Brevet FR2512957A1 — publié le 19830318

La présente invention se rapporte à un dispositif de détection d'oxyde de carbone équipe d'un élément détecteur de CO ou sonde du type comprenant une chambre ayant deux ouvertures de passage opposes ou placées au centre et des raccords pour la liaison à un filament interne et à deux électrodes de mesure internes, le filament étant chauffé par une source électrique et entre les électrodes de mesure est placée une résistance électrique dont la valeur dépend de la concentration en CO du mélange gazeux s 'écoulant dans la chambre de l'élément détecteur de CO, ces électrodes de mesure étant relies C;ezn circuit électronique qui transforme les valeurs de la résitance en valeurs de tension permettant la lecture visuelle de la concentration et qui est prévu pour faire fonctionner un ou deux dispositifs d'alarme. On utilise déjà un tel dispositif détecteur de CO, à petite échelle toutefois, pour signaler une concentration dangereuse en CO dans les pièces où le gaz CO peut se former par combustion incomplète par suite d'une insuffisance en alimentation en air, dans certaines usines en particulier par exemple dans le traitement des matières synthétiques, dans les garages et dans les pièces mal ventilées où se trouvent des gens qui fument éventuellement. Le problème posé par le gaz CO se présente également dans les serres horticoles dans lequelles on utilise des gaz pour la fertilisation au C32 en vue d'améliorer la croissance de certaines plantes. Le gaz C02 qui n'est pas toxique en lui-m8me est normallement présent dans l'air qui peut être considéré comme un mélange gazeux de 78 % d'azote, de 21 % d'oxygène et d'environ 0,03 % de C02 ainsi que d'autres gaz.Si 11 alimentation en gaz C02 dans la serre horticole ne fonctionne pas de façon satisfaisante dans certains cas, il peut y avoir des concentrations en gaz CO en plus du gaz C02 qui non seulement produisent des dommages irréparables aux plantes dans les serres mais présentent également un danger pour la vie du personnel travaillant dans les serres. I1 ne faut pas sous-estimer les dangers du gaz CO qui est incolore et inodore. On sait qu'une concentration en CO dans l'air de 0,2 % (2000 ppm) constitue déjà un risque pour la vie des gens et qu'une concentration en CO de 0,05 % (50 ppm) est déjà dangereuse. On peut indiquer à titre d'exemple que les gaz d'échappement des moteurs à essence contiennent normalement de 5 à 10 % (50.000 à 100.000 ppm) de gaz CO. I1 est donc tres important qu'un dispositif de détection de CO soit fiable à tous égards. Cependant des essais faits sur des dispositifs de détection de CO disponibles sur le marché ont montré que ces dispositifs ne sont pas tous fiables. En conséquence la présente invention a pour but de fournir un dispositif de détection de CO du type décrit dans le préambule dont le fonctionnement est très fiable et dont les résultats de mesure sont précis et reproductibles, ce dispositif étant d'une construction simple et d'un prix de revient peu élevé et pouvant répondre à certaines exigences notament de la part des autorités. Conformément à 11 invention le dispositif de détection de CO est caractérisé en ce que la source de tension de chauffage du filament de l1élément de détection de CO fournie un courant continu constant, l'élé- ment de détection de CO est fixé dans le support dans un canal dans lequel le mélange gazeux dont la concentration en CO doit être determiné, est maintenu en état d'écoulement au moyen d'une pompe, le support étant baigné par la plus grande partie du courant de mélange gazeux et l'élément de détection de CO laissant passer la partie restante du mélange gazeux seulement à une vitesse limitée par éviter le refroidissement du filament, des moyens de dispersion pour obtenir une répartition égale du mélange gazeux, le der\- d'humidité de la partie du mélange gazeux qui traverse l'élément de détection de CO est maintenu égal au serre d'humidité régnant dans le mélange gazeux, et le circuit Electronique est alimente par un courant continu C ?rstant et est équi- pé en outred'un circuit qui permet seulement la lec- ture visuelle des concentrations de CO supérieures à une première valeur, ainsi que de circuits en vue de faire fonctionner une alarme directe lorsque la concentration en CO dépasse notablement une valeur critique et pour empêcher que l'alarme soit produite lorsque pendant une certaine durée la concentration en CO dépas- se la valeur critique seulement légerement une fois ou plusieurs fois pendant une courte durée. Pour permettre l'utilisation d'un seul détecteur ou de seulement quelques détecteurs pour la surveillance de grandes constructions telles que par exemple des parkings pour voitures, suivant un mode de réalisation de l'invention, à l'ouverture d'alimentation de la chambre sont reliés plusieurs conduits parcourant différentes parties d'une construction, ces conduits au moyen de vannes peuvent Entre reliés successivement à la chambre de mesure de la concentration de CO en différents endroits de la construct on, ces moyens étant prévus pour ouvrir et fermer les vannes suivant un certain cycle et si nécessaire pour stocker les valeurs des concentrations en CO mesurées aux différents endroits dans une mémoire pendant un certain temps. Conformément a l'invention le dispositif peut être mis en oeuvre de telle façon que après l'observation d'une concentration en CO au-dessous d'une première valeur, des ventilateurs ou des appareils semblables sont branchés et la partie excédentaire de cette valeur est enregistrée dans la mémoire, après l'observation d'une-concentration en CO supérieure à une seconde valeur, les ventilateurs ou autres dispositifs semblables ayant une capacité plus grande que dans le cas précédent sont branchés et la partie excédentaire de cette valeur est enregistrée dans la mémoire, après l'observation d'une concentration en CO au-dessus de la valeur critique l'alarme est déclenchée et les moyens d'ouverture et de fermeture des vannes conformément à un certain cycle sont arrêtés de telle sorte que le dispositif contzhuela mesure à l'endroit o- la valeur critique de la concentration en CO a été dépasse jus qu'à ce que la concentration en CO soit 'tombée en-dessous de la valeur critique et que les alarmes aient été débranchés. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui suit donnée en référence aux dessins annexés dans lesquels - ia figure 1 est une vue schematique des différents composants d'un dispositif de détection de CO conformément à l'invention, et - - la figure 2 est un schéma de principe en blocs de circuits électroniques et des circuits de stabilisation de l'alimentation des circuits de ce circuit et du filament de la sonde à CO. Les composants mécaniques représentés à la figure 1 du dispositif de détection du CO comprennent une colonne de condensation disposée verticalement une pompe d'aspiration (2) à entratnement électrique et un contacteur manométrique (3) pour déclencher l'alarme (non représentE) dès que le fonctionnement de la pompe s'arrête pour une raison ou pour une autre. La colonne de condensation (1) de préférence de section circulaire, comprend essentiellement deux chambres fermées (4, 5) séparées par une cloision 6 avec une ouverture centrale (7). La chambre haute (4) comprend à son extrémité supérieure un tube de sortie (8) qui est relié par un conduit (9) par exemple en matière synthétique à la pompe d'aspiration (2). La pompe d'aspiration (2) qui est reliée par un conduit de sortie (10) produit dans la colonne de condensation (1) une dépression d'environ 12 mm à la colonne d'eau. Dans cette d-zmshre haute (4) est montée un support (11) sur la paroi int interne et dans ce support est monté un élément de detection de CO (sonde) (12) qui est relié par des raccords au filament et aux électrodes de mesure dirigées vers le haut. Une grille (13) à mailles fines par exemple une toile métallique, est installée parallèlement à la cloison (6), sa surface est limitée par la paroi latérale de la colonne de condensation.Cette grille ne sert pas seulement à retenir des déchets polluants tels que des particules mais également comme on l'expliquera ci-après, à provoquer une répartition égale du mélange de gaz dans la chambre haute (4). Dans la paroi latérale de la chambre haute entre la cloison (6) et la grille (16) est prévu un tube de liaison (14) qui est relié par un conduit (15) par exemple en matière synthétique au contacteur manométrique (3). La chambre basse (5) est fermée à son extrémité infé- rieure par un joint d'eau (16), qui dès avant la mise en marche a été remplie d'eau, environ 20 ml,- et cette chambre comporte un tube de sortie (17) monté sur sa paroi latérale pour évacuer l'eau de condensation en excès par un conduit (18). Dans la paroi latérale de la chambre basse (5) est prévu au-dessus du joint d'eau (16) un.tube d'alimentation (19) pour envoyer le mélange de gaz aspiré dont la concentration en CO doit être déterminée. Le tube d'alimentation (19) est relié par un conduit (20) par en matière synthétique qui est incliné de façon à favoriser l'écoulement de l'eau de condensation dans le ,oint d'eau, ce tube d'alimentation (19) étant relié lui-même à un tube métallique (21) par exemple en cuivre.Le tuyau (21) peut être placé en un endroit quelconque tout autour du dispositif de détection de CO mais dans le cas d'une serre horticole il est important que ce tuyau soit placé dans le canal d'écoulement du gaz aussi près possible du brûleur produisant du CO2. Afin d'assurer un fonctionnement stable et des résultats de mesure extrêmement précis et reproductibles du dispositif de détection de CO il convient de tenir compte des indications suivantes conformes à l'invention. a) le support (11) de l'éliment détecteur de CO (12) a une--forme spéciale. Le support qui est placé axialement dans la chambre haute (4) a une partie cylindrique qui entoure complètement la chambre cylindrique de l'élément de détection de CO (12). Cette partie cylindrique prend la forme d'une cheminée à sa partie inférieure et se termine par un tube droit ayant une ouverture (22). Le mélange de gaz dont l'é- coulement est maintenu par la pompe d'aspiration (2), dont on doit déterminer la concentration en CO, baigne la paroi externe de la partie cylindrique du support dansa plus grande partie comme cela est représenté par les flèches de la figure 1.L'élément de détection reçoit la partie restante du mélange de gaz s'écoulant dans l'ouverture (22) du support à une vitesse relativement faible. I1 s'est avoirs en pratique qu'un écoulement lent ne produit pas de refroidissement notable du filament de l'élément de détecteur ce qui assure un fonctionnement stable de l'élément de détecteur. b) du fait de la répartrition égale du mélange gazeux dans la chambre haute (4), l'humidité de la partie du mélange gazeux s'écoulant dans I'elément de détecteur (12) est maintenue égale à lthumidite du mélange gazeux dont on doit déterminer la concentration en CO. Le mélange gazeux aspiré par le conduit (20) passe d'abord par l'ouverture (7) de la cloison (6) et ensuite au travers de la grille (13). De cette façon on obtient une répartition efficace.Comme les résultats de mesure des éléments de détection de CO du type mentionné ci-dessus dépendent du degré d'humidité du mélange gazeux à mesurer, on évite grâce à cette dispersion du mélange gazeux que même si le degre d'humidité du mélange gazeux demeure constant et si la concentration en CO ne changé pas, l'élément détecteur de CO donne des résultats erronés. c) le filament de l'élément de détection de CO (12) est chauffé par un courant continu constant. En outre, le circuit électronique qui transforme les valeurs de la résistance observées entre les électrodes de mesure de l'élément de détection du CO en valeur de tension, est alimenté également par un courant continu constant. Le schéma de principe de la figure 2 représente le circuit électronique comprennant plusieurs circuits et des circuits de stabilisation pour alimenter ce circuit et le filament de l'élément de détection en CO (12) Dans le cas présent les tensions d'alimentation sont prises sur le secteur. Par la transformationola rectification la régularisation et la stabilisation des circuits (23, 24), on obtient les courants continus constants souhaites, en particulier 12 Volts pour les circuits du circuit électronique et 5 Volts pour le filament de l'élément de détection en CO (12).Une lampe pilote (25) ne s'allume seulement que lorsque les deux tensions apparaissent. I1 est bien entendu que les tensions d'alimentation constantes peuvent égale- ment être obtenues à partir d'une batterie de telle sorte que dans ce cas le dispositif de détection en CO n'est pas du tout assujetti aux interruptions temporai res ou prolongées du secteur d'alimentation Comme on peut le voir à la figure 2, les électrodes de mesure de l'élément de détection de CO (12) sont reliées à un pont de mesure (26). La résistance ce qui existe entre les électrodes de mesure de l'élé- ment (12), qui dépend de la concentration en CO et qui s'élève à quelques dizaines -d'ohms esttransformée par le pont de mesure (26) en une valeur de tension.Grâce au bouton d'essai (27) le pont de mesure peut être intentionnellement mis en panne de façon à pouvoir soumettre les différents circuits du circuit électronique à des essais relatifs à leur propre fonctionnement. Un amplificateur de séparation (23) ayant une impédance d'entrée de grande résistance, on évite que le taux de mesure (26) soit chargé et qu'il devienne ainsi imprécis pour les circuits suivants. Un dispositif de mesure (29) est prévu pour donner une indication visuelle à des concentrations de gaz supérieures à une certaine valeur (15 ppm). Le seuil servant dans ce but est fourni par un circuit seuil (30). Ainsi les fluctuations dans la concentration du gaz demeurant en-dessous de 15 ppm ne peuvent pas être lues. On évite ainsi la lecture de mesure sans réel intérêt. Le dispositif de mesure (29) indi- que dans quelle mesure la valeur critique de 50 ppm a été dépassée ou n'a pas été encore dépassée. Un second circuit seuil (31) écarte les valeurs de concentration inférieures à 50 ppm de telle sorte que seules les valeurs supérieures à 50 ppm sont envoyées au circuit intégrateur (32). Le circuit int6v grateur (32) intègre les concentrations excédentaires dans le sens de la durée, de telle sorte qu'un léger dépassement de la valeur critique mettra beaucoup plus de temps a faire fonctionner l'alarme qu'une valeur excédentaire importante. L'alarme déclenchée de cette façon indique un danger réel. Le retard de la durée a pour effet d'éviter que de courts dEpessemEnts de la valeur critique par exemple au moment du branchement du brûleur, n'entraîne pas l'arrêt de l'alarme. Un circuit de remise à zéro (33) est en action et arrête le procédé d'intégration dès que la concentration en gaz est descendue légèrement au-dessous de la valeur critique par exemple lorsqu'elle atteind une valeur de 45 ppm. On évite ainsi que Si pendant un certain temps par exemple un jour ou une semaine la concentration en CO dépasse légèrement la valeur critique pendant un cours-instant une fois ou plusieurs fois l'alarme se trouve déclenchée quand même. Si au cours du procédé d'intégration dans l'intégrateur (32) unecertaine valéur de tension est atteinte un circuit de détection à niveau (34) se met à réagir Dans ce cas le circuit (34) fait fonctionner un circuit de contre (35) comportant un interrupteur a bascule qui déclenche l'alarme.L'alarme se poursuit même si la concentration en CO est encore faible jusqu'à ce que le circuit de contrôle (35) ait été réenclenché au moyen du bouton de réenclenchement (36). Un second circuit de remise à zéro (37) permet de s'assurer que le circuit d'intégrateur (32) est inactif et que le circuit de contrôle (35) reste dans la position de réenclenchement pendant le temps de chauffe (5 minutes) du filament de l'cément de détection de CO (12). On évite ainsi qu'au moment de la mise en marche du dispositif de détection de CO ne soit donné une alarme, en l'occurence une fausse alarme. On peut donner l'alarme de difféxentes manières en particulier au moyen d'un circuit re3ai.s (38), visuellement au moyen d'une lampe (39) et acoustiquement au moyen d'un haut-parleur (40). En dehors, du fait de donner l'alarme le circuit relais peut avoir plusieurs autres fonctions telle que la fermeture et l'ouverture des vannes,lamiseen marche des ventilateurs et des installations d'air conditionné ou d'installations semblables. Les intervalles de l'alarme visuelle et acoustique sont déterminées par un circuit interrupteur (41) relié à la lampe (39) et au haut-parleur (40) par un circuit (42) qui fournit un signal acoustique. Les composants de tous les circuits de la figure 2 à l'exception du transformateur de secteur dans le circuit (23) peuvent être montés sur un modèle de conducteur imprimé sur une plaque en matière isolante de petite dime-Asion. Comme déjà indiqué cirdessús on peut également utilisé un dispositif simple pour détecter la concentration en CO en différents points à l'intérieur d'une construction. Sur le conduit (20) représenté à la figure 1 on peut relier plusieurs vannes fonctionnant électriquement et reliées en parallèle, celles-ci sont reliées à des conduits répartis dans les différents endroits de la construction de telle sorte que le mélange de gaz à mesurer peut être aspiré de ces endroits par l'ouverture et la fermeture successives des vannes suivant un certain cycle. Lorsque à un certain endroit la concentration en CO dupasse une première valeur cela est signalée par exemple au moyen dune lampe de signalement et un ventilateur ou une installation d'air conditionné est mis en marche pour tenter de réduire la concentration en CO. La lampe de signalement continue de s'allumer jusqu'à ce que les mesures suivantes soient effectuées à l'endroit signalé. Si la concentration en CO est descendue au-dessous de la première valeur, la lampe de signalement s'éteind et l'état de départ se rétablit de lui-mme. Si la concentration dépasse une seconde valeur, le ventilateur ou l'installation d'air conditionné est mise en marche à une capacité supérieure, QU plusieurs de ces dispositifs sont mis en marche et une lampe de signalisation s'allume pour indiquer qus la mesure à été stockee dans la mémoire. Si la concentration depasse une troisième valeur critique, l'état d'alarme commence au bout d'un certain temps par exemple deux minutesyle circuit de contrôle (35) est alors mis en marche comme indiqué ci-dessus. A partir de ce moment le cycle des mesures est interrompu et les mesures ne sont faites qu'à l1en- droit indiqué par l'alarme. Le retour à la situation de départ ne peut avoir lieu qu'après une chute de la concentration en CO au-dessous de la valeur critique et après la mise en marche du bouton de réenclenchement (36). I1 est bien entendu que le dispositif décrit ci-dessus nécessite l'utilisation de plusieurs circuits électroniques complémentaires par rapport au schéma de principe représenté sur la figure 2 mais ces circuits électroniques complémentaires ntont pas besoin d'être expliqué ici. Des expériences ont permit de démontrer que le dispositif de détection de CO conforme à loin vention est très fiable et fournit des resultats de mesure précis et reproductibles. I1 est bien entendu que dans le cadre de l'invention les valeurs de niveau et de seuil qui déterminent quand et a quelle concen tration en CO l'alarme doit être déclenche, et peuvent être modifiées suivant les nécessités. On peut remarquer enfin que comme c'est le cas pour tous les dispositifs de détection de CO, le dispositif- de détection de CO conforme à l'invention réagit surtout mais non exclusivement en présence du gaz CO. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection d'oxyde de carbone équipé d'un élément de détection en CO ou sonde du type comprennant une chambre ayant deux ouvertures de passage opposées et placées au centre et des raccords pour la liaison d'un filament interne et de deux électrodes de mesure interne, le filament étant chauffé par une source de courant électrique et entre les Elec- trodes de mesure est placee une résistance électrique qui dépend de la concentration en CO du mélange gazeux traversant la chambre de l'élément détecteur de CO, cette résistance étant mesurée, les électrodes de mesure étant reliées à un circuit électronique qui transforme les valeurs de la résistance en valeurs de tension pour la lecture visuelle de la concentration en CO et qui est agencée en vue de faire fonctionner un ou plusieurs dispositifs d'alarme, caractérisé en ce que la source de tension (24) de chauffage du filament de l'élément de détection de CO (12) fournit un courant continu constant, l'élément de détection de CO est fixé dans le support (11) dans un canal dans lequel le mélange gazeux dont la concentration en CO doit être déteminée, est maintenu en état d'Ecoulement au moyen d'une pompe (2), le support (11) étant baigné par la plus grande partie du courant de mélange. gazeux et l'élément de détection de CO laissant passer la partie restante du mélange gazeux seulement a une vitesse limitée pour éviter le refroidissement du filament, des moyens de dispersion (6, 7, 13) pour obtenir une répartition égale du mélange gazeux, le degré d'humiditS de la partie du mélange gazeux qui traverse l'6lément de détection de CO est maintenu égal au degré dthu- midité régnant dans le mélange gazeux, et le circuit électronique est alimenté par un courant continu constant (23) et est équipé en outre d'un circuit (30) qui permet seulement la lecture visuelle des concentrations de CO supérieuxes à une première Valeur;; ainsi que de circuits (31, 32, 33, 34, 35) en yue de faire fonctions ner une alarme direct lorsque la concentration en CO dépasse notablement une valeur critiaue et pour empêcher que l'alarme soit produite lorsque pendant une certaine durée la concentration en CO dépasse la valeur critique seulement légèrement une fois ou plusieurs fois pendant une courte durée, 2.Dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une colonne de condensation 1 disposée verticalement constituée de deux chambres fermées (4,5), qui sont séparées par une cloison (6) avec une ouverture centrale (7), la chambre haute (4) ayant à son extrémité supérieure un tube d'échappement (8) destiné à etre relié à une pompe d'aspiration (2) et étant doté avec le support (11) d'un éIément.de détection de CO (12) logé à l'intrieur, ainsi qu'une grille à maille fine (13) paralo lèle à la cloison, qui se comporte comme un filtre et sert à la dispersion régulière du courant de mélange de gaz, la chambre basse (5) qui est fermée par un joint d'eau (16) à son extrémité inférieure a déjà été remplie d'eau avant sa mise en fonctionnement, cette chambre est pourvue d'un tube de sortie (17) pour l'eau de condensation en excès et dans la paroi latérale au-dessus de ce joint d'eau, elle est dotée d'un tube d'alimentation (19) pour envoyer le mélange de gaz aspiré dont on doit déterminerla concentration en COZ 3. Dispositif de détection selon l'une quels conque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le'support (11) de l'éliment de détection de CO est placé axialement dans la colonne de condensation et se présente sous la forme d'un cylindre qui entoure entièrement l'élément de détection latéralement et qui a a sa partie inférieure, une forme de cheminée se terminant en un tube droit. 4. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise en ce que la paroi latérale de la chambre haute (4) entre la cloision et la grille présente un tube de liaison (14) relié à un contacteur manométrique (3) pour pouvoir déclencher l'alarme lorsque la pompe s'arrête de fonctionner. 5. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications prÇcédentes, caractérisé en ce que le tube d'alimentation (19) en mélange de gaz à mesurer est raccordé à un conduit d'alimentation (20) qui est incliné de telle sorte que l'eau de condensation peut s'écouler vers le joint d'eau (16). 6. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit électronique comprend un circuit (37) qui, pendant le fonctionnement du dispositif de détection, empêche le déclenchement de l'alarme pendant le temps nécessaire à l'échauffement du filament de l'élément de détection en CO (12). 7. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ouverture d'alimentation de la chambre (1) est reliée à plusieurs conduits reliant différents endroits d'un immeuble, ces conduits peuvent être reliés successivement à la chambre au moyen de soupapes pour la mesure de concentration en CO à plusieurs endroits de l'immeuble, des moyens étant prévus pour ouvrir et fermer les vannes conformément à un certain cycle et si nécessaire pour stocker les valeurs de concentration en CO mesurées aux différents endroits dans une mémoire pendant un certain temps. 8. Dispositif de détection selon la revendication 7, caractérisé en ce que après l'observation d'une concentration en CO supérieure à une première valeur, des ventilateurs ou dispositifs analogues ayant une certaine capacité sont mis en marche et la partie excédentaire de cette valeur est stockée én mémoire, apres observation d'une concentration en CO supérieure à une seconde valeur, des ventilateurs ou dispositifs analogues ayant une certaine capacité plus Blevée sont mis en marche et la partie excédentaire de cette valeur est stockée dans la mémoire, après l'observation d'une concentration en CO supérieure à la valeur critique, l'alarme est déclenchée et les moyens pour ouvrir et fermer les vannes conformément à un certain cycle sont arrêtés de telle façon que le dispositif continue de mesurer à l'endroit où la valeur critique de la concentration en CO a été dépassée jusqu'à ce que la concentration en CO soit descendue en-dessous de la valeur critique et que le dispositif d'alarme soit arrêté.