Brevet FR2548782A1 — publié le 19850111

Détecteurs de gaz La présente invention concerne des détecteurs de gaz. On connait déjà des détecteurs de gaz comportant des transducteurs qui réagissent à la présence d'un ou plusieurs gaz prédéterminés par une 5 modification de leurs caractéristiques électriques de manière à permettre, par une surveillance électrique de ces caractéristiques, la détection de la présence du gaz prédéterminé et la mesure de sa concentration dans un environnement donné Habituellement on utilise un appareil possédant un transducteur, un circuit de surveillance électrique et un 10 dispositif local d'alimentation électrique ainsi qu'un système d'affichage pcur l'appareil de telle sorte que la présence et/ou la concentration du/ou des gaz prédétermines peuvent être facilement déterminées dans un environnement sélectionné. De tels instruments peuvent *tre coûteux tout en manquant de 15 robustesse spécialement lorsqu'une bonne précision est requise et lorsque de failles conentraticns, quelques parties pour million, doivent être mesurées. La présente invention a pour but de fournir des détecteurs de gaz comparativement peu co teux et destinés à détecter de faibles concentra20 tions de gaz, en particulier de monoxyde de carbone et de méthane Les detecteurs de gaz de l A présente invention sont applicables, plus particultèrement quoique non exclusivement, à la détection de la présence d 1 incendies Ou de situations potentiellement dangereuses dans les chantiers de mine souterrains. Selon un aspect de l'invention, il est fourni un détecteur de gaz qui comporte On bo tier, un transoueteur à cellule à gaz monté dans le boiier, susceptible dee modifier ses caracteristiques électriques en fonction des variations de concentration en gaz prédéterminé dans le bottier, un circuit de surveillance leutriaue maintenu dans le botîtier 30 et couple à la cellule qui est disposée de manière à recevoir une alimentabion électrique à partir d'ume station de eontr Sle éloignée et à fournir à la station de eontrÈle un signal de surveillance, ce signal étant indicateur de la concentration du gaz. Selon un atrtre aspect de l'invention, il est fourni un système de 35 surveillanee d'un gaz prédéterminé destine à surveiller la présence d'un gaz dans un environnement tel que celui du chantier souterrain d'une mine Ce système de surveillance comporte plusieurs détecteurs de gaz, chaque détecteur comprenant un transducteur avec cellule à gaz monté dans un bottier et pouvant modifier ses caractéristiques électriques en 5 fonction des variations de la concentration en gaz dans le bottier, un circuit électrique de surveillance maintenu dans le bottier et une station de contr 8 le électriquement reliée à chaque détecteur de façon à lui fournir une alimentation électrique et à recevoir des signaux de surveillance de chaque détecteur, ces signaux étant indicateurs des 10 concentrations du gaz dans les bottiers respectifs. Les transducteurs avec cellule à gaz peuvent être conçus pour réagir à un seul gaz prédéterminé, tel que le monoxyde de carbone ou le méthane, ou peuvent être sensibles à deux ou plusieurs gaz et à des mélanges de ceux-ci. Les bottiers de chaque détecteur peuvent comporter une enceinte entourant les cellules et possédant des ouvertures dans leurs parois pour permettre au gaz de pénétrer à travers ces ouvertures Ces bottiers sont de préférence conçus pour permettre au gaz pénétrant dans les ouvertures de passer lentement selon un parcours sinueux à l'intérieur du 20 bottier même quand ce bottier est dans une position o le courant d'air se déplace rapidement à l'extérieur du bottier. Il est préférable que le transducteur à cellule soit disposé de manière à être aisément remplaçable et soit équipé par exemple d'un système d'enfichage Ceci signifie que lorsque la durée de vie 25 opérationnelle du transducteur à cellule est courte, c'est-à-dire seulement plusieurs mois, le transducteur à cellule peut être facilement remplacé si nécessaire. Un détecteur de gaz monoxyde de carbone selon la présente invention va maintenant être décrit à titre d'exemple, en se référant aux 30 dessins ci-Joints dans lesquels: Les figures 1 et 2 sont des coupes en élévation de deux détecteurs similaires. La figure 3 est un diagramme schématique du circuit des détecteurs. La figure 4 est un diagramme schématique d'un circuit d'alimenta- -3 tion du circuit de la figure 3. En se référant à la figure 1, le détecteur de gaz 9 possède un bottier 10 qui comporte une enceinte intérieure 12 et une enceinte extérieure 14, chaque enceinte possédant six ouvertures non alignées l'une 5 avec l'autre Cela signifie que lorsque l'air passe relativement vite autour du boîtier 10, un peu d'air entre progressivement à l'intérieur de l'enceinte 12 par les fentes et circule lentement tout autour selon un parcours sinueux Un transducteur avec cellule à gaz 16 est monté dans l 1 enceinte 12 et réagit à la présence et à la concentration du monoxyde 10 de carbone en modifiant ses caractéristiques électriques Un circuit électronique 18 est monté et est encapsulé dans une chambre 20 au dessus du transducteur 16 et est couplé électriquement au transducteur 16. Trois fils électriques 22, 24 et 26 sont reltiés au circuit 18 et à un bloc de connexion à tl'extérieur 27 La boltler 10 possède un 15 couvercle 28 fourni avec un anneau de support 30 de telle sorte que le détecteur 9 peut être facilement suspendu à un emplacement choisi. En service, le détecteur est placé dans un endroit choisi dans les chantiers de mine et est associé à un certain nombre de détecteurs analogues placés à divers endroits appropriés dans un secteur des chan20 tiers souterrains Tous les détecteurs sont alimentés en courant électrique à partir d'une station centrale de contrôle qui reçoit des détecteurs des signaux de surveillance, ces signaux étant indicateurs de la concentration en monoxyde de carbone présent dans les régions des détecteurs respectifs. Dans la figure 2, le détecteur est le mîme que celui de la figure 1, excepté qu'un petit ventilateur 32 est monté à l'intérieur du couvercle 28 Le ventilateur 32 est alimente à partir de la station par un il électrique 26 Le ventilateur 32 aspire l'air dans la chambre 20 à travers les fentes dans les parois des enceintes 12 et 14 La présence 30 du ventilateur 32 permet au détecteur 9 de réagir effieacement et rapidement aux variations de la concentration en monoxyde de carbone même si le détecteur est monté dans une région o il y a peu ou pas du tout de courant d'air Normalement dans les chantiers de mine, une ventilation classique d'air forcé permet une circulation adéquate devant le 35 détecteur quand il est située dans ou près d'un courant d'air principal. Cependant, il est possible que le détecteur 9 soit placé dans une région à circulation d'air relativement faible ou dans une région o la ventilation peut être arrêtée pour l'entretien ou peut être inopérante par suite de défaillance Dans de tels cas, le ventilateur 32 assure un mouvement 5 d'air convenable de telle sorte que l'air entre dans l'enceinte 12 afin de permettre au transducteur 16 de réagir à la présence de monoxyde de carbone et d'en réaliser la détection. Selon la figure 4 un circuit d'alimentation reçoit un courant continu à 15 volts à partir d'une station centrale de contr 8 le entre 10 les lignes-22 et 26 Un circuit de stabilisation 40 réduit le voltage à 12 volts et alimente un circuit diviseur, incluant un amplificateur 42 destiné à fournir un zéro commun, ainsi qu'une sortie de + 6 volts et de 6 volts pour le reste du circuit. Conformément à la figure 3 le transducteur à cellule à gaz 16 est 15 relié à un amplificateur d'adaptation 44 avec une résistance 46 dans son circuit de rétroaction dont la sortie est reliée par l'intermédiaire d'un amplificateur 48 à un autre amplificateur 50 comportant une boucle de correction de température D'autres amplificateurs 52, 54 et 56 sont reliés en série à un générateur de courant 58 dont la sortie est reliée 20 au fil 24. Les entrées des amplificateurs 52 et 54 sont a Justables pour permettre de modifier respectivement le réglage de zéro du circuit et l'étendue du domaine de mesure L'entrée de l'amplificateur 56 est aussi réglable pour permettre de réaliser un calage d'ensemble de la sortie du 25 circuit. Dans le circuit décrit, une sortie d'alimentation électrique par le fil 24 est choisie, indiquant la concentration du monoxyde de carbone de telle sorte que lorsque la concentration en monoxyde de carbone est nulle, l'intensité fournie en sortie du générateur de courant 58 est un 30 milliampère Ceci correspond à une sortie nulle pour l'amplificateur 54 de telle sorte que le calage d'entrée de l'amplificateur 56 doit être de 1 volt. Le réglage de zéro du circuit est réalisé en modifiant une entrée de l'amplificateur 52 Cette entrée ajustable est requise pour compenser 35 le petit courant qui circule à travers le transducteur 16 quand il n'y a a pas de monoxyde de carbone. Le domaine de détection sélectionné est commandé ou a Justé par une entrée de l'amplificateur 54 et est choisi de zéro à 100 parties pour 5 million de monoxyde de carbone Ce domaine peut aussi être a Justé, si nécessaire, en modifiant la valeur de la résistance 46 Après mise en service initiale du circuit, le détecteur est alors testé en soumettant le transducteur 16 à une concentration connue de monoxyde de carbone et l'intervalle de mesure est réglé pour s'adapter au domaine choisi Normalement chacun des réglages peut être effectué au moyen de résistances variables appropriées auxquelles on peut accéder au moyen d'un tournevis par exemple, sans endommager ni interférer avec lencapsulation du circuit dans la ehambre 20. En servaice, le trnsducteur 16 qui ne constitue pas en lui même un 15 élment de l'invention, rtagit à la presence de monorjde de carbone en modifiant ses caraetéristiques électriques de telle manière que les entrées de lazîplifleateur 48 deviennent déséquilibrées et le courant de sortie du genérateur de courant 58 diminue comme il convient Pour la surveillanc des chantiers de mine, le domaine choisi, comme il a été 20 expliqué, est de 100 parties par million de telle sorte que si la concentration s'éIève à ce niveau, le courant de sortie du générateur de courant 58 diminue d'un milliampère à zéro On comp Pendra que d'autres dispositions Su eircuit peuvent tre utilisées et que d'autres réglages peuvent gtre adoptés dans le circuit Ltemrploi diune sortie à intensité 25 de tourant décroissante, lorsque la concentration du gaz cro 2 t, est cependant préféré paree que cela introduit une securité en cas de défaillanee Aussi, là o des enregistrements sont faits, spécialement par enregiztrevrs graphiques, il est avantageux d utiliser une déflection maximale ou une extrémité d'échelle pour la concentration de gaz nulle. u Le transdueteur 16 est connecté en position dans le bottier 10. Ceci permet le changement facile du transducteur 16 Des transducteurs cor venables actuellement disponibles ont une durée de vie de 6 à 18 mois dans des environnements de mine et doivent par conséquent être remplacés normalemnent tous les 6 à 12 mois Comme on le comprendra, le circuit 35 déerit permet de caibrer chaque transducteur remplacé et d'ajuster le -6 circuit quand un transducteur de remplacement est branché pour la première rois dans le bottier 10 et également chaque fois que cela est nécessaire. Lorsqu'on utilise le ventilateur 32, celui-ci est connecté au 5 fil 26 comme l'indique les pointillés dans la figure 3 Comme il a été indiqué ci-dessus, les détecteurs sont convenablement placés dans des endroits différents choisis dans un secteur du chantier souterrain, la station centrale de contrôle est située normalement et commodément à la surface de la mine A la station de contrôle, il est préférable d'avoir 10 des enregistreurs graphiques respectivement couplés à chacun des détecteurs pour surveiller les variations de concentration en monoxyde de carbone Chaque enregistreur graphique peut être associé à un circuit d'alarme et être disposé pour fournir une alarme audible et/ou visible quand la concentration s'élève à un niveau prédéterminé Le circuit 15 d'alarme, ou un circuit additionnel incorporé avec le circuit électrique décrit dans l'ancapsulation dans la chambre 20 de chaque détecteur, peut être disposé de manière à produire un tel signal d'alarme En outre les détecteurs ou le circuit d'alarme à la surface peuvent être équipés d'un dispositif additionnel qui réagit aux taux de variation de la concentra20 tion de monoxyde de carbone et produit un signal d'alarme supplémentaire chaque fois que ce taux dépasse un taux prédéterminé. Un système de télémétrie peut être utilisé pour communiquer la grandeur du courant de sortie du générateur de courant 58 à la station centrale de contrôle Dans un tel cas, la liaison de télémétrie est 25 employée pour fournir de l'énergie aux circuits électriques des détecteurs aussi bien qu'au circuit de télémétrie disposé dans chaque détecteur. La surveillance du monoxyde de carbone est spécialement intéressante pour la détection du déclenchement d'incendies souterrains ou même 30 la présence ou l'apparition de conditions présentant un risque d'incendie comme celles qui se développent particulièrement dans une mine de charbon On peut aussi détecter la présence d'autres gaz comme par exemple du dioxyde de carbone Cependant une concentration ambiante globale relativement élevée en dioxyde de carbone apparaît occasionnel35 lement dans une mine même lorsqu'il n'y a pas d'incendie, ni de danger ? 7 2548782 d'incendie Il en résulte qui des variations de concentration représentatives d'un incendie ne sont pas faciles à distinguer de conditions assurant une sécurité normale En surveillant la présence de monoxyde de carbone de méthane ou d'un mélange des deux, l'apparition ou l'augmen5 tation de petites concentrations de tels gaz constitue un critère généralement plus fiable et plus aisément distinguable pour détecter rapidement le commencement d'un incendie ou d'autres situations dangereuses. Comme chaque détecteur décrit dans un système de surveillance de la concentration en gaz dans un secteur souterrain ne requiert pas une 10 source locale de puissance et possède des indicateurs éloignés, des enregistreurs graphiques par exemple, chaque détecteur peut être fabriqué à relativement faible coût En outre, la station éloignée fournit facilement non seulement une indication précoce d'incendie mais encore la surveillance centrale de la concentration en gaz a l'avantage supplé15 mentaire de repérer les détecteurs défectueux ou inopérants Ceci peut êtrc fait soit par l'observation des changements non caractéristiques dans leurs signaux de surveillances à la sortie ou par comparaison de ces signaux avec les signaux fournis à partir de détecteurs placés à proximité dans le même secteur. Le système peut aussi être" utilisé pour surveiller la présence ou l'apparition de concentrations dangereuses de gaz, soit dans une mine ou même dans les longs tunnels routiers, ces concentrations n'étant pas nécessairement associées à des incendies ou des risques d'incendie, mais peuvent correspondre à des situations dangereuses pour la santé De 25 préférence, on choisit le type de station centrale de surveillance déjà en usage avec des détecteurs de fumée de type à ionisation De plus les memes bottiers pour détecteurs en service et disponibles couramment pour de tels détecteurs de fumée peuvent être avantageusemernt utilisés O Ceci permet la production en grande série de détecteurs de gaz puisqu'ils 30 utilisent les mêmes outillages que ceux nécessaires pour la production des bottiers de détecteurs de fumée En outre, les détecteurs de gaz peuvent être incorporés si on le souhaite, dans un système qui surveille un certain nombre de détecteurs de fumée et un certain nombre de détecteurs de monoxyde de carbone distribués dans le meme secteur et en même 35 temps si on le souhaite. -8 REVENDICATIONS 1/ Un détecteur de gaz ( 9) qui comporte un bottier ( 10), un transducteur à cellule à gaz ( 16) monté dans le bottier et susceptible de modifier ses caractéristiques électriques en fonction des variations de concentration 5 d'un gaz prédéterminé dans le bottier ( 10), un circuit de surveillance électrique ( 8) placé dans le bottier et couplé à la cellule qui est conçue pour recevoir une alimentation électrique à partir d'une station de contrôle éloignée et pour fournir un signal de surveillance à la station de contr 6 le, ce signal étant indicateur de la concentration du 10 gaz. 2/ Un détecteur de gaz ( 9) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le transducteur à cellule à gaz ( 16) est étudié pour réagir aux variations de la concentration en monoxyde de carbone dans le bottier ( 10). 3/ Un détecteur de gaz ( 9) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le bottier comporte une enceinte ( 12) entourant le transducteur à cellule ( 16) et possédant des ouvertures dans ses parois pour permettre au gaz de pénnétrer à travers les ouvertures. 4/ Un détecteur de gaz ( 9) selon la revendication 3, caractérisé en ce 20 que le bottier comporte deux enceintes ( 12 et 14), l'une dans l'autre et en ce que des ouvertures dans leurs parois sont disposées hors alignement pour provoquer un parcours sinueux de l'air qui entre à l'intérieur de l'enceinte interne ( 12) entourant le transducteur à cellule. / Un détecteur de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, 25 caractérisé en ce que le transducteur à cellule ( 16) est maintenu dans le bottier ( 10) d'une manière amovible. 6/ Un détecteur à gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comportant un ventilateur ( 32) monté dans le bottier et conçu pour aspirer l'air dans le détecteur ( 9) en direction du transducteur à 30 cellule ( 16). 7/ Un système de surveillance de la concentration d'un gaz prédéterminé pour surveiller la présence d'un gaz dans un environnement tel que le chantier souterrain d'une mine, comportant plusieurs détecteurs de gaz, chaque détecteur comprenant un transducteur à cellule à gaz ( 16) monté 35 dans un bottier ( 10) et capable de modifier ses caractéristiques élec- triques en fonction des variations de la concentration du gaz dans le bottier et un circuit de surveillance électrique maintenu dans le bottier et une station de contr 8 le reliée électriquement à chaque détecteur pour leur fournir une alimentation électrique et pour recevoir les 5 signaux de surveillance provenant de chaque détecteur, ces signaux étant indicateurs des concentrations du gaz dans les bottiers respectifs.