen de mesure principal. Le circuit à seuil connecté à la chambre d'ionisation utilise un transistor unijonction programmable pour produire un signal d'action qui alimente le dispositif annonciateur. Afin d'assurer une transition positive entre l'état conducteur et l'état non-conducteur, le transistor unijonction programmable et le circuit anode-cathode connecté au transistor unijonction programmable sont choisis de sorte à fournir un courant d'anode plus grand que le courant au point minimum de la caractéristique du transistor unijonction programmable, quand le niveau de seuil est atteint et le transistor unijonction programmable passe à l'état conducteur. Différentes bornes sont connectées à a des points dans le circuit pouracommoder des détecteurs ou annonciFeurs éloignés ou pour interconnecter plusieurs dispositifs d'alarme. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par nomme de l'art au mode de réalisation qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi il est évident que le convertisseur tension alternative/tension continue fournit une tension continue réglée et qu'une batterie équivalente ou des batteries peuvent être substituées à ce convertisseur. Le dispositif annonciateur particulier utilisé est représenté comme klaxon; cependant des lampes, cloches ou autres dispositifs de signalisation peuvent être utilisés à sa place. REVENDICATIONS 1. Détecteur de fumée à dispositif d'alarme composé d'une chambre d'ionisation comprenant une source de radiation et deux électrodes séparées par un espace libre à travers lequel l'air ambiant, des ions et de la fumée peuvent passer, ladite chambre d'ionisation ayant'une résistance électrique variable en fonction de la fumée dans ledit espace libre, un élément résistif connecté en série avec une électrode de la chambre d'ionisation pour former un premier diviseur de tension ayant une sortie à la jonction de l'élément résistif et d'une des électrodes, un dis positif annonciateur répondant à un signal d'action d'un circuit à seuil pour fournir un signal d'alarme, ledit circuit à seuil étant connecté entre la sortie du premier diviseur de tension et g ledit dispositif annonciateur pour détecter une concentration dangereuse de fumée dans ladite chambre et fournir le signal d'action correspondant au dispositif annonciateur et comprenant un transistor unijonction programmable et un second diviseur de tension établissant le seuil, l'électrode de commande du transis tor unijonction programmable étant connecté à la sortie d'un des diviseurs de tension et l'anode du transistor unijonction programmable étant connecté à la sortie de l'autre des diviseurs de tension pour permettre au transistor de répondre aux variation de la résistance de ladite chambre et de commuter entre l'état non-conducteur et l'état conducteur, caractérisé en ce que le dit transistor et ledit circuit anode-cathode dudit transistor sont choisis de sorte à fournir un courant d'anode plus grand que le courant au point minimum de la caractéristique dudit transistor > quand ledit transistor commute de l'état conducteur au seuil. 2. Détecteur de fumée selon la revendication 1, caractérisé par un amplificateur à corps solide connecté entre la cathode dudit transistor unijonction programmable pour recevoir ledit signal d'action > quand le dit transistor passe à l'état conducteur. 3.Détecteur de fumée selon la revendication 1, caractérisé par deux bornes connectées respectiement à l'anode et à la cathode du transistor unijonction programmable pour activer le dispositif annonciateur de détecteurs éloignés. 4. Détecteur de fumée selon la revendication 1, caractérisé par une résistance connectée à la cathode du transistor unijonction programmable et par deux bornes connectées respectivement aux extrémités opposées de ladite résistance pour interconnecter et activer les dispositifs d'alarme éloignés. 5. Détecteur de fumée selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anode du transistor unijonction programmable est connectée à la sortie du second diviseur de tension et que l'electrode de commande du transistor est connectée à la sortie dudit premier diviseur de tension.