Brevet FR2489932A1 — publié le 19820312

L'invention concerne un dispositif de détection de présence ou défaut de flamme au moyen d'un détecteur de flamme à effet de redressement, tel qu'une cellule détectri ce de rayonnement ou que des électrodes sensibles à l'ionisation, comportant deux bornes alimentées par une source de courant électrique pulsé,ledit dispositif comprenant au moins un dispositif logique exploitant les informations reçues sous forme de grandeur électrique représentative de l'état de conduction du détecteur. On connaît de nombreux dispositifs du type rappelé ci-dessus, dans lesquels, pour permettre la commande d'automatismes, on alimente le détecteur de flamme, tel que cellule W ou électrodes de flamme, en courant redressé et amplifié. Dans de tels dispositifs, on a déjà proposé d'utiliser l'effet de redressement du détecteur en présence de flamme, mais sans qu'on ait trouvé le moyen de se passer d'étage amplificateur de courant. Un dispositif de ce type est décrit dans le brevet FR 2012471. Dans un autre dispositif decrit par la demande FR 2414686 on a proposé de mettre une électrode de détection dans la flamme pour créer artificiellement, par un effet d'ionisation, la diode d'un circuit redresseur. Malgré la révélation de cet effet de redressement de la flamme, aucun des dispositifs connus n'a pu s'affranchir de la détection d'un niveau de courant. Le but de l'invention est d'économiser lténergie électrique consommée et de prolonger la durée de vie des détecteurs en réduisant substantiellement l'intensité du courant traversant le détecteur lorsqu'il est conducteur. - Ce but est atteint, selon l'invention par un dispositif du type décrit au début, grâce au fait que les bornes du détecteur sont alimentées par la source de courant électrique à travers une résistance ohmique de détection montée en série et la ou les entrées du ou des dispositifs logiques sont raccordées aux bornes de la résistance de détection. Le demandeur a trouvé, en outre, de façon surprenante, que cette résistance ohmique de détection pouvait être choisie avec un ordre de grandeur de 1 à quelques Mn, ce qui permet d'abaisser à quelques A, au lieu de quelques mA , le courant de passage dans le détecteur, d'où possibili té de l'alimenter sur batteries et durée de vie pratiquement illimitée du détecteur.Autrement dit, on travaille désormais sur des tensions au lieu de travaillerwsur des intensités.Ainsi qu'on l'expliquera plus en détail plus loin la tension mesurée aux bornes de la résistance de détection est la différence entre la tension d'alimentation et la tension de seuil de désamorçage du détecteur. Selon un mode de réalisation particulièrement simple, l'entrée de chaque dispositif logique comporte une porte dont la sortie commande un relais ou directement une électrovanne, par exemple à travers un transistor de commande. De cette façon, on ne dépense pratiquement aucune quantité d'énergie, autre que celle qui est, de toute façon nécessaire, pour commander un relais ou, plus simplement, directement une électrovanne. I1 est avantageux, qu'un dispositif de filtrage et de conformation du signal soit interposé entre les bornes de la résistance de détection et les portes , de cette façon on téduit les risques de perturbations dus à des influences parasites. Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif comprend un dispositif discriminateur de dépassement de seuil de tension monté aux bornes de la résistance de détection, ce dispositif discriminateur faisant fonction de dispositif de sécurité en détectant les différences de tensions supérieures à la différence de tension d'alimentation et la tension de seuil de désamorçage, de telles différences supérieures provenait, par exemple, de défauts d' isolement. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description, qui sera donnée ci-après uniquement à titre d'exemple, d'un mode de réalisation de l'invention. On se reportera à cet effet aux dessins annexés dans lesquels, - la figure 1 est un graphique en regard duquel seront données des explications sur les bases de fonctionnement du dispositif de l'invention -. la figure 2 est un schéma d'un dispositif de l'invention avec cellule à UV, - la figure 3 est une variante avec électrodes de flamme Les bases de fonctionnement du dispositif sont exposées en regard de la figure 1.Dans ce qui suit on se réferera à une différence ae potentiel polarisé, aussi bien pour utilisation entre deux électrodes que pour l'utilisation sur une cellule sensible à 1'UV, 1'IR ou la lumière visible. Dans le cas d'électrodes, la flamme a, par ionisation, un effet polarisant connu ; dans ce cas la source de courant sera avantageusement polarisée dans le sens de redressement de la flamme. Dans le cas de cellules, le sens de polarisation sera moins important ; cependant il sera recommandé d'utiliser le sens preterentiel indique par le constructeur. Si on applique à un détecteur, électrodes ou cellule, une différence de potentiel V de courant redressé pulsé en temps t, on distingue trois niveaux caractéristiques à savoir : une tension d'amorçage V1 à partir de laquelle la flamme entre électrodes ou la cellule excitée par un rayonnement, deviennent conductrices ; une tension de désamorçage V2 au dessous de laquelle la flamme,ou respectivement la cellule, cessent d'être conductrices ; une tension V3, plus particulièrement pour les cellules, à partir de laquelle le détecteur peut devenir conducteur hors d'excitation. Si on applique au détecteur une tension VA d'amplitude bien définie supérieure à V1, mais inférieure à V3, on peut obtenir aux bornes d'une résistance de charge R insérée en série (voir fig.2) une tension de valeur instantanée maximale VI qui sera égale à la différence entre V A et V . Si la résistance de charge R est suffisamment élevée 2 (par exemple de 1 à 10 MA ) la tension V1 sera indépendante de cette charge R. On a représenté en zone hachurée à la fig.1 le diagramme tension-temps pour la valeur VI pendant une demi alternance passante d'une alimentation en courant redressé pulsé.Dans le cas des cellules UV à faible tension de désamorçage, il est nécessaire de descendre nettement en dessous de ce niveau à chaque alternance pour éviter des retards de détection de défaut de flamme. I1 faut donc éviter une fréquence d'impulsions trop élevée à laquelle la capacité parasite des chables de liaison peut former, avec la résistance de charge R, un circuit de lissage.RC risquant de maintenir aux bornes de la cellule, entre les impulsions, une tension supérieure à son niveau de désamorçage. Dans la pratique la fréquence industrielle de 50 ou 60 Hz sera convenable. Dans le cas d'électrodes l'inconvénient précité n'existe pas. On décrira maintenant un dispositif de l'invention dans lequel on pourra obtenir un contrôle de flamme efficace et un auto-contrsle dU bon fonctionnement du ou des organes de détection ainsi que des lignes de liaison. A la fig.2 un détecteur photo-conducteur 1, par exemple un détecteur de flamme par ultra-violet du commerce d'un type connu,est alimenté par le secondaire 2s d'un transformateur 2 dont le primaire 2p est alimenté par le réseau électrique 3. L'alimentation de la cellule 1 se fera, par exemple sous 220 V à 50 ou 60 Hz. Le détecteur 1 est alimenté en demi-alternances redressées au moyen d'une diode 4 montée en série dans le circuit d'alimentation du détecteur dans le sens recommandé par le constructeur. Le circuit d'alimentation du détecteur 1 comprend, en outre, une résistance de charge 5 de résistance R = 3,3 M Q de bornes 8 et 9.On a donc, selon l'invention, un circuit de base 6 comprenant le secondaire 2 s du transformateur 2, la diode 4, le détecteur 1 et la résistance de charge 5, le détecteur 1 étant alimenté du côté du pôle positif par le conducteur 7 du circuit 6 le reliant à la diode 4. Si le détecteur ne voit pas de flamme, il n'est pas conducteur et il n'apparait pas de tension aux bornes 8 et 9 de la résistance 5 de valeur R élevée Si le détecteur 1 voit une flamme, il apparait aux bornes 8 et 9 de la résistance 5 à chaque demi-alternance, de sens correspondant à l'effet de redressement de la diode 4 et du détecteur l,une tension pulsée variant de O à VI puis de V1 à O comme il a été exposé. C'est cette tension VI, ou plus exactement la tension efficace équivalentess qu'on utilise directement, comme il va être exposé, toujours en regard de la fig.2. La tension aux bornes 8 et 9 est prélevée à travers un circuit de filtrage, de type classique, constitué par une résistance 10, de valeur supérieure à celle de la résistance 5, par exemple 4,7 MSL , un condensateur 11, par exemple de 0,1 y F et une diode Zener 12. C'est finalement la tension filtrée de la borne 8 qui sera prise comme grandeur de surveillance pour être exploitée par la commande d'alimentation des brûleurs, d'une part à un relais de déclenchement ou électrovanne 13, d'autre part à un relais de pré-allumage 14 selon une logique comme en soi. Le circuit de surveillance comprend en outre un circuit de sécurité 20 monté en parallèle à la résistance 15 et commandé par une diode Zener 16 de tension nominale Vz supérieure à VI . Si V A est 220 V , si V1 est 180 V et V2 140 V , VI = 220 - 140 = 80 V. On choisira alors, par exemple, Vz = 150 V. La diode Zener 16 est accompagnée d'une diode de protection antiretour 17.Au delà de la diode Zener 16, le circuit de sécurité 20 comprend une résistance 15 entre une borne 18 et la borne 9, par exemple de moere valeur que la résistance 5, soit 3,3 Mit. Une tension n'apparaitra aux bornes de la résistance 15 que si la tension VI , soit 80 V est largement dépassée, ici 150 V, ce qui indique que le détecteur est en court-circuit ou indique tout autre défaut d'alimentation faisant apparaitre accidentellement le 220 V aux bornes de la résistance 15 et donc de la résistance 5. La tension aux bornes 18 et 9 est prélevée à travers un circuit de filtrage, de type classique, constitué de façon identique au circuit 10 , 11 , 12 , à savoir une résistance 21 de 4,7 MJL , un condensateur 22 de 0,1 F et une diode Zener 23. C'est finalement la tension filtrée de la borne 18 qui sera prise comme grandeur de sécurité pour être appliqué au relais de déclenchement 13. I1 reste à exposer comment les grandeurs de surveillance et de sécurité sont exploitées pour étire appliquées aux relais de déclenchement et de pré-allumage 14. La grandeur de surveillance, c'est-à-dire la tension filtrée de la borne 8 apparaissant à la borne 24 opposée de la résistance 10, est appliquée à une entrée 251 d'une ou plusieurs portes à entrées multiples ET 25 en cascade, dont la sortie commande le relais 13 à travers un transistor de commande 30 . Parallèlement, la grandeur de sécurité, c'est-à-dire la tension filtrée de la borne 18 apparaissant à la borne 26 opposée de la résistance 21, est appliquée à une autre entrée 25z de la ou de l'une des portes 25, mais après inversion de signe par une porte NON 27. Par ailleurs, la grandeur de surveillance est appliquée à une entrée 281 d'une ou plusieurs pertes à entrées multiples OU 28 en cascade, dont la sortie commande le relais 14 à travers un transistor de commande 29. Un groupe de détecteurs 1 pourra être surveillé à partir d'un même module de surveillance et de sécurité. I1 suffira de prévoir, en aval de la diode 4, autant de conducteurs 7 à 7n que de détecteurs à surveiller, autant de résistances 5 et de circuits de filtrage associés et autant d'entrées 251 à 25n et 281 à 2$n aux portes 25 et n 28 associées à l'unité. La même et unique résistance 15 pourra servir à faire apparaitre la tension de défaut apparaissant éventuellement, en aval de l'une quelconque des diodes Zener 16, sur le conducteur 191 à lgn, tous ces conducteurs étant raccordés à la borne 18 de la résistance 15. Plusieurs modules de surveillance pourront être également montés en parallèle à travers les portes ET 25 et les portes OU 28 montées en cascade, la sortie de chacune des portes NON 27 étant alors montée à l'une des entrées de l'une des portes 25. On pourra ainsi contrôler individuellement ou simultanément une multitude de brûleurs consistuant un ensemble. En fonctionnement normal, la tension aux bornes 8 est transformée en valeurs efficaces de niveau logique 1 par les circuits de filtrage, par exemple 12 V. Le temps de réponse du circuit de filtrage est déterminé par la constante RC de la résistance 10 et du condensateur 11, par la tension disponible aux bornes de la résistance de charge 5, et par le seuil d'ouverture ou de fermeture des portes 25 et 28. Ce temps de réponse assure la stabilité de fonctionnement. En période de pré-allumage le circuit ue détection peut être fugitivement excité par un parasite venant du secteur électrique ou d'un rayonnement. L'inertie du circul 'ntervient pour ne pas transmettre l'informe- tion (niveau logique 1) à l'entrée des circuits de contrôle. Le phénomène inverse se produit en période de contrSle de flamme. Si la flamme devient très réduite ou instable, le nizeau loicue 1 est maintenu jusqu' au retour à la normale, mais le teins de réponse doit toutefois être maintenu assez court, par exemple 1 s, pour assurer toute sécurité. En cas d'arrêt de l'installation un nouvel allumage ntest possible que si tous les brûleurs sont éteints effectivement. Lorsque' toutes les entrées sont au niveau logique 1, le relais 13 est excité. Ce relais 13 commande une électrovanne qui assure l'alimentation des brûleurs en combustible. Si, par suite d'un défaut, ou du fait d'un brûleur éteint, une ou plusieurs entrées passent au niveau logique 0, l'alimentation de tous les brûleurs est immédiatement arrentée par l'intervention de la porte ET 25 et du relais 13. Bien qu'unie tolérance soit acceptée,les cabales de liaison et organes de détection, cellules, W ou électrodes, doivent être parfaitement isolés. Si tel n1 est pas le cas, une tension, due aux courants de fuite, supérieure à VI de la fig.l, apparait aux bornes des résistances 5 et respectivement i5. Si un tel défaut existe ou apparait en cours de surveillance, et ce à un niveau nuisible au bon fonctionnement du contrôle, le dispositif se met automatiquement en sécurité ; il en est de même s'il apparait un court-circuit, nullement destructif dans ce dispositif. Si le défaut existe avant la mise en service, la porte OU 28, de sécurité de pré-allumage, est actionnée et annule toute tentative d'allumage. Si le même défaut apparait au cours de la procédure d'allumage ou à n importe quel moment de la surveillance la tension dépasse le niveau V1 et atteint le niveau VZ de la fig.l. La diode Zener 16 devient conductrice. Une tension apparait jusqu'à atteindre le niveau logique 1. Après filtrage des parasites par la résistance 21 et le condensateur 22,cette information fait basculer la porte NON 27. Cette dernière présente alors un niveau logique 0 à une entrée des portes ET 25. Le relais 13 est immédiatement mis en position repos, ou reste dans cette position le circuit alimentation est donc en sécurité. Tel que décrit le dispositif de l'invention est de très grande sensibilité. Dans le cas d'une cellule W, une simple flamme de briquet ou de bougie est détectée, alors que la lumière du jour, voire du soleil, est ignorée. I1 y a les sécurités nécessaires à un bon contrôle de flamme tant avant l'allumage qusen cours de surveillance. L'énergie mis en jeu, même pour le contrôle d'un nombre importent de brûleurs, 60 par exemple, est modique et reste de tordre du watt. I1 est désormais négligeable à ceté de l'énergie d'actionnementdes relais et/ ou électrovannes. A la fig. 3 on voit seulementqu'on a remplacé le détecteur à cellule W par un dispositif 31 à électrodes de flamme utilisant l'effet de redressement de la flamme. Le montage de la fig.3 ne diffère de celui de la fig.2 que par la suppression de la cellule 1 et son remplacement par une connection 34 à la masse du brûleur 33 et une électrode 32 plongeant normalement dans la flamme 35 et raccordée à la borne 8 de la résistance de charge 5. Du fait du fort effet de redressement de la flamme ionisante, la diode 4 n1 est plus que facultative. Il suffira donc de substituer la fig.3 à ia partie encadrée en trait interrompu à la fig.2 pour obtenir une variante du dispositif de l'invention appliqué à une détection pas électrodes de flamme. REVENDICATIONS 1 - Dispositif ae détection de présence ou défaut de flamme au moyen d'un détecteur de flamme à effet de redressement, tel qu'une cellule détectrice ae rayonnement ou que des électroaes sensibles à l ionisation, comportant aeux bornes alimentées par une source de courant électrique pulsé,le dispositif comprenant au moins un dispositif logique exploitant les informations reçues sous forme ae grandeur électrique représentative ae l état ae conauction au aétecteurrcaractérisé en ce que les bornes au détecteur (1,31J sont alimentés par La source de courant électrique (2s) à travers une résistance ohmique (5) de détection montée en série et la ou les entrées du ou des dispositifs logiques (25, 30, 13; 28, 29, 14) sont raccordées-aux bornes (8,9) de la résistance (5) de détection. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance ohmique de détection est de l'ordre de grandeur de 1 à plusieurs MJt, tel que 1 à 10 MA. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que 11 entrée de chaque dispositif logique (25, 30 > 13; 28, 29, 14) comporte une porte (25, 28) dont la sortie commande un relais (13 > 14) ou directement une électrovanne. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le relais (13, 14) ou l'électro- vanne sont commandés à travers un transistor de commande (29, 30). 5 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de filtrage et de conformation (10, 11, 12) du signal interposé entre les bornes (8, 9) de la résistance de détection (5) et les portes (25, 28). 6 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif discriminateur de dépassement de seuil de tension (15, 16, 17) monté aux bornes de la résistance de détection (5). 7 - Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce que la source de courant pulsé (2 s) comprend un moyen de redressement (4). 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que plusieurs détecteurs de flamme (1,31) sont alimentés par une source de courant électrique unique (2 s) et à chacun de ces détecteurs sont associées une résistance de détection (5) et une entrée correspondante (25 1 à 25n ; 281 à 28n) du ou des dispositifs logiques (25, 30, 13 ; 28, 29, 14). 9 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif discriminateur de dépassement de seuil de tension, comporte une résistance (15) commune à plusieurs détecteurs de flamme (1,3lu à travers autant de diodes Zener (16) reliées par autant de conducteurs (191 à 19nu