Brevet FR2480909A1 — publié le 19811023

Dispositif d'allumage et de détection de flamme. de La présente invention concerne un dispositif d'allumage et/détection de flame d'un type dans lequel l'élec- trode est utilisée à la fois pour un allumage et une détection de flamme. Un dispositif de ce type, tel que décrit par exemple dans la demande de modèle d'utilité Japonaise n 123318/77 déposée le 13 Septembre 1977 et publiée le 7 Avril 1979 comprend:un circuit générateur d'impulsions adapté pour engendrer une haute tension entre une électrode et le br leur pour enflammer le gaz combustible déchargé d'un brûleur, un circuit de détection de flamme adapté pour appli- quer une tension alternative entre l'électrode et le brûleur et pour détecter un courant continu provenant des effets de redressement de la flamme engendréepar l'inflammation du gaz, et un tube à décharge, tel qu'une lampe au néon, relié- à la borne d'entrée du circuit de détection de flamme afin de court-cireuiter le courant de décharge d'allumage et protéger ainsi le circuit de détection de flamme contre la haute tension d'allumage. Le tube à décharge, c'est-à-dire la lampe au néon utilisée dans le dispositif précIpé comporte un inter- valle relativement important entre ses électrodes de décharge et, par conséquent, continue à présenter un courant de fuite lnter- électrodes suffisamment faible pour 8tre négligé même après un fonctionnement prolongé. C'est pourquoi le tube à décharge peut avantageusement 9tre relié à la borne d'entrée du circuit de détection de flamme adaptée pour détecter un faible courant de flamme engendré par suite des effets de redressement de la flamme sans pour autant réduire la sensibilité du circuit de détection de flamme. Toutefois, on a constaté que le tube au néon pose un problème en ce sens que les électrodesdu tube sont soumises, quand ce tube est utilisé pendant une période de temps prolongée, à un "charbonnage" ou carbonisation avec, pour conséquenceque l'aptitude du tube à émettre des électrons devient plus faible et instable. Par conséquent, le tube à décharge, qui est branché de manière à recevoir une impulsion haute tension à flancsraidesprovenant du circuit générateur d'impulsions, tend à se décharger à un niveau de l'impulsion haute tension qui est instable et plus élevé que le niveau de tension de décharge nominal normal auquel un tel tube lorsqu'il est neuf commence normalement à 9tre/siège d'une décharge et il en résulte que la décharge se trouve retar- dée et qu'un signal de flamme erroné peut être engendré et etre la cause du mauvais fonctionnement d'un système associé. C'est pourquoi la présente invention a pour objet un dispositif d'allumage et de détection de flamme qui peut utiliser efficacement les propriétés excellentes ci-dessus du tube à décharge tout en compensant ses inconvénients. Pour atteindre l'objet ci-dessus, conformément à la présente invention, on branche en parallèle un élément à décharge à faible intervalle de décharge avec un tube à dé- charge, cet élément présentant une tension d'amorçage de dé- charge stable qui est plus élevée que la tension de décharge nominale normale du tube à décharge. Les objets et caractéristiques de la présente invention apparattront plus clairement au cours de la descrip- tion donnée ci-après en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif d'allumage et de détection de flamme selon la présente invention; et la figure 2 est une vue latérale, partielle- ment en coupe, d'un élément à décharge à faible intervalle de décharge réalisé selon les moyens généraux de la présente in- vention. En se référant maintenant à la figure 1, illustrant un dispositif d'allumage et de détection de flamme selon la présente invention, on voit que la référence 1 désigne un brQleur, la référence 3 une électrode Unique utilisée à la fois pour un allumage et une détection de flamme, la référence 2 désigne une flamme engendrée quand un gaz provenant du brûleur est enflammé, la référence 4 désigne un circuit bien connu générateur d'impulsions comprenant un transformateur 5 d'.Impul- sions comportant un enroulement secondaire relié à l'électrode 3, la référence 8 désigne un transformateur de détection de flamme auquel est relié le circuit 4 générateur d'impulsions de manière telle que la haute tension engendrée par le trans- formateur 5 d'impulsions ait une phase opposée à celle d'un courant de flamme que l'on décrira par la suite, la référence 6 désigne un interrupteur d'allumage relié à une source in- dustrielle de tension alternative de 100 V à 50 Hz, par exemple, la référence 9 désigne une résistance et la référence un condensateur. Le transformateur 8, la résistance 9 et le condensateur 10 constituent une source d'alimentation alter- native destinée à fournir une tension alternative devant âtre appliquée à la flamme 2, la référence ll désigne une lampe au néon, la référence 12 désigne un élément à décharge à faible intervalle de décharge branché en parallèle avec la lampe 11 et présentant une tension d'amorçage de décharge plus élevée que la tension de décharge nominale normale de la lampe ll au néon, la référence 13 désigne un filtre passe-bas à deux étages comprenant des résistances 14 et 15 et des condensateur 16 et 17, la référence 18 désigne un circuit bien connu de détection de flamme adapté pour détecter une tension négative provenant des effets de redressement de la flamme pour déterminer la présence ou l'absence de la flamme et pour fournir en fonction de cette détermination un signal à une borne de sortie 19, et la référence 20 une alimentation en énergie électrique continue. L'élément à décharge 12 du type éclateur com- porte, comme an peut le voir sur la figure 2, un long élément en céramique qui est supporté par des électrodes espacées 33 et 34 reliées à des conducteurs 31 et 32 et qui est partiel- lement recouvert de pellicules 36 et 37 conductrices de l'élec- tricité de manière que l'élément en céramique comporte une partie centrale qui ne soit pas revêtuepar une pellicule con- ductrice et qui serve d'intervalle étroit 38 pour une décharge. L'élément 12 à décharge est, dans son ensemble, entouré d'une enveloppe 39 en verre qui est remplie par un gaz inerte tel que du néon. Pendant le fonctionnement, la tension secon- daire du transformateur 8 compris dans la source d'alimenta- tion électrique pour la détection de la flamme est appliquée par l'intermédiaire de la résistance 9, du condensateur 10 et du transformateur 5 à l'électrode 3 se trouvant en regard du brûleur 1 conducteur de l'électricité. Quand on ferme l'interrupteur d'allumage 6, une tension pulsée renforcée par le transformateur 5 d'impulsiorsest fournie dans le circuit 4 générateur d'impulsionset est utilisée pour produire une étincelle dans un intervalle compris entre l'électrode 3 et le brûleur L. Un courant de décharge circule donc à travers un circuit fermé comprenant l'enroulement secondaire du transformateur 5 d'impulsions, l'électrode 3, le brQleur 1, la lampe 11 au néo/est maintenant le siège d'une décharge. Une fois que cette décharge haute tension a allumé le gaz provenant du brûleur en engendrant ainsi une flamme 2, la tension alternative arrivant du transformateur 8 de détection de flamme est redressée par la flamme 2 et un courant continu (que l'on appellera par la suite courant de flamme) commence à circuler de l'électrode 3 Jusqu'au brûleur 1 par l'intermé- diaire de la flamme 2. Le courant de flamme est intégré par un circuit d'intégration composé de la résistance 9 et du condensateur 10 en chargeant ainsi le condensateur dont la plaque reliée à la résistance 14 se trouve à un potentiel négatif. Cette tension au potentiel négatif est détectée après son filtrage dans le filtre passe-bas 13 par le circuit 18 de détection de flamme. Quand la flamme a été détectée par le circuit 18 de détection de flamme, on ouvre l'interrupteur 6 d'allumage. Du fait que la lampe au néon Ilprésente une tension d'amorçage de décharge inférieure à celle de l'élé- ment 12 à décharge, le courant secondaire du transformateur 5 d'impulsions circule normalement à travers la lampe 11 au néon. La lampe ll au néon commence à 9tre le siège d'une décharge quand la tension à ses bornes augmente en réponse à la mise en fonction ducirovzt/générateur d'impulsions. Toute- fois, la lampe 11 au néon présente un intervalle important entre ses électrodes et ces derniers tendent à charbonner sur leur surface de sorte que la capacité de ces électrodes à émettre des électrons diminue. Il en résulte que, selon l'état de l'émission d'électrons à l'intérieur de la lampe, la lampe au néon qui est rendue active par une impulsion haute tension à flancs raides du circuit 4 générateur d'impulsions de manière à 8tre le siège d'une décharge, tend à se décharger à un niveau de l'impulsion haute tension plus élevé que celui de sa tension de décharge nominale, ce qui se traduit par un retard de la décharge. En raison de ce retard, la haute tension à fréquence élevée est intégrée par le circuit intégrateur eomprenant la résistance 9 et le condensateur 10 de manière à créer une tension continue néga- tive à la Jonction de ce condensateur avec la résistance 14. l0 Cette tension négative se traduit done par un signal de flam- me erroné en l'absence de la flamme et entraîne un fonction- nement Intempestif du système associé au circuit de détection de flamme. Pour emp8cher un tel fonctionnement erronés on branche l'élément 12 à décharge en parallèle avec la lampe ll au néon pour qu'-e tension Ile ve apparaissant aux bornes de la lampe Il ai. néon par suit d'une defaillance de décharge dans cette lampe puisse/eehger d tme fnçon suppléentaire. Dans l'élément 12 à décharge ayant l stircture représentée sur la figure 2, une deehrge a lieu d abord dans l'interval- le étroit 38 quand le ehaLp électbique augvErnte puis s'établit entre les électrodes 33 et 34 en ep$chant ainsi qu'un retard de la décharge se produise dans la lampe il à néon. De façon caractéristique, la lampe Il au néon est conçue pour commencer à 8tre le siège d'une décharge à environ 110 V si elle se trouve dans un état normal, c'est-à- dire si elle n'a pas 'charbonné", tandis que l'élément 12 à décharge est conçu pour commencer à 8tre le siège d'une déchar- ge à environ 400 V. Bien entendu lorsque le gaz du brûleur est enflammé par une étincelle entre l'électrode et le br leur en m$me temps que la décharge a lieu dans l'élément 12 à decharge, la tension continue négative à l'endroit du conden- sateur 10 est engendrée comme dans le cas d'une décharge de la lampe ll au néon et est appliquée par l'intermédiaire du filtre passe-bas 13 au circuit 18 de détection de flamme. Le circuit 18 de détection de flamme comporte un comparateur 22 muni d'une première borne d'entrée connec- tée de manière à recevoir une tension apparaissant à une borne intermédiaire 24 d'un circuit résistif branché aux bornes de la source 20 d'alimentation en courant continu et une seconde borne d'entrée connectée de manière à-recevoir une tension apparaissant à une borne intermédiaire 26 d'un autre circuit résistif branché en parallèle avec le premier circuit résis- tif. Le potentiel à la borne 26 est légèrement inférieur au potentiel à la borne 24 en l'absence de la flamme 2 et, par conséquent, aucune tension continue négative n'est présente au condensateur 10 de sorte que la borne de sortie 19 du comparateur se trouve à un niveau bas. Quand la flamme 2 Jaillit et que la tension négative apparatt au condensateur , le potentiel à la borne 24 tombe en dessous du potentiel présent à la borne 26 de sorte que la borne de sortie 19 passe à un niveau élevé. Un signal représentant ce niveau élevé peut être appliqué à un système associé (non représenté) et etreutilisé pour commander ce dernier. Si aucune flamme n'apparatt, le niveau bas présent à la borne de sortie 19 persiste. Par exemple, si la borne de sortie 19 reste au ni- veau bas méme après une période de temps prédétermine faisant suite à la fermeture de l'interrupteur 6, le système peut être en ms/fonction automatiquement. De cette manière, aucune haute tension anor- male n'apparatt à la borne d'entrée du filtre passe-bas 13 si la décharge à la lampe 11 au néon est retardée et, par conséquent, le circuit 18 de détection de flamme détecte la présence du courant de flamme avec précision. On peut en déduire que seul l'élément 12 à décharge est utilisé pour décharger la tension pulsée engen- drée par le circuit 4 générateur d'impulsions. Toutefois, l'intervalle que comporte l'élément à décharge est étroit et, par conséquent, il ne faut pas longtemps avant qu'une résis- tance de fuite réelle apparaisse par suite du bombardement d'électrons par une décharge dans l'élément à décharge à fai- ble intervalle de décharge. Du fait que le courant de flamme résultant des effets de redressement de la flamme est très faibled'une partet que le circuit de détection de flamme présente une impédance relativement élevée,d'autre part, la résistance de fuite ainsi créée entratne une diminution de la sensibilité du circuit de détection de flamme. Pour cette raison, l'élément à décharge seul n'a pas d'intérêt pratique pour le dispositif devant être utilisé pendant une longue pé- riode de temps. Le tube à décharge, tel qu'une lampe au néon, comportant un intervalle important entre ses électrodes ne présente aucune résistance de fuite réelle même s'il fonction- ne fréquemment,mais ce tube présente l'inconvénient d'une décharge retardée comme on l'a décrit ci-dessus. Le mode de réalisation apporte une solution à ce problème car la lampe 11 au néon,du fait que sa tension d'amorçage de décharge a un niveau qui est normalement infé- rieur à celui de l'élément 12 à déchargeest rendue active au cours du fonctionnement normal, et l'élément 12 à déchargen'est rendu actif que lorsque la décharge retardée a lieu dans la lampe ll au néon, ceci réduisant à un minimum les effets d'un bombardement d'électrons entre les électrodes de l'élément à décharge 12 à faible intervalle de décharge en empechant par conséquent celui-ci d'engendrer cette résistance de fuite. Comme on l'a décrit, la présente invention uti- lise en combinaison, d'une part, le tube à décharge tel qu'une lampe à néon qui a tendance à présenter l'inconvénient d'une décharge retardée mais, par contre, à présenter l'avantage de ne pas engendrer de résistance de fuite réelle même après avoir fonctionne fréquemment, cela grâce à l'intervalle important entre ses électrodes et, d'autre part, l'élément à décharge à faible intervalle de décharge qui, s'il fonction- nait fréquemment, présenterait l'inconvénient d'engendrer une résistance de fuite réelle mais par contre ne présente pas l'inconvénient d'une décharge retardée grace à l'intervalle étroit entre ses électrodes, grâce à quoi on obtient du tube à décharge un fonctionnement plus fréquent que celui de l'élé- ment à décharge en réglant la tension normale d'amorçage de décharge du tube à décharge à un niveau plus faible que le niveau de la tension de l'élément à décharge, la présente in- vention permettant ainsi de réaliser un dspositif d'allumage et de détection de flamme du type à une seule tige-électrode qui peut fonctionner de façon s re pendant une période de temps prolongée. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'allumage et de détection de flamme caractérisé par le fait qu'il comprend: un moyen (3) formant électrode disposé près d'un brûleur (1) pour produire une étincelle destinée à enflammer un gaz provenant du brQleur; un moyen (4) générateur d'impulsions haute tension relié en série avec ledit moyen (3) formant élec- trode par l'intermédiaire d'un tube (1) à décharge pour appliquer une impulsion haute tension audit moyen (3) formant électrode); un moyen (8, 9, 10, 13, 18) de détection de flamme pour détecter, en se basant sur les essais de redres- sement de la flamme, la présence ou l'absence d'une flamme (2) qui est produite lorsque le gaz s'enflamme, ce moyen de détection comprenant un circuit série composé d'un moyen. (8) à courant alternatif pour détection de flamme d'une résis- tance (9) etd'un condensateur (O10) et branché en parallèle avec ledit tube (11) à décharge pour appliquer une tension 2 alternative à ladite flamme par l'intermédiaire dudit moyen générateur d'impulsions haute tension, et un circuit (18) de détection relié audit circuit série pour détecter la compo- sante de tension continue apparaissant aux bornes dudit condensateur (O10) par suite des effets de redressement de ladite flamme; et un élément à décharge (12), à faible interval- le de décharge,branché en parallèle avec ledit tube L1) à décharge et conçu pour commencer sa décharge à un niveau de tension supérieur au niveau de tension auquel ledit tube à décharge commence normalement sa décharge. 2. Dispositif d'allumage et de détection de flamme suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit moyen (4) générateur d'impulsions haute tension comprend un transformateur (5) d'impulsions comportant un enroulement primaire relié à une source (7) d'énergie élec- trique alternative et un enroulement secondaire produisant une impulsion haute tension et relié en série avec ledit tube (11) à décharge et ledit moyen (3) formant électrode, ledit moyen à courant alternatif pour détection de flamme comprenant un transformateur (8) de détection de flamme compor- tant un enroulement primaire relié à ladite source (7) d'éner- gie électrique alternative et un enroulement secondaire re- lié en série avec ladite résistance (9) et ledit condensateur (10) de manière à former le circuit série qui est branché en parallèle avec ledit tube à décharge. 3. Dispositif d'allumage et de détection de flamme suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que ledit tube à décharge est une lampe au néon et que ledit élément à décharge à faible d'intervalle de décharge est du type qui comprend une paire d'électrodes de décharge(33, 34) espacée par un intervalle de décharge et un long élément (35) en céramique monté entre ladite paire d'électrodes et rev9tu par des pellieules (369 37), conductrices de l'électrio cité, sauf dans sa partie entrale (58) qui ne comporte aueun rev tement de pellicules conductrices de l'électricité de manière à formaer un intervalle de décharge étroito