Brevet FR2528980A1 — publié le 19831223

L'invention se rapporte à un d=tecteur de niveau d'ionr;isa- tion contr 6 le par arc électrique. L'utilisation de detecteurs ioniques L'incendie est déjà très repandue en raison ue la très grande rapidité de réponse de ces appareils et de leur faible sensibilité à l'action nocive des gaz. Cependant les detecteurs ioniques dejà connus etant cons- titues essentiellement par aeux cnamnbres, l'une ouverte afin a'atre en contact avec le milieu que l'on surveille l'autre pratiquement close, comportant une très légère fuite, et rece- vant toutes deux le rayonnement d'un échantillon radioactif il est clair que leur emploi est dans certain cas peu recom- mandable. L'echantillon ionisant l'air ou le milieu contenu dans les deux chambres, on constate normalement que les conductivi- tes entre les électrodes de mesure sont identiques dans les deux chambres Cependant dès que le milieu ambiant dans lequel se trouve le detecteur penetrant dans la cnambre ouverte subit des variations d'ionisation ou de conductivité comme par exem- ple lors de l'apparition d'un feu, des collisions se produisent entre particules et ions presents dans cette chambre entraî- nant ainsi une forte diminution de la conductivite alors que la conductivité dans la cnambre fermée reste pratiquement in- changée pendant une assez longue période La detection extrê- mement rapide de cette différence de concuctivité permet de detecter l'apparition d'autres sources de pollution. L'inconvénient de tels appareils dans certaines industries comme l'industrie agricole est évident puisque leur utili- sation permettrait à des particules radioactives de conta- miner des produits alimentaires ce qui er traînerait de graves dangers pour les consommateurs En outre quels que soier t les domaines d'utilisation de ces appareils il est indispen- sable de pouvoir les recupérer après un incendie ce qui n'est pas toujours possible de sorte que la matière radioactive risque de contaminer le système de distribution de l'eau d'alimentation par les eaux de ruisselement ayant ete en contact avec les appareils non recuperes - L'objet de l'invention est un détecteur de niveau d'io- nisation caracterise en ce que l'ionisation du milieu que l'on surveille est provoquee par un arc électrique entre une première paire d'electrodes, la conductivite du milieu entre deux elec- tro Ces de mesure contrôlant au moins un circuit de réaction indicateur du taux de decroissance des ions, fonction des va- riations du nombre de particules du milieu ambiant et de leur mobilité. On e-évite ue la sorte l'utilisation de matières radioacti- ves, les deux cnambres distinctes destinees à comparer les conductivites de deux milieux momentanément distincts étant remplacées par une simple chamnbre. Une autre caracteristique de l'invention est de compenser la disparition rapide des ions résultant de leur impact sur les particules du milieu penétrant dans ia chambre de mesure ce la conductivité au moyen d'un circuit de reaction contr 8- lant le déclenchement d'un arc electrique de très courte du- ree. L'avantage de cette méthode est non seulement la repéti- tion des mesures par formation d'ions mais encore la comparai- son des résultats entre deux réamorçages de l'arc en vue ce discriminer eventuellement les types d'ions formés en fonction de leur mobilité On peut ainsi suivre levolution d'un cer- tain phénomène par exemple phase d'émission de particules lourdes ou leégères au cours d'un incendie En outre la création discontinue d'arc provoquant l'ionisation a pour consequence de réduire de façon considérable la consommation d'énergie nécessaire au fonctionnement de l'appareil. Une autre caracteristique du détecteur est l'inclusion d'un circuit de comparaison des résultats de deux mesures suc- cessives de la conductivité Ce circuit pouvant comporter de simples éléments analogiques et le dispositif de commande de l'arc pouvant fournir des tensions ce l'ordre de 6 à 12 000 V très courte duree de l'ordre de 100 a 500 nanosec, le courant etant de l'ordre de 1 microaimpère, on parvient ainsi à utili- ser des puissances extrêmement faibles de l'ordre de 16 pico- watt pour assurer l'ionisation de la chambre de mesure, la consommation totale des composants des autres circuits etant limitee à 20 rnicrowatt par exemple. D'autres caractéristiques et avantages Ge l'invention apparaîtront au cours ce la description suivante faite en reférence aux dessins et qui representent à titre D'exemple non limitatifs un mode de réalisation de la présente invention et des variantes de la commande de signalisation des mesures. La fi 7 ure 1 est une représentation schématique de l'appa- reil et de ses circuits, La figure 2 le diagramme représentant les tensions de con- trôle du transistor commandant le déclenchement de l'arc élec- trique, La figure 3 un exemple de succession des tensions de com- mande de l'arc et de la variation de la conductivité entre électrodes de mesure, La figure 4 le schéma d'un circuit de signalisation de la détection d'une chute de conductivité, La figure 5 une variante du dispositif de la figure 4, La figure 6 le schéma des tensions du dispositif de com- mande de déclenchement de l'arc électrique, La figure 7 une variante du dispositif de la figure 5 et, La figure 8 un exemple des tensions des commandes du dis- positif de signalisation représenté figure 7. Le détecteur schématisé figure 1 comprend essentiellement une chambre unique 4 dont l'ouverture est recouverte par une 2 o fine grille de protection 5 mise à la masse La grille permet notamment la suppression d'émissions radioélectriques parasites. Les électrodes E et E 2 servant à la production d'arcsintermit- tents ainsi que les électrodes E 3 et E 4 de mesure de la conduc- tivité du milieu sont alimentés en tension par les enroule- ments 7 d'un transformateur dont l'enroulement primaire d est contr 6 ôlé par la porte 9 du transistor Z 1 Cette porte est connectée par le circuit 10 au circuit de mesure de conducti- vité de l'espace compris entre les électrodes E 3 et E 4 3 4 L'alimentation de l'enroulement primaire 8 s'effectue au O 30 moyen de terminaux 1 et 2 connectés aux bornes de tout dispo- sitif d'alimentation fournissant respectivement une tension positive au terminal 1 par exemple de + 6 V et une tension négative au terminal 2 de 6 V La tension de référence au ter- minal 3 peut être de + 6 V En absence de conduction de Z 1 le condensateur C 1 connecté à la masse et au terminal I par la résistance R 1 se charge Lorsque la tension de l'anode 11 croît et dépasse celle de la porte 9 la condensateur C 1 se décharge par Z 1 à travers l'enroulement primaire d du trans- formateur La décharge se produisant en un temps extrêmement court une différence importante de potentiel se produit aux bornes de l'enroulement secondaire 7 connectées aux électro- des E 1 et E 2 provoquant ainsi un arc électrique entre ces électrodes L'accroissement de l'ionisation du milieu contenu dans la chambre 4 accroît la conductivité entre les électrodes È 3 et E 4 entraînant l'accroissement de la tension de la porte 9 Le condensateur C venant de se décharger on voit que le dépassement de la tension de l'anode il par la tension de la porte 9 se produit en un temps très court, la décharge du con- densateur entraînant la coupure immédiate par Z 1 de l'alimen- tation de l'enroulement 8. On voit que dès que la chambre 4 est ionisée le condensa- teur C 2 se charge à une certaine valeur et que le moment o la tension de la porte 9 dépasse celle de l'anode est fonction de la conductivité de l'espace situé entre les électrodes E 3 et E 4 ainsi que des valeurs des résistances R 2 et R 3 Il en résulte que si au cours du temps, la conductivité varie entre E 3 et E 4 en raison d'une disparition rapide des ions dfle à la venue dans la chambre 4 de particules émises par exemple au cours d'un incendie, la fréquence d'amorçage de l'arc entre E 1 et E 2 croit On obtient ainsi un moyen commode de détecter la pollution du milieu environnant la chambre 4. La figure 2 montre en V 9 la courbe de décroissance de la tension de la porte 9 entraînant la conduction brusque de Z l, lorsque la tension d'anode représentée en V 11 dépasse la valeur VL de la tension V de la porte 9 La tension V 12 de la cathode 12, croît alors brusquement à l'instant t 1 puis dé, croît jusqu'à l'instant t Le condenstaeur C 1 se charge à nouveau et le cycle recommence. On a représenté figure 3 une succession d'impulsion de commande de l'arc électrique provoquant l'ionisation de la chambre 4 ainsi que la courbe de conductivité 13 en fonction du temps au cours de la détection d'une certaine pollution que l'on détecte encore par la fréquence des impulsions V 12 de commande de l'arc entre les électrodes E *et E 2 Un signal d'alarme de tout type peut être déclenché par le dispositif 30 représenté figure 4 Celui-ci peut comporter par exemple un circuit de détection d'impulsion manquante de type connu commercialisé par exemple sous la référence "Philips 555 " et qu'il suffit de raccorder aux éléments représentés au schéma de-la figure 1 en connectant l'entrée 25 du circuit de détec- tion au terminal 3 du circuit de la figure 1 La sortie 24 du dispositif de détection 30 est connectée-à tout dispositif d'alarme désiré 31 de sorte que, lorsque les impulsions sont espacées comme sur la figure 3,-avant accroissement de la con- ductivité, le circuit 30 donne une réponse normale entre A et B Par contre, entre les points B et C l'accroissement de la fréquence des impulsions V 12 entraîne un signal de sortie en 24 du dispositif de détection 30 La connexion 32 au disposi- tif d'alarme 31 déclenche ainsi tout dispositif Le signal de déclenchement en 24 ne disparaît qu'au retour de la fréquen- ce primitive en C. Une variante du circuit de commande de la signalisation a été représentée figure 5 Dans cette variante le point de jonction 14 des résistances R 2 et R 3 est relié d'une part directement à l'entrée négative d'un amplificateur opération- nel 15, d'autre part à l'entrée positive de l'amplificateur par l'intermédiaire du circuit constitué de la diode D 2 et de la ligne de retard composée de la résistance R et du condensateur C 3 * On a représenté à la figure 6 la courbe 16 de décroissance de la conductivité dans le milieu normal que le détecteur ionique surveille et en 17 la courbe de la chute de tension à l'entrée du circuit R 4, C 3 en fonction du temps ce circuit étant préalablement réglé pour qu'à tout instant la valeur de la tension rep Isentée par la courbe 17 soit inférieure à celle représentée par la courbe 16 La tension représentée par la courbe 17 sert de seuil de référence et permet que dès que des particules pénètrent dans la chambre 4 et entraînent la diminution du nombre des ions dans l'espace E 3, E 4 de commander l'amplificateur opérationnel 15, la courbe -de la tension V 10 du point de jonction 14 décroissant plus vite que celle du circuit R 4-C 3 La tension de sortie VO de l'amplificateur 15 peut être utilisée pour commander tout circuit d'alarme, tel que 31 par exemple. Ce circuit de commande de signalisation très simple a l'avantage d'être très sensible et convient particulièrement à la surveillance de milieux o l'humidité et la température sont relativement constantes. Lorsque le milieu à surveiller est susceptible de présen- ter des variations d'humidité et de température affectant la mobilité des ions ainsi que la rapidité de leur disparition le dispositif de commande de signalisation peut être remra= par le dispositif représenté figure 7 permettant de comparer la tension V 10 prise au point de jonction 14 après une pério- de prédéterminee T 1 suivant la commande de l'arc entraînant l'ionisation, avec la valeur précédente de cette tension V 10 préalablement enregistree. A cet effet la tension Vi O, représentative de la conduc- tion entre les électrodes E 3 et E 4, est injectée dans l'ampli- ficateur opérationnel 18 servant de transformateur d'impédance, de sorte que la même source de tension V 10 est appliquée à la borne 27 d'un transistor 26 du type MOS dont le drain est connecté en 28 à l'entrée négative de l'amplificateur 20 et à la résistance R 5. La porte 29 commandant la conduction du transistor MOS 26 servant d'interrupteur est reliée par 32 du circuit de tempo- risation 23 Ce circuit entraîne un retard de transmission T 2 figure 8 du signal transmis par le circuit différentiel C 7 R 7. Ce signal provient de l'amplificateur 19 par l'intermédiaire du circuit C 6, R 6 et du circuit de temporisation 22 qui intro- duit le retard T 1, représenté figure 8. Dès que la tension Vl O est supérieure à une valeur de référence appliquée à l'entrée 21 de l'amplificateur 19 celui- ci transmet une impulsion négative au circuit 22 par le circuit différentiel C 6 R 6 Cette impulsion est retardée à son tour du temps T 2. I 1 en résulte que lorsque la tension Vlo est appliquée par l'interrupteur M*OS 26 à la borne 28 et au circuit RS, C que si la tension du condensateur C 5, représentant l'ancienne valeur de Vo 10,cas des valeurs S et C figure 8,est inférieure à la nouvelle valeur de V 1 O, la sortie 33 de l'amplificateur reste à la valeur 0. Par contre lorsque l'ancienne valeur de V 10 repré- sentée par celle de C 5 est supérieure à la nouvelle, cas des valeurs B et A figure 8, la nouvelle valeur est enregistrée par C et la sortie 33 de l'amplificateur 20 fournit un signal transmis à tout dispositif d'alarme tel que 31. Il est ainsi possible d'analyser avec précision aussi bien les variations globales de diminution de la conductivité du milieu que les variations entraînées par les mobilités différentes des ions. 7 t REVENDICATIONS 1 ) Détecteur de niveau d'ionisation d'un milieu gazeux caractérise en ce que l'ionisation au milieu gazeux ( 4) que l'on surveille est provoquée par un arc électrique entre deux electrodes (E 1 et E), la valeur de la conductivite du milieu entre une seconde paire d'électroaes (E 3, E 4), contr 81 ait au moins un circuit de réaction ( 10) indicateur du taux de aecroissance des ions fonctions des variations du nombre de particules du milieu ambiant et de leur mobilité. 2 ) Détecteur tel que revendiqué en 1 comportant un cir- cuit de commande de l'arc électrique (C 1, 10, 7, 8) fournis- sant des tensions de l'ordre ae 6 à 12 000 V de très courte durée de l'ordre ie 100 à 500 nanoseconues. ) Détecteur tel que revendiqué en 1 ou 2 dont ledit circuit ae reaction ( 10) est placé sous le contrôle des élec- trodes de mesures (E 3 E 4) de la conductivité du milieu, lesdites électrodes étant alimentées en tension par un enroulement se- concaire ( 7) d'un transformateur dont l'excitation du primai- re ( 8) est placee sous le contrôle ae la tension de charge d'un condensateur (C 1) et de la tension fournie par le circuit de réaction ( 10). 4 ) Détecteur tel que revendiqué en 3 dont les electrodes (E 1 et E 2) de commande de l'arc electrique sont raccoradées audit enroulement secondaire ( 7) du transformateur dont le primaire ( 8) est excite par la décharge du condensateur (C 1) place sous le contrôle des électrodes de mesures (E 3 E 4). ) Detecteur tel que revendiqué en 3 comprenant en outre un dispositif de signalisation ( 31) de la chute de conductivi- te, contrôlée par un détecteur ( 30) de la variation de fréquence de charge audit condensateur (Ci). 6 ) Détecteur tel que revendiqué en 5 dont le circuit de contrôle (Z 1) de la commande de l'arc electrique est relie à l'entrée ( 25) d'un dispositif ue detection d'impulsion manquan- te ( 30) ' 7 ) Détecteur tel que revendiqué en 1 dort la tension fournie par les electrodes de mesure de conuuctivite ( 3 E 4) sont reliées à un circuit (R 4,C 3) enoenurant une tension variable décroissante ( 17) irnferieure à la tension variable Uecroissante tneorique ( 16) de la conuuctivite corresponuant à la decroissance normale de l'ionisation entre lesdites 2528980 - électrodes, le circuit de détection de la decroissance de l'ionisation due aux particules pénétrant dans la chambre a'ionisation comprenant un amplificateur opérationnel ( 15) dont les entrées sonu reliées d'une part audit circuit (R 4 C 3) de générationri d'une tension decroissante d'autre part, au circuit de réaction (Z 1 > de contrôle de l'arcélectrique. Détecteur tel que revendique en 1 dont le circuit de réaction commande par les électrodes de mesure (E E) est 3 E 4 aussi connecte d'une part à un dispositif mémoire (C 5) de la J valeur (V 10) représentative de la conductivité entre électro- des de-mesure, d'autre part à un dispositif de commande ( 19) dont la sortie est pourvue de deux dispositifs de temporisa- tion ( 22) et ( 23) commandant l'accès de ladite valeur (Vl O) à la fois à ladite mémoire (C 5) et à un amplificateur opéra- tionnel ( 20) contrôlant tout dispositif de signalisation ( 31). ) Détecteur tel que revendique en -7 dont ledit accès de la valeur (V representative de la conductivité entre électrodes de mesure (E 3 E 4) comprend un transistor MOS ( 26) utilise en interrupteur et commande par un amplificateur opérationnel ( 19) recevant d'une part une tension de reféren- ce ( 21) d'autre part ladite tension (V 10 o) du circuit de réaction connecte à la commande (Z 1) de l'arcélectrique.