Brevet FR2523309A1 — publié le 19830916

- La présente invention concerne un détecteur de fumées destiné à produire une alarme lors de la naissance d'un incendie et qui fonctionne sur le principe d'un condensa- teur à air dont la constante diélectrique est stabilisée au moyen d'une source radioactive de très faible intensité. On connait de nombreux détecteurs d'incendie dont le fonctionnement repose sur le principe d'une variation de là conductibilité électrique d'une chambre d'analyse soumise à l'ionisation intense d'une source radioactive On compare le courant d'ionisation électrique de cette chambre d'analyse à celui d'une chambre étanche dite de référence Dans ce type de détecteur, la chambre d'analyse est soumise aux émanations de fumées issues du sinistre, tandis que la chambre de référence conserve une atmosphère constante. Pour apprécier les variations relatives de l'ionisation des deux chambres, on utilise deux électrodes polarisées par un courant électrique continu et servant de sondes. La différence d'ionisation des deux chambres est appréciée soit sous forme d'une tension, soit sous forme d'un courant. Lorsque la chambre d'analyse détecte des émanations de fumées, le courant d'ionisation diminue par rapport au courant d'ionisation de la chambre de référence, et la tension entre les deux électrodes augmente. Le signal est généralement traité par un circuit électro- nique à détection de seuil. Ces dispositifs présentent de nombreux inconvénients dûs au fait qu'ils utilisent des sources radioactives de forte intensité et un circuit électronique d'amplification de haute impédance 2 - Pour pallier à ces inconvénients, on a réalisé des détecteurs de fumées à chambre d'ionisation unique utilisant une source radioactive de très faible intensité ( 0,5 p Curie). Ce détecteur comporte deux armatures métalliques disposées dans un plan parallèlle et constituant un condensateur à air La capacité de ce détecteur est proportionnelle à la constante diélectrique de l'air séparant 'Les deux armatures et à la géométrie du condensateur suivant l'équation: C = 1 K, o K représente la caractéris- tique géométrique, et 5 la constante diélectrique de 1 'air-séparant les armatures. Si l'on place près d'une armatuez une source radioactive émettant un rayonnement alpha de très faible intensité, la constante diélectrique de l'air diminue et la capacité du condensateur décroit dans les mêmes proportions et se fixe à une valeur qui dépend à la fois du rayonnement ionisant et de la composition de l'air Un changement notable do cette composition produite-par des émanations de fumées provoque une variation d'impédance du condensateur qui amplifié sera utilisé à la détection du sinistre. Cette variation est comparée à une capacité de référence constituée par une armature du condensateur et une électrode collectrice située très près de la source radioactive de façon à ce que la composition du volume de l'air compris entre cette source et l'électrode collec- trice reste constante quelle que soit l'importance des fumées. Enfin, pour éliminer les risques d'alarmes intempestives, on utilise un circuit électronique vélocimètrique de détec- tion raccordé à la fois aux armatures du condensateur et au circuit de référence constitué par une armature et l'électrode collectrice. 3 - Ce détecteur capacitif présente de nombreux avantages en limitant les risques de contamination dûs à l'emploi de source radioactive de forte intensité et le nombre de fausses alarmes générées par l'utilisation d'un circuit électronique classique Il reste cependant d'une réalisation délicate, sensible à la corrosion et d'un cot de fabrication élevé Dans le but d'obvier à ces derneers inconvénier on réalise un détecteur de fumées capacitif constitué d'éléments modulaires indépendants fabriqués en matériaux plastiques moulés et assemblés par un dispositif à baïonnette ou à clips. Le nouveau détecteur de fumées capacitif à modules plastiques interchangeables est caractérisé en ce qu'il comporte un socle inférieur sur lequel se fixx par des clips un enjoliveur, un socle supérieur et un capot détrompeur réalisé en plastique moulé, un dispositif de fixation à baïonnette et un capot portant le circuit électronique vélocimèt que des traitements de signaux et d'alarme, les raccordements électriques, les voyants lumineux de fonctionnement et la prise de test de contrôle; à la base du capot se trouve la cellule contenant 1-a source radioactive, l'électrode collectrice et les armatures du condensateur, constituant ainsi l'élément actif du détecteur; ce dernier étant protégé de l'extérieur, par un grillage métallique et un capot plastique Le nouveau dispositif objet de l'invention présente ainsi de nombreux avantages et notamment un coût de fabrication faible une faible sensibilité à la corrosion atmosphérique _ 4 - une facilité de montage et de démontage minimisant les frais d'entretien et d'installation. une interchangeabilité des différents éléments modulaires constituant le détecteur. une fiabilité de fonctionnement électro- nique et un faible taux d'alarmes intempestives. Ajoutpns à ces avantages que ce type de cellule dont le fonctionnement capacitif est lié à un montage de mesure électronique vélocimètrique simplifiée, répond à la norme relative aux détecteurs de fumées référencée sous le N O NFS 61950 de Décembre 1980 L'invention sera mieux comprise gràce aux figures et dessins annexés et qui ne sont donnés qu'à titre indicatif et non limitatif pour une réalisation préférentielle La Figure 1 représente une vue d'ensemble du détecteur dessiné suivant une coupe verticale. Les Figures 2, 3, 4 représentent les socles inférieur, supérieur,et l'enjoliveur réalisés en plastique moulé. La Figure 5 représente une vue de dessus des socles inférieur et supérieur emboités. Les Figures 6, 7, 8 et 9 représentent le capot détrompeur,la cellule contenant le dispositif capacitif de détection des fumées, la grille de protection et son capot protecteur. La Figure 10 représente l'électronique de détection et d'alarme. Suivant une première caractéristique de l'invention ainsi qu'elle est représentée à la Figure 1, le détecteur de fumées se compose d'un socle cylindrique inférieur ( 1) réalisé en plastique thermodurcissable moulé et monobloc servant de support pour l'ensemble du détecteur. Ce socle inférieur ( 1) reçoit un élément modulaire plastique cylindrique constituant le socle supérieur ( 2). La fixation de ces deux socles est obtenue au moyen d'unergot ( 4) pénétrant dans une gorge moulée du socle inférieur ( 1) Le socle inférieur reçoit aussi un enjoliveur plastique tronconique ( 3) qui se fixe sur ce socle au moyen du clips ( 18) constitué d'un ergot solidaire de l'enjoliveur et d'une gorge profilée dans l'épaisseur du socle inférieur ( 1) - Le capot détrompeur ( 5) cylindrique réalisé en plastique thermodurcissable moulé se fixe sur le socle supérieur au moyen d'un dispositif à balonnette constitué par un ergot ( 6) qui se loge sous la languette ( 19) moulée dans le socle supérieur ( 2) Le capot détrompeur reçoit un capot plastique ( 14) constituant le corps du détecteur et contenant le circuit imprimé ( 20), fixé au moyen des vis ( 9) qui jouent le rôle de liaison électrique reliant l'alimen- tation générale externe au circuit imprimé Cette liaison électrique est assurée par des languettes métalliques rigides ( 7) solidaires à la fois des vis ( 9) portant le circuit imprimé ( 20) et de la vis ( 8) reliée à l'alimenta- tion électrique extérieure. Les vis de fixation ( 9) so t raccordées par les tubes de laiton ( 17)à filetage interne Sur le capot ( 14) on a disposé, conformément à la Fig 1, le voyant lumineux LED ( 10) indiquant le bon fonctionnement du détecteur et une prise de test ( 11) destinée à contrôler le circuit élec- trique de l'ensemble Le capot ( 14) comporte de très larges fenêtres d'aération protégeant l'ensemble de tout choc éventuel, et s'emboite au niveau ( 54) sur le capot détrompeur Ce capot ( 14) plastique renferme la chambre d'ionisation 6 - qui apparait sous forme d'une grille tronconique ( 12) constituant une armature du condensateur - La seconde armature du condensateur et l'électrode collectrice sont contenues sous cette armature ( 12); l'ensemble de ces éléments, sensible aux émanations de fumées,est -protégé de ia poussière par un grillage métallique B de forme tronconique et fixé au capot au moyen d'un ergot ( 15) solidaire du capot plastique Le raccordement électrique des électrodes et des armatures du condensateur est assuré par les fils conducteurs ( 16) Suivant une autre caractéristique de l'invention représentée aux Figures 2, 3 et 4, on trouve les socles inférieur ( 1) et supérieur ( 2), l'enjoliveur ( 3), réalisés en plastique moulé et dessinés suivant un plan vertical. L'enjoliveur (ô) est fixé sur le socle inférieur ( 1) au moyen de l'ergot ( 25) qui s'encastre dans le logement ( 18) pratiqué sur toute la circonférence du socle. Le socle supérieur ( 2) s'emboîte dans le socle inférieur ( 1) au moyen de l'ergot ( 4) qui se loge dans la rainure ( 21) du socle inférieur L'alimentation électrique extérieure est obtenue par un raccordement des fils au niveau de la vis ( 8) Cette dernière est compl Utée par un étrier de languette ( 23), une languette métallique ( 22) et une lame souple ( 24) servant de point de connection électrique. Suivant une autre caractéristique de l'invention on représente sur la Pigure 5 le socle inférieur ( 1) et le socle supérieur c( 2) emboités et vus de dessus Les vis ( 8) masquent les languettes ( 22) ( 23) ( 24) servant à la connection électrique de l'alimentation extérieure Chaque vis représente suivant son emplacement -7 - une alimentation électrique positive ou négative. La barrette ( 26) fen plastique est un élément solidaire du socle ( 2) À Les languettes ( 19) placées dans la matrice du socle supérieur ( 2) et solidaires de ce dernier, servent à reçevoir l'ergot baïonnette du capot détrompeur non représenté sur cette Figure. Suivant une autre caractéri tique de l'invention, on a représenté aux Figures 6, 7, 8, et 9 successivement le capot détrompeur ( 5) en plastique moulé, qui s'emboite sur le socle supérieur au moyen de l'ergot baïonnette ( 6) ot socle ( 5) sert à supporter l'ensemble de la cellule de mesure au moyen de la vis de fixation ( 9) qui est utilisée aussi pour l'alimentation électrique au moyen de la languette ( 7) Le capot détrompeur ( 5) reçoit aussi le corps plastique ( 14) au niveau d'une encoche ( 30) pratiquée sur toute la circonférence du capot détrompeur ( 5) et qui loge l'ergot ( 34) du corps plastique ( 14) Ce dernier, représenté à la Figure 9, sert d'élément de protection de l'ensemble, et contient les organes sensibles de la cellule. Suivant une caractéristique importante de l'invention, on a représenté à la Figure 7 la cellule munie des deux armatures du condensateur, l'une formant le capot ( 12) et l'autre constituée par le plateau métallique ( 31) La source radioactive ( 32) est fixée par collage sur l'électrode ( 31) du condensateur Son extrémité est garnie d'un isolant électrique ( 29) servant de fixation par collage de l'armature ( 12) L'électrode collectrice ( 33) réunie au transistor T 1 est isolée électriquement par le tube plastique 127) Cette électrode collectrice est maintenue avec un écartement constant de l'armature ( 31) au moyen d'un joint isolant ( 29) -8- On a représenté sur la Figure 7 le circuit imprimé ( 20) qui porte le voyant lumineux de bon fonctionnement (b 0) constitué d'une diode LED et la prise de test ( 11) servant à contrôler son fonctionnement Les plots ( 16) sont des fils conducteurs isolés qui constituent les liaisons électriques entre les armatures ( 12) et ( 31) du condensateur électrique et le circuit imprimé ( 20) La Figure 8 représente la grille ( 13) protégeant contre les parasites électriques la cellule de détection et son électronique Sa fixation est obtenue par l'ergot ( 15) qui constitue un 4 lément solidaire du corps plastique ( 14) moulé au niveau ( 34) Suivant une caractéristique importante de l'invention on a représenté à la Figure 10 le circuit électronique vélocimètrique de mesure et d'amplification des signaux électriques destinés à déclancher l'alarme. En se reportant à cette Figure les armatures du condensa teur ( 12) et ( 31) sont raccordées aux pôles + et de l'alimentation électrique de courant continu 20 V. L'électrode ( 31) porte la source radioactive ( 32) destinée à ioniser plus fortement le volume d'air compris entre - la sonde ( 33) et l'électrode ( 31) de façon à obtenir une constante diélectrique stable de l'atmosphère par rapport à la constante diélectrique de l'atmosphère comprise entre la sonde ( 33) et l'électrode ( 12) L'électrode collectrice ( 33) qui apprécie les variations du courant d'ionisation existant entre les armatures est connectée au transistor à effet de champ Tl associé au transistor PNP T 2 Les capacités C 1 et C 2, dont l'une est chimique, filtrent la tension d'alimentation de la cellule de détection du condensateur à air constitué par les armatures ( 12) et ( 31) La source du transistor Tl est raccordée au diviseur -9 potentiomètrique, R 3 R 4 Le point milieu de ce diviseur est relié à une diode D 2 de jonction puis à une capacité chimique 05 séparées par la résistance R 6 avant d'être connecté à l'alimentation électrique de polarité négative. La capacité C 5 se décharge au travers du transistor unijonction programmable T 3 relié au diviseur de tension R 3 R 4 par la diode D 11 Le transistor T 3 commande le thysistor T 6 protégé par la résistance R 13 et la capacité chimique C 7. Le circuit de r 4 sistance R 8 R 9 'RI O fixe le -potentiel minimal -de la D 4 diode D 3 et maximal de la diode Le circuit correspondant aux potentiels haut du détecteur est constitué par les transistors T 4 et T 5 et la résistance réactive R 11 Le circuit d'alarme est représenté par la résistance R 15, les diodes D 10 et D 7 La diode D 7 est du type led associée à la résistance R 14, elle visualise l'alarme par son éclairement. La diode D 1 filtre l'alimentation positive du détecteur. A 1 est une borne permettant une transmission à l'extérieur de l'alarme. A 2 et A 3 sont des bornes de transmission signalant soit une alarme, soit un dérangement Elles sont associées à la diode D 5 et au transistor T 4-. Le circuit constitué par le transistor T 4 et la diode D 6 commande l'éclairement de la diode LED D 7 Fonctionnement: Lorsque l'espace compris entre l'électrode collectrice ( 33) et l'armature ( 12) reçoit les fumées d'un sinistre, la constante diélectrique de l'air diminue, entrainant une diminution de la capacité du détecteur. Cette variation est transformée par le transistor Tl en tension Les variations rapides de la tension T 1 dues à une alarme sont différenciées par le transistor T 3 qui commute et commande T 6 afin de transmettre l'alarme à une - centrale Cette opération est réalisée au travers du réseau R 15 et D 10 La capacité chimique C 5 mémorise les variations lentes de la tension de la cellule afin de leodifférencier des variations rapides dues aux. manations de fumées causées par un sinistre. Dans le cas ou la chambre de mesure comprise entre ( 12) et ( 33) subit un phénomène de saturation, le transistor T 3 bascule grâce à la tension imposée par le circuit capacité résistance C 5, R 8, R 9, RIO, associé à la diode D 3 En cas de perte d'impédance de la cellule, le potentiel du point S augmente et atteint un potentiel supérieur au point V A Le transistor T 5 commence à conduire le courant et entraine la conduction du transistor T 4 La conduction de l'ensemble est accélérée par la résistance R 11 Cette diminution d'impédance est alors transmise comme information A la centrale au niveau des plots A 2 et A 3 au travers de la diode D 5, et du transistor T '. Dans le cas ou la perte d'impédance est simultannée avec une détection de fumées, il y a recouvrement des informations Cependant l'alarme est transmise grace au fonctionnement vélocimètrique qui enregistre une différenciation entre les signaux. Après une alarme, la décharge de la capacité C 5 est nécessaire afin d'effectuer une remise à zéro de l'ensemble, au moyen du-transistor T 3 qui bascule et devient-conducteur. L'alarme nécessi te l 'intervention de l'opérateur situé à la centrale en provoquant un arrêt du circuit général du détecteur qui commande le circuit C 5 et T 3 T 3 est polarisée par la résistance R 5 qui est de forte valeur et provoque une commutation continue pour un courant defaible: intensité Pour'réobtenir un nouveau blocage de T 3 la diode D 11 commute le circuit sur la faible valeur de la résistance R 3. il - Revendication 1 Nouveau détecteur de fumées capacitif à modules plastiques interchangeables caractérisé en ce qu'il comporte un socle inférieur sur lequel se fixe par clips, un enjoliveur, un socle supérieur et un capot détrompeur réalisés en plastique moulé, un dispositif de fixation à baïonnette et un capot portant le circuit électronique vélocimétrique de traitement des signaux et d'alarme, les raccordements électriques, les voyants lum neux de fonctionnement et la prise de test de contr 8 le; à la base du capot se trouve la cellule contenant la source radioactive, l'électrode collectrice et les armatures du condensateur polarisé constituant ainsi l'élément actif du détecteur, qui est protégé de l'extéi par un grillage métallique et uif capot plastique Revendication 2 Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen de détecter la fumée est un condensateur à air polarisé dont la constante diélec. trique varie avec la composition de l'air séparant les deux armatures métalliques ( 12) et ( 31), l'une de ces armatures contenant une source émettrice alpha de faibli intensité servant à stabiliser à un niveau constant la capacité du condensateur. Revendiction,3 Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'on détecte les variations de la capacité du condensateur au moyen d'une sonde ( 33) situ entre les armatures du condensateur plus près de l'arma ture ( 31) contenant la source radioactive ( 32) que de l'armature ( 12) reliée à la polarité positive. 12 - Revendication 4 Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen de polariser les armatures 12 et 31 du condensateur à air est une source de courant continu basse tension. Revendication 5 Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif électronique vélocimètrique distingue les variations électriques du bruit de fond du condensateur, d'une alarme, au moyen d'un condensateur qui se charge lentement avec l'augmen- tation du potentiel du bruit de fond électrique sans provoquer la conduction électrique du transistor T 5 chargé de devenir conducteur lors d'une détection brusque et qui commande ensuite la conduction des transistors Tl T 3 et T 6 Revendication 6 Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le corps du détecteur est réalisé au moyen de modules plastiques 1, 2, 3 moulés, qui s'emboitent entre eux par des ergots et sont interchan- geables. Revendication 7 Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les modules plastiques 1, 2, 3, le capot détrompeur ( 5) et le capot ( 30) portant le conden- sateur à air et le circuit imprimé sont raccordés au moyen d'une fixation de type baïonnette ( 19) Revendication 8 Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le capot plastiqur ( 30) portant le détecteur est équipé au moyen d'un voyant lumineux de contr 8 le ( 10) et d'une prise de contr 8 le test ( 11). 13 - Revendication 9 Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le capot ( 14) portant le détecteur est protégé contre les poussières et les chocs au moyen d'un grillage ( 13) métallique accroché par clips ( 15